L'UHPFRC consente una progettazione strutturale innovativa
L’Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Cementitious Composites (UHPFRC) fa parte di una nuova classe di materiali cementizi che stanno ampliando le possibilità della progettazione strutturale. Non si tratta semplicemente di un calcestruzzo più resistente, ma di un materiale con caratteristiche meccaniche e di durabilità tali da richiedere un approccio progettuale specifico. L’elevata resistenza e la capacità di incrudimento a trazione consentono infatti la realizzazione di elementi strutturali molto sottili, con sezioni paragonabili a quelle delle strutture metalliche ma con la versatilità formale del calcestruzzo. In Svizzera, dove nel 2016 è stata pubblicata, in francese e tedesco, la Norma SIA 2052: «Calcestruzzo fibrorinforzato ad altissime prestazioni (CFAP) – materiali da costruzione, dimensionamento ed esecuzione», questo materiale è già stato applicato in oltre 450 interventi tra infrastrutture e costruzioni.
L’UHPFRC è composto da cemento (circa 700 kg/m³), sabbia con granulometria massima di 1 mm, microsilice, acqua con rapporto acqua-legante compreso tra 0,15 e 0,20, additivi superfluidificanti e un’elevata percentuale di fibre d’acciaio corte e sottili (>3% in volume, pari a circa 250-300 kg/m³). Il materiale raggiunge resistenze caratteristiche a compressione fino a 200 MPa e resistenze a trazione fino a circa 12 MPa, con comportamento incrudente fino a deformazioni dell’ordine di 2‰. Il modulo elastico è di circa 45 GPa. La matrice estremamente compatta garantisce una permeabilità all’acqua da 50 a 100 volte inferiore rispetto al calcestruzzo ordinario non fessurato, con conseguente incremento della durabilità e protezione delle armature.
A causa dell’elevato contenuto di cemento e fibre metalliche, l’UHPFRC presenta costi e emissioni di CO₂ superiori rispetto al calcestruzzo tradizionale. Di conseguenza, l’efficienza progettuale si basa sulla significativa riduzione delle quantità di materiale. Una regola pratica suggerisce che un elemento in UHPFRC debba essere circa tre volte più leggero rispetto a un equivalente in calcestruzzo armato per risultare competitivo. Ciò porta spesso all’adozione di elementi sottili e nervati, analoghi alle soluzioni impiegate nei primi sviluppi del cemento armato.
Le proprietà del materiale hanno consentito lo sviluppo di diverse soluzioni strutturali innovative, come dimostrato negli esempi presentati nel testo originale. Le applicazioni dimostrano come la combinazione di resistenza, duttilità e durabilità dell’UHPFRC stia aprendo nuove prospettive per la progettazione di strutture snelle, leggere e ad alta efficienza. Tuttavia, il suo impiego richiede una progettazione attenta, in cui innovazione strutturale ed efficienza economica e ambientale procedano di pari passo.
