Pavimentazioni industriali: analisi del comportamento di una piastra in c.a. su impalcato flessibile

 
Introduzione 
‐ XLIII ‐ 
 
«Floors are commonly concrete slab on ground. Cracking and 
deformation in floors often leads to disturbance in vehicular 
traffic,  inclined  racks,  soiled  cracks,  reduced  resistance  and 
visible irritations. […] In many  aspects damages on floors have 
serious  economical  consequences  that  must  be  fight  again 
early.» 
  J. HEDEBRATT, J. SILFWERBRAND 
 
 
In questi ultimi decenni la realizzazione di pavimentazioni industriali 
ha  subito  un  notevole  sviluppo  sul  territorio  nazionale,  sebbene  insorgano 
spesso questioni legate all’errata (o completamente mancante) progettazione. Il 
nostro  lavoro  si  inserisce  nell’analisi  delle  problematiche  legate  alle 
pavimentazioni industriali gettate su impalcato flessibile. Queste spesso sono 
sottoposte ad alte sollecitazioni: 
• carichi concentrati fissi (gambe di scaffalature, nell’ordine di 50 kN per 
gamba); 
• carichi concentrati mobili (ruote di carrelli elevatori, nell’ordine di 20 
kN per ruota); 
• carichi distribuiti (peso proprio e materiali accatastati, che in situazioni 
limite possono raggiungere i 50 kN/m
2
). 
Il comportamento della struttura inoltre è influenzato da fenomeni non 
dipendenti dal tempo, quali le deformazioni elastiche (e plastiche) prodotte dai 
Introduzione 
‐ XLIV ‐ 
carichi, e da fenomeni dipendenti dal tempo, quali il ritiro e la viscosità del 
calcestruzzo. Il ritiro delle pavimentazioni industriali negli ultimi decenni sta 
assumendo maggiore importanza a causa del cambiamento dei materiali (sono 
aumentate  le  resistenze  del  calcestruzzo  e  quindi  il  ritiro),  delle  tecniche 
costruttive (nell’impasto viene utilizzato più cemento) e delle condizioni di 
esercizio (in molti edifici sono previsti sistemi di condizionamento dell’aria e un 
maggiore riscaldamento, che portano ad una diminuzione di umidità e quindi 
un aumento del ritiro). 
Il pavimento, la cui importanza strutturale spesso viene sottovalutata, è 
invece un’opera principale della costruzione, che ne condiziona la funzionalità 
e la manutenzione. L’unica norma attualmente in vigore in Italia sull’argomento 
è la legge 1086 del 5/11/1971 , che recita: «Sono considerate opere in c.a. quelle 
composte da un complesso di strutture in conglomerato cementizio e armature 
che assolvono a una funzione statica». Per colmare questo vuoto normativo è 
allo  studio  una  norma  UNI,  riguardante  la  progettazione,  l’esecuzione  e  il 
collaudo  dei  pavimenti  ad  uso  industriale;  la  tematica  è  quindi  di  grande 
interesse anche a livello normativo. 
Negli  ultimi  anni  vi  è  poi  la  diffusa  tendenza  a  gettare  la 
pavimentazione su struttura flessibile (ad esempio elementi in c.a.p.). Per i solai 
su suolo la normativa internazionale è ricca di fonti, mentre per questa nuova 
tipologia non vi sono indicazioni precise; è chiaro però che i metodi di calcolo 
di pavimenti su suolo non sono più adatti questa nuova tecnologia. 
Il problema presenta forte incidenza non solo a livello funzionale ma 
anche a livello economico, costituendo una voce significativa nell’investimento 
economico globale.  
Nella  ricerca  saranno  affrontati  in  una  prima  parte  gli  aspetti  di 
