P ROVE DI COMPRESSIONE

Lo scopo di queste prove è quello di valutare come la presenza dell’alluminio influenzi il comportamento a compressione delle schiume composite. I parametri di prova sono identici a quelli usati per le prove di compressione statiche e dinamiche. La Figura 63 mostra un provino prima della prova di compressione.

Figura 63: Prova di compressione.

La Figura 64 mostra l’andamento delle curve sforzo-deformazione per i provini di schiuma all’interno dei profili di alluminio a sezione quadrata ad alto contenuto di zeolite. L’andamento delle curve è molto simile alle curve σ-ε ottenute durante le prove statiche dei cubetti di schiuma composita. Lo sforzo inizialmente cresce quasi linearmente con la deformazione per poi avere un notevole aumento nel tratto di deformazione finale.

In questa configurazione, l’interfaccia alluminio schiuma composita rappresenta una zona critica che determina il comportamento a compressione finale.

Figura 64: Curve σ-ε di compressione a diversi contenuti di zeolite.

Come nel caso della compressione senza l’alluminio, è possibile notare che, all’aumentare del contenuto di zeolite si ha un aumento della rigidezza complessiva del sistema alluminio-schiuma. Questo significa che, l’anima interna a base di schiuma influenza notevolmente il comportamento a compressione del sistema. Un’evidente differenza di comportamento si ha per contenuti di zeolite pari al 70%. Lo stato tensionale è molto elevato anche per piccole deformazioni, a differenza degli altri contenuti, dove a basse deformazioni lo stato tensionale non è poi così notevole.

L’elevata energia assorbita dalle schiume composite durante la fase di prova implica la formazione di microcavità, che coalescono durante la fase di deformazione per portare, infine, al collasso della struttura. Schiume composite ad alti contenuti di zeolite, essendo più rigide, portano alla formazione di microcavità più grandi, provocando il deterioramento irreversibile della schiuma. La presenza dell’alluminio, a parità di contenuto di zeolite, irrigidisce ulteriormente la schiuma.

La Figura 65 mostra le curve sforzo-deformazione di un provino al 60% di zeolite con e senza alluminio.

Figura 65: Confronto σ-ε di trazione a diversi contenuti di zeolite.

Analizzando il grafico, risulta evidente che per deformazioni superiori al 60% l’alluminio entra in gioco aumentando la rigidezza del sistema. Stesse considerazioni possono essere fatte per gli altri provini, specialmente per alti contenuti di zeolite. Il grafico di Figura 66 mostra il valore di tensione corrispondente ad una deformazione del 50% nelle prove di compressione eseguite su campioni di schiuma di zeolite con alluminio (curva blu) e senza alluminio (curva rossa).

Figura 66: σ al 50% di deformazione a diversi contenuti di zeolite.

Da tale grafico è possibile notare che per basse percentuali di zeolite, in altre parole al 20% e 40%, gli sforzi massimi sono molto bassi e la presenza dell’alluminio non ha una grossa influenza sul comportamento a compressione. A basse quantità di zeolite il comportamento dei due tipi di provini non varia, anzi è praticamente costante; invece, ad alti quantitativi di zeolite il comportamento varia, in particolare si ha un netto distacco; infatti, è possibile notare un carico massimo molto più elevato per il provino di alluminio al 70%, rispetto al provino senza l’alluminio.

Anche per questi test è stata calcolata l’energia assorbita dal sistema durante la fase di compressione. La Figura 67 mostra il valore dell’energia al variare del contenuto di zeolite per i provini con e senza alluminio.

Figura 67: Energia assorbita al variare del contenuto di zeolite.

Questo grafico conferma che la presenza dell’alluminio (curva blu) aumenta la rigidezza del sistema, riducendo il quantitativo di energia che il provino è in grado di assorbire; in particolare, tale effetto risulta maggiormente evidente ad alti contenuti di zeolite dove si ha una maggiore rigidezza. La Figura 68 mostra i sistemi alluminio-schiuma di zeolite a diversi contenuti di zeolite dopo il test di compressione.

Figura 68: Report fotografico dopo i test di compressione.

La variazione di elasticità e di rigidezza all’aumentare della percentuale di zeolite influisce sulla tipologia di rottura. Inoltre, schiume ad alti contenuti di zeolite sono schematizzate come strutture a celle chiuse, dove l’area all’interno porta a stati tensionali maggiori.

A basse quantità di zeolite, la schiuma ha un comportamento elastico; infatti, i provini con 20% e 40% di zeolite non presentano evidenti zone di frattura.

Invece, all’aumentare del quantitativo di zeolite, la schiuma presenta una maggiore rigidezza che favorisce la formazione di grandi piani di frattura longitudinali al carico, provocati dalla separazione delle pareti cellulari. In particolare, per i provini al 66% e 70% di zeolite sono riscontrate delle ampie fratture longitudinali al provino, che hanno facilitato durante la compressione il completo collasso strutturale.

Questa differenza può essere spiegata osservando la schematizzazione della prova di compressione effettuata nella Figura 69. La freccia verde rappresenta il carico di compressione applicato, mentre le frecce rosse rappresentano lo stato tensionale causato dal carico applicato.

La Figura 69-a rappresenta l’istante iniziale della prova, mentre la Figura 69-b rappresenta lo schiacciamento del provino relativo dopo una certa deformazione.

In generale, la schiuma di zeolite, vincolata all’alluminio, durante l’applicazione del carico si deforma lateralmente provocando delle sollecitazioni di trazione ortogonali al carico applicato. Questi sforzi aumentano all’aumentare della rigidezza del sistema e, di conseguenza, all’accrescere del contenuto di zeolite.

A bassi contenuti di zeolite, l’elasticità della schiuma limita lo stato tensionale di trazione, impedendo la rottura della parete cellulare. Discorso diverso va fatto per schiume ad alto contenuto di zeolite, che a causa della loro rigidezza, generano uno stato tensionale maggiore, portando alla formazione di macrofessure, dovute allo strappo della parete cellulare.

Figura 69: Andamento delle sollecitazioni durante i test di compressione.