Comportamento di aderenza tra tubi in acciaio riempiti di calcestruzzo e plinti in c.a.

Inquadramento del problema e limiti degli approcci normativi

Il contributo presentato da Sabatino Di Benedetto in occasione di Anidis 2025, svoltosi ad Assisi dal 7 all’11 settembre 2025, affronta il tema della resistenza a sfilamento di micropali realizzati mediante profili tubolari circolari in acciaio riempiti di calcestruzzo e inglobati, per una certa lunghezza, all’interno di plinti in calcestruzzo. Si tratta di un dettaglio strutturale di crescente interesse applicativo, impiegato sia nelle strutture civili ordinarie sia nelle infrastrutture, in particolare laddove siano richieste elevate prestazioni nei confronti di azioni di trazione, anche in ambito sismico.

Gli elementi tubolari in acciaio riempiti di calcestruzzo e successivamente inglobati in getti di calcestruzzo sono oggi ampiamente utilizzati a livello internazionale, con una diffusione particolarmente significativa in Cina per pile da ponte, archi strutturali e pilastri di edifici intelaiati. In ambito europeo e nazionale, una declinazione più tradizionale ma altrettanto rilevante è rappresentata dai micropali inseriti nei plinti di fondazione, come nel caso delle opere di sostegno o delle fondazioni di barriere fonoassorbenti lungo le infrastrutture viarie.

Nel caso in cui il micropalo sia soggetto ad azioni di trazione, il corretto trasferimento degli sforzi tra l’elemento in acciaio e il plinto in calcestruzzo può essere garantito mediante dispositivi meccanici, quali pioli o maniglie saldate al tubo. Tuttavia, la configurazione più gravosa, e al tempo stesso più critica dal punto di vista progettuale, è quella in cui il trasferimento delle azioni avviene esclusivamente per aderenza lungo la superficie laterale del tubo. È proprio questa condizione che costituisce l’oggetto principale dello studio.

L’analisi critica delle normative vigenti mette in evidenza come gli strumenti oggi disponibili non siano pienamente adeguati a descrivere il fenomeno nel caso dei profili tubolari. Le formulazioni dell’Eurocodice 2 e delle NTC 2018, derivate per barre d’armatura, assumono una tensione di aderenza uniforme dipendente dalla resistenza del calcestruzzo, mentre il Model Code 1990 propone un approccio più raffinato basato su leggi non lineari. L’Eurocodice 4, pur essendo specificamente dedicato agli elementi composti acciaio–calcestruzzo, fornisce valori di tensione di aderenza che, come mostrato nello studio, risultano eccessivamente cautelativi rispetto al comportamento reale dei micropali tubolari inglobati nei plinti.

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Evidenze sperimentali e confronto con le previsioni di codice

Per valutare l’affidabilità degli approcci normativi, è stata condotta una prova sperimentale presso i laboratori dell’Università di Salerno su un provino a scala reale costituito da un micropalo connesso a un plinto di fondazione. Il dettaglio riproduceva fedelmente una soluzione costruttiva già adottata in opera per un cordolo di fondazione di pannelli fonoassorbenti lungo un tratto dell’Autostrada del Mediterraneo.

Il provino era composto da due porzioni di calcestruzzo con differenti classi di resistenza, una superiore in C50/60 e una inferiore in C32/40, al fine di simulare le condizioni reali di getto e maturazione del calcestruzzo. Una volta maturato, il campione è stato vincolato a un basamento rigido e sottoposto a una prova di trazione mediante attuatore idraulico applicato direttamente al micropalo.

La prova ha restituito una curva forza–spostamento caratterizzata da una forza massima di sfilamento pari a circa 330 kN. Questo valore è stato assunto come riferimento per il confronto con le previsioni ottenute applicando le diverse formulazioni normative. L’Eurocodice 2, le NTC 2018 e il Model Code 1990, applicati in forma semplificata con tensione di aderenza uniforme, hanno fornito valori generalmente superiori a quello sperimentale, con una marcata sovrastima nel caso delle normative pensate per le barre d’armatura. L’Eurocodice 4, al contrario, ha condotto a una sottostima significativa della resistenza a sfilamento.

Tra i modelli analizzati, il Model Code 1990 si è dimostrato quello più vicino all’evidenza sperimentale, nonostante le semplificazioni adottate. Questo risultato ha suggerito la possibilità di utilizzare l’impostazione del Model Code come base per un approfondimento numerico più avanzato, finalizzato a descrivere in modo più realistico il meccanismo di aderenza nel caso dei profili tubolari.

Modellazione numerica, ricalibrazione e prospettive applicative

Sulla base delle evidenze sperimentali, è stata sviluppata una modellazione numerica non lineare del provino mediante il software OpenSees. Assumendo il calcestruzzo come infinitamente rigido e sfruttando la simmetria del problema, il tubo in acciaio è stato schematizzato attraverso una striscia unitaria discretizzata lungo la lunghezza di infissione. I nodi del modello sono stati collegati a vincoli esterni rappresentativi del calcestruzzo mediante molle non lineari, caratterizzate da leggi costitutive coerenti con il Model Code 1990.

Il modello numerico ha mostrato una buona capacità di riprodurre la resistenza a sfilamento osservata sperimentalmente e ha permesso di analizzare la distribuzione non uniforme delle tensioni di aderenza lungo il tubo. Tale andamento non uniforme è risultato coerente anche con le misure sperimentali ottenute mediante estensimetri applicati al tubo, che hanno evidenziato un gradiente di deformazioni lungo la lunghezza di ammorsamento.

Nonostante l’accuratezza, l’approccio numerico risulta poco pratico per l’uso corrente in fase di progetto, a causa dell’elevata complessità computazionale. Per questo motivo, lo studio propone una semplificazione basata sulla ricalibrazione del parametro che lega la tensione massima di aderenza alla resistenza del calcestruzzo nel Model Code 1990. Utilizzando un ampio dataset di analisi parametriche condotte sul modello numerico validato, variando diametri dei tubi e classi di calcestruzzo, è stato possibile eseguire un’analisi di regressione che ha portato a individuare un coefficiente pari a 0,24, in luogo del valore 0,30 proposto dal Model Code per barre lisce in buone condizioni di aderenza.

Il lavoro si configura come uno studio preliminare, limitato dal numero ancora ridotto di prove sperimentali e dalle ipotesi semplificative adottate nella modellazione, in particolare l’assunzione di calcestruzzo infinitamente rigido. Sono tuttavia già in corso sviluppi che prevedono l’impiego di modelli agli elementi finiti più avanzati, in grado di considerare la deformabilità del calcestruzzo e fenomeni locali quali lo splitting. Nonostante tali limiti, lo studio fornisce indicazioni concrete e utili per la pratica progettuale e rappresenta un passo significativo verso la definizione di formulazioni di progetto più affidabili per la valutazione della resistenza a sfilamento dei micropali tubolari inglobati nei plinti in calcestruzzo.

DI SEGUITO LA VIDEOREGISTRAZIONE DELLA RELAZIONE INTEGRALE DI SABATINO DI BENEDETTO.

L'articolo è stato redatto mediante la videoregistrazione della relazione, con l'utilizzo dell'IA.