Dall'idea al prodotto: il contributo della sperimentazione sul kit LSF

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Il ruolo delle prove sperimentali nella certificazione delle Fondazioni a Secco

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Affinché l'idea di una fondazione prefabbricata, realizzata con un gabbione di rete elettrosaldata riempito con ciottoli, diventasse un prodotto strutturale per l'ingegneria civile, è stato necessario svolgere una robusta campagna sperimentale che ha coinvolto, per circa 3 anni, un gruppo di ricerca distribuito su due dipartimenti dell'Università degli Studi di Trento (Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica-DICAM e Dipartimento di Ingegneria Industriale-DII) e l'Istituto per la Bioeconomia del Consiglio Nazionale delle Ricerche, con sede a San Michele all'Adige (TN). Nel Laboratorio di Prove Materiali e Strutture (LPMS) del DICAM sono state eseguite le prove per studiare il comportamento meccanico del kit LSF, al fine di ottimizzarne la geometria, identificare le prove da includere nell'EAD (EAD 200171-00-0103) e ottenere la marcatura CE tramite ETA.

Comportamento meccanico del kit: dominio di rottura e rigidezza

Il comportamento meccanico del kit in presenza di carichi monotoni è descritto attraverso il dominio di rottura e la rigidezza. Il dominio di rottura è la combinazione delle forze verticale (N) ed orizzontale (T) a cui si raggiunge la rottura del kit; la rigidezza è descritta con il rapporto tra la forza, N o T, applicata sulla cerniera del kit ed il corrispondente spostamento. In presenza di carichi ciclici, come quelli dovuti dal vento o dal sisma, il comportamento meccanico del kit è descritto in termini di spostamento accumulato durante l'applicazione dei cicli di carico e di variazione della rigidezza.

Attuatori servo-idraulici e trasduttori di spostamento: l'unicità del LPMS

Le prove per lo studio del comportamento meccanico sono state eseguite nel Laboratorio LPMS dell'Università degli Studi di Trento, utilizzando due attuatori servo-idraulici, per applicare forze o spostamenti sulla cerniera, e trasduttori di spostamento, sia a contatto che a filo, per misurare gli spostamenti della trave prefabbricata di calcestruzzo e della gabbia. Le parti qualificanti e uniche di LPMS sono costituite dalla parete di reazione bidirezionale composta da un muro in calcestruzzo armato precompresso di altezza pari a 9.5 m, e da un piano di reazione di lunghezza pari a 42 m. Il LPMS è certificato ISO 9001:2015.

Prove preliminari: geometria e EAD

Gran parte dell'attività sperimentale è stata dedicata alla messa a punto dei protocolli di prova più efficaci a cogliere le caratteristiche meccaniche del kit. Questi protocolli di prova sono stati discussi con il TAB e con l'EOTA e ora sono stati recepiti come assessment nell'EAD 200171-00-0103 “welded gabion kits for use in building foundations”. Parallelamente, sono state definite le caratteristiche geometriche ottimali del kit e, in particolare, della trave prefabbricata di calcestruzzo, e il numero e posizione dei tirafondi che collegano la trave di calcestruzzo al pannello di base del gabbione.

Prove definitive: l'ETA

Nei mesi successivi sono state eseguite 41 prove, di cui 10 in presenza di carico ciclico, le rimanenti con carico monotono (https://www.ingenio-web.it/articoli/fondazioni-a-secco-per-edifici-in-legno/). Nel dettaglio sono state eseguite:

21 prove monotone su fondazioni a secco su pavimento rigido,
5 prove monotone su fondazioni a secco su materasso d’acqua,
5 prove monotone sulle barre filettate delle cerniere di acciaio,
3 prove di carico ciclico verticale,
5 prove di carico ciclico orizzontale simmetrico,
2 prove di carico ciclico orizzontale asimmetrico.

I risultati delle prove, riportati nell'ETA, hanno permesso di delimitare il dominio di rottura con 3 meccanismi di rottura: punzonamento della trave prefabbricata di calcestruzzo, rottura a taglio della barra filettata della cerniera, scorrimento del kit sul piano di posa.

Gli spostamenti accumulati durante i cicli di carico sono risultati trascurabili.

Ruolo dei ciottoli: il progetto Strutture Ibride con Ciottoli (StIC)

La sostenibilità della fondazione LSF è strettamente legata alla possibilità di riempire la gabbia di rete elettrosaldata con ciottoli recuperati in prossimità dell'area di cantiere perché, in questo modo, si rende più efficiente il trasporto delle fondazioni dalla sede di produzione a quella di utilizzo. Ma se si cambia cava, vale sempre lo stesso ETA? È questa la domanda a cui si sta rispondendo con il progetto biennale di ricerca e sviluppo StIC: Strutture Ibride con Ciottoli, finanziato dalla Fondazione Caritro (progetto n. 2022.0495). Durante il progetto sono state eseguite ulteriori prove utilizzando ciottoli con diversa litologia, forma e curva granulometrica.

Ing. Lucia Simeoni

Lucia Simeoni è ingegnere geotecnico e docente all’Università degli Studi di Trento. Con un dottorato in Ingegneria Geotecnica al Politecnico di Torino, svolge attività di ricerca sulla stabilità dei pendii, monitoraggio geotecnico e gestione del rischio. È autrice di numerose pubblicazioni scientifiche, membro di comitati internazionali e docente nei corsi di geotecnica e opere di sostegno.