ITBA20130068A1 - Manufatto in calcestruzzo dotato di rinforzi in materiale plastico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale avente ad oggetto un manufatto in calcestruzzo dotato di rinforzi in materiale plastico.

Forma oggetto della presente invenzione un manufatto in calcestruzzo con rinforzi in materiale plastico, per utilizzo in svariate applicazioni, di più economica produzione e maggiore durabilità rispetto a quanto noto allo stato dell’arte e particolarmente ottimizzato per essere prodotto utilizzando plastica riciclata, ad esempio quella proveniente dalla raccolta differenziata dei rifiuti. E’ ampiamente noto che i manufatti in calcestruzzo necessitano di rinforzi interni per migliorare le caratteristiche di resistenza meccanica ed in particolare per migliorare la resistenza a trazione.

Per questo motivo il calcestruzzo viene comunemente “armato†, cioà ̈ rinforzato con armature di materiali che abbiano una buona resistenza a trazione ed una buona aderenza al calcestruzzo, come l’acciaio per armature, comunemente prodotto in tondini e reti elettrosaldate. I tondini appositamente piegati e/o le reti elettrosaldate vengono annegati nel getto di calcestruzzo e rimangono inglobati in esso, ottenendo manufatti in grado di rispondere bene sia a sollecitazioni di trazione (grazie alla presenza dell’armatura) che a sollecitazioni di compressione.

Tuttavia l’utilizzo dell’acciaio comporta, come noto, problemi di durabilità, legati alla corrosione delle armature. Un altro limite connesso all’utilizzo di armature in acciaio sono i costi rilevanti di questo materiale, che non sono giustificati quando i manufatti in calcestruzzo non siano destinati a sopportare carichi importanti o comunque non assolvano ad una funzione strutturale. Per questo motivo sono note agli esperti del settore delle costruzioni alcune applicazioni in cui il calcestruzzo à ̈ rinforzato con materiali diversi dall’acciaio.

Ad esempio la domanda PCT EP97/06809 descrive l’utilizzo di un rete in fibra di vetro, in fibra di polimero o in fibra ottenuta mediante policondensazione, rivestita con un adesivo avente buona affinità con il bitume. La rete così ottenuta viene utilizzata per rinforzare degli strati connessi dal bitume. Nella domanda di brevetto russa n° RU2459040 viene descritto l’utilizzo di una particolare rete in materiale plastico avente uno sviluppo tridimensionale che può essere utilizzata nel rinforzo di terreni di fondazione poco portanti. Si tratta di una rete in polietilene rinforzato con fibre di carbonio o aramidiche, avente uno sviluppo geometrico piuttosto complesso. Nel brevetto statunitense US 5419659 viene descritta una rete in materiale plastico di spessore pari ad almeno 1.5 mm che, una volta interrata contribuisce a migliorare la stabilità e le prestazioni meccaniche del suolo. Altri esempi di rinforzi in materiale plastico noti sono descritti nei documenti GB2253669, WO96/35833, WO2009/031414. Altre realizzazioni sono presenti nei documenti JP16270893, JP1818288 e JP28789589, in cui sono descritti rinforzi per manufatti in calcestruzzo realizzati in materiale composito (plastica rinforzata con fibre di varia natura) rivestiti con resine o impregnati con adesivi. La domanda di brevetto internazionale WO03/001005 descrive l’utilizzo di barre di rinforzo per strutture in calcestruzzo armato realizzate in materiale plastico, dotate di una pluralità di rilievi atti a vincolare meccanicamente il calcestruzzo al rinforzo. Il brevetto statunitense US4379870 descrive l’utilizzo di filamenti di rinforzo in resina termoplastica con superficie dentellata, ottenuti per estrusione, di diametro massimo pari a 50.000 denier (circa 2,5 mm per il polietilene) utilizzati come rinforzo in manufatti in calcestruzzo.

