Autore: gianni.dessi@gmail.com

  • Rifiuti elettrici ed elettronici (RAEE) riciclati nel calcestruzzo: revisione delle prestazioni meccaniche e del potenziale di sostenibilità con un caso di studio in Romania

    Percentuali contenute di particelle fini provenienti da rifiuti elettronici, nell’intervallo tra lo 0,2% e l’1,5%, possono migliorare la risposta meccanica del calcestruzzo. Aumentando il dosaggio, oppure introducendo frazioni grossolane, il contributo si inverte e la qualità del composito tende a peggiorare. A tracciare questo confine è la review firmata da Cristian Georgeoi, Ioan Petran, Camelia Maria Negrutiu e Pavel Ioan Sosa, pubblicata su CivilEng, Vol. 7, pag. 2 (doi: 10.3390/civileng7010002), con un caso di studio sviluppato in Romania.

    Il tema di fondo è il recupero degli scarti elettronici (e-waste) come materiale alternativo nella miscela cementizia, con un duplice obiettivo: sostenibilità e conservazione delle risorse naturali.

    Materiali in prova: polimeri, cavi e fibre

    Lo spettro di scarti analizzato è ampio e eterogeneo. Comprende polimeri e compositi come il cloruro di polivinile (PVC), la plastica rinforzata con vetro (GRP), il polimero rinforzato con fibre di vetro (GFRP), il polietilene reticolato (XLPE) e il polietilene (PE). Accanto a questi, i residui del cablaggio: gli scarti di cavi elettronici (electronic cable waste, ECW) e la gomma derivante dai cavi elettrici (Waste Electrical Cable Rubber, WECR).

    Un peso significativo della verifica riguarda le fibre, con tipologie molto diverse tra loro: acciaio, rame e alluminio, basalto e vetro, ibride aramide-carbonio, Kevlar, juta fino alle fibre ottiche. Una varietà che permette di confrontare, all’interno dello stesso materiale legante, l’effetto di aggiunti metallici, minerali, sintetici e naturali.

    Proprietà monitorate e finestra di dosaggio

    Sul piano prestazionale l’analisi copre resistenza a compressione, a flessione e a trazione, modulo di elasticità e assorbimento d’acqua, toccando sia la risposta resistente sia il comportamento fisico del composito.

    L’esito più rilevante emerge dalla correlazione tra forma e quantità dello scarto. Con particelle fini e dosi basse, tra lo 0,2% e l’1,5%, le prestazioni meccaniche possono migliorare. Sostituzioni più spinte o l’impiego di particelle grossolane conducono invece in genere a prestazioni ridotte. Le proprietà meccaniche e fisiche si mostrano inoltre molto sensibili alle variabili di ingresso: tipo di materiale, dimensione delle particelle e dose. Non esiste dunque un effetto univoco dell’e-waste nel calcestruzzo; ogni combinazione richiede una caratterizzazione specifica.

    Sostenibilità da validare, non per scontata

    Il beneficio ambientale, da solo, non esaurisce il percorso di valutazione. La review raccomanda di affiancare alla caratterizzazione meccanica la life cycle assessment (LCA) e la modellazione predittiva, assunte come strumenti di validazione dei vantaggi in termini di sostenibilità. Un’impostazione che aggancia l’impiego degli scarti elettronici a risultati misurabili lungo il ciclo di vita, e non alla sola dimostrazione della risposta meccanica in laboratorio.

    Per chi opera nella formulazione e nel controllo di miscele cementizie, la direzione indicata è chiara: dosaggi contenuti, frazioni fini e una verifica ambientale quantitativa prima di dichiarare più sostenibile un calcestruzzo con e-waste.

  • Un framework informato dal rischio per la sicurezza pubblica a monte delle dighe

    Quantificare il rischio associato alla sicurezza pubblica nel territorio a valle di una diga richiede strumenti in grado di convertire giudizi di natura qualitativa in misure numeriche confrontabili. Un framework sviluppato da Tareq Salloum ed Ernest Forman, pubblicato su CivilEng (doi: 10.3390/civileng7010005), affronta proprio questo problema integrando una struttura concettuale basata su hazard, eventi, obiettivi e controlli con l’Analytic Hierarchy Process, il metodo di decisione multicriterio noto in letteratura come AHP.

    Dalla valutazione qualitativa alla scala di rapporto

    L’architettura metodologica poggia su un punto centrale: probabilità di accadimento, conseguenze e rischio complessivo vengono espresse su una scala di rapporto. Questa scelta non è secondaria. Operare su rapporti anziché su scale ordinali consente di aggregare i risultati, confrontarli e comunicarli in termini monetari, un aspetto rilevante quando le valutazioni devono sostenere decisioni di allocazione di risorse da parte di proprietari e regolatori.

