Enco Journal n.11 on Web

Nel precedente articolo "Soprattutto.... un buon sottofondo" relativo alle pavimentazioni industriali in calcestruzzo poggianti su terreno (Enco Journal N° 10) si era posto l'accento sulla necessità della determinazione delle caratteristiche del terreno di sottofondo per una corretta progettazione della pavimentazione. L'altro parametro, indispensabile per il calcolo dello spessore del pavimento necessario a sopportare determinati carichi in gioco su un terreno di caratteristiche note, è quello relativo alla resistenza meccanica del conglomerato. Le tensioni cui sono assoggettate le pavimentazioni in calcestruzzo per effetto dei carichi applicati di varia natura sono fondamentalmente di trazione per flessione. Pertanto, il dimensionamento dello spessore della lastra in calcestruzzo deve essere effettuato sulla base della resistenza a trazione per flessione del conglomerato cementizio impiegato e non (salvo casi particolari di problemi di punzonamento) sulla verifica della resistenza a compressione del materiale. La resistenza a trazione per flessione di un calcestruzzo, detta anche modulo di rottura (MR), viene valutata, in conformità alla UNI 6133, tramite una prova di rottura per flessione. In mancanza di sperimentazione diretta, il valore della resistenza media a trazione per flessione del calcestruzzo f_cfm può essere desunto dalla resistenza a compressione caratteristica R_ck utilizzando la formula riportata al punto 2.1.2 del D.M. LL.PP. 9 gennaio 1996:
MR = f_cfm = 1.2 f_ctm = 1.2 · 0.27 · R_ck 2/3(N/mm²)
dove f_ctm è la resistenza media a trazione diretta del calcestruzzo. Il valore caratteristico della resistenza a flessione f_cfk corrispondente al frattile 5% può assumersi pari a 0.7 f_ctm. Il valore medio della resistenza a flessione calcolato come sopradescritto, opportunamente ridotto - mediante dei coefficienti di sicurezza - potrà essere utilizzato come resistenza di progetto per il dimensionamento della pavimentazione. Questo abbattimento della resistenza a flessione si rende necessario per tener conto dei fenomeni di fatica cui è esposto il calcestruzzo della pavimentazione soggetto a frequenti cicli di carico e scarico dovuti al passaggio di veicoli.
Fig. 1 - Curva sforzo-deformazione dopo infiniti cicli di carico con valore dello sforzo applicato inferiore al limite di fatica.	Fig.2 - Curva sforzo-deformazione in funzione del numero di cicli di carico con un valore dello sforzo applicato superiofe al limite di fatica.
Per effetto dell'azione ripetuta dei carichi il conglomerato può subire una rottura a fatica collassando in corrispondenza di valori di tensione inferiori alla tensione di rottura (resistenza statica) determinata con un solo ciclo di carico. Il meccanismo alla base del fenomeno della fatica può essere schematizzato come segue: - generalmente nel calcestruzzo sono presenti delle microlesioni, dei difetti e cavità localizzati principalmente all'interfaccia pasta-aggregato a cui possono sommarsi ulteriori soluzioni di continuità generate dal ritiro, oppure da gradienti termici; - allorquando il conglomerato cementizio viene assoggettato a tensioni inferiori al 50-60% della tensione di rottura del materiale determinata per via statica (cioè con un unico ciclo di carico) queste soluzioni di continuità non subiscono modifiche sostanziali. In queste condizioni, il diagramma sforzi-deformazioni rimane pressoché lineare ed il fenomeno della fatica non si manifesta anche nel caso in cui si assoggetti la struttura ad un numero infinito di cicli di carico (Fig. 1); - per valori della tensione di lavoro superiori al 50-60% della tensione di rottura determinata per via statica, invece, le microlesioni si amplificano e successivamente si ramificano provocando un ampliamento della deformazione irreversibile come è illustrato in Fig. 2. In base al meccanismo sopraesposto si evince, quindi, che il fenomeno della fatica si manifesta soltanto per valori della tensione maggior del 50-60% della tensione di rottura del materiale. La fatica, cioè, si manifesta soltanto se la tensione cui è assoggettato il materiale è superiore ad un valore definito limite di fatica. Nei calcestruzzi soggetti a sforzi di compressione il limite di fatica è pari a circa il 60% della resistenza del materiale. In particolare, il limite di fatica per sforzi di trazione per flessione, invece, è pari a circa il 50% della tensione di rottura determinata per via statica (un solo ciclo di carico). Sia P_r è il carico che porta il provino a rottura per flessione al primo ciclo con una tensione di rottura f_cf. Supponendo di caricare il provino con un carico P_r/1.5, la tensione sviluppata s_f = f_cf/1.5 non causerà più la rottura del provino al primo ciclo. Per arrivare alla rottura con la tensione f_cf/1.5 saranno necessari n cicli di carico-scarico. Riducendo ancora il carico sino a P_r/2, il provino, sottoposto al lembo inferiore ad una tensione di trazione per flessione f_cf / 2, potrà essere caricato e scaricato infinite volte senza rompersi. Nell'intervallo compreso tra P_r e P_r/2, ad ogni frazione del carico di rottura corrisponderà un numero di cicli di carico e scarico dopo i quali si avrà la rottura a flessione del calcestruzzo. Ragionando in maniera inversa, qualora si preveda che la pavimentazione da progettare sia sottoposta ad n cicli di carico-scarico, si dovrà considerare che la tensione di rottura a flessione del calcestruzzo, cioè la sua resistenza a flessione di progetto, non sarà più f_cfm o MR, ma MR/FS dove FS (fattore di sicurezza) è funzione del numero di cicli ipotizzati. E' evidente che quasi mai sarà possibile stimare con sufficiente precisione il numero di cicli di carico (dovuti al passaggio dei veicoli) cui sarà interessata una determinata pavimentazione. In questa situazione il problema è risolvibile adottando un fattore di sicurezza pari a 2. In questo modo, essendo le tensioni massime di trazione cui sarà soggetta la pavimentazione uguali al limite di fatica (50% della resistenza a flessione statica), il collasso per fatica non può manifestarsi anche per un numero infinito di passaggi dei veicoli.