Studio sperimentale degli effetti delle fibre di scarto di cotone sulle prestazioni strutturali di travi profonde in calcestruzzo ad alta resistenza con armatura di taglio leggera

Fibre di scarto del cotone in calcestruzzo ad alta resistenza: un programma sperimentale condotto su travi profonde in cemento armato mostra che dosaggi fino allo 0,75% di cotton waste fibres modificano sensibilmente il comportamento a taglio, in particolare nelle travi con armatura di anima ridotta. Lo studio, firmato da Joel Kimarai Musyoka, Naftary Gathimba, Silvester Ochieng Abuodha e Victoria Okumu, è stato pubblicato su Construction Materials (doi: 10.3390/constrmater6040044).

Impostazione della campagna sperimentale

Il programma di prova ha interessato cinque serie di travi profonde in c.a. ad alta resistenza, con altezze di 400 mm e 500 mm e un rapporto di armatura d’anima pari allo 0,3%. La risposta strutturale è stata indagata mediante prove a quattro punti di carico, analizzando sia gli stati limite ultimate che quelli di esercizio.

Ogni serie comprendeva provini integri non intagliati, provini intagliati di controllo e provini intagliati con tenori di fibre variabili da 0% a 0,75%. Gli intagli, replicando i parametri di comportamento al taglio tipici dello stato di esercizio, hanno permesso di isolare il contributo delle fibre rispetto alla matrice non armata con fibre.

Rottura e capacità portante

Il passaggio da provini non intagliati a intagliati modifica radicalmente il meccanismo di collasso: dalla rottura taglio-compressione si evolvono rotture per spaccatura dell’anima (web-splitting). Le conseguenze sulla capacitàUltima al taglio differiscono però in funzione dell’altezza della trave: il calo di Vu risulta pari al 27,44% per le travi da 400 mm, mentre scende allo 0,17% per quelle da 500 mm. Un segnale netto dell’influenza dell’effetto di scala.

Fibre ed effetto di scala sul comportamento a taglio

I risultati più significativi emergono dai provini intagliati con fibre. Nei provini da 400 mm l’aumento di Vu raggiunge il 34,28%; per quelli da 500 mm si registra un incremento del 14,71%. Il carico di apertura delle fessure cresce rispettivamente da 13,87 kN a 44,63 kN e da 11,88 kN a 35,19 kN.

• Rigidezza: incrementi dell’84,76% (travi da 400 mm) e del 38,39% (travi da 500 mm).
• Duttilità a taglio: l’indice di duttilità nella staffa più esterna aumenta del 49,15% e del 39,95% nelle rispettive serie.
• Contributo dell’armatura d’anima: il fattore di contribuzione a Vu passa da 0,31 a 0,94 per le travi da 400 mm e da 0,87 a 0,97 per quelle da 500 mm, confrontando il caso senza fibre con quello allo 0,75%.

Letture progettuali

Due elementi meritano attenzione da parte del progettista. Il primo riguarda l’interazione tra dimensione del membro e contenuto di fibre: l’efficacia delle fibre sulla capacità al taglio non è costante con l’altezza della trave, e la serie da 500 mm mostra guadagni proporzionalmente più contenuti pur partendo da un contributo già elevato dell’armatura d’anima.

Il secondo attiene agli stati limite di esercizio. È proprio sulle proprietà SLS, e in particolare su rigidezza, duttilità a taglio e carico di prima fessurazione, che le fibre di scarto del cotone dimostrano la propria idoneità all’impiego strutturale nelle travi profonde con armatura di anima leggera.

L’impiego di un sottoprodotto tessile come rinforzo disperso nel calcestruzzo ad alta resistenza trova quindi un riscontro sperimentale quantificato: non una sostituzione dell’armatura ordinaria, ma un mezzo per migliorare il comportamento in esercizio di travi profonde snelle nell’anima.