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Dipartimento di Ingegneria Strutturale

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Presentazione sul tema: "Dipartimento di Ingegneria Strutturale"— Transcript della presentazione:

1 Dipartimento di Ingegneria Strutturale
Politecnico di Milano STUDIO DELL’ASSORBIMENTO D’ACQUA E CONSEGUENTE DEGRADAZIONE DELLE ROCCE A BASE CALCAREA FACENTI PARTE DELLE FONDAZIONI DELLA THOLOS DEL TEMPIO DI ASCLEPIO SITO AD EPIDAURO IN GRECIA Relatore: Prof. Ing. Roberto Nova Correlatore: Dott. Ing. Riccardo Castellanza Correlatore Esterno: Dott.ssa Eleni Gerolymatou Laureando: Paolo Bigatti

2 Tholos di Epidauro (Grecia)
Assorbimento d’acqua Congelamento Rottura da espansione Asciugatura

3 Visita alla Tholos Ricostruzione della Tholos Tholos pre-restauro
Tholos in restauro Stato attuale

4 Modello Matematico Predittivo
Rappresentare tramite un modello matematico la repentina degradazione delle rocce del sito di Epidauro Riuscire ,tramite un programma di calcolo numerico legato al modello ,a prevedere il comportamento delle rocce Definire un tempo di collasso totale

5 Sharp Front Theory Scartato il modello di Richards per l’eccessivo numero di parametri di difficile misurazione Scelto il modello Sharp Front perché necessita solo della conoscenza dei parametri Pressione di Risalita Capillare e Permeabilità

6 Modello Sharp Front Il modello Sharp Front fornisce un approccio approssimato e semplificato alla modellizzazione del trasporto capillare non saturo. Si assume che durante l’assorbimento capillare la concentrazione di liquidi sia uniforme e costante in tutta la regione bagnata e che la posizione del fronte umido sia indicata da un contenuto liquido rappresentato da una funzione gradino come mostrato in figura

7 Modello Sharp Front Il modello associa il grado di danno alla permeabilità tramite dn ,indice delle volte che un dato punto è stato bagnato k = ks + (kf + ks)(1-ecdn) kf indica permeabilità materiale completamente degradato d = min(adn , 1) d indice del danno

8 Calcolo numerico su base modello Sharp Front
5 cicli

9 Calcolo numerico su base modello Sharp Front
10 cicli

10 Calcolo numerico su base modello Sharp Front
15 cicli

11 Calcolo numerico su base modello Sharp Front
20 cicli

12 Prove sperimentali Definizione e Utilizzo di Cicli di Degradazione simulativi della realtà Prove di Resistenza a Compressione Monoassiale Misurazione Pressione di Risalita Capillare Misurazione Permeabilità Ingrandire foto e migliorare contrasto

13 Problemi Scarsa disponibilità di materiale(rovine di valore storico)
Grande disomogeneità Resistenza meccanica ignota Origine e Composizione sconosciuta Sollecitazioni ambientali da definire

14 Soluzioni Analisi sperimentali preliminari e integrative su materiali noti e di riferimento (es. Calcarenite) Analisi Petrografica Studio condizioni ambientali di sito

15 Clima in sito Tipico clima greco
Piccole variazioni nei valori di umidità relativa Temperature minime sotto lo zero durante dicembre e gennaio Piovosità concentrata a fine autunno-inizio inverno

16 Analisi Petrografica 93% Calcite (CaCO3)
Caolinite principale “filler” dello scheletro calcareo

17 Materiale da analizzare
La quantità limitata di materiale ci ha portato a definire ogni rettangolo in foto come una Classe e ogni classe è stata assegnata ad un particolare ciclo degradativo o test sperimentale

18 Metodo Misurazioni Per tutte le misurazioni effettuate manualmente in questa tesi si sono seguiti questi punti: Utilizzo calibro elettronico con precisione 0.01 mm Utilizzo bilancia con precisione 0.01 g Ripetizione della misura per 3 volte e utilizzo del valore medio

19 Simulazione del processo che avviene in sito
Progettazione di cicli simulativi

20 Cicli Degradativi Definizione di 4 cicli che con l’aumentare delle informazioni sul materiale si avvicinassero alle sollecitazioni in sito Ciclo W-F-O Ciclo H-O Ciclo F-W-H Ciclo O-W-F

21 Camera Climatica Per i test F-W-H e O-W-F è stata utilizzata una camera di gelività per meglio simulare le condizioni di sito

22 Prove di resistenza a Compressione monoassiale
Prove effettuate sempre su provini secchi o comunque alla fine del loro step ciclico di asciugatura Prove effettuate sempre con compressione perpendicolare al piano di giacitura principale Prove effettuate con provini posizionati tra 2 pellicole di PET per evitare attriti torcenti Tutto insieme

