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Capitolo 1
INTRODUZIONE
L’ingegneria civile da sempre risponde positivamente alle nuove esigenze prestazionali
di resistenza e durabilità di opere ed infrastrutture per mezzo dell’innovazione dei
conglomerati cementizi classici, in modo tale da garantire elevate performance anche
in condizioni ambientali critiche, in presenza di carichi dinamici e sollecitazioni a fatica.
Nascono cosi materiali strutturali avanzati, quali vetri strutturali, schiume
metalliche e polimeriche, calcestruzzi ad alte prestazioni e i calcestruzzi fibrorinforzati,
impiegati sempre più frequentemente in diverse tipologie di applicazioni nelle quali la
funzione richiesta è prevalentemente esprimibile in termini di proprietà fisico-
meccaniche. Ciò nonostante, la scelta di nuovi materiali richiede un’attenta analisi
delle loro caratteristiche e dei loro comportamenti, infatti solamente se la ricerca è in
grado di fornire dati certi sulle loro proprietà fisico-meccaniche attraverso modelli
matematici risulta possibile usufruire dei vantaggi strutturali offerti dai nuovi materiali
con un loro utilizzo sistematico nel processo di progettazione e costruzione. Ad oggi
tuttavia le conoscenze nel settore non sono ancora completamente sviluppate. La
ricerca pertanto è focalizzata sullo studio del comportamento dei materiali mediante
prove sperimentali correlate da analisi teoriche.
In particolare negli ultimi anni si è sviluppato un notevole interesse circa la
resistenza a fatica di elementi strutturali costruiti in calcestruzzo, ed è tale che
l’impiego dei materiali ad alta resistenza richieda che le strutture rispondano in modo
adeguato se sottoposte ad alti livelli di sforzo da cui nasce lo studio sugli effetti di
carichi ciclici nelle applicazioni più diffuse quali la realizzazione di pavimentazioni per
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ponti, testate di scorrimento per gru, pavimentazioni industriali, gallerie, dighe e di
elementi prefabbricati in cui è richiesta una elevata durabilità desta particolare
attenzione. L’impiego, inoltre, di calcestruzzi precompressi con cui vengono realizzate
traversine ferroviarie e pavimentazioni continue richiede prodotti con un’assicurata
vita a fatica. Vi sono, infine, nuovi studi che documentano che gli effetti dei carichi
ripetuti sugli elementi strutturali, pur non provocandone una rottura per fatica,
possono generare fratture in travi precompresse soggette anche a bassi livelli di carico,
o più in generale variazioni della capacità portante dei materiali componenti le
strutture stesse.
In strutture armate convenzionali o in elementi soggetti a momenti flettenti, si
può verificare la rottura per fatica, sia nell’acciaio teso, sia nella zona compressa di
calcestruzzo. Tuttavia autostrade e pavimentazioni aeroportuali sono solitamente non
armate, e in tali casi il calcestruzzo è chiamato a resistere anche a trazione per
sollecitazioni flessionali.
In questo studio si analizzano alcuni aspetti del comportamento dei calcestruzzi
rinforzati con fibre d’acciaio. Tali materiali si sono sviluppati intorno agli anni sessanta
per ottimizzare la risposta di un materiale fragile, quale il calcestruzzo al fine di
aumentarne la tenacità per essere impiegato in modo particolare in strutture
sollecitate fortemente a flessione, a taglio, agli urti ed all’usura beneficiando
dell’inserimento nella matrice cementizia di un fibrorinforzo specie in fase post
fessurativa dove le fibre grazie all’azione di cucitura delle fessure sono in grado di
fornire una discreta resistenza residua a trazione al conglomerato fibrorinforzato.
In letteratura è riconosciuto che l’aggiunta di fibre contribuisce anche al miglioramento
della duttilità a fatica, della durabilità degli elementi strutturali e all'aumento di
assorbimento di energia per ridurre i quantitativi di armature secondarie nelle opere
civili, contestualmente alla progettazione in zona sismica dove i quantitativi di
armatura richiesti sono piuttosto elevati.