I documenti noti allo stato dell’arte sono limitati in quanto descrivono rinforzi in materiale plastico di difficile fabbricazione, nei quali il vincolo tra il rinforzo ed il cemento à ̈ ottenuto meccanicamente in virtù della forma del rinforzo (appositamente sagomata) oppure descrivono l’utilizzo di fibre sottili, che comporta inconvenienti legati alla loro maggiore fragilità in fase di lavorazione e di disposizione all’interno del calcestruzzo.

Scopo del trovato oggetto della presente invenzione à ̈ pertanto quello di fornire un manufatto in calcestruzzo dotato di elementi di rinforzo in materiale plastico che superino i limiti legati a quanto noto allo stato dell’arte, ed in particolare che abbiano una forma che ne permetta una facile ed economica realizzazione per estrusione, e caratteristiche superficiali che garantiscano una idonea aderenza tra rinforzo e calcestruzzo pur in presenza di una forma non dotata di sagomature.

Il trovato oggetto della presente invenzione à ̈ applicabile, in particolare, nella realizzazione di banchine portuali, di pavimentazioni stradali e aeroportuali, di barriere stradali tipo newjersey, nel consolidamento e protezione di edifici o pannelli in muratura ed in generale per la realizzazione di tutti i manufatti in calcestruzzo.

Il trovato oggetto della presente invenzione realizza gli scopi prefissati, essendo un manufatto in calcestruzzo comprendente almeno un elemento di rinforzo in materiale plastico di forma allungata, avente una dimensione maggiore delle altre, caratterizzato dal fatto che detto elemento di rinforzo presenta lunghezza comparabile con la lunghezza del manufatto misurata nella direzione in cui à ̈ posizionato l’elemento di rinforzo, sezione di dimensioni tali da garantire una resistenza a flessione sufficiente a sostenere il peso proprio in fase di posizionamento e sezione costante lungo la direzione longitudinale, in modo da permettere la fabbricabilità per estrusione dell’elemento di rinforzo

Questi ed altri vantaggi saranno evidenti dalla descrizione dettagliata del trovato, che farà riferimento alle figure allegate.

Come mostrato in figura 1, il trovato oggetto della presente invenzione à ̈ un manufatto in calcestruzzo (1) comprendente uno o più elementi di rinforzo, convenientemente disposti nella parte che in esercizio sarà sottoposta a sforzi di trazione. Gli elementi di rinforzo possono convenientemente essere in forma di lamina (21), di barra a sezione quadrata o rettangolare (22), di barra a sezione circolare (23). In quelle applicazioni in cui sia ritenuto necessario gli elementi di rinforzo potranno anche essere disposti in forma di rete (24), comprendente una pluralità di armature disposte in direzioni tra loro ortogonali.

Più in generale i rinforzi (21,22,23,24) del manufatto in calcestruzzo secondo la presente invenzione sono:

- di dimensioni longitudinali comparabili con quelle del manufatto (1),

- di dimensioni in sezione molto minori della dimensione longitudinale, ma comunque sufficienti a garantire una resistenza a flessione degli elementi di rinforzo tale da reggere il peso proprio del rinforzo, in modo da permetterne un facile posizionamento nei casseri prima del getto di calcestruzzo;

- di sezione costante, ottenibile per estrusione.

Questa configurazione geometrica dei rinforzi, secondo quanto noto allo stato dell’arte, à ̈ utilizzata esclusivamente per rinforzi in acciaio, dato che tutti i rinforzi in materiale diverso dall’acciaio sono realizzati con particolari rivestimenti adesivi o con forme opportunamente sagomate per migliorarne l’aderenza al calcestruzzo.

Una peculiarità dei rinforzi (21,22,23,24) secondo la presente invenzione à ̈ quella di essere realizzati in un materiale plastico compreso in una classe di materiali dotati di determinate caratteristiche, ed in particolare:

- una aderenza al calcestruzzo maggiore della resistenza a trazione del calcestruzzo considerato,

- una deformazione a rottura pari almeno al 25%

inoltre i materiali utilizzati non devono essere aggredibili chimicamente.