inquadramento dei principali fattori in gioco e di comportamento del materiale. 
Introduzione 
‐ XLV ‐ 
La presenza di fenomeni non lineari, quali l’attrito all’interfaccia e il possibile 
distacco tra la pavimentazione e il supporto (effetto curling), rende il problema 
di difficile trattazione teorica. La complessità è dovuta anche al gran numero di 
parametri  coinvolti;  si  è  cercato  pertanto  di  individuare  le  variabili  più 
significative e di valutare lo stato di sforzo generato nella pavimentazione. 
Completata questa fase preliminare, si passerà alla discretizzazione del 
problema tramite modello agli elementi finiti, prima nel piano e poi nello spazio 
e passando poi alla definizione di un modello numerico conforme ai risultati 
ottenuti.  L’approccio  al  problema  è  stato  di  tipo  induttivo,  partendo  da 
condizioni semplici per poi arrivare a quelle più complesse e realistiche.  
Il modello, per discretizzare un solaio gettato su struttura, è composto 
da una serie di travi portanti in c.a.p. (del tipo a pi greco o del tipo alveolare) e 
da una pavimentazione (collaborante o non) in calcestruzzo gettato in opera. 
Possiamo  considerare  due  situazioni  estreme,  che  esprimono  due 
approcci progettuali assai differenti: 
• pavimento collaborante con la soletta, ossia perfetta solidarizzazione tra 
i due strati; 
• pavimento  non  collaborante  con  la  soletta,  ossia  perfetta 
desolidarizzazione tra i due strati. 
La prima idealizzazione permette di avere spessori di solaio contenuti, 
perché viene sfruttata la collaborazione tra i due strati; per contro vi è una 
significativa interazione tra la parte portante e la cappa collaborante a causa 
degli stati coattivi (temperatura e ritiro). 
Nella seconda idealizzazione sono state separate le funzioni al fine di 
limitare alla sola pavimentazione gli effetti degli stati coattivi e alla struttura gli 
effetti delle sollecitazioni esterne. Il vantaggio di questa situazione si presenta, 
Introduzione 
‐ XLVI ‐ 
ad esempio, per interventi di recupero grazie alla possibilità di rimuovere la 
pavimentazione danneggiata, senza intaccare la parte portante. 
Nella  realtà  costruttiva  si  riescono  a  realizzare  solo  situazioni 
intermedie, con vari gradi di solidarizzazione tra pavimento e soletta a seconda 
delle modalità e delle tecnologie costruttive adottate. Si propone di creare un 
modello  aderente  alla  realtà,  considerando  un‘imperfetta  solidarizzazione, 
tenendo conto dell’attrito e della interazione fra le superfici affacciate.  
Successivamente,  effettuate  le  analisi  numeriche,  si  passerà  a  un 
confronto tra le due tipologie di pavimentazioni, su struttura e su suolo. Inoltre 
sarà accennato il quadro normativo e lo stato attuale dell’arte. Infine si proporrà 
un approccio progettuale al problema. 
I  risultati  ottenuti  sono  interessanti  in  quanto,  in  alcuni  casi, 
formalizzano  atteggiamenti  progettuali  assodati  mentre  in  altri  chiariscono 
metodi ormai dettati solo dall’uso. Gli esiti di questo lavoro possono essere di 
immediata applicazione per i pavimenti gettati su impalcato flessibile ed è 
possibile utilizzare un metodo analogo anche per le pavimentazioni su suolo 
elastico;  di  queste  comunque  vengono  forniti  i  risultati  in  molte  analisi 
numeriche. 
 
