D: Quali tendenze nell'ingegneria civile o nell'edilizia stanno guidando l'innovazione nei materiali da costruzione?
Rick Bearden: Il miglioramento della resistenza sismica delle strutture civili - edifici e ponti - nelle zone sismiche è attualmente un obiettivo globale; ingegneri civili e progettisti sono continuamente alla ricerca di modi di migliorare la sicurezza strutturale e proteggere la vita umana, quindi la spinta all'innovazione è costante. Una tendenza degna di nota è la ricerca sull'uso di tondini (barre d'armatura) ad altissima resistenza nelle strutture in CA (cemento armato). Nello specifico, i ricercatori stanno esplorando come migliorare il comportamento anelastico delle strutture in cemento armato, per evitare che si danneggino in maniera catastrofica in caso di eventi sismici; per questo, i loro risultati suggeriscono un aumento drammatico della forza dell'armatura. Un ottimo esempio viene dal Giappone, dove attualmente hanno tondini in grado di resistere a sollecitazioni di snervamento fino a 1.275 MPa (megapascal), un dato praticamente astronomico rispetto alla gamma di 275 - 520 MPa del tondino per cemento armato convenzionale.
D: Spieghi come gli elementi in cemento armato (CA) possono servire a migliorare la resistenza ai terremoti di una struttura.
Bearden: Il tondino conferisce a una trave o a un pilastro in cemento armato la sua duttilità o la capacità di deformarsi sotto sforzo di trazione. Per natura, il calcestruzzo si comporta bene quando caricato in compressione, ma è fragile e non può sopportare la tensione causata dalla flessione o dall'instabilità. Il rinforzo con tondini d'acciaio aggiunge proprietà elastiche, consentendo a un componente in CA di gestire un carico di flessione, tornando allo stato originale quando il carico viene rimosso. Le proprietà elastiche richieste dei componenti in CA sono ben definite negli attuali codici edilizi e di ingegneria civile di tutto il mondo. In un evento sismico, tuttavia, una struttura è soggetta a enormi forze laterali che possono portarla in una condizione anelastica, dove l'allungamento o lo snervamento le impediscono di tornare allo stato tensionale originario. È a questo punto che si verifica un cedimento strutturale. Il tondino ad altissima resistenza serve a migliorare le prestazioni di una struttura nell'intervallo anelastico, consentendole di evitare il cedimento completo, anche se gravemente danneggiata.
D: Descriva la ricerca in corso per aumentare la resistenza del tondino e la duttilità dei componenti in CA.
Bearden: La progettazione del cemento armato è una disciplina ingegneristica ben consolidata, ma l'attenzione su nuovi tondini ad altissima resistenza sta stimolando una nuova ricerca sui fondamenti, come la formulazione chimica delle leghe ad alta resistenza, i processi di produzione dei tondini e come vengono distribuiti i tondini all'interno dei componenti in CA. I test meccanici svolgono un ruolo fondamentale in tutti gli aspetti di questa ricerca: devono essere caratterizzati i materiali che compongono i tondini e le giunzioni meccaniche che uniscono le lunghezze dell'armatura; i componenti di giunzione e i tondini assemblati devono essere testati per resistenza e fatica; e gli stessi elementi in CA devono essere testati per capire come la resistenza dei tondini, la resistenza del calcestruzzo e il posizionamento dell'armatura all'interno dell'elemento in CA possono migliorare la resistenza sismica. Prevedibilmente, questa ricerca si concentra in aree sismicamente attive, tra cui Giappone, Russia, Ucraina, Stati Uniti, Corea, India e Cina. Tuttavia, le università di tutto il mondo, non solo quelle nelle zone di attività sismica, stanno contribuendo alla ricerca fondamentale in questo settore; un buon esempio è l'Università del Minnesota, che fa parte del consorzio NEES (Network per la simulazione ingegneristica sismica).
D: In che modo lo sviluppo di tondini ad alta resistenza allo snervamento influisce sui requisiti dei test meccanici?
