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MANIFESTAZIONI SUPERFICIALI

EVOLUZIONE DEL DEGRADO

DEGRADO NEI MATERIALI QUASI-FRAGILI

Comportamento dei materiali quasi-fragili

Il comportamento di tipo fragile è generato da una

fessurazione instabile prodotta da microfessure e

scollamenti tra i componenti granulari e la matrice, che

estendendosi possono formare una fessura macroscopica

che separa improvvisamente in due parti l’elemento

strutturale. Tali materiali perciò si rompono in modo

improvviso, quando la risposta è ancora sostanzialmente

elastica e lineare, quindi il limite elastico può essere

considerato anche un limite di rottura. Il rapporto tra

resistenza a trazione e resistenza a compressione è di molto

inferiore all’unità. Fonte: tesi E. Calabrese

PROBLEMATICHE E SOLUZIONI ANALITICHE

Problematiche del degrado di manufatti storici e/o monumentali in

„ materiale lapideo/roccioso invitano alla formulazione di modelli

rigorosi simulanti la fisica del fenomeno

Formulazione di un modello in forma chiusa che consenta la

„ formulazione di un problema di equilibrio

Aspetti sperimentali e reali sul danno composto. Meccanica delle

„ swelling

superfici e fenomeni di

Minimizzazione del funzionale energetico incrementato con termini

„ di interfaccia.

Condizioni di equilibrio

„ Fonte: tesi E. Calabrese

Diagrammi di comportamento

Fonte: tesi E. Calabrese

Stato di rottura

Prima della rottura il materiale presenta uno stato di fessurazione

„ locale e il modello atto a descrivere il danno è il modello della fessura

coesiva (Hillerborg) ove il materiale è caratterizzato da due leggi

costitutive

tensione – deformazione elastica

1. tensione – apertura della fessura

2. L’area sottesa dalla curva tensione – apertura della fessura

„ rappresenta l’energia necessaria per creare una fessura di area unitaria

L’ipotesi quindi su cui si fonda è l’esistenza di un potenziale di

„ deformazione, si assume cioè che il processo comporti

l’immagazzinamento di una energia, detta energia di deformazione

ε

ε σ ε

= ∫ ij

W ( ) d

ij ij ij

0 Fonte: tesi E. Calabrese

DEGRADO DEI MATERIALI quasi-FRAGILI

Lo studio del degrado dei materiali lapidei viene sviluppato

„ mediante descrizione degli effetti e della morfologia utilizzando le

Normal, CNR

raccomandazioni elaborate dal e dall’Istituto

definizioni

Centrale per il Restauro, considerando che molti fenomeni sono

dovuti al concorso di più cause:

Fenomeni che producono apporto di materiale estraneo

„ Fenomeni che producono asporto di materiale originale

„ Fenomeni che non producono ne apporto ne asporto di materiale

„ Fonte: tesi E. Calabrese

PARTICOLARITA’ DEI MATERIALI Q. FRAGILI:

IL MARMO

Tessitura OMOBLASTICA Tessitura XENOBLASTICA

Morfologia granulare regolare e Morfologia granulare ritorta e

tondeggiante con scarsa interconnessione allungata con notevole interconnessione

Fonte: tesi P.Costantino

AZIONE BIOLOGICA AGGRESSIVA

Presenza riscontrabile macroscopicamente di micro e/o

macro organismi (alghe, funghi, licheni, muschi, piante

superiori). Fonte: tesi E. Calabrese

LA MACCHIATURA

Variazione cromatica localizzata della superficie, correlata sia alla

presenza di determinati componenti naturali del materiale

(concentrazione di pirite nei marmi) sia alla presenza di materiale

estraneo (acqua, prodotti di ossidazione di materiali metallici,

sostanze organiche, vernici, microrganismi).

Fonte: tesi E. Calabrese Efflorescenza

Formazione superficiale di aspetto cristallino o

polverulento o filamentoso, generalmente di colore

biancastro.

Fonte: tesi E. Calabrese Patina biologica

Strato sottile, omogeneo,costituito prevalentemente da microrganismi,

variabile per consistenza, colore e adesione al substrato.