    Il passaggio dal giudizio qualitativo alla misura quantitativa avviene proprio attraverso l’AHP, che trasforma le preferenze espresse dai valutatori in pesi numerici coerenti all’interno della struttura hazard-event-objective-control.

    Simulazione probabilistica e misure di rischio estremo

    La gestione dell’incertezza è affidata alla simulazione probabilistica. Gli output generati comprendono tre strumenti consolidati nell’analisi dei rischi:

    • il Value-at-Risk, per la quantificazione delle perdite attese oltre determinate soglie di confidenza;
    • le curve di eccedenza delle perdite, che descrivono la probabilità di superamento per livelli crescenti di danno;
    • i diagrammi F-N di tipo societal, che rappresentano la relazione tra frequenza e numero di vittime.

    L’insieme di questi output restituisce un quadro che copre sia gli scenari attesi sia quelli estremi, dimensione quest’ultima spesso decisiva nelle valutazioni di tollerabilità del rischio per infrastrutture con potenziale di danno rilevante.

    Selezione dei portafogli di controlli

    La fase operativa del framework riguarda l’individuazione delle misure di mitigazione. L’ottimizzazione identifica i portafogli di controlli che conseguono la maggiore riduzione del rischio rispetto ai budget disponibili. Il caso di studio, sviluppato su una diga ipotetica, mostra l’applicazione del metodo e la sua capacità di individuare gli investimenti di sicurezza a più alto valore.

    Il campo di applicazione copre due livelli decisionali distinti: quello di impianto, con le scelte relative alla singola diga, e quello di programma, con la priorizzazione degli interventi su scala di portafoglio. La coerenza con i principi internazionali di tollerabilità del rischio e con il criterio ALARP, ovvero la riduzione del rischio tanto quanto ragionevolmente praticabile, completa il quadro metodologico.

    Per i professionisti del settore, l’interesse del contributo risiede nella trasparenza del processo: una base quantitativa e documentabile su cui fondare la priorizzazione degli interventi di sicurezza pubblica a valle delle dighe.

  • Aggregato derivato da pneumatici (TDA) come alternativa di rinterro per muri di sostegno: analisi dinamica non lineare delle prove su tavola scatenante

    Uno scorrimento marcato del paramento, al posto della consueta rottura del riempimento: è quanto registrato su una parete di sostegno con backfill in Tire-Derived Aggregate (TDA) sottoposta a eccitazione sismica su tavola vibrante in scala piena. Un comportamento che si allontana da quello atteso per un muro di sostegno tradizionale e che ha richiesto un apparato di modellazione dedicato, dal moto di corpo rigido fino alla gestione degli urti tra fusto e riempimento.

    Un riempimento riciclato conforme ad ASTM D 6270

    Il TDA è un materiale di riempimento riciclato ottenuto frammentando pneumatici di scarto in pezzature che rispettano i requisiti granulometrici della norma ASTM D 6270. Dalla sua introduzione nelle applicazioni di ingegneria civile, riempimenti e backfill realizzati con questo aggregato sono stati impiegati con esito positivo in numerosi progetti. Restava invece poco esplorato il comportamento dinamico di tali riempimenti sotto terremoti intensi, e proprio su questo punto si è concentrata la ricerca.

    Dalla prova sperimentale all’analisi a tempo-storia non lineare

    Per colmare questa lacuna, la ricerca ha ricostruito mediante analisi non lineare a tempo-storia (time-history) agli elementi finiti (FEA) il comportamento dinamico della parete con riempimento in TDA, applicata al caso della prova su tavola vibrante a scala piena. La costruzione del modello ha imposto scelte specifiche. L’opera tende a muoversi come un blocco, quindi il calcolo deve saper rappresentare il moto di corpo rigido della parete; occorre inoltre una formulazione capace di descrivere le sollecitazioni d’impatto generate dalla separazione tra fusto e riempimento.

    Perché il muro scivola invece di rompere il terreno

    Dove una parete analoga, riempita con terreno convenzionale, manifesta la tipica rottura del backfill, la struttura con TDA registra uno scorrimento significativo del muro. La spiegazione sta nella massa. Il TDA è leggero e, riducendo la resistenza d’attrito disponibile alla base della fondazione, favorisce il movimento orizzontale dell’opera.

    Attrito alla base e contatto ammorbidito: le scelte di modellazione

    Tra gli ingredienti del modello, il più determinante per riprodurre con accuratezza lo scivolamento (sliding) è la legge d’attrito tra planca di fondazione e terreno. Poiché il coefficiente presenta dipendenza dalla velocità (rate dependence), per semplificarne la rappresentazione sono stati adottati due coefficienti d’attrito distinti, uno per ciascuno dei due terremoti considerati nello studio.

    Sul fronte del contatto, la legge ammorbidita (softened contact) ammette una limitata interpenetrazione delle superfici (overclosure) e una rigidezza finita in fase d’urto. Con questa impostazione le forze d’impatto risultano più realistiche.

