Caratterizzazione meccanica del calcestruzzo stampato 3D: stima dei parametri elastici tramite correlazione digitale di immagini
Il comportamento meccanico anisotropo del calcestruzzo prodotto tramite stampa tridimensionale (3DPC), conseguente alla deposizione per strati successivi, rappresenta una criticità nota per i progettisti strutturali. Tuttavia, una metodologia standardizzata per la stima dei parametri costitutivi del materiale a partire da dati sperimentali a campo completo non è ancora stata codificata in sede normativa.
Uno studio recente, pubblicato su Buildings (Vol. 16, Pages 2766), propone un approccio basato sulla correlazione digitale di immagini (Digital Image Correlation, DIC) per la determinazione del modulo elastico e della resistenza a compressione di provini in 3DPC, utilizzando dati provenienti da prove di compressione uniassiale.
Set sperimentale e configurazione di prova
Il programma sperimentale ha previsto la realizzazione di sei gruppi di provini stampati e un gruppo di controllo gettato in cassero. Per l’analisi DIC completa, condotta tramite una pipeline batch personalizzata basata sul software Ncorr con selezione verificata della regione di interesse, sono state selezionate tre configurazioni caratterizzate dagli estremi del diametro dell’ugello di stampa.
I risultati mostrano una variabilità significativa del modulo elastico secante, calcolato a partire dai gradienti di spostamento DIC, in funzione del diametro dell’ugello:
- Ugello da 15 mm: modulo elastico di 27 ± 3 GPa
- Ugello da 30 mm: modulo elastico di 17 GPa
- Provini di controllo gettati: modulo elastico di 22 ± 6 GPa
Per due provini è stato inoltre possibile ottenere stime preliminari del coefficiente di Poisson, pari rispettivamente a 0,16 e 0,17.
Impatto del diametro dell’ugello sulle proprietà meccaniche
La scelta del diametro dell’ugello si configura come un parametro di processo critico. Riducendo il diametro da 30 mm a 15 mm, a parità di altezza dello strato, si è registrato un incremento del 59% sia della resistenza a compressione sia della rigidezza del materiale. Questo dato assume rilievo operativo per i direttori dei lavori e i tecnici comunali chiamati a verificare la conformità strutturale di elementi realizzati con tecnologia 3DPC.
Le mappe di deformazione a campo completo hanno evidenziato, nei provini stampati, una eterogeneità maggiore rispetto ai provini di controllo gettati, confermando l’influenza della stratificazione sulla distribuzione delle tensioni interne.
Limiti e indicazioni per la pratica professionale
La metodologia DIC proposta consente di ottenere stime preliminari dei parametri elastici da una singola prova, riducendo la necessità di campagne sperimentali estese. Tuttavia, gli autori dello studio raccomandano, prima di utilizzare questi dati in simulazioni strutturali, una validazione mediante estensimetria diretta. Per il professionista, ciò si traduce nella necessità di affiancare alla caratterizzazione DIC, almeno in fase di calibrazione iniziale, misurazioni con sensori a contatto, al fine di ridurre l’incertezza legata al metodo indiretto.
La mancanza di un riferimento normativo specifico per la caratterizzazione meccanica del 3DPC impone al progettista un approccio prudenziale, basato su una campagna di prove adeguatamente estesa e sulla verifica incrociata dei risultati ottenuti con tecniche diverse. L’approccio DIC, nella sua versione attuale, rappresenta uno strumento integrativo, non sostitutivo, delle procedure di prova standardizzate.
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