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Calcestruzzi fibrorinforzati: prove sperimentali per l’identificazione dei parametri costitutivi

La maggior parte dei codici, in uso o in lavorazione, per la progettazione strutturale con calcestruzzo fibrorinforzato prevedono un approccio prestazionale per la determinazione, con adeguate metodologie e attrezzature di prova, dei valori di progetto delle caratteristiche meccaniche del materiale

Parlando di calcestruzzo fibrorinforzato, nonostante si tratti di un composto brevettato negli anni Sessanta, si è soliti considerarlo un materiale nuovo. Probabilmente il limitato, anche se sempre più frequente, ricorso a questo materiale ha una duplice causa. Da un lato, è ricercabile in una certa reticenza da parte del mondo delle costruzioni ad accettare nella normale pratica novità che – per quanto offrano indiscussi vantaggi in termini di performance – non mostrano così evidenti e comprovati vantaggi economici. Dall’altro, vi è innegabilmente una carenza normativa sull’argomento.

Ad oggi, pur lasciando spazio alla progettazione con “materiali non tradizionali”, le Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) obbligano di fatto a sottoporre all’approvazione del Servizio Tecnico Centrale le opere strutturali realizzate con calcestruzzi fibrorinforzati. Inoltre le NTC non esplicitano un metodo di calcolo progettuale, limitandosi a indicare la possibilità di rifarsi a “codici internazionali” che assicurino adeguati livelli di sicurezza. A tal proposito, in ambito nazionale, il CNR DT 204 è un utilissimo riferimento per la “Progettazione, l’Esecuzione e il Controllo di Strutture di Calcestruzzo Fibrorinforzato”. A livello internazionale al momento è in atto un lavoro di rivisitazione del FIP Model Code 90 – la base dell’Eurocodice 2 – che contemplerà l’introduzione dei principi per la progettazione strutturale del calcestruzzo fibrorinforzato.

  • La prova di flessione su tre punti in controllo di apertura di intaglio (CMOD) secondo la EN 14651
    La prova di flessione su tre punti in controllo di apertura di intaglio (CMOD) secondo la EN 14651
  • La prova di flessione su quattro punti in controllo di apertura di intaglio (CMOD) secondo la UNI 11039
    La prova di flessione su quattro punti in controllo di apertura di intaglio (CMOD) secondo la UNI 11039
  • La curva carico P vs. spostamento δ di provini FRC, sottoposti a trazione uniassiale, caratterizzati da basse percentuali di fibre e comportamento degradante
    La curva carico P vs. spostamento δ di provini FRC, sottoposti a trazione uniassiale, caratterizzati da basse percentuali di fibre e comportamento degradante
  • La curva carico P vs. spostamento δ di provini FRC, sottoposti a trazione uniassiale, caratterizzati da alte percentuali di fibre e comportamento incrudente
    La curva carico P vs. spostamento δ di provini FRC, sottoposti a trazione uniassiale, caratterizzati da alte percentuali di fibre e comportamento incrudente
  • La prova su lastra circolare dia. 800 x 75 mm secondo la ASTM C1550
    La prova su lastra circolare dia. 800x75 mm secondo la ASTM C1550
  • La prova su lastra quadrata 600 x 600 x 100 mm secondo la EN 14488-5
    La prova su lastra quadrata 600x600x100 mm secondo la EN 14488-5
  • La prova su lastra circolare dia. 600 x 100 mm secondo la NB7:2011
    La prova su lastra circolare dia. 600x100 mm secondo la NB7:2011
  • La prova di flessione su quattro punti in controllo di deflessione del travetto secondo ASTM C1609 eseguita su telaio da 300 kN ad alta rigidezza, retroazionato da consolle servoidraulica ad alta frequenza di controllo
    La prova di flessione su quattro punti in controllo di deflessione del travetto secondo ASTM C1609 eseguita su telaio da 300 kN ad alta rigidezza, retroazionato da consolle servoidraulica ad alta frequenza di controllo

Un approccio di tipo prestazionale

Le Linee Guida per la progettazione utilizzano i valori di progetto delle proprietà meccaniche dei materiali che sono derivati dall’applicazione di un coefficiente di sicurezza ai valori caratteristici. La proprietà meccanica che riceve maggior beneficio dall’aggiunta di fibre alla matrice è senz’altro la resistenza alla trazione post fessurazione, in quanto né la resistenza a compressione né il modulo elastico subiscono sensibili miglioramenti rispetto allo stesso materiale non rinforzato. Questo è dovuto ovviamente al fatto che il contributo delle fibre si avverte significativamente quando la matrice è ormai fessurata: le fibre, infatti, controllano la propagazione e l’apertura delle fessure, determinando il comportamento del materiale nella fase post-picco. La resistenza a trazione è influenzata da diversi fattori quali, ad esempio, la frazione volumetrica di fibre, il rapporto d’aspetto, la forma della fibra, l’aderenza fibra-matrice, le modalità di dispersione delle fibre nella matrice e il loro orientamento. Di conseguenza, per tener conto di tutti gli aspetti, il ricorso ad un approccio di tipo prestazionale pare essere la scelta più appropriata per definire la legge costituiva del materiale. Si hanno a disposizione diversi metodi per una sua appropriata determinazione. Si può ricorrere a prove di trazione diretta, come suggerito anche dal CNR DT 204/2006, ma, data la difficoltà operativa nel realizzare prove di trazione diretta uniassiale, soprattutto su materiali con ridotto contenuto di fibre e comportamento postpicco degradante, solitamente si ricorre a prove di flessione per la caratterizzazione meccanica dei calcestruzzi fibrorinforzati.