Nuove variabili entrano quindi in gioco nel modificare le diverse proprietà del
materiale finale, infatti variando parametri come la forma, le dimensioni, la tipologia e
il contenuto percentuale di fibre, è possibile intervenire in modo radicale nel
comportamento finale del conglomerato. Risulta cosi difficile descrivere in modo
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sintetico le caratteristiche del materiale. A monte di tale processo di classificazione è
necessaria una sperimentazione ad ampio spettro per interconnettere le prestazioni
offerte dal conglomerato con le sollecitazioni cui è sottoposto, passando attraverso i
parametri che definiscono la composizione dello stesso, in relazione al livello
prestazionale che si deve mantenere nel tempo e in particolare in presenza di
sollecitazioni ricorrenti.
Il presente lavoro si colloca a capo di un programma sperimentale condotto presso
l’Università degli Studi di Brescia, con l’intento di definire le prestazioni del
calcestruzzo fibrorinforzato con fibre di acciaio (SFRC “Steel Fiber Reinforced
concrete”) soggetto a carichi ciclici, avvalendosi di una campagna sperimentale basata
sull’applicazione della norma europea UNI EN 14651 che definisce le modalità delle
prove “three point bending test” (3PBT) su travette intagliate.
Il programma sperimentale è stato strutturato in 5 differenti fasi i cui obiettivi
sono stati lo sviluppo di un “mix design” adeguato all’utilizzo di dosaggi di fibre pari a
0,5% e 1% in volume (prima, seconda e terza fase) e la valutazione degli effetti di
diverse storie di carico cicliche sul materiale utilizzato (terza, quarta e quinta fase). Le
prime due fasi (denominate 1st e 2nd) sono state curate nella tesi del laureando
Marco Pezzola (2010); la terza (3rd) è stata sviluppata nel lavoro di tesi di Mauro Arici
(2010), la quarta fase (4th) condotta da Francesco Donarini (2010) si differenzia dalle
precedenti per l’incremento del livello di carico. La quinta fase (5th) infine, è oggetto
del presente lavoro e si caratterizza per il minor livello di carico agente sui provini di
tutte le 5 fasi. In riferimento al materiale, è importante notare che ad ogni fase
corrispondono prove su campioni rispettivamente di calcestruzzo bianco,
fibrorinforzato allo 0,5% e 1% in percentuale di volume di fibre d’acciaio. In particolare,
il presente studio si propone come proseguimento dei precedenti, al fine di valutare
l’influenza che la variazione del livello di carico può avere sulle proprietà del materiale
e in particolare sulla vita a fatica.
Accanto ad una descrizione delle modalità di prova e dei principali risultati
ottenuti nel presente lavoro, si è svolto un confronto con quando ottenuto nei
precedenti studi e, data l’elevata dispersione dei risultati insita nelle prove cicliche si
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sono tracciate le ben note curve di Wöhler (o S-N) avvalendosi anche dell’applicazione
di concetti probabilistici.
Come studio allo stadio iniziale, inoltre, si è applicata una tecnica fotografica
(image analysis) per determinare il numero e l’orientamento delle fibre sulla sezione di
frattura.
La tesi è articolata in sette capitoli e due appendici, il cui contenuto è brevemente
descritto nel seguito:
nel Capitolo 2 viene descritto lo stato dell’arte relativo al calcestruzzo fibrorinforzato,
al suo comportamento a fatica e viene presentata una rassegna delle prescrizioni e
delle proprietà del materiale in funzione danneggiamento definite da alcune normative
nazionali;
nel Capitolo 3 vengono specificati i materiali impiegati nella ricerca sperimentale;
nel Capitolo 4 vengono descritte le attrezzatura e le modalità di prova;
nel Capitolo 5 si desumono i principali risultati sperimentali dalle prove statiche
relative alla quinta fase, procedendo alla classificazione e all’analisi digitale delle
sezioni di frattura;
nel Capitolo 6 vengono confrontati i risultati sperimentali delle 5 fasi;
nel Capitolo 7 vengono infine presentate le conclusioni del lavoro di tesi;
in appendice A si illustrano i diagrammi relativi alle prove cicliche;
in appendice B si riportano i risultati dell’image analysis.
