RICE PARTNERS
Introduzione a RICE
Il tema principale della ricerca è la modellazione di materiali disordinati, ad esempio materiali coesa (cemento) o sciolti (terra). Nel contesto del calcestruzzo strutturale, l'attività scientifica riguarderà lo studio e lo sviluppo materiale cementizio con fibre di rinforzo ad alte prestazioni, caratterizzato non solo da alta resistenza, ma anche da duttilità, durata e resistenza agli agenti aggressivi. Questi materiali innovativi, che Giappone e Stati Uniti hanno iniziato a usare per la costruzione delle strutture, devono essere progettati con un approccio bottom-up multiscala, vale a dire definire le proprietà degli elementi e delle loro interazioni reciproche e le proporzioni da nano-a micro- e meso-scale. In particolare, il design di materiale nanometrico riferisce alla miscela di cemento e l’interfaccia fibra/matrice. A livello micro e meso-scopico, il corretto mix-design degli aggregati, la definizione della percentuale in volume e del tipo di fibra sono fondamentali, e l'inclusione di additivi a flusso libero per mantenere le caratteristiche di lavorabilità e coesione è altrettanto importante. La ricerca congiunta con i partner giapponesi e americani permetterà ai ricercatori di UTIU e Politecnico di sviluppare nuove competenze, spendibili non solo a livello scientifico, ma anche al livello dell’innovazione tecnologica dei prodotti da costruzione come il cemento. Interesse in questo senso è stato espresso da italiani (Italcementi, Buzzi Unicem) ed europeo (Bekaert) Società.
Descrizione dettagliata
Da un punto di vista teorico e sperimentale, Il gruppo di lavoro indaga il meccanismo di adesione in compositi a fibra rinforzata, ordinaria (FRC) e ad alta duttilità (HPFRCC). Questo meccanismo regola l'insorgenza e lo sviluppo di cracking, ed è quindi fondamentale per la modellazione del comportamento meccanico di strutture in calcestruzzo armato con barre in acciaio. Nel caso di rinforzo FRC, lo studio del meccanismo di stick-slip comporterà l'interazione fibra-matrice di cemento e il cemento composito con armature. L'obiettivo finale è quello di promuovere un uso più ampio della FRC in strutture di ingegneria, in particolare in combinazione con le tradizionali barre di rinforzo. Più in particolare in geotecnica, la ricerca si propone di studiare le peculiarità del comportamento dei materiali del suolo nel processo di estrazione, al fine di evidenziare i meccanismi che portano a fenomeni di instabilità. In particolar modo, con riferimento ai fenomeni di liquefazione dei materiali granulari, lo studio sarà finalizzato alla definizione delle procedure di valutazione che tengano conto delle informazioni esplicite circa lo stato tensionale del materiale poroso, superando i limiti intrinseci ai tradizionali calcoli semi-empirici. Inoltre, lo studio sarà focalizzato sulla valutazione delle dinamiche evolutive dei processi deformativi che portano al fenomeno della liquefazione.
Obiettivi
L'obiettivo principale della ricerca è quello di introdurre i metodi di calcolo e di analisi che possono consentire un uso più ampio dei materiali innovativi nella costruzione. Sulla base delle informazioni sperimentali, è auspicabile un modello matematico in grado di giustificare l'apertura del fenomeno sotto l'influenza di carichi statici e dinamici. Questo modello sarà utilizzato per l'analisi dei casi di rottura verificatisi in passato e ben documentati nella letteratura scientifica, e per la valutazione delle condizioni di stabilità di manufatti nuovi o già esistenti. Inoltre, le informazioni sperimentali sul comportamento meccanico dei materiali granulari sciolti costituiscono un elemento di fondamentale importanza per lo studio dei fenomeni di liquefazione del suolo indotta dai terremoti. Pertanto, i risultati della campagna sperimentale condotta su questi materiali saranno ulteriormente integrati da altri risultati sperimentali per lo studio dei fenomeni di liquefazione del suolo.
Risultati
Il tema proposto, caratterizzato da una sinergia fra l’approccio teorico e quello sperimentale, sarà immediatamente trasferito alla tecnologia. Vi è una opinione comune seconco cui non si sia ancora raggiunta una corretta e completa caratterizzazione meccanica di fibre in composito rinforzato. Di conseguenza, non esiste una modellazione sicura che permetta di definire la legge coesiva in maniera sufficiente e affidabile per le procedure di progettazione corrente. La definizione di questa legge può essere un contributo utile per i codici di costruzione. Per quanto riguarda la geotecnica, si prevede che i test di laboratorio forniranno indicazioni utili per interpretare il comportamento meccanico dei materiali sfusi granulari. Come già detto, i risultati degli esperimenti saranno utilizzati per la definizione di un modello matematico in grado di interpretare i fenomeni di instabilità per la valutazione delle condizioni di sicurezza. Lo studio può fornire importanti elementi per la verifica della suscettibilità di liquefazione nei depositi granulari in effetti sismici, che è un altro aspetto di particolare importanza, i cui enormi effetti sono stati documentati anche in occasione dei recenti terremoti in Giappone e Turchia. I calcoli della sicurezza vengono di solito effettuate sulla base di procedure semi-empiriche, basate su correlazioni sperimentali tra le prove del fenomeno di liquefazione e le analisi di caratterizzazione. Esiste quindi, all'interno della comunità tecnico-scientifica, un notevole interesse in questo argomento a livello internazionale (in particolare il Giappone).
Ruolo di UNINETTUNO nel progetto
UTIU metterà a disposizione le coordinate di ricerca, il personale e le attrezzature informatiche.
Progamma di lavoro
Materiali innovativi ad alta prestazione, modellazione di materiali disordinati, meccanismi di adesione in compositi a fibra rinforzata.
Descrizione dei partner
I modelli teorici e numerici per la definizione teorica di micro- e meso- comportamento meccanico del composito in fibra di cemento armato saranno sviluppati principalmente in collaborazione con il MIT, dove le procedure non distruttive per la caratterizzazione di materiali disordinati sono adottate da diversi anni. Allo scopo di osservare la diversa risposta strutturale a seconda del mix design del composito, l’indagine sperimentale verrà condotta in collaborazione con il partner giapponese. I partner europei, tra cui UTIU, costituiscono una valida esperienza sulle realizzazioni in ingegneria apportate da questi materiali innovativi, soprattutto nel campo delle costruzioni marittime (Università di Delft, Paesi Bassi).