Prestazioni a flessione di travi in CA rinforzate con teli CFF e SCCFL soggette a carichi ciclici

Ponti e edifici più resistenti per un mondo che trema

Molti dei ponti e degli edifici in calcestruzzo di cui ci serviamo ogni giorno si stanno lentamente usurando a causa del traffico, del vento e persino di terremoti lievi. Demolirli e ricostruirli è costoso e provoca disagi, perciò gli ingegneri cercano soluzioni intelligenti per dare una seconda vita alle strutture invecchiate. Questo studio esplora come sottili teli di fibra di carbonio—alcuni rivestiti in silicone—possano essere incollati alla faccia inferiore delle travi in calcestruzzo armato per renderle più robuste e durature quando vengono sollecitate ripetutamente, proprio come avviene nelle strutture in servizio.

Dare al calcestruzzo stanco un “cerotto” high-tech

Le travi moderne in genere contengono barre d’acciaio nascoste che sopportano le tensioni, ma col tempo queste barre possono corrodersi o le travi possono fessurarsi sotto carichi ripetuti. Invece di aggiungere supporti ingombranti, oggi gli ingegneri possono incollare teli flessibili di fibra di carbonio alla superficie esterna di una trave, come si applica un robusto cerotto medicale. La fibra di carbonio è estremamente leggera ma più resistente dell’acciaio a trazione e non arrugginisce. In questo lavoro i ricercatori hanno confrontato due materiali: un tessuto convenzionale in fibra di carbonio e un più recente laminato in fibra di carbonio rivestito in silicone. Il rivestimento in silicone è pensato per migliorare l’adesione al calcestruzzo e per proteggerlo dall’ambiente.

Come il gruppo ha testato le travi rinforzate

I ricercatori hanno gettato quindici travi in calcestruzzo di dimensioni simili a quelle impiegate in piccoli ponti o solai. Tre travi sono state lasciate integre come controllo. Le altre sono state rinforzate incollando una o due strati di tessuto in fibra di carbonio o di laminato rivestito in silicone sulla faccia inferiore—la superficie che si allunga quando la trave è fletta. Tutte le travi sono quindi state collocate in una macchina di prova e caricate ripetutamente in due punti lungo la loro luce. Il carico è stato aumentato e ridotto lentamente in cicli, mentre gli strumenti misuravano quanto le travi si deformavano, come si propagavano le fessure, quanto rimaneva la rigidezza e quanta energia veniva dissipata prima che si verificassero danni importanti.

Cosa è successo sotto carico ripetuto

Le travi rinforzate hanno chiaramente performato meglio rispetto a quelle in calcestruzzo non rinforzato. Le travi con un singolo strato di tessuto in fibra di carbonio sopportavano circa un terzo di carico in più rispetto ai controlli, e quelle con due strati facevano ancora meglio. I laminati rivestiti in silicone hanno dato risultati ancor più significativi: un singolo strato ha permesso alle travi di resistere a circa due terzi di carico in più rispetto ai controlli, e due strati hanno quasi raddoppiato la capacità portante. Queste travi migliorate inoltre si flettevano meno sotto lo stesso carico, mostravano fessurazioni più piccole e più ravvicinate e ritardavano la comparsa delle prime fessure visibili da circa 1,5 kilonewton nelle travi di controllo a oltre 4,5 kilonewton per le travi con laminati rivestiti in silicone. Le misure delle curve carico–spostamento cicliche hanno rivelato che i laminati rivestiti aiutavano le travi a dissipare più energia a ogni ciclo, segno di migliore comportamento sotto scuotimento o traffico.

Perché la fibra di carbonio rivestita in silicone si è distinta

Oltre alla semplice resistenza, ha importanza anche il modo in cui le travi fallivano infine. Le travi di controllo si rompevano per grandi fessure da flessione e per schiacciamento del calcestruzzo nella parte superiore. Le travi con tessuto in fibra di carbonio tendevano a fallire quando il tessuto iniziava a scollarsi dal calcestruzzo, un punto debole all’interfaccia. Al contrario, i laminati rivestiti in silicone sono rimasti maggiormente aderenti. Quando queste travi hanno infine ceduto, di solito è avvenuto per schiacciamento progressivo del calcestruzzo o per lacerazione del laminato dopo molti cicli di carico, non per distacco improvviso. Questo comportamento indica che lo strato di silicone migliora la presa tra carbonio e calcestruzzo, aiutando le travi rinforzate a mantenere più a lungo rigidezza e capacità di dissipare energia sotto carichi ripetuti.

Implicazioni per le strutture di tutti i giorni

Per i non specialisti il messaggio è semplice: avvolgimenti in fibra di carbonio applicati con cura possono estendere in modo significativo la vita e la sicurezza delle strutture in calcestruzzo esistenti, e i laminati rivestiti in silicone sembrano essere l’opzione più efficace testata qui. Raddoppiando quasi la resistenza a flessione in alcuni casi, ritardando la fessurazione e riducendo la perdita di rigidezza su molti cicli di carico, questi sottili strati offrono un modo pratico per adeguare ponti e edifici più vecchi affinché resistano meglio a traffico, vento e terremoti senza ricorrere a grandi ricostruzioni. Con l’invecchiamento delle infrastrutture e la crescente domanda urbana, tali metodi di rinforzo potrebbero aiutare a mantenere in servizio strutture critiche più a lungo e in maggiore sicurezza.

Citazione: Sujitha, V.S., Sriram, A.G., Raja, S. et al. Flexural performance of RC beams strengthened with CFF and SCCFL sheets under cyclic loading. Sci Rep 16, 6491 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35884-w

Parole chiave: rinforzo con fibra di carbonio, travi in calcestruzzo armato, fatica e carichi ciclici, adeguamento strutturale, durabilità delle infrastrutture