    Accordo con le misure e impiego in fase di progetto

    Con leggi d’attrito adeguate e contatti ammorbiditi, la FEA ha generato il moto dinamico della parete in buon accordo con le risposte misurate in prova, scorrimento compreso. Il modello e le tecniche di modellazione messe a punto diventano così uno strumento disponibile per la progettazione sismica di diverse pareti di sostegno a scala reale con backfill in TDA.

    Per chi progetta, il punto operativo è che, con riempimenti leggeri, la risposta sismica dell’opera passa dallo scorrimento alla base: la previsione numerica dipende quindi strettamente dal coefficiente d’attrito e dalla legge di contatto adottate. Lo studio di Il-Sang Ahn e Lijuan Cheng è pubblicato su Construction Materials (vol. 6, pag. 18, doi: 10.3390/constrmater6020018).

  • Previsione della resistenza a compressione del calcestruzzo drenante mediante apprendimento automatico

    Un nuovo studio pubblicato su CivilEng (MDPI, Vol. 7, doi: 10.3390/civileng7010003) applica il machine learning alla stima preliminare della resistenza a compressione del calcestruzzo drenante (pervious concrete), con l’obiettivo di ridurre i cicli di prova distruttivi necessari alla messa a punto delle miscelle.

    Il problema: resistenza limitata e prove lente

    Il calcestruzzo drenante è una alternativa sostenibile ai pavimenti convenzionali grazie alla capacità di favorire l’infiltrazione delle acque meteoriche e la ricarica delle falde. L’assenza di aggregati fini genera però una struttura altamente porosa che riduce la resistenza a compressione, limitando l’impiego strutturale più ampio del materiale.

    Alla determinazione della resistenza tradizionale si aggiunge il peso del collaudo di laboratorio: prove distruttive su provini che richiedono materiale, energia e tempi di maturazione fino a 28 giorni. Questo rende la progettazione iterativa della miscela lenta e dispendiosa in risorse. Il settore edile, per contesto, è responsabile del 30-40% delle emissioni globali di CO2 e di un elevato consumo di risorse naturali.

    Cosa fanno gli autori

    Hamed Abdul Baseer e G. G. Md. Nawaz Ali propongono il machine learning come strumento di stima rapida e preliminare, in grado di fornire previsioni anticipate della resistenza a compressione a partire dalla composizione della miscela e dai parametri di maturazione.

    Più algoritmi di machine learning sono stati addestrati e valutati utilizzando dati ricavati dalla letteratura esistente e successivamente validati attraverso prove di laboratorio. Lo studio non specifica nel testo di presentazione quali algoritmi siano stati impiegati né i valori numerici delle prestazioni dei modelli.

    Risultati dichiarati

    I risultati indicano che il machine learning può fornire stime preliminari della resistenza affidabili, con un approccio più rapido ed efficiente in termini di risorse per guidare gli aggiustamenti della miscela.

    Gli autori sottolineano che i modelli non sostituiscono il collaudo di laboratorio, ma operano come strumenti di supporto decisionale: consentono di valutare gli esiti di resistenza potenziali prima di gettare e far maturare i provini fisici. Questo può ridurre il numero di batch di prova, il consumo di materiale e l’impatto ambientale legato alle prove distruttive ripetute.

    Applicazioni professionali e limiti

    L’integrazione di modelli ML nella ricerca sul calcestruzzo drenante è prospettata come in grado di supportare pratiche di sviluppo del materiale più sostenibili, convenienti e rapide, riducendo la dipendenza dai cicli di prova a 28 giorni ripetuti. Per il tecnico, l’utilità si colloca nella fase preliminare di mix design: una stima anticipata della resistenza può orientare la formulazione prima del collaudo.

    I limiti dichiarati dal materiale sono legati al ruolo stesso dei modelli, conception come strumenti di stima preliminare e non come sostituzione delle prove distruttive; la validazione resta di pertinenza del laboratorio. Il testo disponibile non riporta dettagli su dataset, architetture specifiche o metriche quantitative dei modelli.

  • Metodo analitico per il calcolo della tensione di taglio nelle travi composte con anima in acciaio nervato (CSW): effetto del vincolo delle travi trasversali in prossimità degli appoggi intermedi

    Nei pressi degli appoggi intermedi di una trave composita con anima in lamiera grecata (corrugated steel web, CSW), l’anima non assorbe tutto il taglio. Nella sezione più vicina alla trave trasversale in calcestruzzo, i pannelli corrugati trasferiscono il 65,41% dello sforzo tagliante totale, mentre circa il 35% viene ripartito sulle ali. Un comportamento in aperto contrasto con l’ipotesi di verifica adottata dalle procedure di calcolo correnti, le quali attribuiscono all’anima l’assorbimento integrale dello sforzo. Il divario, sul piano della tensione di taglio nell’anima, produce un errore che arriva al 35,29% proprio nella sezione contigua alla trave trasversale.

