Travi Cave in Ferrocemento: La Rivoluzione Leggera e Resistente che Stavo Aspettando?

Amici appassionati di edilizia e innovazione, oggi voglio parlarvi di qualcosa che mi ronza in testa da un po’ e che, secondo me, potrebbe davvero cambiare le carte in tavola nel mondo delle costruzioni: le travi cave in ferrocemento. Sì, avete capito bene, quel materiale un po’ “vintage” ma incredibilmente versatile, che stiamo riscoprendo e potenziando con le tecnologie di oggi.

Una Sfida Chiamata Efficienza

Viviamo in un’epoca in cui l’ottimizzazione è la parola d’ordine. Costruire strutture solide e durature è fondamentale, ma lo è altrettanto farlo in modo economicamente vantaggioso e, perché no, più leggero. Ed è qui che entra in gioco la mia ultima “fissazione”: capire come si comportano a flessione delle travi cave realizzate con una malta cementizia ad alte prestazioni, il cosiddetto Reactive Powder Concrete (RPC), e rinforzate con diversi tipi di rete metallica. Immaginatevi la scena: travi robuste ma con un’anima cava, il che significa meno materiale, meno peso, e potenzialmente costi inferiori. Interessante, vero?

Cos’è Questo Ferrocemento di Cui Parlo Tanto?

Per chi non lo sapesse, il ferrocemento non è altro che un tipo di calcestruzzo armato a parete sottile. La sua particolarità sta nell’armatura: invece dei classici tondini di acciaio, si usano strati continui di rete metallica a maglie fitte. Pensate a una sorta di “tessuto” metallico immerso in una malta cementizia ad alte prestazioni. Il bello del ferrocemento è che è relativamente leggero, può essere modellato in forme architettoniche complesse e si presta benissimo per elementi prefabbricati. Lo si usa da tempo per riparazioni, coperture, serbatoi, ma io credo che il suo potenziale per elementi strutturali portanti sia ancora tutto da esplorare, soprattutto in queste nuove configurazioni “alleggerite”.

L’Esperimento: Mettere alla Prova le Idee

Per vederci chiaro, abbiamo deciso di passare all’azione. Ci siamo messi in laboratorio, precisamente presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università di Benha, in Egitto, e abbiamo preparato cinque campioni di travi. Tutte con le stesse dimensioni: 100 mm di larghezza, 200 mm di altezza e una lunghezza di 1600 mm, per una luce libera di 1500 mm.
La vera differenza stava nel “cuore” e nell’armatura:

• Due travi di controllo: una in calcestruzzo tradizionale (D1) e una in calcestruzzo reattivo in polvere (D2), entrambe piene.
• Tre travi in ferrocemento con un nucleo cavo realizzato in schiuma estrusa (EFC), un materiale leggerissimo. Queste erano le vere protagoniste! Le abbiamo rinforzate con due tipi di rete: rete elettrosaldata (WWM) e rete metallica stirata (EMM), variando anche il numero di strati.

L’obiettivo? Sottoporle a una prova di carico a punto singolo, spingendole fino al collasso, per misurare tutto il misurabile: il carico di prima fessurazione, la deformazione (o freccia), il carico ultimo, la modalità di rottura, il quadro fessurativo e l’indice di duttilità. Insomma, un check-up completo!

I Risultati: Sorprese e Conferme

Ebbene, i risultati sono stati a dir poco incoraggianti! Ve li riassumo per punti, così non ci perdiamo:

• Leggerezza e Prestazioni: Le travi in ferrocemento con nucleo cavo hanno mostrato resistenze superiori rispetto alle travi di controllo piene, sia quella in calcestruzzo normale (D1) che quella in calcestruzzo reattivo in polvere (D2). Un risultato notevole, se pensiamo al minor peso!
• La Rete Fa la Differenza: Tra i vari tipi di rete, la rete metallica stirata (EMM) si è dimostrata la campionessa. In particolare, la trave E2-2E, rinforzata con due strati di EMM, ha raggiunto il carico ultimo e la deformazione massima più elevati di tutti i campioni. Parliamo di un incremento del carico ultimo dell’11.38% e della deformazione massima del 2.92% rispetto alla trave di controllo D1 in calcestruzzo tradizionale. Non male, eh?
• Più Strati, Più Forza: Aggiungere un secondo strato di rete, sia EMM che WWM, ha generalmente migliorato le prestazioni in termini di carico ultimo e capacità deformativa.
• Fessurazione Controllata: Le travi armate con rete metallica hanno mostrato un quadro fessurativo caratterizzato da crepe più numerose ma più sottili rispetto a quelle con armatura tradizionale. Questo è un segnale di migliore distribuzione delle tensioni e maggiore duttilità.
• Modalità di Rottura: Tutte le travi, alla fine, hanno ceduto per flessione, come ci aspettavamo. Le prime fessure sono apparse verticalmente nella zona di mezzeria, per poi inclinarsi e propagarsi, portando al collasso.

