di Luisa Molari
Luisa Molari – Professoressa Associata di Scienza delle Costruzioni presso il Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali (DICAM) dell’Università di Bologna dove ha conseguito il Dottorato in Meccanica delle Strutture e la laurea in Ingegneria Civile. Ha trascorso periodi di ricerca negli Stati Uniti presso l’University of Michigan e in Olanda presso la TU Delft. Insegna Teoria delle Strutture alla laurea magistrale di Ingegneria Civile e Scienza delle Costruzioni alla laurea a ciclo unico in Architettura. Da alcuni anni si occupa della caratterizzazione di materiali strutturali naturali come bambù, paglia e canne e del loro impiego in edilizia. È autrice di circa un centinaio di pubblicazioni, più di trenta delle quali apparse su riviste scientifiche con Peer Review. È stata relatrice in numerosi Convegni nazionali e internazionali. È membro del gruppo di lavoro UNI/CT022/GL01 “Legno strutturale” che si occupa anche della normativa italiana sul bambù e delegato italiano nel Technical Committee ISO/TC/ISO165WG12 “Structural use of bamboo”.
Bambù strutturale
Il bambù italiano può essere impiegato come materiale da costruzione dato che ha caratteristiche meccaniche simili o addirittura migliori rispetto a specie tropicali e subtropicali da tempo impiegate come materiali strutturali.
Per definire queste caratteristiche è stata condotta un’indagine sperimentale su sei specie di bambù coltivate in Italia, ovvero la Phyllostachys bambusoides (BAM), la Phyllostachys edulis (EDU), la Phyllostachys iridescens (IRI), la Phyllostachys violascens (VIO), la Phyllostachys vivax (VIV) e la Phyllochys viridiglaucescens (VIR). Sono state eseguite prove di compressione, di trazione nella direzione delle fibre (Molari, et al. 2020) (Greco et al., 2019) e prove per caratterizzare il materiale nella direzione circonferenziale (Molari e Garcia 2021).
Sono stati esaminati culmi con diametri compresi fra i 60 e gli 80 mm e spessori fra 3 e 7 mm.
Nelle prove si sono seguite, ove possibile, le norme internazionali ISO 22157:2019, e si sono messe a punto nuove metodologie nei campi da queste non coperti.
Sono stati così valutati in modo statistico i valori medi di resistenza a trazione (σt,0) e a compressione (σc,0), il modulo di elasticità longitudinale sia in trazione (Et,0) sia in compressione (Ec,0) e il coefficiente di Poisson nella direzione delle fibre. Sono state valutate anche la resistenza ed il modulo elastico e la loro variazione nello spessore in direzione circonferenziale.
Prove nella direzione delle fibre
Per la prova a compressione è stato ricavato il provino da una porzione cilindrica di culmo Fig. 1 (a) mentre per la prova a trazione Fig. 1 (b) è stata estratta una striscia longitudinale [Molari et al., 2020].
La prova a trazione è la più complessa da eseguire rispetto alle prove a compressione perché è necessario avere particolare attenzione alla zona di afferraggio del provino. I valori ottenuti sono riportati in Tabella 1. Nella ultima colonna della tabella sono riportati per confronto i valori presi da letteratura della specie Guadua Angustifolia (GA), un bambù subtropicale molto usato come materiale strutturale.
Figura 1. Prove di: (a) trazione, (b) compressione.
Valori medi del modulo di elasticità e della resistenza a compressione e a trazione, a compressione riportato anche il modulo di Poisson, fra parentesi il coefficiente di variazione ([*Lorenzo et al. 2020], [**Moreno et al. 2012], [***Ghavami et al., 2005]).
Dalla Tabella 1 appare chiaro come la resistenza meccanica e la rigidezza dei bambù italiani sia confrontabile con la Guadua Angustifolia (GA).
Prove nella direzione circonferenziale
Sono state condotte prove nella direzione ortogonale alle fibre. In questa direzione sono state determinate la resistenza e la rigidezza trasversale delle diverse specie, tenendo conto della loro variazione fra la parte interna e quella esterna.