    Su questo scostamento si concentra la ricerca di Dashuai Wang, Wenyan Geng e Zhaohua Liu, pubblicata su Infrastructures (Vol. 11, pagine 288, doi: 10.3390/infrastructures11080288).

    Perché il taglio cambia comportamento presso gli appoggi intermedi

    La risposta a taglio di una trave CSW nelle zone adiacenti agli appoggi intermedi non è riconducibile a quella di un segmento ordinario della trave. Il vincolo rigido imposto dalle traverse in calcestruzzo, alle quali la sezione si connette, altera la ripartizione dello sforzo tagliante tra anima e ali e genera un comportamento fondamentalmente diverso da quello dei tratti correnti. Le prescrizioni di progetto oggi in uso trascurano questo effetto: presuppongono che le anime corrugate resistano da sole alla totalità del taglio, senza alcun contributo delle ali.

    Il modello a tre travi e il flusso di taglio aggiuntivo

    Il metodo analitico proposto si fonda su un modello composito a tre travi. L’effetto della zona vincolata viene descritto attraverso un’intensità aggiuntiva di flusso di taglio, la cui distribuzione lungo la zona stessa è approssimata con una parabola di secondo grado. Su questa base gli autori ricavano, in forma chiusa, l’espressione del taglio efficace ripartito sulle anime CSW.

    La formulazione consente di determinare direttamente lo sforzo tagliante effettivo sui pannelli corrugati in prossimità della traversa, in alternativa all’ipotesi semplificativa dell’assorbimento integrale da parte dell’anima.

    Validazione con modelli FE e dati sperimentali

    Le previsioni del modello sono state verificate su due piani: il confronto con simulazioni agli elementi finiti tridimensionali e l’incrocio con dati sperimentali esistenti. Un successivo studio parametrico, esteso a diverse configurazioni strutturali, ha corroborato ulteriormente i risultati.

    Quanto taglio assorbono realmente le anime

    Dalle analisi emerge un meccanismo di redistribuzione definito dagli autori come «CSWs unloading and flange sharing», ossia scarico delle anime e condivisione del taglio da parte delle ali. Nella sezione più vicina alla traversa i pannelli corrugati trasferiscono il 65,41% del taglio totale, mentre il restante 35% circa viene assorbito dalle ali. Il metodo normativo convenzionale, privo del contributo tagliante delle ali, sovrastima di conseguenza la tensione di taglio nell’anima, con uno scostamento che tocca il 35,29% nella sezione adiacente alla trave trasversale.

    Grandezza Valore
    Quota di taglio assorbita dalle anime CSW nella sezione più vicina alla trave trasversale 65,41%
    Quota di taglio condivisa dalle ali circa 35%
    Sovrastima dello sforzo di taglio nell’anima secondo il metodo normativo fino al 35,29%

    Le conseguenze sulla verifica di progetto

    L’effetto di vincolo delle traverse deve entrare nel calcolo a taglio, con particolare rigore nelle zone in prossimità degli appoggi intermedi. Il metodo proposto si colloca come alternativa razionale e accurata rispetto alle prescrizioni normative esistenti, restituendo una stima del taglio sull’anima più aderente al comportamento effettivo della trave.

    Per il progettista che verifica travi composithe con anima corrugata, il dato più rilevante resta l’entità dello scostamento: un errore fino al 35,29% sulla tensione di taglio dell’anima, concentrato proprio nelle sezioni dove la verifica di progetto va condotta con maggiore attenzione. La formula chiusa sviluppata dagli autori permette di incorporare il vincolo della traversa nel calcolo con una valutazione analitica diretta, già confrontata con risultati numerici e sperimentali.

  • Modello ibrido di previsione e preallarme per i cedimenti dei ponti in cemento armato basato su VMD–TCN–BiLSTM

    Un coefficiente di determinazione ( R^2 ) pari a 0.956, un errore assoluto medio di 0.38 mm e un MAPE dell’1.52%: sono i valori ottenuti da un modello ibrido di previsione degli uniformamenti di ponti in calcestruzzo, verificato su dati di monitoraggio continuo rilevati su un ponte in cemento armato in esercizio. Lo studio, condotto da Teng Zhao con Yue Zhai, Shangxue Lei, Shengyu Wei, Shaoxun Hao, Yunsheng Zhang e Ruili Zong, è pubblicato su Infrastructures (vol. 11, pag. 289, doi: 10.3390/infrastructures11080289).

    Oltre all’accuratezza predittiva, il lavoro merita attenzione per l’impianto che ruota attorno al modello: uno schema di preallarme dinamico che incrocia incrementi di uniformamento, velocità di deformazione e disuniformamenti differenziali, trasformando le stime in uno strumento di identificazione del rischio.

