Quadro Normativo

La norma UNI EN 14889-1:2006 descrive e dettaglia le prove e le specifiche tecniche che le fibre di acciaio devono soddisfare per ottenere la famosa “marcatura CE”, detta anche dichiarazione di conformità CE. La norma nel suo complesso contiene quindi le indicazioni circa i test da effettuare, i riferimenti alle norme tecniche che descrivono come eseguire i test prescritti, i valori limite che devono essere superati, il tipo di impasto da utilizzare per la realizzazione del calcestruzzo fibrorinforzato da testare e quali materie prime utilizzare, ecc.. Inoltre la norma dettaglia e classifica le varie tipologie di fibre d’acciaio, come già discusso nella sezione dedicata ai materiali.

Uno dei riferimenti più importanti contenuti in questa norma è certamente quello alla caratterizzazione degli effetti dell’addizione delle fibre alla resistenza a flessione del calcestruzzo. La norma in tal caso è la EN 14651 (vedi sotto).

La norma EN 14889-2 rappresenta per le fibre sintetiche ciò che la 14889-1 è per le fibre d’acciaio! Si tratta anche in questo caso della dichiarazione di conformità CE. La norma sulle fibre sintetiche differenzia due metodi di certificazione distinti applicabili alle fibre: fibre per applicazioni generiche, il Sistema 3, e fibre per applicazioni strutturali, il Sistema 1.

SISTEMA 3

La marcatura CE per le fibre sintetiche con il Sistema di certificazione “3” si basa sul presupposto che la fibra in questione non sarà utilizzata per scopi strutturali. I test più importanti da effettuare sono la prova di trazione sulla fibra (EN 10002-1) e il test sugli effetti della fibra sulla consistenza del calcestruzzo (EN 12350-3). Entrambi descritti in seguito.

In questa tipologia di certificazione la fibra è sottoposta a pochi test, semplici e poco costosi. Inoltre qualunque laboratorio tecnologico per materiali da costruzione può effettuare i test ed emettere il certificato. Il Sistema 3 è dunque un tipo di certificazione piuttosto agevole da ottenere: di fatto è una semplice autodichiarazione, rilasciata dal fornitore, del fatto che i valori riportati nella dichiarazione di prestazione sono veritieri. Inoltre non vi sono valori limite da rispettare o da superare, dunque qualunque fibra può ottenere la marcatura col Sistema 3.

SISTEMA 1

La marcatura secondo la norma EN 14889-2 con il Sistema 1 è stata concepita per testare e certificare la compatibilità delle fibre per applicazioni strutturali. La procedura per ottenere questa certificazione è una diretta derivazione di quella utilizzata per certificare le fibre d’acciaio con la EN 14889-1.

A differenza della marcatura col Sistema 3, il Sistema 1 richiede che le prove siano effettuate da un organismo notificato con autorizzazione ministeriale e che i campioni di materiale siano prelevati da un ispettore di detto organismo direttamente presso il sito di produzione del fornitore. Oltre a tutti i test previsti per la Sistema 3, la 1 richiede anche la caratterizzazione del comportamento di un concio di trave sottoposto a flessione, secondo la norma EN 14651 (la stessa usata per le fibre d’acciaio). Questo test è costoso, complesso e lungo da ottenere. Inoltre a differenza del Sistema 3 in questo caso vi sono dei valori minimi da rispettare, quindi non tutte le fibre posso di fatto ottenere la marcatura per applicazioni strutturali.

In sintesi, questo tipo di certificazione è estremamente più prestigioso rispetto alla marcatura con sistema 3. Nonostante questo, l’unica vera differenza tra le due è un piccolo numerino scritto da qualche parte nella dichiarazione di prestazione o nella scheda tecnica (se presente). E’ importante dunque saper distinguere le due tipologie e riconoscere quando una fibra è strutturale certificata e quando no.

Questa normativa definisce le materie prime da impiegare per la realizzazione degli impasti di calcestruzzo fibrorinforzato, il mix design del conglomerato, gli additivi da utilizzare, e prescrive come si realizzano la miscelazione e la successiva stagionatura. Questa norma fa sì che i test per la marcatura EN 14889-1 e -2 siano effettuati sempre con le stesse modalità e a partire dallo stesso calcestruzzo (almeno in linea teorica).

La marcatura CE per le fibre sintetiche prescrive l’esecuzione della misurazione della consistenza del calcestruzzo fresco su due miscele: una addizionata con una determinata quantità di fibre e la stessa formula senza fibre. La differenza tra consistenza del calcestruzzo con fibre rispetto a quello senza fibre indica l’effetto dell’introduzione di fibre nella miscela. Questo valore è particolarmente interessante per i pavimentisti e coloro che dovranno “lavorare” il calcestruzzo fresco

La tecnica per effettuare la prova della consistenza del calcestruzzo fresco è quella che in gergo tecnico si dice anche “prova di Vebè”, definita dalla norma EN 12350-3. Per effettuare questa prova, si dispone un cono normalizzato di calcestruzzo fresco (cono di Abrams) su una piastra circolare, la piastra viene fatta vibrare con una procedura ben determinata e si misura il tempo che il calcestruzzo impiega ad “espandersi” oltre un certo raggio. Minore è il tempo misurato e minore sarà la consistenza del calcestruzzo.

Il valore riportato nella dichiarazione di prestazione rilasciato dal laboratorio è la differenza (misurata in secondi) tra il tempo di Vebè riscontrato con la miscela senza fibre e quello con la miscela addizionata con fibre. Minore è questa differenza e minore saranno gli effetti dell’addizione delle fibre al calcestruzzo.

