Poliurea Fibrorinforzata: sperimentazione innovativa di rinforzi strutturali con fibra di basalto

This experimentation seeks to deepen the knowledge of fiber-reinforced with basalt polyureic materials applied by spray to improve the mechanical performance of structural and non-structural parts of building. In particular, it’s hoped to obtain good mechanical performances lowering the price of installation compared to traditional solutions, automating the process with spray technology and reducing the probability of human error. The idea comes from the vision of a video in which a spray-applied polyurethane material (polyurea) it’s used to counteract the effects of explosions in building curtain walls. Two identical curtain walls are compared, only one of them is sprayed with polyuria, these will be exposed to an explosion. The polyurea applied on the inner side of the wall absorbs the impact force and prevents the materials being projected towards the inside of the building, limiting damage to things and people. The motivation that pushes us to investigate the thematic, despite of the fact that in Italy there are no important dangers deriving from explosions, is transferring the acquired skills to counteract other types of dynamic forces. As known most of the Italian peninsula is at high seismic risk, there are countless public and private buildings that do not respect the minimum safety requirements and that need structural improvement or reinforcement. In light of these facts, it was thought to be able to use the dissipative capacity of polyurethane materials to counteract the seismic action, using the notions already acquired to limit the damage caused by explosions. To make this types of intervention effective against seismic action we need to lead their capacity to counter forces caused by an explosion, therefore of an impulsive nature, to other dynamic actions, such as seismic ones. Today the best solution against the seismic action and reinforce existing buildings is to apply fiber-reinforced composite materials, they are composed of fiber with excellent mechanical performances held together by a matrix. The solution to reach the goal of making the polyuria spray reinforcement suitable to resist seismic actions could be to add fibers to the mixture to be sprayed, thereby increasing the mechanical performance of the compound. The compound obtained should have excellent adhesion properties, good elasticity and excellent mechanical performance, the main difficulties to be faced concern the practical realization of the new material. The thesis discusses the study of the composite, the realization of the equipment for the application and the subsequent characterization in the laboratory to determine if, the fiber-reinforced with basalt polyurea applied by spray, can be effective and if it’s useful to develop it.

Questa sperimentazione mira ad approfondire la conoscenza dei materiali compositi poliureici fibrorinforzati con basalto applicati a spruzzo per il miglioramento delle prestazioni meccaniche di parti strutturali e non di edifici. In particolare, si spera di poter ottenere delle buone prestazioni meccaniche abbattendo il prezzo della messa in opera rispetto alle soluzioni tradizionali, automatizzando il processo con la tecnologia a spruzzo ed abbassando considerevolmente la probabilità di errore umano. L’idea nasce dalla visione di un filmato in cui un materiale poliuretanico applicato a spruzzo (poliurea) viene utilizzato per contrastare gli effetti delle esplosioni sui tamponamenti degli edifici. Vengono messe due pareti di tamponamento di fattura identica a confronto, solo su una di esse viene applicata la poliurea a spruzzo, queste verranno poi esposte ad un’esplosione. La poliurea applicata sul lato interno della parete assorbe la forza d’urto ed impedisce che i materiali di tamponamento vengano proiettati verso l’interno dell’edificio, limitando i danni a cose e persone. La motivazione che spinge ad approfondire il tema, nonostante nelle nostre zone non ci siano grossi pericoli derivanti da esplosioni, è quella di trasferire le competenze acquisite per contrastare altri tipi di forze dinamiche. Come è noto gran parte della penisola Italiana è ad alto rischio sismico, sono innumerevoli gli edifici pubblici e privati che non rispettano i requisiti minimi di sicurezza e che necessitano di interventi di miglioramento o rinforzo strutturale. Alla luce di questi fatti si è pensato di poter utilizzare la capacità dissipativa dei materiali poliuretanici per contrastare l’azione sismica, utilizzando le nozioni già acquisite per limitare i danni delle esplosioni. Per rendere efficaci questi tipi di intervento contro l’azione sismica abbiamo la necessita di ricondurre la loro capacità di contrastare forze provocate da un’esplosione, quindi di natura impulsiva, ad altre azioni di tipo dinamico, come quelle sismiche. Ad oggi il metodo migliore per contrastare l’azione sismica e rinforzare gli edifici esistenti è quella dell’applicazione di materiali compositi fibrorinforzati, sono composti da fibre con eccellenti prestazioni meccaniche tenute insieme da una matrice. La soluzione per raggiungere l’obiettivo di rendere il rinforzo a spruzzo di poliurea adatto a resistere alle azioni sismiche potrebbe essere quindi quello di aggiungere delle fibre alla miscela da spruzzare, aumentando così le prestazioni meccaniche del composto. Il composto ottenuto dovrebbe avere eccellenti proprietà di adesione, buone capacità elastiche ed ottime prestazioni meccaniche, le principali difficoltà da affrontare riguardano la realizzazione pratica del nuovo materiale. La tesi tratta lo studio del composito, la realizzazione dell’attrezzatura per l’applicazione e la successiva caratterizzazione in laboratorio per determinare se, la poliurea fibrorinforzata con basalto applicata a spruzzo, possa essere efficace e se sia utile approfondirne lo sviluppo.