    Il nodo di partenza: serie di uniformamento non lineari e multiscala

    Prevedere gli uniformamenti di un ponte serve a ricostruire l’evoluzione della deformazione strutturale e a supportare la valutazione delle condizioni dell’opera. L’ostacolo sta nella natura dei dati: le sequenze di monitoraggio presentano un comportamento non lineare, non stazionarietà e fluttuazioni che si sviluppano su più scale temporali. Questa combinazione rende arduo intercettare con precisione la tendenza evolutiva della deformazione, cioè l’informazione decisiva quando si deve giudicare lo stato di un manufatto.

    VMD, TCN e BiLSTM: l’architettura in tre stadi

    L’impianto si articola in tre fasi complementari. Interviene per prima la Variational Mode Decomposition (VMD), che scompone la serie di uniformamento monitorata in più componenti con caratteristiche frequentiali differenti. È la risposta diretta alla natura multiscala dei segnali: separare le componenti in funzione della frequenza rende più leggibili sia le fluttuazioni rapide sia le derive lente che, sommate, complicano la lettura della serie grezza.

    La seconda fase è affidata alla Temporal Convolutional Network (TCN), incaricata di estrarre le caratteristiche locali di variazione temporale: l’operatore convoluzionale, per costruzione, lavora bene sui pattern che si sviluppano su brevi porzioni della sequenza. Alla Bidirectional Long Short-Term Memory (BiLSTM) è demandato il compito di catturare le dipendenze temporali di lungo periodo, con una lettura della serie in entrambe le direzioni, e di restituire la previsione dell’uniformamento.

    La logica complessiva è quella di affiancare due architetture con orizzonti diversi, la convoluzione per le dinamiche di breve termine e la rete ricorrente bidirezionale per le dipendenze estese nel tempo. È dalla combinazione dei due contributi che emerge la stima finale della deformazione.

    Incremento, velocità e disuniformamento differenziale: le soglie di allerta

    Dalle risposte di uniformamento previste derivano gli indicatori su cui poggia il sistema di preallarme: l’incremento di uniformamento, la velocità di uniformamento e il disuniformamento differenziale. I tre parametri, incorporati nel framework a valle della previsione, definiscono un metodo di allerta dinamica pensato per l’identificazione del rischio di deformazione.

    Il punto distintivo sta nel fatto che le soglie attingono alle stime del modello e non alle sole misure: la previsione diventa direttamente la base su cui valutare il rischio associato alla deformazione in corso.

    La verifica su un ponte in cemento armato in esercizio

    La validazione è stata condotta su dati di monitoraggio continuo di un ponte in cemento armato in servizio. Rispetto ai modelli benchmark presi come termine di confronto, il framework ibrido registra prestazioni predittive superiori, con gli indici di errore sintetizzati nella tabella seguente.

    Indice Grandezza Valore
    ( R^2 ) coefficiente di determinazione 0.956
    MAE errore assoluto medio 0.38 mm
    RMSE radice dell’errore quadratico medio 0.51 mm
    MAPE errore percentuale medio assoluto 1.52%

    Scenari anomali simulati per la prova dell’allerta

    Per valutare la capacità di risposta dell’impianto di allerta in condizioni di deformazione differenti, i ricercatori hanno costruito scenari di uniformamento anomalo simulati. L’esito dei test conferma che il framework integra in modo effettivo la previsione degli uniformamenti con la valutazione del rischio di deformazione, delineando un approccio potenziale per il monitoraggio dei dissetti e per l’analisi di preallarme sui ponti.

    Per la pratica del monitoraggio, il punto che merita attenzione è la continuità tra stima e allerta: gli indicatori di rischio attingono alle previsioni del modello e non alle sole misure. È questo collegamento, più dei singoli valori di accuratezza, a rendere l’impianto interessante per chi deve tradurre i dati di deformazione in decisioni di sorveglianza sulle opere esistenti.

  • Valutazione unificata degli spostamenti di un pendio mediante metodo di Newmark basato sull’energia per moti sismici arbitrari

    L’energia di un terremoto non si trasferisce integralmente al meccanismo di scivolamento di un versante: solo una parte di essa partecipa davvero al moto. È attorno a questa partizione energetica che si costruisce il metodo Newmark energetico messo alla prova da Takaji Kokusho con Tomohiro Ishizawa, Jiro Mori e Michinori Mizuhara, capace di restituire lo spostamento permanente del pendio \( \delta \) senza eseguire le simulazioni numeriche nel dominio del tempo richieste dall’impostazione classica.

    La relazione unica tra spostamento ed energia di scivolamento

    Il fondamento dell’impostazione è una proprietà peculiare degli spostamenti di pendio: \( \delta \) e l’energia \( E_{eq} \), ossia la quota di energia sismica che contribuisce al moto di scivolamento, sono legati da una relazione unica, valida a prescindere dalle caratteristiche del moto in ingresso. Forma dell’accelerogramma, durata e contenuto frequenziale non entrano quindi come variabili esplicite del calcolo dello spostamento.