Un aspetto che mi ha colpito è stato il confronto tra le due travi di controllo: la D2 (calcestruzzo reattivo in polvere) ha superato la D1 (calcestruzzo normale) in termini di carico ultimo (+10.81%) e deformazione (+12.96%). Questo già ci dice quanto la qualità della matrice cementizia sia cruciale. Ma la vera star, come dicevo, è stata la E2-2E: rispetto alla D2, ha mostrato un incremento del carico ultimo del 14.8% e della deformazione del 18.6%!

Non Solo Pratica: La Simulazione al Computer

Per essere sicuri che i nostri risultati non fossero un caso e per avere uno strumento predittivo, abbiamo anche creato dei modelli agli elementi finiti utilizzando il software ABAQUS. E sapete una cosa? I modelli numerici hanno previsto il comportamento delle travi con una precisione notevole! Il rapporto medio tra i carichi ultimi sperimentali e quelli numerici è stato di circa 1.005, e per le deformazioni di 0.96. Questo significa che possiamo fidarci delle simulazioni per progettare e ottimizzare future configurazioni. Anche i quadri fessurativi simulati erano incredibilmente simili a quelli osservati in laboratorio.

Cosa Ci Portiamo a Casa?

Beh, diverse cose importanti. Innanzitutto, le reti metalliche (siano esse elettrosaldate o stirate) offrono vantaggi non da poco rispetto all’armatura tradizionale con tondini e staffe: sono più leggere, più facili da maneggiare, tagliare e piegare, il che è un toccasana quando si lavora con forme complesse.
Poi, è chiaro che l’uso di un nucleo cavo in materiale leggero come l’EFC, combinato con il rinforzo in ferrocemento, è una strada promettente per ottenere elementi strutturali più leggeri senza sacrificare, anzi, migliorando le prestazioni. La rete metallica stirata (EMM), soprattutto se usata in doppio strato, sembra essere la scelta vincente per massimizzare capacità portante e deformabilità.
L’incremento del carico ultimo, che varia dal 6.78% all’11.38% rispetto alla trave di controllo tradizionale quando si usano le reti al posto delle staffe, è un dato che fa riflettere.

Qualche Limitazione e Idee per il Futuro

Certo, ogni ricerca ha i suoi limiti. Nel nostro caso, abbiamo posto molta attenzione a garantire una copertura completa della malta sulle reti, perché una copertura inadeguata potrebbe portare a problemi di corrosione.
Per il futuro? Mi piacerebbe studiare il comportamento a lungo termine di queste travi sotto carichi di servizio, analizzando fenomeni come il creep e la deformazione differita. E poi, perché non investigare l’effetto della posizione delle diverse reti all’interno della sezione della trave?
Insomma, il ferrocemento, specialmente in queste configurazioni composite con reti stirate o elettrosaldate per sezioni scatolari, sembra avere tutte le carte in regola per migliorare il carico di rottura, la deformazione e il comportamento a fessurazione rispetto alle soluzioni tradizionali. È un materiale talmente versatile che le applicazioni sono infinite: pensate a colonne cave con irrigidimenti orizzontali, al rinforzo di murature esistenti sfruttando l’effetto di confinamento, o alla realizzazione di elementi a membrana come gusci, cupole e piramidi.

Sono convinto che stiamo solo grattando la superficie del potenziale di questi materiali e di queste tecniche. Chissà, magari la prossima casa o il prossimo ponte che vedrete costruire avranno un “cuore” leggero e un’armatura in ferrocemento! Io continuo a studiare e a sperimentare, e voi?

Fonte: Springer