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Ambiti di ricerca del settore Prove e Strutture (LISG - PS)

Il LISG - PS svolge una significativa attività di supporto e sviluppo dell’attività scientifica e di ricerca condotta dai docenti del DICAM nell’ambito dell’Ingegneria strutturale; in particolare, le tematiche affrontate riguardano numerosi campi dell’Ingegneria strutturale dei quali, nel seguito, si riportano i più importanti e recenti.

Il comportamento dinamico delle strutture

La modellazione del comportamento dinamico delle strutture, soprattutto in presenza di sisma, ha oramai raggiunto livelli di complessità e sofisticazione veramente significativi; in quest’ambito, tuttavia, risultano spesso di incerta definizione i parametri elementari in grado di qualificare correttamente una struttura. A questo scopo sono stati sviluppati dalla comunità scientifica numerosi e diversificati metodi di identificazione dinamica delle strutture e metodologie di ottimizzazione dei parametri strutturali; in quest’ambito, viene svolta una significativa attività di ricerca finalizzata al miglioramento e all’ulteriore sviluppo di tali metodi a partire dai risultati sperimentali ottenuti da sperimentazione diretta su strutture al vero. Il comportamento delle strutture, eccitate sia mediante vibrodina che con forze impulsive, viene interpretato mediante tecniche di identificazione che operano sia nel dominio del tempo che in quello delle frequenze consentendo di valutare attendibilmente le proprietà dinamiche, quelle meccaniche e le condizioni di vincolo del sistema eccitato.

Il rinforzo strutturale mediante FRP

L’introduzione in anni recenti dei materiali compositi in numerose applicazioni dell’ingegneria civile ha pesantemente interessato il mondo scientifico, chiamato a rispondere a numerosi quesiti al fine di assicurare alle nuove realizzazioni gli stessi margini di sicurezza adottati per le strutture convenzionali. Tra le diverse tipologie di applicazioni che si sono andate progressivamente affermando, l’attività scientifica e di ricerca svolta presso il laboratorio prove strutture ha riguardato principalmente: il comportamento di placche o tessuti impiegati per il rinforzo di strutture in c.a. o legno e il comportamento di profilati in composito (solitamente in fibra di vetro o ibrida) per la realizzazione di strutture leggere. Nel primo caso, l’interresse è stato rivolto sia alla determinazione di leggi di interfaccia composito-calcestruzzo, che costituiscono l’elemento base per poter realizzare modelli numerici in grado di prevedere il comportamento di strutture rinforzate, sia all’indagine del comportamento di elementi placcati sottoposti a carichi di esercizio; in tale ambito, sono state eseguite o sono in fase di svolgimento prove per la caratterizzazione del legame di interfaccia per carichi di lunga durata (viscosità) e test per definire l’influenza del rinforzo sul quadro fessurativo di elementi inflessi.

Anche per i profilati pultrusi sono in corso di svolgimento indagini relative al loro comportamento sotto carichi di lunga durata.

La significativa esperienza maturata in questo campo ha fatto si che alcuni docenti del Dipartimento siano stati coinvolti nella stesura delle prime istruzioni CNR per la progettazione di elementi rinforzati con FRP.

Capacità residue del rinforzo in FRP dopo l’esposizione ad alte temperature

Nell’ambito degli studi descritti al punto precedente,  sono state effettuate attività sperimentali volte allo studio della capacità resistente residua di elementi in c.a. rinforzati mediante FRP e poi esposti ad un carico di incendio. Sono state analizzate diverse metodologie di protezione andando a verificarne l’efficacia in termini di capacità residua e meccanismo di rottura dell’elemento strutturale.

Proprietà reologiche dei calcestruzzi autocompattanti

L’affacciarsi sul mercato delle costruzioni dei calcestruzzi autocompattanti (SCC) ha proposto al mondo tecnico-scientifico una serie di interrogativi relativi alla possibile estensione delle regole oramai consolidate per i calcestruzzi convenzionali alla progettazione di strutture costruite con tale nuovo materiale; tra le diverse problematiche appare sempre più importante la questione della durabilità delle strutture; in tale ambito già da alcuni anni è in corso presso il LISG - PS una intensa attività di ricerca sperimentale rivolta alla definizione delle proprietà reologiche dei calcestruzzi autocompattanti. In particolare, sono state svolte o sono in corso di svolgimento, nell’ambito di progetti di ricerca ministeriali o convenzioni con privati, alcune campagne di studio relative al comportamento differito (viscosità e ritiro) del semplice materiale e anche di elementi strutturali inflessi in vera grandezza. Tali prove vengono eseguite all’interno di una cella climatica in modo tale da poter garantire la costanza delle condizioni termo-igrometriche, condizione fondamentale per la significatività dei risultati. In parallelo, è stato investigato anche lo sviluppo nel tempo di modulo elastico e resistenza a compressione di tali materiali; i risultati ottenuti consentono di caratterizzare il materiale dal punto di vista reologico forniscono utili indicazioni relativamente alla possibilità di estendere le attuali regole a questo nuovo materiale.

Comportamento fessurato di calcestruzzi fibrorinforzati

Tra i calcestruzzi ad alte prestazioni, in Italia sta trovando una sempre più ampia diffusione il calcestruzzo rinforzato mediante fibre in acciaio o polimeriche; in particolare, trova largo impiego nelle pavimentazioni industriali e nei rivestimenti delle gallerie. In quest’ambito, il LISG - PS ha svolto e svolge tutt’ora una serie di attività sperimentali a supporto di programmi di ricerca applicata dedicati alla comprensione delle prestazioni dei diversi tipi di fibra all’interno di elementi fessurati. Questo tipo di studio ha interessato sia il comportamento istantaneo, per valutare tenacità ed energia di frattura del calcestruzzo rinforzato, sia il comportamento fessurato per carichi di lunga durata e a temperature più elevate dello standard. Questo secondo ambito riguarda più specificatamente il comportamento in esercizio di questa tipologia di calcestruzzo. Il Laboratorio ha acquisito una serie di attrezzature ed un’esperienza che gli consentono oggi di effettuare numerose tipologie di prova su calcestruzzi fibrorinforzati.

Rinforzo esterno di elementi strutturali mediante fibre naturali

La crescente attenzione verso la sostenibilità delle tecnologie costruttive, ha stimolato in tempi recenti lo studio della possibilità di impiego di fibre naturali (canapa, etc…) per il rinforzo esterno di elementi strutturali di limitate capacità portanti. In quest’ambito, sono state condotte e sono tutt’ora in corso prove per la caratterizzazione meccanica di questo tipo di fibre e per valutare la loro capacità di rinforzo di elementi inflessi.

Comportamento strutturale di nodi trave-colonna sottoposti a carichi ciclici

Il comportamento sismico degli edifici è spesso caratterizzato dalla presenza di un elemento debole: la connessione tra travi e colonne. Questo ha stimolato negli ultimi anni numerose attività di ricerca finalizzate alla verifica sperimentale del comportamento ciclico di tali connessioni; il LISG - PS ha partecipato e partecipa tutt’ora alla valutazione del comportamento ciclico di diverse tipologie di nodi di strutture in c.a. prefabbricato comletate in opera.

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