Miscele ghiaia-gomma: un materiale composito per la geotecnica
Il riutilizzo di granuli di gomma derivanti da pneumatici fuori uso (End of Life Tyres, ELT) rappresenta una strategia sempre più valutata nel settore delle costruzioni, con ricadute sia ambientali che tecniche. La riduzione del conferimento in discarica si affianca al miglioramento di alcune proprietà dinamiche dei geomateriali. Le miscele di ghiaia ben gradata e gomma granulare (well graded Gravel Rubber Mixtures, wgGRMs) sono state oggetto di studi per applicazioni geotecniche, in particolare per la loro capacità di modificare rigidezza, resistenza, dilatanza e comportamento dinamico in funzione della percentuale di inclusi elastici.
La natura eterogenea del materiale, che combina un aggregato rigido con un componente soffice, richiede modelli costitutivi in grado di descrivere la risposta tensionale-deformativa non lineare sotto carichi rappresentativi delle condizioni in sito. Un modello di plasticità generalizzata basato sullo stato critico è stato sviluppato e calibrato proprio per le wgGRMs, utilizzando dati sperimentali provenienti da prove triassiali drenate su provini consolidati isotropicamente con diversi contenuti di gomma.
Modello costitutivo basato sullo stato critico
Il modello proposto appartiene alla classe dei modelli di plasticità generalizzata, che si prestano a descrivere il comportamento dei terreni granulari in un ampio intervallo di sollecitazioni. L’approccio dello stato critico fornisce il quadro teorico per definire le condizioni di snervamento e la regola di flusso. La calibrazione è stata eseguita sui risultati di prove triassiali su wgGRMs a diversa percentuale di gomma, variando anche la pressione di confinamento.
Il modello è in grado di riprodurre con accuratezza le caratteristiche chiave osservate sperimentalmente: l’ammorbidimento post picco, la variazione della resistenza di picco in funzione del contenuto di gomma e della pressione di confinamento, nonché l’evoluzione del volume durante la deformazione. Questi aspetti sono cruciali per prevedere il comportamento di rilevati, sottofondi e altre opere in terra rinforzate con materiali riciclati.
Calibrazione e validazione sperimentale
Le prove triassiali drenate condotte su provini di wgGRMs hanno fornito la base dati per la calibrazione. I parametri del modello sono stati identificati per diverse frazioni di gomma, dimostrando che l’incremento del contenuto di gomma riduce la rigidezza iniziale e la resistenza di picco, ma aumenta la capacità di deformazione plastica e la duttilità. Il modello cattura correttamente anche la transizione da comportamento dilatante a contrattile al variare della pressione di confinamento, aspetto fondamentale per la progettazione di opere geotecniche soggette a differenti carichi litostatici.
La validazione incrociata su dati non utilizzati in fase di calibrazione conferma l’affidabilità predittiva del modello, che può essere impiegato in analisi numeriche di elementi finiti per studiare il comportamento di strutture reali.
Implicazioni per la pratica ingegneristica
Il modello costitutivo sviluppato offre uno strumento operativo per i progettisti che intendono utilizzare miscele di ghiaia e gomma da riciclo. La sua implementazione in codici di calcolo geotecnici consente di simulare il comportamento di terrapieni, rilevati stradali e opere di sostegno, tenendo conto dell’effetto della percentuale di gomma e delle condizioni di carico. Ciò facilita la progettazione basata sulle prestazioni, riducendo la necessità di prove sperimentali estensive.
La disponibilità di un modello predittivo robusto può accelerare l’accettazione normativa di questi materiali alternativi, fornendo ai tecnici comunali e ai direttori dei lavori criteri oggettivi per la verifica della sicurezza e della durabilità delle opere. In un contesto di crescente attenzione all’economia circolare, la modellazione numerica delle wgGRMs rappresenta un contributo concreto alla sostenibilità nel settore delle costruzioni.
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