CALCESTRUZZO ARMATO CON CANNE DI BAMBU

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1 Viale Kennedy Casteldaccia (PA) Introduzione CALCESTRUZZO ARMATO CON CANNE DI BAMBU Nella maggior parte dei paesi, il cemento è ampiamente usato come base per la realizzazione di strutture ed infrastrutture. Il calcestruzzo è usato principalmente perché è economico, facilmente disponibile e ha buone caratteristiche meccaniche come la sua capacità di supportare elevati carichi di compressione. Tuttavia, l'uso del calcestruzzo da solo è limitato perché ha scarsa resistenza a trazione; per questo motivo viene rinforzato e uno dei metodi di rinforzo è costituito dall inserimento delle barre di armatura di acciaio all interno dello stesso. L acciaio ha una resistenza relativamente alta (fino a 792 N/mm 2 ) che sopperisce alla bassa resistenza alla trazione del calcestruzzo. Il calcestruzzo armato, così come descritto, è disponibile e conveniente nei paesi più sviluppati ma purtroppo questo non si può dire per tutte le parti del mondo. In molti paesi, le armature non sono utilizzate in edilizia, e ciò è la causa del crollo di edifici come quello in figura

2 Le barre in acciaio ad un certo punto potrebbero non essere più disponibili sul mercato, o meglio, sempre meno accessibili a quei paesi in fase di sviluppo. Ancora oggi vi è la necessità di sostituire le barre di armatura con elementi sostitutivi più economici e facilmente disponibili per il calcestruzzo. In alcune parti del mondo molti edifici sono costruiti solo con calcestruzzo o mattoni di fango; ovviamente quanto detto è molto pericoloso in caso di attività sismica. Questi edifici hanno poche speranze di stare in piedi in caso di un terremoto anche di bassa intensità. Il calcestruzzo armato sarebbe la soluzione ideale, ma il suo costo è un ancora oggi per molti paesi, come già detto, un problema importante. Per tale motivo gli scienziati e gli ingegneri sono costantemente alla ricerca di nuovi materiali per sistemi strutturali che possano sostituire le barre di armatura in acciaio; l'idea di utilizzare il bambù al posto dell acciaio sta diventando una realtà sempre più importante nei paesi in cui la sua disponibilità risulta sempre più limitata. Caratteristiche delle canne di bambù Il bambù non è un albero ma è un'erba gigante. I culmi di bambù (Figura 1.2) hanno una forma cilindrica divisi da diaframmi trasversali (nodi); hanno un elevata resistenza nella direzione parallela alle fibre del culmo e bassa resistenza nella direzione ortogonale. La densità delle fibre nella sezione trasversale di un guscio di bambù varia con lo spessore e l'altezza. La distribuzione delle fibre è più uniforme alla base che in alto o in mezzeria, ciò è dovuto al fatto che il bambù è sottoposto ad una flessione massima dovuta all azione del vento in corrispondenza della porzione inferiore del culmo (Ghavami 2004). La resistenza del bambù è superiore alla maggior parte del legname attualmente prodotto in tutto il mondo. 2

3 Le proprietà meccaniche variano con l'altezza e l'età del culmo di bambù. I risultati delle ricerche indicano che la resistenza del bambù aumenta con l'età: l'optimum del valore di resistenza si verifica tra 2,5 e 4 anni; la resistenza diminuisce in età più avanzata. La funzione dei nodi è quella di impedire fenomeni di instabilità. Uno dei problemi principali del bambù è che è un organismo vivente e che quindi è soggetto all attacco di funghi e insetti. Il bambù è maggiormente soggetto agli attacchi di insetti in quanto, rispetto ad altri alberi e erbe, ha un alto contenuto di nutrienti. Per eliminare questo problema, è necessario trattare il bambù per proteggerlo dagli attacchi dell'ambiente esterno. Uno degli aspetti sorprendenti del bambù, inoltre, è il modo in cui interagisce con l'ambiente, infatti è stato scoperto che tale materiale può prevenire l'inquinamento assorbendo grandi quantità di 3

4 azoto dalle acque di scarico e riduce la quantità di anidride carbonica nell'aria (Steinfield 2001). Il bambù come materiale da costruzione Il bambù raggiunge il suo pieno sviluppo nel giro di pochi mesi e raggiunge la sua massima resistenza meccanica in pochi anni. La sua abbondanza nelle regioni tropicali e subtropicali lo rende un materiale economicamente vantaggioso. Il bambù è usato come materiale strutturale per impalcature nei cantieri in India, Cina e altri paesi in quanto è un duro, flessibile, leggero e ha un basso costo. Quando il bambù è coperto dalla neve pesante, si piega fino a toccare il suolo senza che avvenga la rottura, ne deriva che il bambù ha una maggiore flessibilità rispetto al legno. La resistenza a trazione del bambù è molto elevata e può raggiungere i 370 N/mm 2. Questo rende il bambù una valida alternativa all'acciaio nel caso di carico in trazione. Alcune applicazioni del bambù Il bambù è stato ed è utilizzato in un'ampia varietà di applicazioni, infatti il nostro viene utilizzato per costruire diversi strumenti musicali; oltre a queste applicazioni il bambù, può anche essere mangiato. Il mercato dei germogli di bambù è cresciuto rapidamente negli ultimi anni. Infatti Taiwan esporta germogli di bambù che sono mangiati in tutto il mondo per un valore di 50 milioni di dollari. Una delle principali applicazioni di bambù è per la costruzione di abitazioni: si stima infatti che un miliardo di persone vivono in case di bambù. In India e in Cina il bambù viene utilizzato nella costruzione di ponti sospesi temporanei. A Tokyo e Hong Kong è usato come ponteggio di alti edifici. La foto sotto riportata mostra un applicazione del bambù come materiale per realizzare biciclette al posto delle attuali e più costose fibre di carbonio. 4

