Un errore quadratico medio normalizzato che scende fino a 0,006 e rapporti tra valori sperimentali e numerici compresi tra 0,95 e 1,04: da questi margini di accordo prende avvio l’indagine pubblicata su CivilEng sul comportamento a flessione di travi T in calcestruzzo armato rinforzate con barre in CFRP near-surface mounted (NSM) nella zona a momento negativo.
Su questa base, la campagna parametrica esplora quattro variabili di progetto, dal diametro delle barre alla tipologia di fibra del FRP, e restituisce incrementi di carico ultimo fino al 47,51% e guadagni di rigidezza superiori al 50%, al prezzo però di una duttilità in calo nelle configurazioni più spinte.
Il modello non lineare e la verifica sui dati sperimentali
L’oggetto dell’analisi è la risposta flessionale di travi T in calcestruzzo armato consolidate nella regione a momento negativo, dove la fibra superiore della sezione lavora a trazione: la condizione che si instaura in corrispondenza degli appoggi intermedi delle travature continue. Il rinforzo è realizzato con barre in polimero fibrorinforzato al carbonio applicate con tecnica NSM, che prevede l’alloggio delle barre in solchi ricavati nella copertura di calcestruzzo e la loro solidale connessione al supporto per adesione.
Lo strumento di calcolo è un modello agli elementi finiti tridimensionale non lineare, costruito e poi verificato confrontando le previsioni con i dati delle prove. Due indicatori quantificano la qualità dell’accordo: l’errore quadratico medio normalizzato (NMSE), che raggiunge valori minimi pari a 0,006, e il rapporto tra risultato sperimentale e risposta numerica, variabile tra 0,95 e 1,04. Uno scostamento contenuto che legittima l’impiego del modello come banco di prova virtuale per la fase parametrica successiva.
Le quattro variabili della serie parametrica
La matrice di analisi ruota attorno a quattro parametri:
- diametro delle barre CFRP, fatto variare da 6 a 10 mm;
- resistenza a compressione del calcestruzzo;
- rapporto di armatura longitudinale, portato fino al 2,90%;
- tipologia di FRP, con CFRP, AFRP e BFRP a confronto.
Per ogni combinazione il modello restituisce gli indicatori attorno a cui si articola la lettura dei risultati: carico ultimo, rigidezza e duttilità. È l’incrocio tra questi valori, più che il comportamento isolato della singola variabile, a definire il bilancio complessivo del rinforzo.
Diametro delle barre: fino a 47,51% di carico ultimo in più
Il parametro con l’effetto più marcato sul carico ultimo è il diametro. Il passaggio da barre da 6 mm a barre da 10 mm comporta incrementi del carico ultimo fino al 47,51%, con rigidezza che sale a 1,48 volte il valore di riferimento. Le due grandezze muovono nella stessa direzione e rendono la sezione della barra la leva più diretta quando l’obiettivo è alzare insieme capacità portante e rigidezza della trave rinforzata.
Calcestruzzo e armatura: prestazioni in salita, duttilità in calo
Gli altri due parametri disegnano uno schema ricorrente. L’aumento della resistenza a compressione del calcestruzzo porta miglioramenti della rigidezza che superano il 50,00%, ma il guadagno si riflette in una riduzione della duttilità. Anche l’armatura longitudinale segue la stessa traiettoria: con rapporti fino al 2,90% le travi raggiungono carichi di picco di 309,61 kN, mentre la capacità di deformazione diminuisce.
In entrambi i casi, dunque, il guadagno di prestazione si accompagna a un comportamento meno deformabile della trave consolidata.
CFRP, AFRP e BFRP: la scelta della fibra
L’ultimo asse di confronto è il materiale. CFRP e AFRP si collocano sui valori superiori di resistenza e rigidezza; il BFRP presenta invece una combinazione più bilanciata tra resistenza e capacità di deformazione. La selezione tra le tre soluzioni dipende quindi dal peso relativo che il progetto assegna alla capacità portante rispetto alla deformabilità della sezione rinforzata.
Numeri chiave della campagna parametrica
| Parametro | Variazione analizzata | Effetto sulla risposta |
|---|---|---|
| Diametro barre CFRP | da 6 a 10 mm | carico ultimo fino a +47,51%; rigidezza 1,48 volte |
| Resistenza a compressione del calcestruzzo | aumento | rigidezza oltre +50,00%; duttilità ridotta |
| Armatura longitudinale | fino al 2,90% | carico di picco 309,61 kN; duttilità in calo |
| Tipo di FRP | CFRP, AFRP, BFRP | CFRP e AFRP maggiori resistenza e rigidezza; BFRP equilibrio tra resistenza e deformabilità |
Per chi dimensiona rinforzi NSM su strutture esistenti, la serie di risultati offre valori quantitativi utili a orientare la scelta tra diametro delle barre, resistenza del calcestruzzo, quantità di armatura e tipo di fibra.
Lo studio, intitolato Parametric Study of the Physical Responses of NSM CFRP-Strengthened RC T-Beams in the Negative Moment Region, è pubblicato su CivilEng, Vol. 6, pagine 56, e porta le firme di Yanuar Haryanto, Gathot Heri Sudibyo, Hsuan-Teh Hu, Fu-Pei Hsiao, Laurencius Nugroho, Dani Nugroho Saputro, Habib Raihan Suryanto ed Abel Earnesta Christopher Haryanto. L’articolo completo è disponibile tramite il doi 10.3390/civileng6040056.
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