Nuovi calcestruzzi geopolimerici: Mix design, caratterizzazione e fattibilita in cantiere

I cambiamenti climatici dovuti all’immissione in atmosfera dei gas serra costringono alla ricerca di possibili soluzioni per la loro riduzione. Una risposta potrebbe essere rappresentata dall’impiego di calcestruzzi geopolimerici in quanto riducono notevolmente l’emissione in atmosfera di anidride carbonica rispetto ai calcestruzzi tradizionali. In letteratura sono numerosi gli studi di calcestruzzi geopolimerici realizzati mediante trattamenti termici applicati dopo le operazioni di confezionamento. Pochissime sono invece le ricerche effettuate su calcestruzzi geopolimerici prodotti senza trattamenti termici; in questa tesi sperimentale si è voluto indagare quest’ultimo tipo di conglomerati. In particolare si è studiato il mix design del calcestruzzo geopolimerico partendo dalla formulazione del calcestruzzo tradizionale. Da subito si è posto il problema di quale agente riduttore di acqua utilizzare. Pertanto è stata predisposta una sperimentazione di diversi tipi di fluidificanti e superfluidificanti su campioni di malta geopolimerica. In seguito sono stati testati diversi conglomerati geopolimerici con propri mix design, derivati in parte da esempi in letteratura, al fine di conseguire un accettabile valore di resistenza meccanica a compressione. Nella prospettiva di un possibile utilizzo in cantiere è stata indagata con particolare attenzione, la lavorabilità delle malte e dei calcestruzzi geopolimerici attraverso prove di consistenza, ponendola in relazione alle malte e i calcestruzzi cementizi. Sono state inoltre analizzate le caratteristiche dei materiali prodotti allo stato indurito, quali densità, assorbimento di acqua, modulo elastico e resistenza meccanica. Infine, è stata analizzata la fattibilità di un possibile utilizzo in cantiere.

Comportamento flessionale di nodi esterni in calcestruzzo fibrorinforzato

SOMMARIO – Si presenta un macro modello di tipo reticolare in grado di riprodurre il comportamento in presenza di taglio e momento di nodi esterni trave-colonna di telai in calcestruzzo fibrorinforzato con fibre di acciaio
uncinato ed ordinario. Il caricamento del sistema è di tipo monotono come nel caso dell’analisi di pushover. Il modello considera la presenza di armature orizzontali e verticali della regione nodale e tiene in conto delle modalità
di rottura legate allo snervamento delle barre e allo schiacciamento delle regioni compresse in regime di sforzi pluriassiali. Il modello include le deformazioni flessionali della trave e della colonna in presenza di sforzo normale costante e restituisce la risposta del sistema colonna-nodo-trave (sub-assembralggio) tramite le curve carico-freccia all’estremità della semitrave. Per i singoli costituenti (trave, colonna e nodo) si è considerata la prima fessurazione, lo snervamento e lo schiacciamento delle regioni compresse e si sono fornite precise indicazioni sulla sequenza degli eventi che come è noto sono di fondamentale importanza per lo sviluppo di un progetto plastico che rispetti la gerarchia delle resistenze. Con l’uso del modello il controllo della gerarchia delle resistenze avviene a livello sezionale (lo snervamento delle barre deve avvenire prima dello schiacciamento delle regioni compresse) o di macro elemento (nella regione nodale lo snervamento delle staffe precede la crisi dei puntoni) e dell’intero elemento
sub-assemblaggio trave debole, colonna forte e nodo sovraresistente.
La risposta ottenuta con i modello proposto è in buon accordo con le risposte sperimentali disponibili in letteratura (almeno in termini di resistenza del sub-assemblaggio). Il modello è stato ulteriormente validato con analisi
numeriche agli elementi finiti condotte con il codice ATENA-2D. Le analisi numeriche sono state condotte utilizzando per il calcestruzzo fibroso adeguate leggi costitutive proposte dagli autori ed in grado di cogliere gli effetti
di softening e di resistenza residua a trazione legati alla presenza di fibre. Ulteriori sviluppi del modello saranno indirizzati a includere gli effetti di sfilamento delle barre d’armatura della trave e del conseguente degrado delle
tensioni d’aderenza per effetto di carichi monotonici e ciclici.