23 Pressa A C B A Utilizzo pressa con limite operativo 50 KN e passo 0.05 mm/min B Misurazione Carichi tramite cella CELMI con limite operativo 50 KN e precisione di 6 N C Misurazione spostamenti tramite trasduttore Keller con risoluzione di 0.01 mm

24 Provino prima dell’inizio di una prova di compressione

25 Provino G6 al termine di una prova

26 Ciclo W-F-O W 1 h di immersione in acqua a 20 oC
F h di congelamento all’aria a -18 oC O h di riscaldamento all’aria a 140 oC

27 La Classe G è stata associata al ciclo W-F-O
Provino Peso Altezza (mm) Lunghezza (mm) Larghezza (mm) Area sotto Stress (mm2) Cicli prima dell'estrazione G1 14.07 19.00 19.06 18.90 360.23 G2 12.55 18.92 19.10 360.99 G3 13.94 19.16 19.13 366.53 21 G4 13.14 18.80 19.15 363.85 G5 13.75 18.62 18.93 352.47 18 G6 13.07 18.96 18.97 359.10 15 G7 11.89 18.94 19.03 18.84 358.52 G8 13.29 19.04 19.07 G9 12.87 18.87 359.09 34 G10 13.88 18.88 18.82 354.56 G11 11.93 18.89 18.70 19.28 360.53

28 Risultati finali Ciclo W-F-O
MPa indica la resistenza a stress massimo per singolo provino Con Cicli si indica il numero di cicli dopo il quale si è estratto il singolo provino

29 Ciclo H-O H 4 h di esposizione all’aria a 20oC con umidità al 100%
O h di riscaldamento all’aria a 140oC

30 La Classe F è stata associata al ciclo H-O
Provino Peso Altezza (mm) Larghezza (mm) Lunghezza (mm) Area sotto stress (mm2) Cicli prima dell'estrazione F01 13.50 18.68 18.72 18.70 350.18 F02 14.37 18.73 18.82 352.56 F03 13.05 19.16 18.65 348.81 15 F04 12.63 18.61 18.67 18.86 352.24 F05 12.15 18.78 18.60 346.20 16 F06 13.33 18.52 346.07 40 F07 15.02 19.13 19.15 358.55 F08 12.33 18.95 353.54 F09 12.16 19.08 18.45 18.75 346.12 F10 12.57 18.83 18.74 19.09 357.87 F11 12.08 18.71 19.06 356.99 F12 12.99 18.84 18.88 353.55

31 Risultati finali Ciclo H-O
MPa indica la resistenza a stress massimo per singolo provino Con Cicli si indica il numero di cicli dopo il quale si è estratto il singolo provino

32 Ciclo F-W-H F 1 h di congelamento all’aria a -10oC
W h di riscaldamento immerso in acqua a 40OC H h di rampa all’aria per passare da 40oC a -10oC

33 La Classe E è stata associata al ciclo F-W-H
Peso (g) Altezza (mm) Larghezza (mm) Lunghezza (mm) Area sotto Stress (mm2) Cicli prima dell'estrazione E1 14.33 19.46 19.43 18.22 354.14 28 E2 12.96 19.42 19.47 18.11 352.73 14 E3 12.29 19.63 17.82 19.21 342.44 20 E4 14.21 19.34 19.26 372.55 E5 12.86 19.33 19.27 18.28 352.25 E6 14.13 19.36 376.16 E7 11.20 19.72 17.74 18.04 320.14 E8 13.85 18.45 337.32 E9 11.23 19.30 18.61 17.46 324.93 E10 13.02 19.45 19.37 18.34 355.24 E11 12.84 19.28 17.80 344.78 E12 11.88 18.00 329.16 E13 13.00 19.06 19.82 377.76 E14 13.92 371.65 E15 11.75 19.75 19.71 355.63 E16 11.96 18.88 364.00

34 Inoltre per aumentare le informazioni derivanti da questo ciclo è stata inserita anche una classe Calcarenite Peso (g) Altezza (mm) Larghezza (mm) Lunghezza (mm) Area sotto Stress (mm2) Cicli prima dell'estrazione C1 9.63 19.34 19.57 18.97 352.27 C2 9.75 18.87 19.10 19.00 362.90 C3 9.65 18.77 18.85 18.90 356.26 C4 9.43 18.65 18.64 18.43 343.53 C5 8.57 18.32 18.76 18.44 345.93 8 C6 9.86 19.32 18.83 18.51 348.54 C7 9.49 19.03 350.06 C8 9.54 18.99 18.73 19.14 358.49 C9 9.29 18.69 18.79 19.99 375.61 14 C10 9.95 19.21 19.67 19.46 382.77 C11 10.18 20.01 19.98 20.03 400.19 C12 9.48 19.45 19.93 19.79 394.41 20 C13 9.85 19.01 19.64 19.63 385.53 C14 9.97 19.06 19.53 18.47 360.71 28 C15 9.92 19.11 19.76 19.90 393.22