In particolare, si sono effettuate prove su semianelli e su provini a ‘C’ come riportato in figura 2 (a) e (b). I dettagli delle prove sono riportati in [Molari e Garcia, 2021].
Figura 2 – Prove per la determinazione delle caratteristiche trasversali, (a) provini a semianello, (b) provini a forma di C.
Nella Tabella 2 sono riportati i valori del modulo di elasticità circonferenziale nelle fibre interne (Ei) ed esterne (Eo) trovati con le due prove. Nella Tabella 3 sono riportati i valori di resistenza in direzione circonferenziale nelle fibre interne ed esterne. La resistenza circonferenziale interna è determinata impiegando provini a semianello (SA), nei quali la crisi avviene nella parte interna, mentre la resistenza esterna è stata determinata impiegando provini a C (C) nei quali la crisi avviene sulle fibre esterne dell’anello.
Modulo di elasticità circonferenziale interno ed esterno, determinato con semianelli e con provini a C [Molari Garcia 2021]
Valori di resistenza trasversale interna ed esterna [Molari Garcia 2021]
Anche in questo caso sono riportati per un utile confronto i valori caratteristici della Guadua Angustifolia (GA). Si può notare che anche in direzione circonferenziale i valori ottenuti con bambù italiani sono superiori a quelli della Guadua.
Conclusioni
Le prove condotte sul bambù italiano come materiale da costruzione hanno permesso di conoscere le caratteristiche meccaniche di varie specie coltivate in Italia (BAM, VIV e IRI in Piemonte, EDU in Friuli Venezia Giulia, VIR in Toscana, VIO in Emilia Romagna) utili per essere impiegate come materiale strutturale. I culmi di bambù italiano pur avendo dimensioni inferiori rispetto ai bambù che crescono in zona tropicale o subtropicali, mostrano nel confronto caratteristiche meccaniche paragonabili o superiori.
L’esperienza maturata nella caratterizzazione del bambù italiano presso l’Università di Bologna ha portato alla stesura di una prima norma italiana sul bambù come materiale strutturale: UNI11842:2021 Bambù – Determinazione delle proprietà fisiche e meccaniche dei culmi.
Bibliografia
ISO 22157:2019 Bamboo structures — Determination of physical and mechanical properties of bamboo culms
S. Greco, L. Molari, M. Maraldi, ‘Full Mechanical Characterization of Phyllostachys Viridigalucescens grown in tempearture climate’, International Congress on Non-Conventional Materials NOCMAT 2019, Nairobi, Kenia, luglio 2019;
L. Molari, L. Mentrasti, M. Fabiani, ‘Mechanical characterization of five species of Italian bamboo’, Structures, 24, 59-72, 2020 (doi:10.1016/j.istruc.2019.12.022);
L. Molari, J.J. Garcia, ‘On the radial variation of the transverse mechanical properties of bamboo’, Journal of Building Engineering, 33, 101557, 2021, doi: 10.1016/j.jobe.2020.101557;
R. Lorenzo, M. Godina, L. Mimendi, H. Li, Determination of the physical and mechanical properties of moso guadua and oldhamii bamboo assisted by robotic fabrication, J Wood Sci, 66 (2020) 20. https://doi.org/10.1186/s10086-020-01869-0;
L.A. Cely Moreno, W. Geovany Hernández Rojas, O.J. Gutiérrez Junco, Caracterizacion de la Guadua Angustifolia Kunth cultivada en Miraflores (Boyac) de acuerdo con la NSR-10 The Guadua Angustifolia Kunth Grown in Miraflores (Boyac )’s Characterization, According to the NSR-10, Revista Facultad de Ingenieria, UPTC, 21:53-71, 2012;
K. Ghavami, A.B. Marinho, Propriedades físicas Propriedades físicas e mecânicas do colmo inteiro e mecânicas do colmo inteiro do bambu da espécie do bambu da espécie Guadua angustifolia
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