Valentino Paolo BERARDI | Progetti

SUL LEGAME COSTITUTIVO DI MATERIALI COMPOSITI A MATRICE INORGANICA FRCM

La ricerca proposta, di tipo sperimentale, rappresenta l'estensione di una sperimentazione già precedentemente avviata -con altro FARB- con lo scopo di definire una affidabile procedura per la caratterizzazione meccanica dei materiali compositi FRCM.La ricerca pregressa sviluppata dal proponente è consistita nela sperimentazione su campioni di materiale composito FRCM confezionati sia con fibre di carbonio, che di PBO e soprattutto di acciaio ad altissima resisteza UHTSS (Ultra High Tensile Strength Steel). In questo ultimo caso i compositi sono confezionati con trefoli di acciaio UHTSS, derivante dall'evoluzione di un acciaio perlitico o ipereutettoidico, sottoposto ad un processo produttivo innovativo articolato nelle fasi di prima trafilatura grossolana, rinvenimento, placcatura in ottone o zinco, seconda trafilatura fine, taglio, in grado di conferire una resistenza a trazione molto elevata (da 2400 MPa a 4000 MPa). Il diametro dei fili, raggruppati in forma di piccoli trefoli, varia da 0.20 mm a 0.48 mm. I trefoli, a loro volta, sono assemblati in reti che sono infine inserite nella matrice inorganica.Allo stato attuale delle conoscenze è opinione di molti ricercatori che il comportamento costitutivo uni-assiale dei compositi FRCM possa essere modellato per scopi tecnici per il tramite di legami aventi forma tri-latera, costituita da tre rami consecutivi corrispondenti, nell'ordine, allo stadio non fessurato (fase A), alla fase di fessurazione in atto (fase B) ed alla fase totalmente fessurata (fase C). Le proprietà meccaniche giudicate rilevanti sono: la resistenza ultima a trazione; la deformazione ultima a trazione; il modulo di elasticità a trazione nella fase A, nella fase B, nella fase C; il punto di transizione tra le fasi A e B; il punto di transizione tra le fasi B e C.Dalla sperimentazione pregressa è emerso innanzitutto che non è sempre possibile rilevare i suddetti punti di transizione. Ciò è in relazione alla maggiore o minore percentuale di rinforzo presente nel campione.E' altresì emerso che non è sempre garantita una perfetta aderenza tra fibre e matrice: scorrimenti locali all'interfaccia sono stati osservati con riferimento alle fibre di carbonio e di PBO ed anche a quelle di acciaio UHTSS, sia pure per elevati livelli del carico applicato. In quest'ultimo caso sono ipotizzabili meccanismi di distensione geometrica dei trefoli di acciaio UHTTS, caratterizzati generalmente da un avvolgimento con torsione dei fili più esterni.L'approfondimento sperimentale sul comportamento uniassiale, condotto nell'ambito della precedente ricerca, ha suggerito che la caratterizzazione meccanica vada fatta con riferimento sia alla prova di trazione sia nei riguardi del distacco dal supporto. I materiali FRCM che si intendono esaminare sono rinforzati con fili di acciaio UHTSS.In particolare, le prove di trazione uni-assiale saranno effettuate presso il Laboratorio Prove Materiali e Strutture del Dipartimento di Ingegneria Civile utilizzando una macchina universale in controllo di spostamento.I campioni da sottoporre a prova saranno caratterizzati da una sezione trasversale rettangolare, la cui larghezza sia tale da includere almeno 3 fasci (“strands”) di fibre nella direzione di prova (ordito o trama) e spessore di 1 cm.Le prove di distacco, su provini delle stesse dimensioni, saranno invece eseguite su campioni costituiti da un substrato normalizzato di calcestruzzo, rinforzato con strati di FRCM.