Le tubazioni in calcestruzzo armato con barre in GFRP possono guadagnare in capacità di fessurazione se abbinate a fibre corte riciclate dello stesso materiale. È quanto emerge da una ricerca pubblicata su CivilEng (Vol. 7, doi: 10.3390/civileng7020021), firmata da Shuaiyuan Wang, Jianzhong Chen, Yong Lv, Pengfei Song e Mingqing Sun, che ha combinato prove sperimentali di tipo three-edge bearing con un modello di calcolo sensibile alla larghezza della fessura.
La metodologia: dall’anello iperstatico al ponte delle fibre
Il nucleo del lavoro è un modello di analisi degli sforzi interni costruito con il metodo delle forze. La sezione trasversale del tubo viene trattata come un anello circumferenziale iperstatico, dal quale si ricavano gli sforzi nelle sezioni critiche e la posizione dell’asse neutro. Un aspetto delicato della modellazione riguarda il contributo delle fibre corte di GFRP riciclato (rGFRP) attraversate dalla fessura: la distribuzione spaziale delle fibre è stata simulata mediante campionamento Monte Carlo, mentre prove di pull-out su singola fila hanno permesso di mettere in relazione la lunghezza di aderenza con la forza di estrazione. L’incrocio di questi due elementi consente di quantificare l’azione di ponteggiamento delle fibre sulle sezioni fessurate.
Il programma sperimentale
La validazione si è basata su dieci tipologie di provino, caratterizzate da diverse combinazioni di armatura a barre e dosaggio di fibre, tutte sollecitate a pressione esterna secondo lo schema di prova a tre taglienti (three-edge bearing, TEB), riferimento classico per la caratterizzazione dei tubi in calcestruzzo.
I risultati numerici del modello sono stati confrontati con i carichi di prima fessurazione e i carichi ultimi misurati. L’accordo risulta soddisfacente, con errori per la maggior parte entro il ±20%.
Cosa dicono i numeri
I dati più interessanti per il progettista riguardano l’effetto dei due sistemi di rinforzo, presi singolarmente e in combinazione:
- l’aggiunta dell’1% in volume di fibre rGFRP incrementa il carico di fessurazione dell’11,81%, mentre l’effetto sul carico ultimo è quasi nullo (+0,45%);
- sostituendo le barre in acciaio con barre in GFRP di uguale area, in assenza di fibre, il carico di fessurazione cresce marginalmente (+1,35%), ma il carico ultimo cala del 35,45%;
- per tutti i provini la relazione tra carico e larghezza massima della fessura risulta fortemente lineare, con R2 maggiore di 0,93.
La lettura di questi valori suggerisce una divisione dei ruoli tra i due sistemi: le fibre agiscono prevalentemente in fase fessurata ante collasso, ritardando l’apertura delle fessure, mentre l’armatura a barre determina la capacità portante ultima. L’abbattimento del 35,45% della capacità ultima evidenziato dalla sostituzione integrale dell’acciaio con GFRP rappresenta un dato che chi opera su opere idrauliche sepolte non può ignorare in fase di dimensionamento.
Implicazioni per la pratica
La linearità della relazione carico-larghezza di fessura, con coefficienti di determinazione superiori a 0,93 su tutta la campagna, offre un riferimento semplice e immediato per la verifica di esercizio dei tubi, condizione spesso governante nelle tubazioni per la controllo dell’apertura delle fessure. Il modello proposto, calibrato sui dati sperimentali, è presentato dagli autori come strumento a supporto della progettazione portante e del controllo della fessurazione con materiali GFRP riciclati, in un’ottica di riuso dei residui del composite stesso.
Per il calcolista, il messaggio operativo è duplice: il ripristino parziale della duttilità e del comportamento fessurativo, perso con l’eliminazione dell’acciaio, può essere perseguito attraverso l’aggiunta di fibre riciclate, e gli strumenti di calcolo existenti permettono di prevedere il comportamento con un’accuratezza compatibile con le verifiche di progetto.
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