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Studio sperimentale sul comportamento del calcestruzzo fibrorinforzato sottoposto a fatica

Prove a fatica nel calcestruzzo

Lo studio dei diversi fenomeni che influenzano la sicurezza strutturale è particolarmente attivo sulle proprietà dei nuovi materiali per le costruzioni. Il conglomerato,come ogni materiale, se soggetto ad un carico ciclico raggiunge uno stato di crisi per una intensità del carico applicato molto minore di quella che causa la rottura per carico monotono. Questo fenomeno è dovuto alla fatica del materiale può
essere definita come una graduale e continua crescita del livello di danno, causato da fenomeni meccanici. Traduzioni pratiche del concetto si possono vedere su strutture soggette a carichi dinamici, come i ponti in calcestruzzo armato, o altre strutture che in esercizio sono sottoposte a diversi milioni di cicli di carico, che chiamano il materiale a resistere sia a compressione sia a trazione.

La resistenza a fatica è sicuramente un aspetto che riveste particolare importanza in un processo di danno cumulato. In molte strutture infatti, in tempi brevi, si hanno sollecitazioni cicliche con frequenza tale da rendere manifesto il decadimento delle caratteristiche meccaniche, della resistenza dei materiali, e in particolare con effetti più complessi nel conglomerato cementizio stesso.
Tale fenomeno, si manifesta nei casi più comuni con accentuate fessurazioni premature, punzonamenti locali, perdita di aderenza delle armature, crescita delle deformazioni irreversibili fino alla rottura repentina di elementi strutturali per alti carichi concentrati o anticipatamente rispetto al carico massimo di tipo statico. Il comportamento a fatica dei calcestruzzi è tuttora non completamente noto,e per
questo sul conglomerato si svolgono prove a fatica di compressione, di trazione, e di aderenza tra l'acciaio e calcestruzzo. Ultimamente, grazie alla messa a punto di tecniche di laboratorio (prove di trazione diretta su provini intagliati, prove di tipo Wedge-Splitting) si è potuta allargare la ricerca al di là delle prove di flessione su travi o di trazione indiretta.
La riproduzione in laboratorio delle situazioni di sollecitazione per fatica è eseguita mediante carichi ciclici con andamento sinusoidale caratterizzato da alcuni parametri: le soglie di carico superiore ed inferiore espresse in percentuale della resistenza del materiale e la frequenza di carico (numero di cicli al secondo), oppure l'ampiezza degli sforzi (ΔS=Smax-Smin) con lo sforzo massimo e il rapporto fra le soglie di carico.

E' ormai un dato di fatto che le curve sforzo-apertura di fessura ottenute con prove cicliche di trazione diretta raggiungono, dopo un certo numero di cicli, la curva che si ottiene con le prove statiche. Si deve osservare che i confronti hanno riguardato prevalentemente il calcestruzzo senza fibre.

Un altro importante aspetto del problema è stato osservato durante l'applicazione dei cicli interni (cioè con ampiezza tale da non raggiungere la curva inviluppo) si verifica un danneggiamento nel materiale, che porta alla rottura del provino non appena l'apertura di fessura raggiunge la curva inviluppo del materiale.
Con l'aggiunta del rinforzo fibroso il calcestruzzo può mostrare un aumento della capacità di dissipare energia, quindi un più lungo percorso necessario per raggiungere la curva inviluppo. Il risultato globale è dunque una migliore resistenza a fatica del provino.

Per la lettura ed il confronto dei diversi comportamenti a fatica sono in uso tipicamente due rappresentazioni dei risultati ottenuti sperimentalmente: il diagramma di Wölher e la Cyclic Creep Curve. Il diagramma di Wölher riporta l'andamento del livello di carico in funzione del numero di cicli necessario per portare a rottura il provino.

La Cyclic Creep Curve rappresenta il danneggiamento rilevato al carico superiore di ogni ciclo, riportato in funzione del numero di cicli.

Nel diagramma si riconoscono tre fasi: inizialmente si verifica un rapido incremento di deformazione, poi l'aumento si assesta attorno ad un valore costante ed infine la deformazione per ogni ciclo aumenta rapidamente fino alla rottura. Questo andamento si riferisce però a provini non prefessurati. Nel caso in cui i cicli siano applicati a provini prefessurati, in cui cioè un carico iniziale abbia generato
una zona di processo, la Cyclic Creep Curve presenta solo le ultime due fasi. Inoltre, per livelli di carico superiore maggiori, si osserva solo l'ultimo ramo, sempre più ripido all'aumentare dell'ampiezza del carico.

E' stato osservato inoltre che il numero dei cicli corrispondente alla rottura del provino dipende dalla pendenza del ramo intermedio; in particolare Nmax diminuisce quando la pendenza del ramo intermedio diviene maggiore (Plizzari et al., 1999). Pochi invece sono ancora gli studi sul limite di durata, cioè la soglia di carico al di sotto della quale il provino può sopportare un numero infinito di cicli.

Questo brano è tratto dalla tesi:

Studio sperimentale sul comportamento del calcestruzzo fibrorinforzato sottoposto a fatica

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Informazioni tesi

  Autore: Luca Manfrin
  Tipo: Laurea I ciclo (triennale)
  Anno: 2009-10
  Università: Università degli Studi di Brescia
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria civile e ambientale
  Relatore: Giovanni Plizzari
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 254

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