___________________________________________________________CAP. 2 STATO DELL’ARTE
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Capitolo 2
STATO DELL’ ARTE
2.1 INTRODUZIONE
In questo capitolo si presentano le proprietà chimico fisiche dei materiali costituenti
l’impasto cementizio con aggiunta fibrosa, chiarendo quale compito assolvono i
diversi elementi presenti nel mix design e come interagiscono tra di loro nell’intento
di migliorare le caratteristiche offerte dal materiale tradizionale. A seguire sono
presentate brevemente le principali prove svolte sul calcestruzzo in particolare per
indagarne il comportamento a trazione. Viene infine svolta una rassegna di diverse
normative nazioni, delle quali si analizzano le prescrizioni inerenti la variazione delle
proprietà del calcestruzzo in funzione della vita del manufatto.
2.2 CALCESTRUZZI FIBRORINFORZATI
I calcestruzzi rinforzati con fibre di acciaio (SFRC; Steel Fiber Reinforced Concrete) sono
costituiti da una matrice di cemento, aggregati e acqua nella quale vengono
incorporate addizionalmente delle fibre di acciaio.
L’aggiunta di fibre non condiziona la natura dei costituenti del calcestruzzo ma,
diminuisce la lavorabilità dell’impasto. Questa può essere ristabilita attraverso l’utilizzo
di additivi fluidificanti o superfluidificanti. Le proprietà dei SFRC dipendono in genere
dalle proprietà dei singoli costituenti e dalle interazioni chimico-fisiche fra loro.
___________________________________________________________CAP. 2 STATO DELL’ARTE
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Il comportamento meccanico del calcestruzzo fibrorinforzato (FRC) non dipende solo
dalle fibre di rinforzo che vengono messe nel calcestruzzo, ma anche dall’ interazione
tra fibre e calcestruzzo. Il fibrorinforzo si attiva solo dopo la formazione della fessura e
le prestazioni del calcestruzzo fibrorinforzato dipendono dalle caratteristiche della
fibra, dalla matrice cementizia e dalla loro interazione (Fig. 2.1). Il comportamento di
questi materiali è caratterizzato dal diverso dosaggio di fibre. Bassi dosaggi di fibre non
influenzano il carico di picco, ma hanno una certa influenza sulla duttilità. Alti dosaggi
invece incrementano in modo significativo sia il carico di picco che la duttilità del
calcestruzzo.
Figura 2.1 - Schema di un elemento in calcestruzzo rinforzato con fibre che attraversano i lembi
della fessura (a) e interazione meccanica tra fibra e matrice durante l’estrazione (b).
Nella composizione della miscela di un calcestruzzo fibrorinforzato si deve considerare,
oltre al volume del cemento Vc, quello dell’acqua Vw, quello degli aggregati Vg e
quello dei pori Vp, anche il volume delle fibre, il quale può essere calcolato, noto il
peso e la densità del materiale che costituisce le fibre, con la seguente formula:
f
p
f
F
V
Tutti assieme questi componenti formano il volume unitario.
1
f p g w c
V V V V V
Ovvero la quantità di ciascun costituente da inserire nell’impasto è espressa in termini
di frazione volumetrica percentuale (Vi), cioè rapporto tra il volume del singolo
componente e quello totale del composto.
La densità dei singoli costituenti permette di calcolare il contenuto in peso
dell’impasto.
Pi =ρi ∙Vol( i )
___________________________________________________________CAP. 2 STATO DELL’ARTE
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2.2.1 IL CEMENTO
Il cemento è un prodotto inorganico che mescolato con l’acqua, tramite il fenomeno
dell’idratazione, diviene una massa di aspetto fluido che prima perde gradualmente la
sua plasticità durante la presa ed infine diventa rigida durante l’indurimento. Il tipo di
cemento da utilizzare è determinato sulla base della resistenza che si desidera
ottenere, da aspetti di durabilità e dalla massima dissipazione di calore consentita. E’
raccomandabile nel caso di SFRC un aumento in peso di circa il 10% rispetto all’impasto
senza fibre, per ricoprire una più ampia superficie introdotta sottoforma di fibre. In tal
caso, il contenuto minimo di cemento non può essere inferiore a 300 kg/m
3
e
comunque deve soddisfare quanto prescritto dalla normativa ENV 206, in relazione alla
classe di esposizione, come riportato nel paragrafo 6.2 della UNI 11039.