Fonte: tesi E. Calabrese

Meccanica del Danneggiamento

Il fenomeno fessurativo si manifesta, attraverso una serie di

„ processi micro - meccanici irreversibili che alterano in maniera

permanente la struttura cristallina del solido

La meccanica del danneggiamento indaga come si manifesta il

„ deterioramento delle caratteristiche meccaniche nell’arco del

processo che inizia con la propagazione dei microdifetti e termina

con la rottura del materiale Fonte: tesi E. Calabrese

Definizione della variabile di danno

Ipotizzando quindi che i microdifetti

„ presenti all’interno di un volume

siano uniformemente distribuiti in

tutte le direzioni, il danno relativo si

può rappresentare dalla formula

S

=

D D

S σ σ

*

In caso di tensione monoassiale la ε = =

„ variabile danno si può esprimere −

E (

1 D ) E

attraverso la relazione: Fonte: tesi E. Calabrese

Processi chimici di danneggiamento

Un importante

„ fenomeno è la

solfatazione umida, in

cui attraverso reazioni

catalitiche, l’anidride

solforosa si trasforma

in anidride solforica che

reagendo con l’acqua

origina l’acido solforico

che a contatto con le

superfici marmoree

composte

prevalentemente da

carbonato di calcio

forma solfato di calcio

detto comunemente

gesso Fonte: tesi E. Calabrese

La solfatazione secca, avviene quando si è in presenza di una forte

„ umidità, ma non direttamente dalla pioggia

1 1

+ + → ⋅ +

CaCO SO H O CaSO H O CO

3 2 2 3 2 2

2 2

1 1 1

⋅ + ⋅ → ⋅

CaSO H O O H O CaSO 2 H O

3 2 2 2 4 2

2 2 2

La reazione avviene quando l’anidride solforosa reagisce con la

„ superficie, in presenza di umidità, provocando la formazione di solfiti

e poi di solfati

Si forma quindi a contatto con una molecola di carbonato di calcio

„ una molecola di solfato di calcio

1

+ ⋅ → ⋅ +

H O

CaCO SO O CaSO 2 H O CO

2

3 2 2 4 2 2

2

Una volta formato questo strato esterno di gesso, se esposto, può

„ essere trascinato dalla pioggia

Le croste che si formano possono subire degli stress meccanici i quali

„ addizionano fenomeni di decoesione che permettono l’infiltrazione

delle acque Fonte: tesi E. Calabrese

Chimica delle Microstrutture

Nelle immagini fotografiche si osserva l’attacco microscopico (puntini

„ neri); si notano a destra i cristalli oblunghi del solfato di calcio che si

vanno sostituendo pian piano ai cristalli di carbonato di calcio. Questo

rappresenta l’inizio della solfatazione Fonte: tesi E. Calabrese

Meccanica delle Superfici

La meccanica delle superfici è una disciplina che studia le interazioni

„ tribologia studia il comportamento

tra le superfici, in particolare la

dei solidi nei confronti dell’attrito e dell’usura condizionato dalla

microstruttura superficiale

Nel nostro caso parliamo di usura della superficie di un materiale

„ per effetto dell’azione corrosiva degli ossidi

Si parla quindi di assorbimento chimico e fisico delle molecole e

„ degli atomi di sostanze che vengono in contatto con una superficie

solida

Nell’analisi dei processi di decoesione l’approccio più diretto utilizza

„ metodi legati alla meccanica della frattura elastico lineare

L’effetto graduale della decoesione può essere rappresentato con

„ modelli di interfaccia attraverso un modello costitutivo

Un modello possibile definisce una interfaccia con elasticità e danno a

„ gradiente, in pratica si ipotizza che la microstruttura granulare coinvolta

produca interazioni spaziali elastiche e di danno lungo la superficie del

materiale Fenomeni di Swelling

La deformazione di un solido in seguito all’insorgere di fenomeni

„ riferiti ad una variazione del volume del materiale

L’analisi di questo fenomeno di rigonfiamento del materiale prende

„ il nome di swelling

UN CASO REALE DI DEGRADO MATERIALE

FINLAND HALL di HELSINKI

Pochi anni dopo il completamento

dell’opera i bordi dei pannelli si

sono rialzati di circa 10 cm,

divenendo concavi. In alcuni casi

si sono distaccati dal piano di

applicazione.

Royer-Carfagni ha effettuato una disamina

ai raggi-X, dalla quale ha diagnosticato che

l’attacco chimico è responsabile solamente

del degrado superficiale, mentre le

deformazioni sono conseguenza del clima

rigido, e soprattutto dell’ escursione termica.

Il marmo è composto per il 99% da cristalli

granulari di calcite, di forma romboedrica,

che in questo caso appaiono distaccati.

Infatti il degrado termico ha generato il

fenomeno della decoesione granulare, che

comporta incremento di volume.

DEGRADO TERMICO

a – dilatazione per scorrimento tra i grani b – tratto pseudo-orizzontale

c – cambiamento pendenza e recupero stress a d – temperatura ridotta ulteriormente

con espansione

e – il materiale si ri-espande e la pendenza è uguale al caso b


PAGINE

60

PESO

2.81 MB

AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

In questo materiale didattico vengono trattati i seguenti argomenti. Cause del degrado strutturale. Rilevamento dello stato di fatto e del degrado. Accertamento delle cause del dissesto. Valutazione della sicurezza strutturale. Forme di corrosione delle armature. Degrado nei materiali quasi-fragili. Stato di rottura. Azione biologica aggressiva. Definizione della variabile di danno.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in ingegneria civile
SSD:
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Meccanica dei materiali e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Mediterranea - Unirc o del prof Buonsanti Michele.

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