Bearden: Ovviamente, se i carichi di snervamento aumentano, le forze di trazione aumenteranno, quindi i test meccanici richiedono telai di carico con forza molto più elevata per testare tondini e materiali di giunzione e componenti assemblati. A conferma di ciò, negli ultimi due anni abbiamo visto richieste di telai di carico da 1 milione di libbre - anche 2 milioni di libbre - per testare le armature. Questa è una novità. Fino ad ora la domanda per i sistemi di test dei tondini è sempre stata nell'ordine di mezzo milione di libbre o meno. E, naturalmente, anche gli accessori forniti con il sistema di prova, come impugnature, dispositivi di fissaggio, sensori, sono soggetti a requisiti di forza più elevati. Anche l'uso di banchi di prova strutturali per le travi in CA assemblate evolverà, poiché la rinnovata ricerca sul comportamento anelastico cambierà gli obiettivi e il focus dei test. Un altro impatto è che i ricercatori stanno studiando non solo il comportamento statico, solo tensione, ma vogliono anche condurre test di fatica dinamici, con tensione-compressione fino a zero.
D: Quali soluzioni di prova meccanica può offrire MTS per soddisfare requisiti di forza così elevata?
Bearden: Per soddisfare i requisiti di prova dei materiali e dei componenti a forza più elevata, come tondini, giunzioni meccaniche e assemblaggi tondino/giunzione, offriamo una selezione completa di soluzioni chiavi in mano per telai di carico che includono controlli, software applicativo, impugnature, dispositivi di fissaggio e accessori e potenza e distribuzione idrauliche. Per cicli dinamici di tensione-tensione o tensione-compressione, disponiamo di una famiglia completa di telai di carico servoidraulici nominali a quattro colonne con una gamma estremamente ampia di capacità di forza, da 1,0 a 30,0 MN.
Per testare le strutture in scala reale, come travi o colonne con armatura ad alta resistenza integrata, forniamo sistemi chiavi in mano, comprendenti attuatori per test civili a prova di fatica, snodi ad alta forza, grandi telai a portale o strutture di reazione, controlli, software applicativo, accessori e potenza idraulica e distribuzione, se necessario. In genere, questi sistemi vengono utilizzati per condurre test di piegatura a tre o quattro punti e sono più che in grado di portare a guasti i campioni di prova in CA ad alta resistenza.
D: Guardando al futuro, sarà necessaria una nuova tecnologia per soddisfare queste esigenze?
Bearden: Dobbiamo assicurarci che il portafoglio MTS continui a includere ciò che i clienti richiedono. Ci sono opportunità per ulteriori innovazioni nella nostra tecnologia di presa a cuneo idraulico. Le forze richieste per testare i tondini ad alta resistenza stanno arrivando alle stelle per le nostre popolari pinze a caricamento laterale, che consentono un'installazione del campione relativamente rapida e semplice. Tuttavia, quel design non si ridimensiona facilmente quando si raggiunge la gamma del milione di libbre, perché le sollecitazioni nell'alloggiamento del morsetto diventano estremamente elevate. I nostri morsetti stile 641 ad alloggiamento chiuso sono una valida alternativa per i test in questa gamma, ma non offrono la stessa facilità di installazione. Quindi, stiamo studiando possibili perfezionamenti ai nostri morsetti a cuneo a caricamento laterale. Inoltre, stiamo anche esplorando i potenziali vantaggi di diversi tipi di tecnologie di misurazione, come l'estensimetria ottica o laser. Detto questo, l'attuale offerta di MTS è molto valida per testare tondini ad alta resistenza e strutture in CA. Le nostre soluzioni chiavi in mano mirate, la profondità e l'ampiezza della nostra esperienza in quest'area applicativa e la nostra capacità di fornire ai ricercatori ciò di cui hanno bisogno per soddisfare le loro esatte esigenze rimangono ineguagliate.