2.2.2 L’ACQUA
L’acqua utilizzata è la stessa utilizzata per calcestruzzi ordinari ed essa ha sia il compito
di reagire con il cemento per assicurare una struttura legante capace di indurire e di
“legare” tra loro gli inerti del calcestruzzo sia lo scopo di bagnare gli inerti, per
assicurarne un buon legame con la pasta di cemento, e di consentire l’ottenimento di
un conglomerato sufficientemente lavorabile.
In presenza di rinforzo fibroso, rispetto ad un conglomerato senza fibre, è
spesso necessario incrementare la quantità d’acqua, mantenendo costante il rapporto
acqua-cemento (a/c), la quantità d’acqua così necessaria aumenta con l’aumentare del
dosaggio di cemento. Per la completa idratazione si necessita di circa 23 litri ogni 100
Kg di cemento (a/c = 0.23). In realtà, l’acqua va ad occupare lo spazio dei pori presenti
quindi, affinché l’idratazione avvenga completamente, sono necessari circa 42 litri.
Quantitativi superiori possono dare origine al fenomeno del bleeding (segregazione del
calcestruzzo).E’ altresì importante la quantità d’acqua già presente del miscuglio di
aggregati,è consigliabile che essi vengano impiegati in condizione satura e con
superficie asciutta per non modificare il contenuto d’acqua del composto e quindi il
rapporto acqua/cemento (a/c).
___________________________________________________________CAP. 2 STATO DELL’ARTE
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2.2.3 GLI AGGREGATI
L’introduzione delle fibre nel miscuglio cementizio comporta aggiustamenti nella
distribuzione granulometrica degli aggregati. Innanzitutto per garantire una migliore
miscelazione delle fibre è necessario limitare la dimensione massima dell’aggregato alla
metà della lunghezza della fibra,
ed aumentare la percentuale di
aggregato fine (D
g
< 2 mm.) in
rapporto alla quantità totale di
aggregati (Fig. 2.2). In questo
modo si previene la formazione di
zone deboli in cui vi è solo pasta di
cemento, oppure altre in cui vi è
accumulo di fibre (balling) e si
favorisce la lavorabilità dell’impasto.
L’introduzione di fibre inoltre,
diminuisce la densità di
impaccamento e solo l’incremento di
aggregato fine può permettere di
ottenere una densità ottimale (Fig.
2.3). A seconda del volume di fibre il
rapporto tra l’aggregato fine e quello totale dovrebbe essere compreso tra il 40 e il
60%.
Pur essendo la resistenza meccanica la proprietà più importante del
calcestruzzo, le caratteristiche meccaniche ed elastiche dell’aggregato, che costituisce
circa i tre quarti in volume di conglomerato, sono molto raramente controllate per la
difficoltà di ricavare un provino cubico o cilindrico nella roccia. D’altra parte, la
resistenza meccanica del calcestruzzo, è molto più dipendente dal rapporto
acqua/cemento della pasta che non dal tipo di roccia/minerale da cui l’aggregato viene
ricavato.
Figura 2.2 – Effetti delle dimensioni dell’aggregato
max sulla randomizzazione della distribuzione e
orientazione delle fibre (Johnston, 1996).
Figura 2.3 – Effetti dell’aggiunta di fibre sulla
densità di impiccamento (Bartos e Hoy, 1996).