5 Confronto tra bambù e acciaio Una delle proprietà che renderebbero il bambù un buon sostituto all'acciaio da cemento armato è la sua resistenza. La sua resistenza è maggiore, infatti, della maggior parte del legno prodotto, ma la sua resistenza è circa metà della resistenza a trazione dell acciaio. Il bambù è facilmente raggiungibile in quanto cresce in quasi tutti i paesi tropicali e subtropicali. Uno dei problemi principali del bambù, come già detto, è che attrae organismi viventi quali funghi e insetti. Per combattere questo problema, è necessario trattare il bambù per proteggerlo dall'ambiente. L acciaio, ovviamente, non ha questo problema, ma deve anch esso essere rivestito in modo da essere protetto dalla ruggine. Il bambù è molto leggero rispetto all'acciaio. 5

6 Questi aspetti mettono il bambù nella lista dei materiali da costruzione sostenibili. Queste proprietà, se combinate, suggeriscono che il bambù sarà presto aggiunto ai materiali da costruzione, ma è necessario che i tecnici abbiano più familiarità con i suoi pregi e difetti. I maggiori studi effettuati a tutt oggi Ghavami (1995) ha studiato le proprietà meccaniche del bambù, in particolar modo la sua compatibilità con il calcestruzzo; nelle sue ricerche è arrivato a concludere che il carico massimo ammissibile di un trave in cemento armata con canne di bambù è aumentato del 400% rispetto alla stessa trave eseguita solo con calcestruzzo. Ha constatato che, rispetto all'acciaio, c è un legame minore, per quanto riguarda l aderenza, tra il bambù e ed il cemento, e il bambù ha un modulo di elasticità 1/15 dell'acciaio. Inoltre la sua resistenza alla compressione è molto inferiore alla sua resistenza a trazione, e presenta una bassa resistenza trasversale. L autore nella sua ricerca dichiara che è necessario per l'applicazione del bambù come materiale da costruzione dello sviluppo di un codice di progettazione semplice e facilmente comprensibile ai tecnici del settore. Ghavami (2004) ha studiato le proprietà meccaniche di sei diversi tipi di bambù, e dei trattamenti adeguati che dovrebbero essere applicati a questo materiale qualora lo si utilizzi come armatura del calcestruzzo. Il Laboratorio Civile d Ingegneria degli Stati Uniti (1966, 2000) ha effettuato uno studio su tutta una serie di istruzioni su come costruire correttamente una varietà di strutture utilizzando il bambù. Per quanto riguarda il bambù come armatura per il calcestruzzo, si è constatato che la miscela di calcestruzzo può essere la stessa di quello utilizzato per l'acciaio. Viene raccomandato che la quantità di armatura ottimale di bambù nel calcestruzzo sia 3-4% dell area della sezione trasversale del calcestruzzo. Lo studio si conclude con l affermazione che il bambù come armatura per il calcestruzzo è un metodo alternativo di costruzione a basso costo. 6

7 Masani (1977) ha condotto uno studio approfondito che delinea i modi adeguati per utilizzare il bambù nelle costruzioni. Un elenco degli aspetti positivi del bambù viene fatto citando esempi relativi alle sue proprietà economiche, meccaniche ed ambientali. Inoltre questo studio ha rilevato che l'area di armatura di bambù dovrebbe essere 5 volte l area dell armatura di un tipico acciaio, e che anche quando le lesioni sottili si sviluppano sulla superficie del bambù, la capacità portante rispetto ai carichi di esercizio non diminuisce. L'unica nota negativa è che il bambù è incline a prendere fuoco. Amada e Untao (2001) hanno studiato le proprietà di rottura del bambù. In contraddizione con altri studi, questo studio indica che la resistenza alla trazione delle fibre di bambù corrisponde quasi a quella dell'acciaio. Potenza (2004) racconta di uno studio condotto dal Dipartimento Internazionale di U.K. per lo sviluppo di un metodo alternativo di costruire a seguito di un devastante terremoto che ha ucciso persone in Iran. Gli ingegneri erano alla ricerca di abitazioni a prova di terremoto a buon mercato che prendessero il posto delle costruzioni realizzate con mattoni di fango. Hanno costruito un prototipo di casa in cemento rinforzato da bambù e l hanno assoggettata ad un simulatore di terremoti che ha assoggettato la casa ad una magnitudo di 7.8 della scala Richter. Alla fine del test gli studiosi hanno concluso che il bambù è estremamente resistente ai terremoti, e il costo è metà rispetto alla costruzione della stessa casa realizzata con fango e mattoni. Casteldaccia (PA), lì Ing. Francesco Solazzo 7