    La relazione unica lega però lo spostamento all’energia di scivolamento, non all’energia complessiva dell’onda sismica in ingresso, indicata con \( E_I \). Il nodo della valutazione si sposta così altrove: stabilire quanta parte dell’energia del sisma si converta effettivamente nell’energia \( E_{eq} \) che alimenta il meccanismo di scivolamento.

    Dieci registri scalati a gradini su pendio infinito

    La risposta arriva dalla campagna di analisi condotta sullo schema del pendio infinitamente lungo, sollecitato da dieci registri sismici tra loro diversi, ciascuno riprodotto con ampiezze scalate a gradini. All’aumentare dell’energia del moto in ingresso \( E_I \), il rapporto \( E_{eq}/E_I \) non resta costante: raggiunge un picco ben individuabile e successivamente decresce in modo monotonico. Cresce l’energia totale del sisma, ma oltre il picco la frazione che finisce nello scivolamento si riduce progressivamente.

    La frequenza prevalente condiziona il picco

    Dove ricada il picco, e con quale valore, dipende in misura marcata dalla frequenza prevalente \( f_p \) dei moti considerati. I valori massimi del rapporto e i corrispondenti livelli di \( E_I \) variano infatti al variare di \( f_p \), in coerenza con quanto osservato nelle analisi a onde armoniche. La banda frequenziale del moto diventa così un parametro del calcolo, a fianco dell’energia: a parità di \( E_I \), la conversione verso \( E_{eq} \) non è identica per moti con frequenze prevalenti differenti.

    Un abaco per aggirare le simulazioni nel dominio del tempo

    I risultati confluiscono in un abaco di progetto unificato, che correla \( E_{eq}/E_I \) con \( E_I \) incorporando \( f_p \) e i parametri del pendio. Gli input richiesti sono due sole grandezze: l’energia del moto sismico in ingresso e la frequenza prevalente. Entrambe possono essere determinate dai moti di progetto oppure stimate empiricamente a partire dalla magnitudo del terremoto e dalla distanza dalla sorgente sismica.

    Con questi elementi, lo spostamento \( \delta \) si ricava direttamente dal diagramma, senza passare per le simulazioni numeriche nel dominio del tempo che i metodi Newmark convenzionali impongono per ogni singolo moto di analisi.

    Zonizzazione sismica e pericolosità su scala regionale

    Quando gli input derivano da magnitudo e distanza sorgentiva, il metodo si presta a elaborazioni che vanno oltre il singolo opera. Gli autori lo raccomandano per la zonizzazione sismica e per la mappatura della pericolosità nelle regioni montuose e collinari, come supporto operativo per le autorità regionali e per i pianificatori di infrastrutture.

    Lo studio, Unified Evaluation of Slope Displacements Using Energy-Based Newmark Method for Arbitrary Earthquake Motions, è pubblicato sulla rivista Geotechnics ed è consultabile con il DOI 10.3390/geotechnics6020037.

  • Studio pilota sull’upcycling dei rifiuti di batterie agli ioni di litio per la produzione di materiali da costruzione cementizi ecosostenibili

    Residui di batterie al litio immessi direttamente nell’impasto cementizio: è la strada esplorata da un gruppo di ricerca guidato da Akanshu Sharma, Amit H. Varma e Vilas G. Pol, che ha testato malte cementizie contenenti componenti di scarto da celle litio-ione per verificarne gli effetti sulla resistenza a compressione e sul bilancio di carbonio. Lo studio pilota, pubblicato su CivilEng (Vol. 7, Pages 7, doi: 10.3390/civileng7010007), firma di Gaurav Chobe, Ishaan Davariya, Dheeraj Waghmare, Shivam Sharma, Akanshu Sharma, Amit H. Varma e Vilas G. Pol, fotografa numeri che chi lavora in cantiere e in studio deve conoscere prima di immaginare analoghe soluzioni in ambito applicativo.

    Il problema dello smaltimento delle celle litio-ione

    Le batterie litio-ione sostengono la trazione elettrica, l’elettronica di consumo e lo stoccaggio di rete, e la crescita della domanda si riflette direttamente sui volumi di rifiuto generati a fine vita. Le vie di trattamento oggi disponibili presentano costi elevati, complessità operative e un dispendio energetico rilevante, con un bilancio ambientale complessivamente insostenibile. Da qui l’idea di valutare un percorso alternativo e scalabile: incorporare gli scarti di LIB direttamente nel conglomerato cementizio, trasformando un rifiuto difficoltoso in componente di un materiale da costruzione.