1 CARATTERISTICHE            
PRINCIPALI            
DEL PROBLEMA 
 
 
 
 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
Parcheggio interrato a sistema misto 
 
 
 
1 Indice generale 
 
‐ 5 ‐ 
 
 
 
 
 
1.1 Pavimentazioni industriali: generalità 
Per pavimentazioni in calcestruzzo ad uso industriale
1
, comunemente 
denominate pavimentazioni industriali, possiamo intendere diverse tipologie 
costruttive,  quali  pavimentazioni  di  autorimesse,  piazzali,  magazzini, 
stabilimenti  industriali  e  banchine  portuali.  Queste  possono  poggiare 
direttamente  sul  terreno  di  sottofondo,  su  vecchie  pavimentazioni  in 
conglomerato cementizio oppure essere eseguite su solai realizzati in opera o 
costituiti da elementi prefabbricati.  
Possiamo  dare  una  prima  definizione  di  pavimentazione  di 
calcestruzzo ad uso industriale, come una piastra di calcestruzzo,  interna o 
esterna, normalmente rifinita in superficie da  uno strato antiusura. Da notare 
che le pavimentazioni in calcestruzzo prese in esame non rientrano nell’ambito 
                                                 
 
1
 Parte del capitolo è stata tratta dal Progetto di norma UNI 11154 – «Pavimenti di calcestruzzo ad 
uso industriale. Criteri per la progettazione, esecuzione e collaudo», pubblicazione giugno 2005. Si 
veda anche: CONPAVIPER, Codice di buona pratica: per i pavimenti di calcestruzzo ad uso 
industriale, CONPAVIPER 3A edizione, Cerro al Lambro, MILANO, maggio 2003.
 
Indice fig 
‐ 6 ‐ 
della legge 1086, che si occupa di pavimentazioni aeroportuali e stradali in 
calcestruzzo armato. 
Caratteristiche principali del problema 
‐ 7 ‐ 
1.2 Tipologie costruttive 
Nel classificare le pavimentazioni industriali, possiamo fare una prima 
distinzione tra quelle poggianti su suolo e quelle poggianti su struttura, queste 
differiscono tra loro per lo strato di supporto. In generale possiamo individuare 
i seguenti strati: 
  
 
 
 
Figura 1.1: Schema tipo pavimento. 
 
ELEMENTO  STRATO 
PAVIMENTO 
Strato di usura 
Piastra di calcestruzzo 
Armatura 
Armatura suppletiva 
Strato di separazione 
STRATO DI SUPPORTO  
(per pavimentazione su suolo) 
Massicciata o fondazione 
Rilevato (eventuale) 
Strato di bonifica (eventuale) 
Suolo (terreno naturale) 
STRATO DI SUPPORTO 
(per pavimentazione su struttura) 
Soletta  
(gettata in opera o prefabbricata) 
Indice fig 
‐ 8 ‐ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.2: tipologie costruttive: (1) pavimento su massicciata, (2) pavimento su soletta, (3) 
pavimento collaborante con soletta, (4) pavimento su pavimento preesistente, (5) pavimento su 
stato coibente. 
Caratteristiche principali del problema 
‐ 9 ‐ 
• Strato di usura: dotato di elevata resistenza all’ abrasione, è realizzato 
applicando sulla superficie del calcestruzzo ancora fresco, una miscela 
anidra (spolvero) oppure una malta premescolata (pastina) composta 
d’acqua,  cemento,  aggregati  (quarzo,  corindone,  elementi  metallici) 
resistenti all’abrasione. 
• Piastra  di  calcestruzzo:  strato  gettato  in  opera  con  funzione  di 
ripartizione dei carichi o strutturale (piastra collaborante). 
• Armatura:  possiamo  distinguere  differenti  armature  nella 
pavimentazione, a seconda della scelta progettuale possiamo avere: 
Rete elettrosaldata: senza funzioni strutturali, cui è affidato il compito di 
assorbire gli sforzi generati dai movimenti di natura termoigrometrica 
che interessano il conglomerato cementizio. L’armatura, quindi, non 
incrementa  la  capacità  resistente  del  pavimento,  né  consente  di 
eliminare  il  ritiro  del  conglomerato  cementizio.  Essa,  invece,  può 
contrastare gli effetti del ritiro, controllando l’ampiezza di apertura dei 
giunti  e  l’entità  dell’imbarcamento  prodotto  dalle  contrazioni 
differenziali  della  piastra  in  calcestruzzo,  oltre  a  limitare  eventuali 
fessure  prodotte  da  modesti  cedimenti  differenziali  dello  strato  di 
supporto. 
Fibre  metalliche  o  comunque  strutturali:  possono  essere  utilizzate  in 
sostituzione o congiuntamente alla rete elettrosaldata. L’aggiunta di 
fibre  al  conglomerato  consente  di  ottenere  un  materiale  di  elevata 
duttilità e tenacità, capace di resistere a sollecitazioni particolari (quali 
ad esempio quelli dovuti alla caduta di oggetti metallici, alla sterzata 
delle ruote dei veicoli, al trascinamento di oggetti pesanti). Opportuni 
dosaggi  di  fibre  metalliche  consentono  anche  di  incrementare  la 
portanza flessionale della piastra nella fase post‐fessurativa. 
Indice fig 
‐ 10 ‐ 
• Armatura suppletiva:  
Fibre sintetiche: possono essere aggiunte come rinforzo al fine di ridurre 
e  controllare  le  fessure  indotte  dal  ritiro  plastico  del  calcestruzzo, 
generate da un eccesso di acqua che evapora nella fase plastica di 
primo indurimento.  
Ripartitori: comunemente definiti “barrotti”, sono costituiti da tondini di 
armatura  in  acciaio  in  grado  di  contrastare  i  movimenti  verticali 
differenziali che si verificano tra due lastre contigue, in corrispondenza 
dei giunti di costruzione. 
 
