Un modello analitico per il comportamento di pull-out delle fibre superelastiche a memoria di forma (SMA) con estremità a gancio è stato sviluppato a partire da prove di estrazione su fibra singola nel calcestruzzo. Il lavoro, condotto da Demewoz W. Menna e Aikaterini S. Genikomsou, è stato pubblicato su Construction Materials, volume 6, pagina 22.
Il punto tecnico di partenza è il comportamento di una fibra il cui tratto terminale, conformato a gancio, introduce nel processo di estrazione un ancoraggio meccanico distinto dalla semplice aderenza interfacciale. La risposta proposta dagli autori combina sperimentazione diretta e modellazione matematica, con l’obiettivo di tradurre il comportamento osservato in uno strumento di calcolo predittivo.
Prove di estrazione su fibra singola
La base sperimentale è costituita da prove di pull-out su fibra singola, condotte su fibre SMA caratterizzate da diverse geometrie di gancio terminale. Lo scopo è la caratterizzazione della risposta meccanica al variare della forma dell’ancoraggio. L’osservazione a scala di fibra isolata rappresenta il presupposto per ogni valutazione successiva del comportamento del composito.
Il metodo della puleggia di attrito come impianto del modello
L’apparato analitico si fonda sul metodo della puleggia di attrito ed è costruito per prevedere i diagrammi carico-scorrimento misurati in prova. Nel modello confluono due ingredienti costitutivi: la risposta tensione-deformazione a trazione del materiale SMA e il suo legame elastico-plastico, tipico dei materiali superelastici. Durante il processo di estrazione vengono inoltre esplicitamente considerati lo scorrimento della fibra rispetto alla matrice e la deformazione superelastica che si attiva nel materiale.
Meccanismi successivi durante l’estrazione
Il pull-out non viene trattato come un fenomeno unitario, bensì come una sequenza di meccanismi distinti. La prima fase comprende la risposta elastica della fibra insieme al debonding, cioè la perdita di aderenza all’interfaccia con la matrice. Segue lo sviluppo progressivo dell’ancoraggio meccanico, il cui contributo è governato dalla distribuzione delle deformazioni elastiche e superelastiche lungo le curvature del gancio. La sequenza si completa con l’estrazione per attrito.
Verifica su tre geometrie e due matrici cementizie
La capacità riproduttiva del modello è stata verificata sui risultati sperimentali relativi a tre differenti geometrie di fibra, estratte da matrici di calcestruzzo a normale resistenza e ad alte prestazioni. La riproduzione risulta ragionevole per le grandezze che caratterizzano la prova:
- la risposta complessiva carico-scorrimento;
- il carico di pull-out di picco;
- lo scorrimento corrispondente al picco di carico;
- l’energia di pull-out.
La coerenza su questi quattro fronti, per geometrie di fibra e matrici differenti, costituisce il riscontro sperimentale dell’impostazione adottata.
Per la progettazione di compositi cementizi fibrorinforzati con fibre SMA, il modello costituisce uno strumento predittivo e trasferibile, impiegabile per la valutazione della prestazione di pull-out di fibre con estremità a gancio. Lo studio completo è disponibile su Construction Materials con il doi 10.3390/constrmater6020022.
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