Experimental and theoretical study of a foldable composite beam
O. Benjeddou, O. Limam, M. B. Ouezdou
Laboratoire de génie civil, Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tunis; Institut supérieur des études technologiques de Sfax
Davide Crivelli
I materiali compositi, ormai ampiamente utilizzati nell’industria meccanica e aeronautica, negli ultimi tempi sono utilizzati sempre più frequentemente nell’ingegneria civile, sia nel rinforzo e nella ristrutturazione di strutture esistenti, sia nella progettazione di edifici più resistenti a carichi dinamici e agli agenti esterni, come la corrosione o l’umidità.
La possibilità di realizzare strutture pieghevoli sta interessando di recente l’ambiente della ricerca scientifica, in quanto tali strutture possono presentare grossi vantaggi in termini di trasportabilità e di leggerezza. In situazioni particolari, come, ad esempio, durante le calamità naturali oppure per interventi e operazioni militari, è importante poter approvvigionare il materiale necessario alla costruzione di strutture temporanee in modo rapido ed economico. Le strutture temporanee, in questo caso, diventano i principali fruitori di parti prefabbricate pieghevoli, che ne consentirebbero la messa in opera in tempi brevi e, in certi casi, con l’intervento di personale meno specializzato.
A tal proposito, i ricercatori dell’università di Tunisi hanno sviluppato l’idea di una trave avvolgibile a spirale (Figura 1). La trave è costituta da un numero variabile di blocchi di legno opportunamente sagomati, connessi fra loro da lamine di fibra di carbonio. In corrispondenza delle giunzioni fra i blocchi, le lamine non sono impregnate, in modo da garantire la massima flessibilità e pieghevolezza senza introdurre danneggiamento, che potrebbe compromettere le caratteristiche del materiale composito durante l’avvolgimento. (Figura 2)
I ricercatori hanno testato varie configurazioni di trave, con un numero variabile di blocchi e tipologie diverse di collegamento fra la fibra di carbonio e il legno. I blocchi hanno una sezione di 120x150mm, e a titolo di esempio la trave lunga 2 metri si ripiega a spirale su un diametro massimo di 750mm.
Le prove sperimentali sono state svolte con flessione su tre punti, per simulare un carico sul centro della trave. Le curve carico-inflessione presentano un andamento bilineare, con una prima fase meno rigida e una seconda più rigida (Figura 3). La rottura avviene di schianto; c coinvolge in certe travi i blocchi di legno, e in altre il composito in fibra di carbonio. In particolare, in quelle travi in cui il carbonio è ulteriormente fissato al legno tramite chiodi, la frattura nel legno viene impedita, e si fratturano le fibre del composito (Figura 4).
Presentando una capacità di carico elevata per una trave che ripiegata occupa un volume minimo, il progetto proposito dai ricercatori sembra avere ottime potenzialità per entrare nel mercato dei prodotti per la costruzione di strutture provvisorie. A validazione delle loro prove sperimentali, un modello per valutare i fattori coinvolti è stato proposto, ottenendo buoni risultati ed aprendo la strada ad ulteriori prove sperimentali. Da tale modello è emerso come la resistenza di queste travi sia fortemente dipendente dal numero di blocchi, dalla tipologia di collegamento fra carbonio e legno, e dallo spessore dello strato di collegamento fra i blocchi.
