Soluzioni FRP economiche per aumentare resistenza e deformazione del calcestruzzo sostenibile realizzato con pneumatici di scarto

Trasformare i pneumatici usati in edifici più resistenti

Montagne di pneumatici automobilistici usurati si accumulano in tutto il mondo, creando rischi di incendio e inquinamento di lunga durata. Allo stesso tempo, l’industria delle costruzioni consuma enormi quantità di sabbia e pietrisco per produrre calcestruzzo. Questo studio esplora un modo per affrontare entrambi i problemi contemporaneamente: macinare pneumatici di scarto in piccoli pezzi, miscelarli nel calcestruzzo e quindi avvolgere quel calcestruzzo in un sottile involucro di fibre di vetro e resina. Il risultato è un materiale da costruzione più ecologico che può flettersi e assorbire energia invece di rompersi improvvisamente.

Perché inserire gomma nel calcestruzzo?

Quando i pneumatici usati vengono triturati e impiegati per sostituire parte della sabbia nel calcestruzzo, il materiale diventa più leggero e molto migliore nell’assorbire impatti e vibrazioni — utile per barriere stradali, linee ferroviarie e strutture resistenti ai terremoti. Ma c’è un problema: la gomma non aderisce bene alla pasta cementizia circostante ed è molto più morbida della pietra. All’aumentare della quantità di gomma, il calcestruzzo tende a perdere resistenza e rigidezza, il che ne ha limitato l’uso in strutture portanti importanti. Questo studio si concentra su una ricetta pratica: mantenere il contenuto di gomma modesto (20% dell’aggregato fine in volume) ma controllare accuratamente la dimensione delle particelle di gomma per capire come influenzano la resistenza e quanto facilmente il calcestruzzo può essere migliorato tramite rinforzi esterni.

Avvolgere il calcestruzzo in una giacca di fibra di vetro

Per recuperare le prestazioni meccaniche del calcestruzzo ricco di gomma, gli autori hanno usato giacche fatte di polimero rinforzato con fibra di vetro (GFRP). Queste giacche sono sottili fogli di fibre di vetro tessute impregnate di resina, avvolte attorno a cilindri di calcestruzzo e lasciate indurire. Sono molto più leggere e più resistenti alla corrosione rispetto all’acciaio, e significativamente meno costose rispetto a sistemi simili in fibra di carbonio. Nei test, sono stati gettati 42 cilindri di calcestruzzo — alcuni con aggregati lapidei normali e altri con gomma da pneumatico fine o grossolana — e poi lasciati non avvolti, completamente avvolti dalla cima alla base, o avvolti solo a strisce distanziate. Sottoponendo questi cilindri a carico di compressione fino al collasso, il team ha potuto osservare come le giacche cambiassero il modo in cui il calcestruzzo si incrina, sopporta il carico e si deforma.

Da rottura improvvisa a cedimento controllato

I cilindri non avvolti, sia con che senza gomma, si comportavano molto come il calcestruzzo ordinario: sopportavano il carico fino a un picco e poi collassavano bruscamente con lunghe fessure verticali e pezzi che si staccavano. I provini avvolti con GFRP hanno raccontato una storia completamente diversa. Le giacche complete hanno trasformato questo comportamento fragile in una risposta più lenta e controllata. Si formavano ancora crepe internamente, ma il guscio di fibra di vetro teneva tutto insieme e costringeva il calcestruzzo a rigonfiarsi gradualmente invece di esplodere. Per il calcestruzzo normale, l’avvolgimento completo ha aumentato la resistenza fino a circa il 63% e ha incrementato la deformazione finale di schiacciamento di oltre dieci volte. Il calcestruzzo gommoso ha mostrato miglioramenti nella deformabilità ancora più drammatici: nella miscela con particelle di gomma molto fini, la deformazione ultima è aumentata di oltre il 1300%. L’avvolgimento a strisce, che lascia alcune regioni scoperte, ha fornito miglioramenti moderati ma comunque significativi usando meno materiale, illustrando un compromesso tra prestazioni e costo.

Cosa rivelano i numeri e i modelli

Oltre ai test di laboratorio, i ricercatori hanno sviluppato formule matematiche per prevedere il comportamento del calcestruzzo confinato, basate sulla resistenza che ha senza avvolgimento, sulla quantità di gomma contenuta e sulla pressione radiale che la giacca GFRP può fornire. Hanno adattato queste formule ai dati sperimentali e mostrato che possono riprodurre da vicino le curve complete di sforzo‑deformazione — come il materiale si irrigidisce, raggiunge il picco e si ammorbidisce sotto carico — sia per calcestruzzi naturali sia per quelli gommosi. I modelli hanno funzionato meglio per il particolare sistema a fibra di vetro usato qui e per i contenuti e le dimensioni delle particelle di gomma studiati. Non sono pensati per essere applicati ciecamente a fibre diverse o a contenuti di gomma molto più elevati, ma offrono strumenti di progetto per gli ingegneri che vogliono specificare questi materiali più ecologici con fiducia.

Calcestruzzo più verde con limiti pratici

Per un non specialista, il messaggio chiave è semplice: i pneumatici vecchi possono essere trasformati da un problema di rifiuto ostinato in parte di strutture più sicure e durature, se il calcestruzzo ottenuto viene dotato di una sottile giacca in fibra di vetro. Questa combinazione non solo ripristina gran parte della resistenza persa, ma rende il materiale molto più indulgente sotto carichi pesanti e impatti. L’avvolgimento completo offre il margine di sicurezza maggiore, mentre l’avvolgimento a strisce può comunque dare ampi vantaggi a costi inferiori. Gli autori osservano che il loro lavoro si concentra su prove di compressione a breve termine e su un unico livello di sostituzione, quindi la durabilità a lungo termine e altre condizioni di carico richiedono ancora studi. Anche così, i risultati indicano un futuro in cui ponti, colonne e barriere protettive potrebbero silenziosamente rinchiudere gli pneumatici di scarto svolgendo prestazioni migliori rispetto al calcestruzzo convenzionale.

Citazione: Saingam, P., Chatveera, B., Hussain, Q. et al. Cost-effective FRP solutions for enhancing strength and strain of sustainable concrete made with waste tyre rubber. Sci Rep 16, 13540 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42110-0

Parole chiave: calcestruzzo gommoso, riciclaggio pneumatici di scarto, confinamento GFRP, costruzione sostenibile, rifacimento strutturale