SUMMARY – A softened strut-and-tie macro model able to reproduce the flexural behavior of external beam-tocolumn joints with the presence of horizontal and vertical steel bars, including softening of compressed struts and yielding of main and secondary steel bars, is presented, to be used for the pushover analysis. The model proposed is able to calculate also the flexural response of fibrous reinforced concrete (FRC) beam-to-column sub-assemblages in term of a multilinear load-deflection curves. The model is able to take into account of the tensile behavior of main bars embedded in the surrounding concrete and of the softening of the compressed strut, the arrangement and percentage of the steel bars, the percentage and the geometry of steel fibers. First cracking, yielding of main steel and crushing of concrete were identified to determine the corresponding loads and displacement and to plot the simplified monotonic load-deflection curves of the sub-assemblages subjected in the column to constant vertical
load and at the tip of the beam to monotonically increasing lateral force. Through these load-delfection curves the component (beam, joint and column) that first collapse can be recognized and the capacity design can be verified.
The experimental results available in the literature are compared with the results obtained through the proposed model. Further, a validation of the proposed model is numerically made by using a non linear finite element program (ATENA-2D) able to analyze the flexural behavior of sub-assemblages.

Tomografia sonica e ultrasonica: applicazioni su elementi strutturali in calcestruzzo, muratura e legno

L’ingegneria civile ha conosciuto negli ultimi anni un enorme progresso legato allo studio e alla ricerca di nuovi materiali da costruzione oltre che a nuove possibilità di diagnosi del patrimonio edificato esistente. Nel nostro paese la diagnostica strutturale andrà a rivestire un ruolo sempre crescente, soprattutto in relazione alla riscoperta del vasto patrimonio storico - monumentale di cui si dispone. La possibilità di conoscere in termini quantitativi lo stato di conservazione di una struttura, potrebbe permettere al progettista di ottenere fondamentali informazioni per il progetto dell’intervento di recupero. Lo scopo della presente tesi è pertanto quello di studiare le tecniche non distruttive (in particolare le tecniche acustiche) finalizzate ad un’inversione tomografica dei dati, reputando questa la strada da percorrere verso una diagnostica strutturale sempre più dettagliata.

Il calcestruzzo con aggregati di riciclo: sviluppi ed applicazioni nel panorama nazionale ed internazionale.

