Efficienza dei sistemi di ancoraggio per travi in CA rinforzate a flessione con polimeri rinforzati con fibre di basalto

Perché le travi più resistenti sono importanti

Nascoste in ponti, autorimesse e condomini ci sono travi in calcestruzzo che sopportano carichi elevati per decenni. Col tempo queste travi possono fessurarsi e indebolirsi, soprattutto quando il traffico aumenta o cambiano le normative. Questo studio esamina un modo più recente per dare una seconda vita alle travi affaticate usando sottili fogli realizzati con fibre di basalto, un materiale derivato dalla roccia vulcanica, e si concentra su come fissare questi fogli in modo che migliorino davvero la sicurezza delle strutture.

Nuove «giacche» per il calcestruzzo vecchio

Gli ingegneri spesso rinforzano travi esistenti incollando fogli di fibre sulla faccia inferiore, come applicare una sottile «fascia» ad alta resistenza. I fogli tradizionali usano fibre di carbonio o di vetro; il polimero rinforzato con fibre di basalto, o BFRP, offre un’alternativa più economica e più sostenibile con buona resistenza e durabilità. Il problema è che questi fogli possono staccarsi improvvisamente dal calcestruzzo prima di raggiungere la loro piena capacità, un collasso fragile che spreca materiale e limita il miglioramento della sicurezza. Gli autori hanno quindi valutato come diversi metodi di fissaggio, chiamati sistemi di ancoraggio, possano mantenere i fogli BFRP saldamente attaccati in modo che le travi sopportino carichi maggiori senza distacchi imprevisti.

Come sono stati impostati i test

Il gruppo di ricerca ha costruito otto travi in calcestruzzo a grandezza naturale, ciascuna poco più di tre metri, con armatura metallica identica. Alcune travi sono state lasciate non rinforzate come riferimento, mentre altre hanno ricevuto due o quattro strati di fogli BFRP incollati sulla faccia inferiore su diverse lunghezze. Per trattenere i fogli, il team ha provato due tipi principali di ancoraggio: le fasce a U, che avvolgono il BFRP attorno ai lati della trave come una cintura, e gli ancoraggi a chiodo (spike), che raccolgono le fibre di BFRP in tasselli inseriti in fori nel calcestruzzo. Tutte le travi sono state sottoposte a flessione in laboratorio con due carichi concentrati fino al collasso, mentre sensori hanno registrato la deflessione e le fessure lungo la campata.

Cosa è successo mentre le travi si flettevano

Con l’aumento del carico, le travi si sono comportate prima in modo elastico, poi hanno sviluppato fessure flessionali verticali tra i carichi applicati e infine si sono addolcite quando l’armatura interna ha raggiunto lo snervamento. Le travi rinforzate sono risultate più rigide rispetto al campione di controllo dopo la fessurazione e la loro capacità ultima a flessione è aumentata fino a un terzo. Tuttavia, aggiungere più strati di BFRP non ha automaticamente fornito un aumento significativo della resistenza. In diversi casi i fogli si sono staccati dal copriferro prima di rompersi, così è stata sfruttata solo una parte della loro resistenza potenziale. Le travi con fogli correttamente ancorati hanno mostrato fessure più ravvicinate ma più strette, indicando che il BFRP ha aiutato a distribuire la trazione lungo la campata.

Perché l’ancoraggio fa una tale differenza

Il nucleo dello studio ha confrontato travi con disposizioni di BFRP simili ma con dettagli di ancoraggio differenti. Quando i fogli BFRP erano abbastanza lunghi da soddisfare le lunghezze di sviluppo prescritte dalle linee guida di progetto, il meccanismo di rottura è passato dal distacco del foglio alla rottura del foglio stesso, e la resistenza a flessione della trave è aumentata di circa il 29 percento rispetto al riferimento. Le fasce a U hanno prodotto un effetto simile anche quando la lunghezza rinforzata era inferiore: hanno trasformato il collasso da delaminazione terminale a rottura del BFRP e hanno incrementato la resistenza di circa il 25 percento. Gli ancoraggi a spike hanno funzionato solo quando la loro profondità di incasso era elevata; spike poco profondi si sono comportati in pratica come l’assenza di ancoraggi. In tutte le configurazioni, il rinforzo ha ridotto la duttilità, ossia le travi si sono deformate meno prima del collasso, ma la perdita è rimasta generalmente entro circa il 30 percento della deformabilità della trave originale.

Conclusioni per riparazioni più sicure

Per i non specialisti, il messaggio chiave è che incollare semplicemente fibre resistenti su una trave debole non è sufficiente. Il modo in cui quelle fibre sono fissate al calcestruzzo determina in larga misura se saranno realmente efficaci in una situazione critica. I fogli di fibra di basalto possono aumentare sensibilmente la capacità portante di una trave, ma solo se i progettisti prevedono sufficiente lunghezza incollata o ancoraggi efficaci, come le fasce a U che abbracciano i lati della trave. Gli ancoraggi a spike possono essere utili, ma solo se inseriti in profondità nel calcestruzzo. Lo studio suggerisce che con un accurato dettaglio di questi sistemi di ancoraggio, gli ingegneri possono impiegare compositi a base di basalto come uno strumento pratico e più ecologico per prolungare la vita di molte strutture in calcestruzzo di uso quotidiano.

Citazione: Aziz, J., Ragab, M., Elgabbas, F. et al. Efficiency of anchorage systems for RC beams strengthened in flexure using basalt fiber reinforced polymers. Sci Rep 16, 16288 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52540-5

Parole chiave: polimero rinforzato con fibre di basalto, rinforzo di travi in calcestruzzo, ancoraggio FRP, fasce a U, adeguamento strutturale