Molti materiali plastici possono essere utilizzati per realizzare gli elementi di rinforzo secondo la presente invenzione, in particolare le resine termoplastiche tra cui poliolefine, polivinilcloruro, polistirene, polimetilmetacrilato, policarbonato , poliestere e poliammide.

In particolare il poliestere (PE) ed ancor più in particolare il Poliestere Tereftalato (PET) sono particolarmente convenienti per la realizzazione dell’invenzione per il loro basso costo e la loro facilità di lavorazione.

Quest’ultimo ha un peso specifico compreso pari a 1,38 g/cm<3>, un modulo elastico a trazione pari a 3100 N/mm<2>ed un carico di rottura a trazione (ï ³r) pari a 150 N/mm<2>.

L’esecuzione di test di rottura a trazione su provini in calcestruzzo (1) con rinforzi in PET (20) con superficie liscia ha permesso di evidenziare che l’aderenza del PET al calcestruzzo si conserva anche dopo la rottura del provino, come mostrato in figura 8 dove à ̈ rappresentata la sezione di rottura del provino in calcestruzzo con evidenza dell’aderenza del rinforzo in PET (20) che non ha subito fenomeni di scorrimento rispetto al provino.

Questa proprietà degli elementi di rinforzo permette, in fase di dimensionamento di un manufatto in calcestruzzo secondo la presente invenzione, di non considerare il fenomeno dello scorrimento calcestruzzorinforzo.

Un ulteriore vantaggio dell’utilizzo di rinforzi per calcestruzzo secondo la presente invenzione à ̈ costituito dalla loro capacità, conferita dall’elevata deformazione che possono sopportare prima di rompersi, di assorbire carichi impulsivi, dissipandone l’energia.

Questa caratteristica à ̈ particolarmente rilevante in alcune applicazioni, quali ad esempio le barriere stradali tipo new-jersey, o la pavimentazione delle piste di atterraggio negli aeroporti, nelle quali il manufatto potrebbe trovarsi a dover sopportare urti di intensità importante.

Come à ̈ noto l’area sottesa dalla curva sforzo/deformazione à ̈ proporzionale alla quantità di energia assorbita dal materiale per unità di volume.

Un confronto qualitativo delle curve sforzo/deformazione per l’acciaio e per le resine termoplastiche, note in letteratura, permette di verificare che la quantità di energia assorbita per unità di volume dai materiali plastici e dall’acciaio à ̈ comparabile. I materiali termoplastici utilizzabili per gli elementi di rinforzo secondo la presente invenzione infatti, essendo duttili, presentano deformazioni a rottura un ordine di grandezza superiori a quelle dell’acciaio, pur potendo sostenere sforzi molto inferiori. Considerando però i costi ed i pesi minori delle resine termoplastiche (ad esempio del PET) rispetto all’acciaio, à ̈ evidente che à ̈ tecnicamente possibile ed economicamente conveniente aumentare il volume occupato dagli elementi di rinforzo all’interno di un manufatto ottenendo un proporzionale aumento della quantità di energia assorbita.

Ovviamente affinché i rinforzi possano assorbire l’energia derivante dall’impatto con il manufatto, devono mantenere per tutta la durata dell’urto una elevata aderenza con il calcestruzzo, che permetta di trasferire al rinforzo in materiale plastico l’energia derivante dall’urto.

Si à ̈ quindi spiegato un ulteriore vantaggio del manufatto in calcestruzzo secondo la presente invenzione, che à ̈ quello di poter realizzare, con materiali economici, manufatti in grado di assorbire elevate quantità di energia.

La peculiarità degli elementi di rinforzo secondo la presente invenzione à ̈ che si tratta di elementi sostanzialmente unidimensionali (aventi cioà ̈ una dimensione molto maggiore delle due restanti), di lunghezza comparabile a quelle del manufatto in calcestruzzo in cui devono essere annegati, misurata nella direzione in cui viene installato il rinforzo e di sezione costante, quindi ottenibili per estrusione. In altri termini gli elementi di rinforzo (lamine o barre) hanno una dimensione tale da coprire tutta la luce di una trave, di una piastra o di altro manufatto nel quale sono annegate.

