Prove per la caratterizzazione meccanica

In questo paragrafo vengono descritte le prove svolte per la caratterizzazione meccanica delle tre differenti miscele. Per prima cosa, viene presentata la pressa elettromeccanica utilizzata per esaminare la maggior parte dei provini della campagna sperimentale. Dopodiché, viene illustrata la preparazione e il funzionamento dei due tipi di prove effettuate con l’ausilio di questa macchina (prova a flessione su 4 punti e prova di trazione indiretta). Infine, si analizza la prova a compressione eseguita sui cubi.

3.3.1 Pressa elettromeccanica

Il dispositivo utilizzato per le prove di flessione su 4 punti e per le prove DEWS è stata la pressa elettromeccanica INSTRON 8562, raffigurata in Figura 3.13, situata nel Laboratorio Prove Materiali Strutture e Costruzioni del Politecnico di Milano.

Tale macchina è formata da una base fissa dalla quale partono due cilindri pieni sui quali può scorrere la traversa superiore che viene fissata a questi attraverso quattro bulloni che garantiscono una coppia di serraggio pari a 800 Nm. L’altezza della traversa superiore, previo allentamento dei bulloni, è regolabile grazie all’ausilio di due pistoni idraulici ad olio.

Un motore elettrico, invece, permette la rotazione di una vite alla quale è solidale la base mobile della pressa. Tale vite è in grado di gestire movimenti micrometrici e una corsa di 100 mm.

Inoltre, sono presenti due piatti rigidi ai quali è possibile collegare i pezzi necessari per l’esecuzione delle prove. Un piatto è collocato sulla base mobile mentre l’altro è attaccato a una cella di carico con capacità massima di 100 KN che è a sua volta sostenuta dalla traversa di sommità. La cella di carico altro non è che un trasduttore in grado di convertire una forza in un impulso elettrico proporzionale.

Figura 3.13: Pressa elettromeccanica INSTRON 8562 del Laboratorio Prove Materiali Strutture e Costruzioni del Politecnico di Milano.

Il suo funzionamento viene azionato attraverso l’apposito pannello digitale, vedi Figura 3.14, nel quale è possibile impostare il controllo della prova (sforzi o spostamenti) e la velocità d’esecuzione.

Figura 3.14: Quadro di controllo della pressa elettromeccanica INSTRON

Alla pressa vanno associati degli strumenti che permettono il rilevamento dei dati interessati. Per le prove da noi effettuate, essendo necessaria la misura di spostamenti differenziali, sono

stati utilizzati dei trasduttori di spostamento lineare a contatto chiamati LVDT (Linear

Variable Differential Transformer), con precisione micrometrica e corsa di 10 mm.

Per quanto riguarda l’utilizzo degli LVDT sui provini, come di norma, sono stati incollati dei sostegni che possono essere di quattro tipi, illustrati in Figura 3.15. Come si può vedere, i differenti sostegni sono uguali a coppie (forati o pieni) a meno di un’estremità che può essere piana o a coda di rondone. Quelli con estremità piana sono stati utilizzati quando la superficie su cui dovevano essere incollati era anch’essa piana (come per le prove DEWS), mentre gli altri sono stati utilizzati per essere incollati sugli spigoli dei provini (come per le prove a flessione su quattro punti). Gli elementi forati fungevano da alloggio per gli LVDT che venivano bloccati attraverso l’apposita vite differentemente quelli pieni servivano da contrasto per la punta dello strumento di misura.

Figura 3.15: Sostegni necessari per l’utilizzo degli LVDT

Per quel che interessa la misura della freccia, nelle prove a flessione su quattro punti, per il sostegno degli LVDT si è utilizzato un telaio (chiamato “gondola”) dotato di appositi fori per l’inserimento degli strumenti e viti per il loro bloccaggio, mentre come contrasto si è scelto di incollare sulla sommità del provino una striscia rigida.

Quando la lunghezza degli LVDT non era abbastanza tra la punta dei trasduttori e i contrasti sono state interposte delle prolunghe di metallo.

La pressa e gli strumenti di misura sono connessi ad una centralina, modello UPM 60, per l’acquisizione dei dati che a sua volta è collegata ad un computer nel quale avviene la registrazione dei dati, con estensione .dat, per mezzo di un software (Lab View).

Figura 3.17: Centralina e computer impiegati per l’acquisizione dei dati

3.3.2 Prova a flessione su quattro punti

Come prova di flessione, sui provini appositi della campagna sperimentale (travetti e lastrine), è stata scelta quella su quattro punti. Tale scelta è stata preferita in quanto, tra le lame di carico, si viene a creare una zona a taglio nullo e momento costante che permette di studiare al meglio i calcestruzzi contenenti fibre. Infatti, per materiali fibrorinforzati, in tale area si può verificare una multi-fessurazione alla quale si può associare una ridistribuzione di tensione con conseguente comportamento incrudente. Inoltre, è anche possibile tener conto di un’eventuale non uniformità del materiale come una distribuzione delle fibre non omogena. Contrariamente con una prova a flessione su tre punti, dunque con una sola lama di carico, si verrebbe a creare un momento massimo in corrispondenza della sezione caricata. Ciò comporterebbe la formazione di un’unica fessura in corrispondenza del massimo momento perdendo l’aspetto incrudente del materiale e la sua eventuale disomogeneità.

Le prove a flessione eseguite per la caratterizzazione meccanica sono state condotte in controllo di spostamenti, impostando una velocità di spostamento della pressa e registrando il carico, fino a rottura del provino. Tali prove a collasso sono state o di tipo monotono o con successivi cicli di carico-scarico. Durante tali test, sono stati acquisiti gli abbassamenti in mezzeria del provino (freccia) e l’apertura di fessura compresa tra le lame di carico (COD:

all’apertura di fessura, data dalla somma delle aperture delle fessure che si sono formate, comprende l’allungamento elastico. Inoltre, come si può vedere ad esempio in Figura 3.19, il COD misurato non è riferito esattamente all’intradosso della trave ma risulta più basso rispetto a questo di circa 10 mm per motivi che derivano dal posizionamento degli LVDT.

I provini avendo altezza inferiore ai 150 mm e comportamento incrudente, così come consigliato dalle linee guida CNR-DT-204, sono stati sottoposti alle prove senza essere intagliati.

Nel paragrafo precedente sono stati introdotti gli strumenti utilizzati per l’eseguimento delle prove; vediamo ora come questi sono stati posizionati e di conseguenza i passaggi svolti per condurre le prove.