    Il programma sperimentale sulle malte

    La campagna di prove ha riguardato provini cubici di malta cementizia nei quali sono stati introdotti diversi componenti del rifiuto di batteria, in particolare la black mass, cioè la miscela di materiali attivi derivante dalla frantumazione delle celle, e i metalli vari in essa contenuti. Tutte le miscelle sono state dosate mantenendo identico il rapporto acqua/cemento, in modo da isolare l’effetto del materiale aggiunto rispetto alla matrice cementizia.

    La resistenza a compressione è stata misurata a 3, 7, 14, 21 e 28 giorni dalla gettatura, con confronto sistematico tra le miscelle con scarto e la miscela di controllo priva di componenti LIB. Il quadro che emerge a 28 giorni è il seguente:

    • black mass: calo del 35% nella resistenza a compressione rispetto al campione di riferimento;
    • metalli vari: calo del 55% rispetto alla miscela di controllo.

    Una riduzione della metà della resistenza non è un dettaglio trascurabile. Selezionare il componente di scarto e il suo dosaggio diventa quindi la variabile critica di progetto del materiale, ancora prima di discutere eventuali impieghi strutturali.

    Carbonio incorporato e rapporto resistenza/emissioni

    La seconda parte dello studio incrocia le prestazioni meccaniche con il profilo ambientale. Gli autori hanno condotto un caso studio su un provino di calcestruzzo contenente scarti LIB, stimando il carbonio incorporato (embodied carbon, EC) di ciascuna miscela e confrontando il rapporto tra resistenza e EC netto. Questo indicatore consente di leggere insieme due esigenze: disporre di una resistenza sufficiente per l’uso previsto e ridurre le emissioni associate al cemento.

    L’approccio mobilita lo scarto della batteria in una direzione utile su due fronti: meno materiale in discarica e una diminuzione delle emissioni di CO2 legate al legante. Il risultato è un calcestruzzo impiegabile in elementi non strutturali e in applicazioni strutturali a bassa resistenza.

    Cosa osservano progettisti e tecnici

    Per il professionista, il messaggio operativo riguarda la selezione del campo di impiego. I dati indicano che la presenza di black mass e di metalli degrade sensibilmente la resistenza a compressione: nella pratica, questo indirizza il materiale verso prodotti non portanti, dove il contributo meccanico richiesto è limitato e il valore aggiunto sta nel recupero del rifiuto e nel bilancio di carbonio.

    Rimane aperta, e i risultati preliminari non la chiudono, la questione della durabilità e del comportamento a lungo termine delle matrici contenenti metalli da batteria. Lo studio si colloca infatti come lavoro pilota: definisce un metodo di valutazione comparabile, basato su provini cubici a rapporto acqua/cemento costante e su controlli a più età, e fornisce un quadro quantitativo iniziale sul quale impostare eventuali sviluppi.

    La direzione indicata, un upcycling selettivo dei rifiuti di batteria in materiali cementizi a basse prestazioni ma anche a basso impatto, merita attenzione in una prospettiva di economie circolari applicate al settore delle costruzioni.

  • Stato tensionale-deformativo e resistenza di travi in calcestruzzo fibrorinforzato con fibre di basalto, acciaio e polipropilene

    Una trave in calcestruzzo con fibre d’acciaio, alla dose ottimale, raggiunge 47,2 MPa di resistenza a compressione e 6,56 MPa a flessione. Sono i valori massimi registrati nel programma sperimentale sviluppato da Abdurasul Martazaev e Sobirjon Razzakov e pubblicato su Construction Materials (Vol. 6, pag. 19, doi 10.3390/constrmater6020019). La ricerca quantifica l’effetto dell’armatura diffusa, realizzata con fibre di basalto, acciaio e polipropilene, sullo stato di tensione e deformazione di travi in calcestruzzo fibrorinforzato sollecitate a taglio. In questo ambito l’armatura dispersa si conferma idonea a migliorare le caratteristiche meccaniche degli elementi strutturali sottoposti a flessione e a taglio.

    Dalla caratterizzazione del calcestruzzo alle prove di taglio sulle travi

    Il percorso sperimentale procede su due binari. Il primo fissa le prestazioni di riferimento del materiale: cubi, prismi e cilindri sono stati normalizzati, gettati e curati per 28 giorni, così da definire con precisione le caratteristiche meccaniche di partenza prima dell’introduzione delle fibre. Il secondo riguarda le travi, prodotte combinando tipi di fibra differenti, con lunghezze e contenuti volumetrici variabili, quindi sottoposte a prove di taglio condotte in regime controllato.

    In ogni prova il monitoraggio ha seguito con accuratezza tre aspetti:

    • l’innesco della fessurazione;
    • la propagazione delle fessure;
    • le deformazioni dell’elemento.

    Un’impostazione che permette di ricondurre direttamente alla distribuzione delle fibre l’andamento della fessurazione e, di conseguenza, la capacità dell’elemento di sostenere carico.