 
 
 
Figura 1.3: Giunto a bielle tra due lastre contigue. 
 
Barre  di  rinforzo:  barre  d’acciaio  opportunamente  posizionate  in 
prossimità  degli  spigoli  di  elementi  direttamente  a  contatto  con  la 
pavimentazione. La mancanza di giunti di isolamento crea problemi in 
corrispondenza degli spigoli degli elementi a diretto contatto con la 
pavimentazione,  perché  in  tali  punti  si  concentrano  gli  sforzi  di 
interazione  tra  pavimento  ed  elemento  a  contatto,  con  presenza  di 
tensioni di trazioni spesso tali da innescare la fessurazione. 
Caratteristiche principali del problema 
‐ 11 ‐ 
A titolo esemplificativo riportiamo qui una tabella
2
 con le tipologie dei 
pavimenti industriali classificati in base all’utilizzo: 
Tipo  Campi d’impiego 
prevalenti 
Condizioni di carico più frequenti 
1 
Uffici, marciapiedi, 
cantine, disimpegni 
Statiche  e  dinamiche  non  comprese  nei  tipi 
successivi 
2  Autorimesse, piazzali  Automezzi di massa totale ≤ 3,5 t su pneumatici  
3 
Magazzini e industria con 
uso transpallets, presenza 
di scaffalature leggere, 
piazzali autorimesse 
Carrelli  elevatori  di  massa  totale  ≤  2,5  t  su 
pneumatici 
Scaffalature  aventi  carico  massimo ≤ 10  KN/ 
appoggio 
Automezzi di massa totale ≤30 t su pneumatici 
4 
Magazzini, grande 
distribuzione e industria 
con uso intensivo di 
carrelli elevatori, 
presenza di scaffalature 
Carrelli  elevatori  con  massa  totale  >  2,5  t  su 
pneumatici 
Transpallets con massa totale ≤ 1 t 
Carrelli elevatori di massa totale ≤ 4,5 t con ruote 
piene 
Scaffalature  aventi  carico  massimo ≤  30 
KN/appoggio 
Automezzi di massa totale ≤ 30 t su pneumatici 
 
5 
Industria, scaffalature, 
moli banchine portuali, e 
carichi speciali, piazzali 
Transpallets con massa totale > 1 t 
Carrelli elevatori di massa totale > 4,5 t con ruote 
piene 
Scaffalature  aventi  carico  massimo  >  30 
KN/appoggio 
Automezzi di massa totale > 30 t su pneumatici 
 