A titolo esemplificativo si può dire che la larghezza delle lamine (21) à ̈ preferibilmente compresa tra 3 e 40 cm e lo spessore à ̈ compreso tra 1 e 5 mm, in funzione dello sforzo di trazione cui saranno sottoposte in fase di esercizio. Il diametro delle barre (23) à ̈ preferibilmente compreso tra 8 e 20 mm. La lunghezza degli elementi à ̈ invece, come detto, funzione del manufatto da realizzare.

Gli elementi (barre o lamine) possono essere disposti geometricamente in varia maniera, in modo da ottimizzare l’azione di rinforzo esercitata.

Ad esempio quando si realizzano piastre in calcestruzzo rinforzato con il rinforzo secondo la presente invenzione, la disposizione ottimale delle barre di rinforzo à ̈ del tipo a reticolo, con una pluralità di barre disposte in due direzioni perpendicolari tra loro.

Secondo un modo preferenziale di realizzazione all’interno di una piastra possono essere disposte una pluralità di barre, ad un interasse indicativamente compreso tra i 3 e i 5 cm.

Negli elementi per la delimitazione del traffico stradale (barriere tipo newjersey) le lamine e/o barre di rinforzo in PET sono disposte lungo le isostatiche di trazione, nella posizione che comunemente assumono le barre in acciaio attualmente utilizzate per la realizzazione di questi elementi, in modo da assorbire gli sforzi di trazione agenti sull’elemento in calcestruzzo. Una ulteriore applicazione del trovato secondo la presente invenzione à ̈ l’utilizzo per il consolidamento di edifici esistenti. In questo caso la superficie della muratura esistente viene preparata con un primo getto di calcestruzzo sul quale vengono disposte le lamine di rinforzo secondo un reticolo. Un secondo getto di calcestruzzo viene applicato come completamento della tecnica di rinforzo e può successivamente essere rifinito secondo tecniche note.

Nel caso di manufatti prefabbricati in calcestruzzo gli elementi possono essere semplicemente annegati nel getto di calcestruzzo, senza necessità di trattamenti particolari.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Manufatto in calcestruzzo (1) comprendente almeno un elemento di rinforzo in materiale plastico di forma allungata (20,21,22,23,24), avente una dimensione (30) maggiore delle altre due, caratterizzato dal fatto che detto elemento di rinforzo (21,22,23,24) presenta: - lunghezza di detta dimensione (30) maggiore delle altre due comparabile con la lunghezza del manufatto (1) misurata nella direzione in cui à ̈ posizionato detto elemento di rinforzo, - sezione di dimensioni tali da garantire una resistenza a flessione di detto elemento di rinforzo sufficiente a sostenere il peso proprio in fase di posizionamento; - sezione costante lungo la direzione longitudinale, in modo da permettere la fabbricabilità per estrusione dell’elemento di rinforzo.
2. 2. Manufatto in calcestruzzo (1) secondo la rivendicazione 1 comprendente una pluralità di elementi di rinforzo in materiale plastico di forma allungata (21,22,23,24), aventi una dimensione (30) maggiore delle altre.
3. 3. Manufatto in calcestruzzo (1) secondo la rivendicazione 1 o 2 caratterizzato dal fatto che detti elementi di rinforzo sono realizzati in resina termoplastica.
4. 4. Manufatto in calcestruzzo (1) secondo la rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che detti elementi sono realizzati in PET.
5. 5. Manufatto in calcestruzzo (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti elementi sono barre a sezione circolare (23).
6. 6. Manufatto in calcestruzzo (1) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4 caratterizzato dal fatto che detti elementi sono barre a sezione quadrata o rettangolare (22).
7. 7. Manufatto in calcestruzzo (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti elementi sono disposti nella zona di detto manufatto (1) che in esercizio à ̈ sottoposta a sforzi di trazione