___________________________________________________________CAP. 2 STATO DELL’ARTE
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Per confezionare un calcestruzzo lavorabile con un dosaggio di cemento
relativamente basso, è preferibile disporre di un aggregato ben assortito con i granuli
di diverse dimensioni. E’ quindi consigliabile adottare una granulometria continua ed
incrementare la frazione fine tenendo conto della quantità totale di aggregati. Volendo
aumentare la lavorabilità si potrebbe ridurre il rapporto d’aspetto delle fibre (rapporto
tra la lunghezza lf e il diametro equivalente df della fibra) e al tempo stesso aumentare
il loro volume Vf, in modo da garantire la stessa duttilità ed evitare una diminuzione
del carico ultimo che il conglomerato è in grado di sopportare. Nei calcestruzzi ordinari
gli inerti di dimensione inferiore ai 5 mm occupano circa il 54% del volume totale del
conglomerato (D.J. Hannant, 1978). Questa relazione deve determinarsi in maniera che
il contenuto di acqua sia il minimo da permettere il raggiungimento della lavorabilità e
resistenza desiderata (J.S.C.E. 1988).
Non esiste una distribuzione granulometrica “ideale” che possa essere adottata
per tutti i conglomerati in quanto le condizioni sperimentali nelle quali il miscuglio
viene preparato possono variare entro limiti così ampi che di volta in volta è necessario
scegliere la distribuzione granulometrica ottimale. Come si apprezza nella Figura 2.3,
fissati il rapporto acqua-cemento, la dimensione massima degli aggregati, il tipo ed il
volume delle fibre, esiste una relazione aggregati fini/aggregati grossi ottimale, ossia
quella che proporziona la massima lavorabilità.
Per una più precisa e completa caratterizzazione della granulometria di un
aggregato, si ricorre solitamente alla rappresentazione grafica del passante cumulativo
in funzione dell’apertura del setaccio, definendo così delle curve granulometriche. La
rappresentazione grafica consente di rilevare, immediatamente, tutte le caratteristiche
granulometriche dell’inerte: il diametro massimo (Dmax), quello più piccolo e
soprattutto l’assortimento che è inversamente proporzionale alla pendenza della
curva.
Per determinare la migliore distribuzione granulometrica percentuale degli
aggregati (p%), vale a dire in grado di ottenere la massima densità del conglomerato
con il minimo dosaggio di cemento e la massima lavorabilità, si utilizza molto spesso la
curva di Bolomey (Figura 2.4). Essa è funzione del diametro massimo dell’aggregato
utilizzato (Dmax), della percentuale in peso di cemento rispetto a tutti i solidi presenti
___________________________________________________________CAP. 2 STATO DELL’ARTE
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(C%), e di una costante “A” legata alla tipologia degli aggregati (tondeggianti o angolari)
e alla consistenza del calcestruzzo fresco.
Figura 2.4 - Influenza della relazione aggregati fini/aggregati grossi
sulla lavorabilità di un SFRC (Kobayashi, 1983).
Tabella 2.1 –Parametro A per determinare la curva granulometrica ottimale
secondo Boolomey.
Nota la quantità in peso degli aggregati per unità di volume d’impasto, la relazione di
Bolomey è espressa dalla seguente equazione:
dove:
p
%
è la percentuale di aggregati passanti al setaccio di diametro nominale
dnom
d
nom
è il diametro nominale considerato per ciascuna pezzatura cioè per
ogni intervallo di diametro dell’aggregato
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D
max
è il massimo diametro dell’aggregato utilizzato, che è bene non sia
superiore al 20-25% dello spessore del calcestruzzo nella sezione minima
A è il parametro legato alla lavorabilità ed al tipo di aggregati
C
%
è la percentuale del cemento rispetto al totale dei solidi presenti, e
calcolabile secondo:
Figura 2.5 - Esempio di curva granulometrica determinata utilizzando
l’equazione di Bolomey.
Con l’equazione di Bolomey è possibile, quindi, scegliere la distribuzione granulometrica
ottimale in relazione al tipo di aggregato, al dosaggio di cemento, ed alla lavorabilità richiesta.
2.2.4 GLI ADDITIVI
Gli additivi sono prodotti che vengono aggiunti in piccole quantità per migliorare la
lavorabilità ed altre proprietà del calcestruzzo. A seconda della loro funzione
principale, gli additivi possono essere classificati in fluidificanti, superfluidificanti,
aeranti, acceleranti, ritardanti, etc.