Il calcestruzzo è uno dei materiali più utilizzati nell’edilizia, ma il meno sostenibile. Per la sua produzione vengono sfruttate elevate quantità di risorse naturali non rinnovabili con un impatto ambientale non trascurabile, sia per le sostanze emesse in atmosfera, sia per le macerie derivate post utilizzo. L’ingresso nel XXI secolo ha segnato definitivamente l’affermazione del concetto di sviluppo sostenibile nei riguardi di tutti i processi produttivi dei beni, che devono essere necessariamente strutturati secondo una logica di risparmio energetico e di controllo della produzione di scorie e rifiuti, prevedendone un loro riutilizzo in altri settori, o un loro smaltimento senza provocare danni all’ambiente. Anche l’industria del cemento e del calcestruzzo è chiamata a svolgere il proprio ruolo per contribuire ad un miglior bilancio ecologico globale, indirizzando la ricerca verso possibilità d’impiego di materiali “innovativi”, che siano in grado di sostituire parzialmente o totalmente l’uso di materie prime non rinnovabili, tenendo conto dell’enorme richiesta futura di infrastrutture, soprattutto nei paesi in via di sviluppo. Negli ultimi anni si sta sempre più affermando il potenziale del riciclo dei materiali ottenuti dalla demolizione di edifici (C&DW – Construction and Demolition Waste), questo dovuto anche a politiche di gestione dei rifiuti che incentivano il risparmio, il riutilizzo, il riciclo e la valorizzazione dei beni. I calcestruzzi con aggregati di riciclo sono generalmente suddivisi in due macrogruppi: quelli ottenuti da aggregati di riciclo di solo calcestruzzo (RCA – Recycled Coarse Aggregate) e quelli da aggregati da demolizione totale (MRA – Mixed Recycled Aggregate) che però contengono molte impurità. Come anche uno può subito pensare gli aggregati riciclati hanno delle proprietà diverse da quelli naturali, questi contengono oltre l’aggregato naturale anche il legante coeso, polveri di laterizio, vetro, ceramica, plastica eccet., i quali offrono una miscela ricca di cloruri, solfati, silice amorfa ed altri componenti dannosi per la nuova miscela di calcestruzzo. In presenza di questi prodotti, gli aggregati non solo non soddisfano i requisiti chimici, ma influiscono negativamente anche sulle proprietà fisico-meccaniche del calcestruzzo. Per questo vedremmo in questa tesi tramite un accurata analisi degli aggregati, e del loro “contributo” per il corretto comportamento del calcestruzzo, leggendo criticamente come le normative regolano i requisiti che gli aggregati debbono soddisfare, vedendo le varie possibilità di riutilizzo dei materiali di riciclo da demolizione. La tesi mira all'incentivo dei materiali da riciclo, come scelta sostenibile per il futuro dell'edilizia. E' stato calcolato che la produzione totale di macerie da demolizione nel mondo, non supera il 20% in massa degli aggregati che vengono utilizzati per la produzione del calcestruzzo nei paesi sviluppati. Dai vari studi è stato valutato in media che col solo 20% di riciclato sostituito, le caratteristiche del calcestruzzo indurito cambiano di poco dal normale miscelato con aggregati naturali; ovviamente se gli aggregati da riciclo sono stati selezionati e sottoposti ai vari test delle norme europee standardizzate. Quindi uno può subito pensare in linea teorica, tralasciando i costi di gestione, trasporto eccet. , che basta utilizzare per ogni metro cubo di calcestruzzo 20% di riciclato, per rispondere allo smaltimento dei rifiuti da C&D; abbassando cosi i costi degli inerti naturali, sempre parlando di economie di scala. Questo è in linea teorica, ma riflette un dato rilevante. Nel presente lavoro si partirà da una veloce lettura sul comportamento del calcestruzzo, su i suoi principali costituenti, concentrandoci sugli aggregati, analizzandone le sue proprietà fisico-meccaniche, quali la granulometria, la resistenza meccanica e la rigidezza, valutando l’importanza dei legami coesivi tra aggregato alla pasta cementizia. Verranno inoltre analizzate le azioni deleterie che possono instaurarsi tra aggregato di riciclo e pasta cementizia. Dopo aver visto le varie politiche sulla gestione dei rifiuti, la legislazione passata e presente sull’uso dei materiali riciclati, si analizzeranno vari studi sulle proprietà fisico-meccaniche dei calcestruzzi con aggregati di riciclo seguiti da università e poli di ricerca internazionali. Se gli aggregati di riciclo sono selezionati con metodo, in presenza di piani di gestione regionale e/o nazionale, è possibile soddisfare le prestazioni richieste del calcestruzzo, nel rispetto delle politiche di sostenibilità economico-ambientali. Può essere il calcestruzzo riciclato una scelta non solo sostenibile, ma anche economica per il settore edile? Si può avere un calcestruzzo riciclato ad alte prestazioni? Quali sono le politiche da mettere in atto per un mercato di produzione sostenibile del riciclato? Questo e molto altro verrà approfondito nelle pagine seguenti di questa tesi.