Rinforzo a flessione di travi in CA mediante malta rinforzata con tessuto di basalto: indagine sperimentale e analitica

Ponti e edifici più robusti con un nuovo involucro sottile

Molti ponti, parcheggi e edifici invecchiati si basano su travi in calcestruzzo armato che non sono state progettate per il traffico odierno più pesante né per durate di vita così estese. Sostituire completamente queste travi è costoso e altamente impattante, perciò gli ingegneri cercano soluzioni ingegnose per aggiornare le strutture esistenti dall’esterno. Questo studio esamina una di queste metodologie: avvolgere le travi con un sottile «giubbotto» a base cementizia contenente fibre di basalto disposte come un tessuto, con l’obiettivo di aumentare resistenza e sicurezza senza grandi demolizioni.

Rivestire il calcestruzzo stanco con una pelle ricca di fibre

I ricercatori si sono concentrati sulle travi in calcestruzzo armato, elementi portanti che sostengono solai e impalcati. Col tempo l’acciaio interno può corrodere e il calcestruzzo deteriorarsi, riducendo il margine di sicurezza. Una tecnica di riparazione promettente è la Textile Reinforced Mortar (TRM), in cui una sottile maglia di fibre viene inglobata in uno strato di malta che viene ancorato all’esterno della trave. A differenza dei tradizionali compositi polimerici rinforzati con fibre che usano resine epossidiche e possono perdere prestazioni ad alte temperature o su superfici umide, la TRM impiega una malta a base cementizia che tollera meglio umidità e alte temperature.

Perché i tessuti di basalto sono un’opzione interessante

Lo studio si concentra su una particolare TRM realizzata con fibre di basalto, denominata Basalt Textile Reinforced Mortar (BTRM). Le fibre di basalto sono ricavate da rocce vulcaniche e offrono elevata resistenza, buona resistenza alla corrosione e potenzialmente costi inferiori rispetto alle fibre di carbonio. Il gruppo ha voluto capire come diverse scelte progettuali — come il numero di strati di tessuto, la dimensione delle maglie, l’inserimento di sottili barre di basalto all’interno del rivestimento e l’uso di ancoraggi meccanici — influenzino quanto una trave in calcestruzzo armato diventi più resistente e più tenace quando viene rivestita con BTRM.

Mettere alla prova travi a grandezza naturale

Per rispondere a queste domande i ricercatori hanno gettato sei travi in calcestruzzo a grandezza naturale, ciascuna lunga 2,3 metri e armata internamente con barre d’acciaio come nelle strutture reali. Una trave è stata lasciata non rinforzata come riferimento, mentre le altre cinque sono state rivestite con diversi giubbotti BTRM applicati a U sulla parte inferiore e sui lati inferiori. Alcune travi hanno ricevuto tre strati di tessuto di basalto, altre cinque o addirittura otto; alcune con una maglia fine da 5 millimetri e altre con una maglia più grossa da 34 millimetri; una versione includeva barre di basalto aggiuntive all’interno del rivestimento; un’altra prevedeva ancoraggi d’acciaio incollati nel calcestruzzo per migliorare la tenuta del rivestimento. Tutte le travi sono state sottoposte a carico in macchina fino a rottura mentre gli strumenti registravano il carico portato e la deformazione verticale.

Incrementi di resistenza modesti, ma un punto debole persistente

Le travi rinforzate hanno sopportato tra l’11 e il 18 percento di carico in più rispetto alla trave di controllo non rivestita prima della rottura, confermando che la BTRM può fornire un immediato incremento di capacità. Tuttavia, aumentare il numero di strati di tessuto non ha aumentato la resistenza in modo illimitato; le travi con tre e cinque strati hanno raggiunto carichi ultimi quasi identici, indicando che il beneficio si livella quando il collegamento tra rivestimento e calcestruzzo diventa la debolezza predominante. La dimensione delle maglie (5 contro 34 millimetri) ha avuto scarso effetto sulla resistenza complessiva, e le barre di basalto aggiuntive hanno migliorato le prestazioni solo leggermente, principalmente rendendo il comportamento post-fessurazione più graduale e assorbente di energia. Gli ancoraggi meccanici hanno permesso alle travi di flettersi maggiormente prima della rottura, ma non hanno aumentato molto il carico massimo perché la rottura avveniva ancora quando l’intero rivestimento si scollava dalla superficie del calcestruzzo. In quasi tutte le travi rinforzate, gli strati di malta e tessuto sono rimasti integri e si sono separati nettamente dal calcestruzzo, rivelando che il problema principale risiede nell’interfaccia calcestruzzo–malta.

Strumenti di progetto più accurati per adeguamenti più sicuri

Oltre ai test di laboratorio, gli autori hanno verificato quanto i metodi di calcolo esistenti prevedano correttamente la resistenza di travi rinforzate di questo tipo. Le formule di progetto comuni tendevano a sottostimare la capacità reale quando impiegavano limiti di deformazione molto conservativi per il tessuto, oppure a sovrastimare il guadagno quando assumevano un collegamento perfetto tra rivestimento e calcestruzzo. Confrontando accuratamente le previsioni con i dati sperimentali, i ricercatori hanno proposto un’equazione perfezionata e di facile impiego che riflette meglio il comportamento reale in presenza di un collegamento imperfetto, e hanno suggerito di aumentare in modo sicuro la deformazione ammissibile del tessuto usata in progetto. Questa formula modificata si è adattata strettamente sia ai loro risultati sperimentali sia ai dati pubblicati da altri laboratori.

Cosa significa per le strutture nel mondo reale

Per i non addetti ai lavori, il messaggio principale è che rivestire travi in calcestruzzo esistenti con un sottile strato di tessuto di basalto e malta è una soluzione pratica per ottenere circa il 10–20 percento di resistenza in più e migliorare il modo in cui le travi collassano, consentendo margini di sicurezza e vita utile aggiuntivi. Tuttavia, il potenziale completo dei tessuti di basalto è attualmente limitato non tanto dalle fibre stesse quanto da quanto bene il rivestimento aderisca al calcestruzzo esistente. Migliorare la preparazione della superficie, i materiali di incollaggio e i dettagli di ancoraggio sarà fondamentale per rendere questa tecnica uno strumento più potente e prevedibile per il rinforzo delle infrastrutture in calcestruzzo invecchiate nel mondo.

Citazione: Shamseldein, A., ELgabbas, F., Kohail, M. et al. Flexural strengthening of RC beams using basalt textile reinforced mortar: experimental and analytical investigation. Sci Rep 16, 7382 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37322-3

Parole chiave: rinforzo calcestruzzo armato, malta rinforzata con tessuto di basalto, malta rinforzata con tessuto, comportamento a flessione delle travi, adeguamento strutturale