                                                 
 
2
 Prospetto 1 – Tipologia dei pavimenti industriali in base all’utilizzo. Tratto da CONPAVIPER, 
Codice  di  buona  pratica:  per  i  pavimenti  di  calcestruzzo  ad  uso  industriale,  CONPAVIPER  3A 
edizione, Cerro al Lambro, MILANO, maggio 2003, pag. 14. 
Indice fig 
‐ 12 ‐ 
1.3 Giunti  
Le  variazioni  di  temperatura  e  il  ritiro  del  calcestruzzo  innescano 
tensioni e deformazioni nel pavimento legate alle variazioni di dimensioni della 
piastra. Per assorbire tali tensioni, riducendo possibili fessurazioni superficiali, 
si  devono  realizzare  nel  pavimento  alcune  soluzioni  di  continuità,  così  da 
ridurre le dimensioni delle lastre. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.4: giunto di contrazione. 
In  generale,  la  disposizione  dei  giunti  è  determinata  dal  tipo  di 
sottofondo della pavimentazione e viene stabilita dal progettista: 
• se  il  supporto  è  costituito  da  elementi  prefabbricati,  non 
strutturalmente  solidarizzati  (tegoli,  copponi,  ecc.),  i  giunti  devono 
corrispondere alle linee di discontinuità; 
• se  il  pavimento  è  strutturalmente  solidarizzato  con  elementi 
prefabbricati per incrementarne la portata, l’esecuzione dei giunti e il 
loro  dimensionamento  devono  essere  prescritti  ed  indicati  dal 
progettista; 
Caratteristiche principali del problema 
‐ 13 ‐ 
• se il supporto è costituito da massicciata, vengono eseguiti tutti i tipi di 
giunto tenendo conto della disposizione planimetrica dell’area in cui 
viene  realizzata  la  pavimentazione  e  del  grado  di  planarità  della 
massicciata. 
Il  taglio  meccanico  del  giunto,  eseguito  mediante  dischi  abrasivi  o 
diamantati, può causare piccoli sbrecciamenti che comunque non costituiscono 
difetto. 
Si definiscono le seguenti tipologie di giunto
3
: 
• giunti di costruzione 
• giunti di controllo o contrazione 
• giunti di dilatazione 
• giunti di isolamento 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.5: Elementi caratteristici pavimentazione. 
                                                 
 
3
 Tratto da CONPAVIPER, Codice di buona pratica: per i pavimenti di calcestruzzo ad uso industriale, 
CONPAVIPER 3A edizione, Cerro al Lambro, MILANO, maggio 2003, pag. 41 e successive.  
Indice fig 
‐ 14 ‐ 
1.3.1 Giunti di costruzione 
I giunti di costruzioni si costituiscono di fatto con l’accostamento di due 
lastre gettate in tempi diversi; le lastre non devono essere tra loro separate, a 
meno che non si debba realizzare un giunto di dilatazione. Se non previsto 
progettualmente in modo diverso, l’accostamento dei getti deve essere rettilineo 
e a tutta sezione verticale. Se previsto il taglio meccanico viene effettuato con il 
solo  scopo  di  realizzare  una  traccia  per  l’inserimento  dei  materiali  di 
riempimento. 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.6: Esecuzione di un giunto di costruzione. 
1.3.2 Giunti di contrazione o controllo 
I giunti di contrazione devono essere realizzati su tutte le lastre di 
calcestruzzo,  gettate  su  qualsiasi  supporto,  salvo  che  non  vengano 
dichiaratamente  impiegate  tecniche  particolari  che  ne  rendano  superflua  la 
formazione (jointless floor). Il taglio si esegue per una profondità h che varia da 
1/4 a 1/6 dello spessore, solitamente non supera però i 6 mm di profondità.