Gli additivi non sono indispensabili per preparare un qualsiasi calcestruzzo,
tuttavia, essi diventano un elemento essenziale per l’ottenimento del miglior
calcestruzzo, dal punto di vista tecnologico, nelle condizioni economicamente più
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vantaggiose. Nel caso dei calcestruzzi fibrorinforzati, la presenza delle fibre -
specialmente se il dosaggio è elevato - provoca una riduzione apprezzabile della
lavorabilità, e pertanto, si rende necessario compensare questa riduzione con l’utilizzo
di opportuni additivi chiamati fluidificanti. A parità di rapporto a/c essi permettono di
ridurre l’acqua d’impasto a garantendo lavorabilità,e di natura tale da non ridurre né la
durabilità del composto indurito, né la corrosione delle fibre. In linea di massima per
distinguere tra le due categorie di additivo si può dire che, a parità di lavorabilità,
l’additivo fluidificante consente una riduzione di circa il 5% nel rapporto a/c, mentre
con il superfluidificante si arriva ad una riduzione che varia tra il 20% e il 40 %.In ogni
caso, l’uso di superfluidificanti non permette di superare il volume massimo di fibre
che può ammettere un determinato calcestruzzo.
Oltre agli additivi suddetti, possono utilizzarsi additivi areanti che consentono la
formazione di un sistema di microbolle d’aria omogeneamente disperse nel materiale
al fine di migliorare il comportamento termico di questi calcestruzzi; additivi ritardanti
per ridurre il calore di idratazione e consentire trasporti a lungo raggio; e additivi
acceleranti quando si vuole raggiungere elevate resistenze iniziali come avviene, nelle
applicazioni di calcestruzzo proiettato, in tunnel.
L’utilizzo contemporaneo di due o più tipi di additivi implica la necessità di verificare
sperimentalmente il suo comportamento. Tuttavia, l’utilizzo di forti dosaggi di additivo
può causare un aumento della segregabilità del calcestruzzo, dal momento che solo la
pasta si fluidifica e tende così a fuoriuscire dai grovigli di fibre e dai grossi aggregati, i
quali rimangono molto rigidi.
2.2.5 L’ARIA
Nel confezionamento di un calcestruzzo è difficile ottenere una percentuale finale
d’aria uguale a quella prevista nel mix design. Nel caso di SFRC è raccomandabile
assumere un volume d’aria del 4÷5%. Tuttavia, anche in una composizione ben
studiata, si ottengono valori del 1.5÷2%, in pratica vicini a quelli che si presentano nel
calcestruzzo non fibrorinforzato.
___________________________________________________________CAP. 2 STATO DELL’ARTE
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2.2.6 LE FIBRE
L’aggiunta di fibre nel calcestruzzo ha molteplici scopi:
- aumento della tenacità;
- aumento della resistenza a fatica;
- miglioramento della resistenza all’impatto ed all’abrasione;
- riduzione della microfessurazione e degli effetti del ritiro;
- miglioramento della resistenza al fuoco;
Le fibre utilizzate per il rinforzo del
calcestruzzo possono essere di varie
forme e dimensioni (Fig. 2.6),
prodotte per trafilatura o per
fresatura. Possono avere una sezione
circolare o rettangolare, mentre per
quanto riguarda le fibre diritte si
sono sviluppati diversi sistemi di ancoraggio, in modo da incrementarne la resistenza a
estrazione. Il diametro delle fibre può variare da 0,15 a 1,5 mm, mentre la loro
lunghezza può variare da 40 a 150 volte il loro diametro. Il rapporto tra lunghezza e
diametro, chiamato rapporto d’aspetto, è un parametro molto importante per la
progettazione del calcestruzzo fibrorinforzato. Per quanto riguarda la resistenza a
trazione delle fibre, essa può variare da 400 a 1200 N/mm
2
. Anche se tali valori sono
abbastanza elevati le fibre, nel calcestruzzo ad alta resistenza, a causa dell’alta
aderenza tra fibra e matrice, si possono comunque rompere; per prevenirne la rottura
si applicano fibre più corte in dosaggi maggiori. Il volume di fibre da aggiungere
all’impasto può variare anche considerevolmente, in quanto esso dipende da vari
fattori quali dimensione massima dell’aggregato, rapporto d’aspetto e tipo di fibra.
