calcestruzzo armato con canne di bambu

Viale Kennedy 4
90014 Casteldaccia (PA)
www.ingegneriasolazzo.it
CALCESTRUZZO ARMATO CON CANNE DI BAMBU’
Introduzione
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/mm2) 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 1.1.
Ingegneria Solazzo S.r.l. – Viale Kennedy 4 - 90014 Casteldaccia (PA) – Tel/Fax: 091.941857 – e-mail: [email protected]
1
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.
Ingegneria Solazzo S.r.l. – Viale Kennedy 4 - 90014 Casteldaccia (PA) – Tel/Fax: 091.941857 – e-mail: [email protected]
2
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
Ingegneria Solazzo S.r.l. – Viale Kennedy 4 - 90014 Casteldaccia (PA) – Tel/Fax: 091.941857 – e-mail: [email protected]
3
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/mm2. 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.
Ingegneria Solazzo S.r.l. – Viale Kennedy 4 - 90014 Casteldaccia (PA) – Tel/Fax: 091.941857 – e-mail: [email protected]
4
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.
Ingegneria Solazzo S.r.l. – Viale Kennedy 4 - 90014 Casteldaccia (PA) – Tel/Fax: 091.941857 – e-mail: [email protected]
5
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.
Ingegneria Solazzo S.r.l. – Viale Kennedy 4 - 90014 Casteldaccia (PA) – Tel/Fax: 091.941857 – e-mail: [email protected]
6
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 40.000 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 06.07.2016
Ing. Francesco Solazzo
Ingegneria Solazzo S.r.l. – Viale Kennedy 4 - 90014 Casteldaccia (PA) – Tel/Fax: 091.941857 – e-mail: [email protected]
7