La resistenza alla trazione della singola fibra, normalmente riportata in scheda tecnica, effettuata secondo la norma EN 10002-1 è una misura effettuata sulla fibra da sola, prima che venga inserita nel calcestruzzo.

La tensione di rottura è misurata inserendo la fibra in una macchina che allunga la fibra fino a romperla. La forza che la macchina ha dovuto esercitare per arrivare a rottura è divisa per la superficie della sezione della fibra stessa, ottenendo una quindi una tensione. L’unità di misura è spesso indicata in MPa (megapascal) o anche N/mm², le due unità di misura sono equivalenti.

Con questo test si misura la resistenza alla flessione (e per estrapolazione si misura anche la resistenza alla trazione) di un travetto di calcestruzzo addizionato con fibre strutturali. Il test è prescritto sia nella marcatura CE delle fibre d’acciaio che di quelle sintetiche strutturali (Sistema 1).

Per l’esecuzione del test si utilizza una speciale attrezzatura che applica una forza sul centro di un travetto pre-fessurato all’estradosso (il lato inferiore) e poggiato su due supporti laterali. L’esercizio della forza sviluppa una tensione di flessione che fratturerà il concio al centro.

La misura della forza esercitata dalla pressa all’aumentare dell’apertura di fessura all’estradosso ci dà una indicazione del comportamento del calcestruzzo fibrorinforzato quando la struttura è, staticamente parlando, “in crisi”! Il grafico della forza in funzione dell’apertura di fessura è normalmente quello mostrato sopra. Si noti la differenza tra la curva A che è tipica del calcestruzzo con fibre non strutturali (o senza fibre) e la B che rappresenta invece il travetto con fibre strutturali. Il grafico mostra anche una zona iniziale in cui la curva è la stessa in entrambi i casi: questa fase, nella quale la curva della tensione sale in modo rapido e quasi verticale, descrive il travetto nel suo classico comportamento pre-fessurativo, cioè prima che si fessuri. Superato il punto di rottura, la curva della resistenza subisce una brusca discesa e da questo momento in poi l’azione delle fibre strutturali diviene evidente.

Tipicamente in questo tipo di prova si misurano i valori di tensione residua per due misure di apertura di fessura: a CMOD₁ e a CMOD₄, cioè quando l’apertura di fessura all’estradosso è aumentata rispettivamente di 0.5 mm e di 3.5 mm rispetto alla situazione iniziale. La sigla CMOD è l’acronimo di crack mouth opening displacement: sarebbe appunto l’apertura di fessura all’estradosso del travetto ed è la misura utilizzata come ascissa nel grafico visualizzato.

Una fibra che vuole essere strutturale deve portare il travetto a superare i valori di 1.5 e 1.0 MPa, rispettivamente a 0.5 e 3.5 mm di CMOD. Il dosaggio grazie al quale la fibra supera il test sarà il dosaggio caratteristico della marcatura CE della fibra stessa.

Diverse sono le versioni del test della flessione su piastra, a seconda delle normative applicate. Lo standard europeo è descritto nella norma EN 14488-5. Questa norma prevede la realizzazione di un provino piatto di 60×60 cm di lato e spessore 10 cm. Il provino è poggiato sul perimetro e una pressa lo preme al centro, sino a completa rottura.

Il test della resistenza alla flessione su piastra quadrata è solitamente prescritto dai progettisti nel caso di spritz-beton strutturale in galleria. Questa prova di laboratorio è infatti stata concepita per simulare gli effetti di un cedimento nella roccia in una galleria, dove all’interno si è eseguito un rivestimento con spritz-beton. In una situazione simile infatti si ha una lastra di calcestruzzo sulla quale viene esercitato una pressione.

Da notare che il test della piastra quadrata non è prescritto dalla norma EN 14889 sulle fibre strutturali, quindi non è indispensabile eseguirlo ai fini della marcatura CE e i valori ottenuti non sono riportati nella dichiarazione di conformità CE.

Sembra che il futuro dei calcestruzzi fibrorinforzati debba cambiare nel giro di qualche anno, a giudicare dai segnali inviati dai legislatori nazionali ed europei. Sempre più infatti la procedura per l’utilizzo delle fibre sarà quello per cui il progettista non dirà più quante e quali fibre utilizzare in una certa opera, ma bensì prescriverà nel suo capitolato il tipo di calcestruzzo da utilizzare.

Spieghiamo meglio: negli anni ’90 si è assistito in Italia ad una transizione dal tradizionale calcestruzzo “a dosaggio” al calcestruzzo “a resistenza”. La situazione di mercato iniziale vedeva le imprese ordinare il calcestruzzo all’impianto di betonaggio indicandogli direttamente quanti kg di cemento usare nella ricetta; a seguito del cambio normativo, questa pratica si è interrotta e le imprese hanno cominciato a ordinare il calcestruzzo richiedendone la prestazione, incuranti di quale fosse la ricetta e di quanti kg di cemento si utilizzassero. Era diventato compito dell’impianto di betonaggio sapere come ottenere quella prestazione e garantirla.

Allo stesso modo, con il calcestruzzo fibrorinforzato, la situazione probabilmente subirà una evoluzione simile, nel corso dei prossimi anni. Sono già descritte, da recenti normative, delle classi di “tenacità” del sistema fibrorinforzato. In base a queste indicazioni un calcestruzzo è classificato in base alla resistenza massima raggiunga nel test della resistenza a flessione, e dall’andamento del comportamento nel tratto post-fessurativo.