Fibra di polipropilene per calcestruzzo proiettato: miglioramento della tenacità e della resistenza al fuoco del rivestimento delle gallerie

Fibra di polipropilene (PP) è diventato un additivo indispensabile nel calcestruzzo proiettato per gallerie, risolvendo due modalità di cedimento critiche:

1. Fessurazione da ritiro della plastica nelle prime 24 ore successive all'irrorazione
2. Scalzamento esplosivo sotto il fuoco nemico — una modalità di guasto catastrofica che può mettere a rischio la vita delle persone e causare il crollo totale del rivestimento

La presente guida tecnica illustra il funzionamento della fibra di PP nel calcestruzzo proiettato, mette a confronto le applicazioni delle microfibre e delle macrofibre e fornisce dati sulle formulazioni per il rivestimento delle gallerie in conformità alle norme EN 14488, ACI 506 e alle linee guida EFNARC.

1. Perché il calcestruzzo proiettato in galleria richiede un rinforzo in fibra

1.1 Restringimento della plastica nel calcestruzzo proiettato appena applicato

Il calcestruzzo proiettato applicato su roccia o su superfici in calcestruzzo esistenti è soggetto a un'immediata perdita di umidità dovuta a:

• Elevato rapporto superficie/volume degli strati sottili
• Vento e temperatura nelle gallerie
• Substrati rocciosi assorbenti

In assenza di fibre, entro 1–6 ore si formano crepe da ritiro della plastica (di larghezza tipicamente compresa tra 0,1 e 0,5 mm). Queste crepe:

• Consentire l'infiltrazione di acque sotterranee e la corrosione delle armature
• Ridurre l'integrità a lungo termine del rivestimento
• Richiede una costosa riparazione mediante iniezione di malta

Microfibre di PP con densità compresa tra 0,6 e 1,0 kg/m³ eliminare efficacemente le fessurazioni da contrazione della plastica colmando le microfessurazioni nella fase iniziale.

1.2 Scheggiatura da esplosione sotto il fuoco nemico

Nelle gallerie di trasporto (stradali, ferroviari, della metropolitana), gli scenari di incendio provocano:

• Aumento della temperatura fino a 300 °C in 5–10 minuti (curva HC)
• Temperature al centro di 800–1.200 °C in incendi di lunga durata

Intorno alle 200–300 °C, l’acqua libera presente nel calcestruzzo si trasforma in vapore più rapidamente di quanto possa fuoriuscire attraverso la rete di pori. La pressione del vapore aumenta fino a quando il calcestruzzo di copertura si scheggia in modo esplosivo — una frammentazione violenta che:

• Espone il tondino d'acciaio alla fiamma diretta
• Distrugge la capacità strutturale in pochi minuti
• Crea un rischio di detriti volanti durante l'evacuazione

Le microfibre di PP fondono a 160–165 °C, creando una rete di pori interconnessi che consente al vapore di fuoriuscire — eliminando completamente lo sfaldamento esplosivo anche a temperature superiori a 1.000 °C per periodi prolungati. Questo fenomeno, esclusivo della fibra di PP, è ora obbligatorio nella maggior parte delle norme antincendio relative alle gallerie a livello mondiale.

2. Tipi di fibre in PP per applicazioni con calcestruzzo proiettato

Gradi di fibra TenaBrix PP per calcestruzzo proiettato:

3. Dati sulle prestazioni anti-spallamento

Prestazioni testate secondo EN 1363-2 (resistenza al fuoco) e Protocollo di prova di sfaldamento EFNARC:

Substrato: calcestruzzo proiettato C35/45, rapporto acqua/cemento (w/c) = 0,42, cemento Portland ordinario (OPC) 52,5R, stagionatura a 23 °C, invecchiamento di 90 giorni.

A 0,9 kg/m³ di TenaBrix PF-12M, lo sfaldamento esplosivo viene completamente eliminato secondo la norma ISO 834 e le curve di incendio RABT.

4. Formulazioni di calcestruzzo proiettato con fibre di PP

4.1 Calcestruzzo proiettato standard per il rivestimento di gallerie in tecnica NATM (C25/30)

w/c = 0,40–0,45 | Scorrimento: 200–250 mm (miscela umida) | Resistenza alla compressione a 1 giorno: ≥ 12 MPa | A 28 giorni: ≥ 35 MPa

4.2 Calcestruzzo proiettato resistente al fuoco per gallerie ad alto rischio (metropolitana, ferrovia)

Progettato per soddisfare i requisiti della norma EN 1992-1-2, classe di resistenza al fuoco EI120 | Classe di resistenza residua: EN 14487-1 Classe B500

4.3 Sistema ibrido in fibra di PP + fibra d'acciaio

Molti progetti moderni di gallerie utilizzano un sistema ibrido in fibra ottica per ridurre il contenuto di fibre d'acciaio mantenendo la tenacità strutturale:

L'approccio ibrido riduce perdite da rimbalzo (la fibra d'acciaio è elastica; la fibra in PP ha un rimbalzo quasi nullo) e riduce il costo totale del materiale del 20–30%.

5. Aspetti da considerare nell'applicazione del calcestruzzo proiettato

5.1 Miscelabilità e pompabilità

• Le microfibre di PP si disperdono facilmente nella miscela umida di calcestruzzo proiettato; prolungano la rotazione del tamburo della miscelatrice a secco di 90 secondi
• Per le qualità fibrillate, aggiungere prima all’acqua di impasto per evitare la formazione di grumi
• Monofilamento PF-12M: nessuna riduzione della pompabilità fino a 2,0 kg/m³

5.2 Rimbalzo

Un vantaggio fondamentale della fibra di PP rispetto alla fibra d'acciaio:

• Tasso di recupero delle fibre di PP: 2–8% (simile alla frazione fine dell'aggregato)
• Tasso di rimbalzo delle fibre d'acciaio: 15–35% (spreco significativo di risorse)

5.3 Distanza dell'ugello e pressione

• Procedimento a umido: distanza dell’ugello dal substrato 0,8–1,2 m; pressione dell’aria 5–7 bar
• Le fibre di PP non intasano l'ugello se la loro lunghezza è ≤ 19 mm e la dimensione massima degli inerti è ≤ 10 mm
• Per le macrofibre PF-48MC, utilizzare un ugello con diametro ≥ 50 mm

5.4 Spessore dello strato

• La distribuzione delle fibre di PP è uniforme su spessori di strato compresi tra 50 e 300 mm
• Per garantire la resistenza alla scheggiatura, è necessario uno spessore minimo di 80 mm con PF-12M ≥ 0,9 kg/m³.

6. Conformità e standard

7. Applicazioni di mercato: dove viene utilizzato il calcestruzzo proiettato con fibre di PP

• Gallerie della metropolitana (India, GCC): Fase IV della metropolitana di Delhi, ampliamento della metropolitana di Riyadh — il trattamento antiesfoliante è obbligatorio
• Gallerie idroelettriche (Brasile): Progetti energetici nel bacino del Rio delle Amazzoni; ambienti con acque sotterranee aggressive
• Gallerie stradali (Medio Oriente): Progetto NEOM in Arabia Saudita, gallerie dell'autostrada costiera di Abu Dhabi
• Sistemi di sostegno per gallerie minerarie (India): Miniere di carbone e miniere di minerale di ferro che utilizzano sistemi di sostegno del terreno con calcestruzzo proiettato
• Muri di contenimento: Tramonti a cielo aperto, parcheggi sotterranei