Focus: CALCESTRUZZO
Pubblicato il 16 febbraio 2017

(formazione) Verso elementi in calcestruzzo armato precompresso senza acciaio

I materiali compositi sono i principali attori nella sfida verso la ricerca di alternative sostenibili e durevoli all’acciaio per il rinforzo di elementi strutturali in calcestruzzo armato. Tra di essi, le barre costituite da fibre di basalto annegate in matrice polimerica rappresentano un’interessante novità, visto il loro basso costo di produzione, sia ambientale sia economico, e le loro proprietà meccaniche e di resistenza alla corrosione. In questo lavoro vengono presentati i risultati di una campagna di studio, svolta nell’ambito di un più ampio progetto di ricerca europeo denominato EiroCrete, che ha visto la collaborazione del Politecnico di Milano e della Queen’s University of Belfast con aziende italiane (Azichem srl) ed irlandesi (Banager Precast ltd.), e finalizzata a verificare la possibilità di utilizzare tali barre per la precompressione di elementi in prefabbricati in calcestruzzo armato precompresso, realizzati in calcestruzzo autocompattante rinforzato con fibre polimeriche. Le barre di rinforzo in fibra di basalto vengono proposte come alternativa ai tradizionali trefoli in acciaio armonico per la precompressione di elementi in calcestruzzo armato prefabbricato. Le barre sono prodotte con fibre di origine minerale (basalto) aventi diametro di circa 10 μm (ben maggiore del limite di respirabilità che ha portato ai ben noti problemi di salute legati all’utilizzo di fibre minerali in amianto) che vengono svolte dalle bobine di produzione ed annegate in un bagno di matrice polimerica. Le barre vengono poi sottoposte a trattamento superficiale di sabbiatura al fine di aumentarne le capacità di aderenza con il calcestruzzo. Un’attività sperimentale di ampio respiro, volta alla caratterizzazione del comportamento meccanico di tali barre e delle prestazioni di un elemento per impalcato da ponte in scale reale, è stata recentemente svolta nell’ambito del progetto di ricerca Eirocrete finanziato dall’Unione Europea nell’ambito del programma FP7-PEOPLE-2012-IAPP - Marie Curie Action: “Industry-Academia Partnerships and Pathways”. Il consorzio del progetto è costituito da istituti universitari (Politecnico di Milano e Queen’s University of Belfast) e da aziende (Banagher Precast Concrete e Azichem). La produzione e la sperimentazione di un elemento strutturale prefabbricato di 10 m di luce in calcestruzzo autocompattante fibrorinforzato precompresso con barre in fibra di basalto e armato a taglio con barre inclinate in fibra di vetro ha dimostrato di essere un’interessante soluzione per lo sviluppo di elementi prefabbricati senza acciaio sostenibili e durevoli. Le prove di caratterizzazione meccanica delle barre hanno portato a identificare un comportamento elasto-fragile con alta resistenza accompagnata da grande capacità di deformazione, una tendenza significativa al rilassamento e una ridotta lunghezza di ancoraggio associata ad un’ottima aderenza al calcestruzzo. La produzione dell’elemento di copertura con sezione a cassone dissimmetrica ha messo in luce che i sistemi tradizionalmente utilizzati per i trefoli di acciaio armonico possono essere reimpiegati con successo alle barre in fibra di basalto, ad eccezione dei cunei di ancoraggio, che concentrano in una lunghezza troppo ridotta gli sforzi trasversali agenti sulla barra ortotropa. I risultati della prova di carico (flessione su 3 punti) effettuata sull’elemento hanno mostrato un comportamento flessionale caratterizzato da una fase iniziale rigida con sezione interamente reagente e da una successiva fase post-fessurazione caratterizzata dalla deformazione elastica delle barre di precompressione. Si sono osservati un’ottima capacità di distribuzione di fessure con conseguente piccola apertura dovuta alla presenza delle fibre in polipropilene e una significativa capacità di recupero della deformazione imposta con conseguente richiusura delle fessure fino a un carico pari circa l’80% di quello ultimo. Lo stato limite ultimo è stato raggiunto per crisi sezionale della flessione di mezzeria, avvenuta in corrispondenza di un valore di freccia pari a circa 1/50 della luce per rottura fragile delle barre al lembo teso, confermando l’efficacia dei tralicci di rinforzo a taglio, anch'essi in armatura composita. 

Autori:Bruno Dal Lago, Liberato Ferrara, Peter Deegan, Su E. Taylor, Mohammed Sonebi, Andrea Pattarini 
Pubblicato su Modulo 405/2017