35 Risultati finali Ciclo F-W-H
MPa indica la resistenza a stress massimo per singolo provino Con Cicli si indica il numero di cicli dopo il quale si è estratto il singolo provino

36 Risultati finali Ciclo F-W-H per Calcarenite
MPa indica la resistenza a stress massimo per singolo provino Con Cicli si indica il numero di cicli dopo il quale si è estratto il singolo provino

37 Ciclo O-W-F O h di riscaldamento all’aria con umidità non controllata a 40 oC W h di immersione in acqua a 10 oC F h di congelamento all’aria a -10 oC

38 La Classe Z è stata associata al ciclo O-W-F
Peso (g) Altezza (mm) Larghezza (mm) Lunghezza (mm) Area sotto Stress (mm2) Cicli prima dell'estrazione Z1 55.82 31.18 30.41 31.02 943.42 10 Z2 52.43 28.83 31.21 31.19 973.75 Z3 53.89 31.20 31.17 31.57 984.35 Z4 51.34 31.32 29.97 31.35 939.86 Z5 53.38 30.66 30.96 31.03 960.79 Z6 56.78 31.08 30.99 971.74 Z7 53.17 30.65 31.34 977.39 Z8 54.84 31.23 31.28 977.18 Z9 52.42 30.80 31.24 30.17 942.81 Z10 55.42 30.89 30.86 31.59 974.86 Z11 52.02 30.83 30.97 30.68 950.15 Z12 53.09 30.85 30.72 958.67 Z13 47.41 31.15 27.39 31.33 858.22 Z14 55.52 31.48 31.07 30.69 953.95 Z15 52.01 29.24 31.25 976.35 Z16 55.27 30.79 31.31 976.76 Z17 47.81 27.66 29.18 807.11 3 Z18 56.10 32.98 984.79 Z19 54.10 30.95 30.73 951.09 6 Z20 52.37 958.81 Z21 54.22 32.40 30.61 953.65

39 Risultati finali Ciclo O-W-F
MPa indica la resistenza a stress massimo per singolo provino Con Cicli si indica il numero di cicli dopo il quale si è estratto il singolo provino

40 Misurazione Pressione di Risalita Capillare
Definizione metodo seguendo la letteratura a disposizione Prove di calibrazione per metodo costruttivo e resine da usare Definizione metodo di analisi tenuta provini Prove definitive anche con materiali di riferimento

41

42 Modello Teorico e Prova Pratica
La descrizione dell’esperimento in letteratura era piuttosto vaga ,ho cercato di ricreare le stesse condizioni facendo molte prove preliminari Per misurare gli incrementi di pressione abbiamo utilizzato un trasduttore di pressione della Keller modello PR 27 W con precisione operativa di 6 Pa

43 Prove finali di Pc Queste 3 sono le misure
finali di due mattoni 4x4x10 e un campione 2x2x4 Per i nostri scopi abbiamo utilizzato i primi 2 valori Specimen Number of Specimen Max Capillar Pressure L 1 10.00 I 2 6.76 F 3 7.10 Cal1 Cal2 Cal3 Clay1 Yar1 3.63 1.92 2.82 40.57 15.17 Con Cal si intendono tutti i provini di Calcarenite Con Clay il provino di mattone di riferimento alla letteratura Con Yar provino in Yarofix materiale artificiale uniforme

44 Misurazione Permeabilità
Definizione metodo seguendo legge di Darcy Utilizzo conoscenze e tecniche derivate dalle prove di misurazione della Pc Utilizzo metodo di analisi tenuta provini Prove definitive con provini anche “riciclati”

45 Legge Fisica e Applicazione
Al modello sperimentale per la misurazione della Pc abbiamo aggiunto delle retine per facilitare la diffusione dell’acqua su tutta la superficie e abbiamo aspettato 1h di flusso prima di iniziare a misurarlo Per misurare gli incrementi di pressione abbiamo utilizzato un trasduttore di pressione della Keller modello PR 27 W con precisione operativa di 6 Pa

46 Valori di Permeabilità
Con 1 e 2 si indicano campioni 2x2x4 cm mentre con 3 e 4 provini 4x4x10 Pur cambiando di molto le misure i valori sono rimasti dello stesso ordine di grandezza confermando la validità del test

47 Conclusioni Definizione e messa in opera di test sperimentali
Ridefinizione cicli degradativi grazie a nuove informazioni Utilizzo dei parametri così raccolti per calibrare programma di calcolo basato su modello Sharp Front


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