    Fibre di basalto: fino al 30,8% in più a trazione

    I valori misurati confermano l’efficacia complessiva dell’aggiunta di fibre sulle prestazioni meccaniche del calcestruzzo. L’apporto del basalto interessa due fronti: la resistenza a compressione cresce fino al 20,8%, mentre quella a trazione guadagna fino al 30,8%. Un miglioramento simultaneo delle due proprietà fondamentali del materiale.

    Acciaio e polipropilene: prestazioni a confronto

    Le fibre d’acciaio esprimono la miglior risposta flessionale tra i tipi testati. Al dosaggio ottimale la resistenza a compressione tocca i 47,2 MPa e quella a flessione i 6,56 MPa. Il polipropilene migliora pure il comportamento meccanico, seppur con incrementi più contenuti rispetto agli altri due materiali.

    Fessure più strette, propagazione rallentata

    Sul fronte fessurativo l’effetto dell’armatura dispersa risulta netto: le fessure si aprono con larghezze ridotte e la loro propagazione procede più lentamente. Da questo comportamento discende l’aumento della capacità portante, coerente con l’obiettivo dell’impiego delle fibre, migliorare la risposta degli elementi sotto flessione e taglio.

    Indicazioni per la scelta della fibra e del dosaggio

    I dati sperimentali sostengono l’armatura diffusa con fibre d’acciaio e di basalto come soluzione pratica per migliorare durabilità e capacità portante del calcestruzzo. Per la selezione del tipo di fibra e del contenuto volumetrico nelle opere in calcestruzzo armato, i valori raccolti offrono un termine di confronto quantitativo diretto, utile a indirizzare scelte più robuste e sostenibili per l’edilizia.

    La variabile decisiva resta la coppia tipo di fibra e dosaggio volumetrico: è lì che si definisce l’entità dei guadagni misurati, dalla compressione alla trazione fino alla flessione.

  • Applicazione dei modelli linguistici di grandi dimensioni (LLM) nell’ingegneria geotecnica: verso un futuro sicuro e sostenibile

    Una revisione critica delle applicazioni dei Large Language Models (LLM) nell’ingegneria geotecnica è stata pubblicata sulla rivista Geotechnics (MDPI), Vol. 6, articolo 38. Il lavoro, intitolato Application of Large Language Models in Geotechnical Engineering: A Movement Towards Safe and Sustainable Future e firmato da Kaustav Chatterjee, Mohak Desai e Joshua Li, traccia lo stato dell’arte di questa classe di modelli applicata alla disciplina: ambiti di intervento, pratiche correnti e capacità utilizzabili nel lavoro professionale (doi: 10.3390/geotechnics6020038).

    Il contesto: la transizione data-driven della geotecnica

    Gli autori collocano gli LLM nel cambiamento di paradigma avviato negli ultimi due decenni e trainato dai progressi nella sensoristica, nelle comunicazioni e nelle tecniche basate sui dati. Secondo la ricostruzione del paper, questi sviluppi hanno accresciuto sicurezza e affidabilità delle infrastrutture geotecniche attraverso il monitoraggio in tempo reale e il processo decisionale automatizzato. In questo filone gli LLM emergono come la classe più recente di tecniche data-driven orientate alla valutazione automatizzata del rischio delle infrastrutture geotecniche.

    Come il paper qualifica gli LLM

    Nella descrizione fornita dagli autori, gli LLM sono modelli di deep learning avanzati, diffusamente impiegati per tre funzioni: risolvere problemi numerici complessi, analizzare grandi volumi di dati e generare linguaggio umano. È la combinazione tra capacità di calcolo su problemi tecnici e produzione di testo in linguaggio naturale a costituire, nella lettura del paper, il presupposto del loro impiego nell’automazione di processi dell’ingegneria geotecnica.

    Cinque ambiti di applicazione

    La revisione individua cinque settori in cui, secondo gli autori, l’integrazione degli LLM ha già dimostrato progressi significativi:

    • analisi di stabilità dei pendii;
    • calcolo della capacità portante;
    • analisi numerica;
    • interazione terreno-struttura;
    • infrastrutture sotterranee.

    Per ciascun ambito il lavoro riassume i risultati di ricerca più recenti e le applicazioni pratiche documentate, con l’obiettivo dichiarato di fotografare le pratiche correnti basate su LLM in geotecnica.

    Capacità indicate per la professione

    Oltre alla mappa delle applicazioni, il paper evidenzia le diverse capacità degli LLM che, secondo gli autori, possono essere utilizzate per potenziare il lavoro dell’ingegnere geotecnico. La tesi di fondo è che questi modelli possano contribuire ad avanzare e automatizzare molteplici processi della disciplina, nell’ottica di maggiore sicurezza e sostenibilità richiamata nel titolo. La valutazione poggia sulla sintesi della letteratura e delle applicazioni raccolte nella revisione.

    Il testo integrale è disponibile sul sito della rivista all’indirizzo mdpi.com/2673-7094/6/2/38.