Per ottenere un materiale con buone prestazioni meccaniche l’ American
Concrete Institute ha fornito dei valori massimi e minimi (in percentuale) dei vari
componenti che costituiscono il calcestruzzo fibrorinforzato (tabella seguente).
Figura 2.6 - Esempi di differenti tipi di fibre.
___________________________________________________________CAP. 2 STATO DELL’ARTE
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Tabella 2.2 – Linea direttiva ACI sui mix design del FRC (ACI Committee 544, 1993).
Nella tabella non compaiono superfluidificanti, che però sono da ritenersi necessari
nella composizione del calcestruzzo.
Il primo elemento caratterizzante le fibre è il materiale che le costituisce, e
sono raggruppabili in:
- Fibre Metalliche (acciai al carbonio e legati);
- Fibre Naturali (amianto, cellulosa, carbonio, cotone);
- Fibre Sintetiche (nylon, polipropilene).
Le fibre metalliche sono le uniche a poter essere sagomate a piacere, per
ottimizzare le prestazioni meccaniche, in quanto questo è l’unico materiale tra quelli
considerati che può essere modellato. Le fibre utilizzate in questo studio delle
prestazioni del calcestruzzo fibrorinforzato sono in acciaio e per tale motivo, d’ora in
poi, quando si parlerà di fibre, si farà riferimento a questa tipologia.
La norma UNI 11037/03 definisce le fibre di acciaio come segue:
“Prodotto di acciaio caratterizzato geometricamente da una dimensione prevalente
rispetto alle altre, avente superficie liscia o lavorata e forma rettilinea o
sagomata,impiegato come rinforzo nel conglomerato cementizio, in grado di essere
disperso omogeneamente nell'impasto, mantenendo inalterate le caratteristiche
geometriche”.
La suddetta norma inoltre specifica che le fibre metalliche possono essere
fornite con rivestimento superficiale di zinco. Di fatto la fibra standard di riferimento
nel panorama italiano ed europeo delle fibre metalliche è quella a basso contenuto di
carbonio.
___________________________________________________________CAP. 2 STATO DELL’ARTE
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Le fibre di acciaio possono essere classificate in base al processo di produzione, alla
forma ed al tipo di materiale:
Processo produttivo: - Tipo A: da filo trafilato;
- Tipo B: da lamiera tagliata;
- Tipo C: da altre fabbricazioni.
Materiale: - Tipo 1: di acciaio a basso contenuto di carbonio (C ≤ 0.20);
- Tipo 2: di acciaio ad alto contenuto di carbonio (C > 0.20);
- Tipo 3: di acciaio inox;
Forma: - Rettilinee;
- Sagomate (uncinate, ondulate, etc.).
Tabella 2.3 - Classificazione fibre di acciaio
Le fibre vengono caratterizzate, inoltre, da alcuni parametri, in particolare:
-Lunghezza della fibra lf : La lunghezza della fibra, lf, è la distanza tra le estremità
della fibra. Le fibre di acciaio hanno una lunghezza, lf, compresa generalmente tra 6
mm e 70 mm. La lunghezza in sviluppo della fibra, ld, è la lunghezza della linea d’asse
della fibra.
- Diametro equivalente della fibra df: Il diametro equivalente, df è il diametro di
un cerchio con area uguale all’area media della sezione trasversale della fibra.Per
sezioni circolari, il diametro equivalente delle fibre deve essere misurato, in due
direzioni approssimativamente tra loro ortogonali. Il diametro equivalente è fornito
dalla media dei due diametri.
- Rapporto d’aspetto = lf / df : definito come quoziente tra la lunghezza, lf e il
diametro equivalente, df della fibra. Tale parametro varia in funzione dell’applicazione
cui è destinata la fibra, ma si può affermare che, in linea generale, più elevato risulta
essere questo rapporto e migliore è la risposta alle sollecitazioni meccaniche cui è
sottoposto il calcestruzzo fibrorinforzato. Tuttavia un aumento eccessivo del rapporto
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