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Il calcestruzzo al carbonio potrebbe rivoluzionare la costruzione di ponti

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Il poniere tedesco del conglomerato cementizio al carbonio, Prof. Dr. Ing. Manfred Curbach seduto su una banca in conglomrrato

al carbonio

 

La ristrutturazione o anche la nuova costruzione di ponti inghiotte molti soldi. Gli ingegneri civili della TU Berlin stanno quindi cercando di prolungare la durata delle strutture con un materiale da costruzione composito: il calcestruzzo al carbonio.
 
Più leggero, più resistente e stabile? Gli ingegneri civili nutrono grandi speranze per il calcestruzzo composito in carbonio.
Foto: partner di Schlaich Bergermann
Il crollo del ponte dell'autostrada a quattro corsie a Genova, in Italia, lo ha purtroppo dimostrato: anche le strutture impressionanti come i ponti possono sopportare carichi solo entro certi limiti. Il materiale invecchia ed è esposto a considerevoli influenze ambientali: uno dei maggiori problemi con gli edifici esistenti è la progressiva corrosione causata dall'acqua. I ricercatori dell'Università Tecnica di Berlino stanno quindi sperimentando il materiale composito carbonio per l'edilizia. Ha un grande vantaggio: il carbonio non si corrode. Un ponte di prova dovrebbe ora mostrare se è abbastanza resistente nel lungo periodo.



Composito con carbonio anziché cemento armato
I ponti sono una cosa ovvia nel nostro sistema di trasporto. Nella sola Germania ci sono circa 40.000 ponti su autostrade o autostrade federali. Quasi nessuno pensa alle alte pressioni a cui sono esposti - a meno che non ci siano notizie su rinnovamenti o chiusure nella stampa. Il fatto è che il traffico si è moltiplicato negli ultimi decenni e gran parte dei ponti sono stati costruiti tra il 1960 e il 1985. Possono resistere agli oneri crescenti solo per un periodo di tempo limitato e dovranno essere parzialmente sostituiti nel prossimo futuro.

Ponte in conglomerato cementizio al carbonio

Uno dei motivi della necessità di rinnovamento è il materiale più importante: il cemento armato. Il calcestruzzo è stato danneggiato nel corso degli anni e dei decenni. In genere, le sottili crepe non rappresentano un problema per l'analisi strutturale, ma l'acqua penetra attraverso di esse e provoca la corrosione del rinforzo in acciaio. Nel progetto congiunto "C³ - Carbon Concrete Composite" del Ministero Federale dell'Istruzione e della Ricerca (BMBF), gli scienziati stanno quindi cercando di sviluppare un'alternativa insieme ai partner dell'industria. Sarebbe interessante non solo per i ponti, ma anche per tunnel, tetti, facciate di edifici e grandi sistemi.
Il calcestruzzo al carbonio è economico e resistente
Il calcestruzzo di carbonio è un materiale composito realizzato in calcestruzzo ad alte prestazioni e un rinforzo in carbonio. Il carbonio o le fibre di carbonio dovrebbero garantire leggerezza, flessibilità e resistenza. Per questo, fino a cinquantamila di queste fibre sottili sono combinate in un unico filo. Nella fase successiva, questo filato viene trasformato in uno strato in una macchina tessile e dotato di un rivestimento stabilizzante. In alternativa, è possibile l'uso di barre di carbonio.

Viadotto in conglomerato cementizio al carbonio



Dal punto di vista dei ricercatori, il calcestruzzo con rinforzo in carbonio presenta numerosi vantaggi: "È robusto, robusto, consente di risparmiare risorse ed è quindi particolarmente economico", afferma Alex Hückler, che coordina il progetto presso la TU di Berlino. "Dopotutto, il calcestruzzo è il materiale più utilizzato al mondo dopo l'acqua ed è molto ad alta intensità di CO2 nella sua produzione." In combinazione con il carbonio, il calcestruzzo potrebbe essere notevolmente risparmiato perché i cavi di tensione potrebbero essere coperti con meno calcestruzzo o anche con calcestruzzo leggero poroso, perché non vi è alcun rischio di corrosione esistito. Ciò renderebbe il ponte corrispondente significativamente più leggero rispetto a una costruzione convenzionale con cemento armato. Allo stesso tempo, gli scienziati prevedono che il rinforzo del carbonio sarà fino a cinque volte più forte. La linea di fondo è che il calcestruzzo al carbonio potrebbe risparmiare materiale e denaro.

Getto in conglomerato cementizio al carbonio con armatura in tondini al carbonio e non in acciaio

 

Per quanto possa sembrare valida questa soluzione, non si dovrebbe correre alcun rischio per un nuovo materiale del ponte. Ecco perché i ricercatori hanno costruito un prototipo nella Peter Behrens Hall del TU Institute for Civil Engineering sull'ex sito AEG di Berlino-Wedding. Il ponte di prova è lungo 20 metri e deve superare vari test. Tra le altre cose, è previsto di immagazzinare pesi pesanti lì per oltre un anno. “Per le indagini, i fili di carbonio precompressi si trovano in un canale sottile attraverso il ponte. Di tanto in tanto è possibile utilizzare le mini telecamere per verificare come si comporta il materiale all'interno del ponte sotto carico, quali segni di affaticamento si verificano eccetera ”, spiega Hückler.

In una struttura in cemento armato con rinforzo in carbonio, il rinforzo doveva essere precompresso per utilizzare completamente il materiale. Queste strutture precompresse sono al centro dell'attuale serie di ricerche presso la TU e le aspettative degli scienziati sono alte: "Il precompressione delle fascette e dei cavi in ​​carbonio incorporati nel calcestruzzo deve sostenere l'intera lunghezza del ponte, consentire vibrazioni, garantire resistenza alla rottura e stabilità" dice Hückler.

Crollo del viadotto sul fiume tra Massa Carrara e La Spezia

 

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