Studio delle forze di impatto tra corpi in calcestruzzo = Analysis of the collision forces between concrete bodies

La prima parte dell’elaborato ha lo scopo di illustrare i meccanismi che entrano in gioco nella definizione delle forze di contatto tra due corpi, presentando gli aspetti teorici e analitici utili alla descrizione del fenomeno. Nel primo capitolo si affrontano le tipologie di analisi e modelli da adottare, derivanti da osservazioni di carattere sperimentale e utili per la scelta di un’appropriata legge costitutiva in cui la geometria, la cinematica dei corpi e la natura dei materiali giocano un ruolo fondamentale. Sono valutati i parametri di contatto, legati alla rigidezza dei materiali e al coefficiente di smorzamento e sono quantificati i meccanismi di trasferimento di energia. La dissipazione di energia durante l’impatto può essere espressa per mezzo di un coefficiente di restituzione, che dipende da diversi fattori quali la geometria dei corpi a contatto, la velocità di arrivo, le proprietà dei materiali, la durata del contatto e la presenza di attrito. L’energia cinetica iniziale associata al contatto si suddivide in tre componenti: l’energia cinetica dei corpi che si muovono alla stessa velocità, l’energia di deformazione elastica immagazzinata e l’energia dissipata. Al fine di ridurre al minimo il programma sperimentale, per passare dai modelli reali a quelli teorici, si introducono dei fattori di scala. La tecnica si basa sull’utilizzo di una base adimensionale alternativa che, insieme a un modello matematico, consente il calcolo di un fattore di correzione. La nuova velocità ottenuta, applicata al modello, soddisfa delle leggi di scala. Lo scenario di impatto tra due oggetti in direzione orizzontale non presenta sostanziali differenze rispetto a quello di un corpo in caduta libera che entra in collisione con un corpo impattato. Tuttavia, la soluzione esatta per tale scenario è complessa. Un approccio di modellazione prevede di trascurare la massa del corpo impattato; mentre, un ulteriore approccio consiste nel considerare l’oggetto caduto come incorporato nella struttura colpita, aumentando il peso proprio dopo che si è verificata la collisione. Pertanto, la massa partecipante dell’elemento strutturale interessato e la massa del corpo caduto sono considerate come un’unica massa combinata. Un’analisi sperimentale è stata condotta al fine di determinare le forze di contatto che si sviluppano durante l’impatto tra una serie di provini e una piastra in calcestruzzo. I campioni utilizzati sono caratterizzati da geometria, materiali, forma e peso diversi con lo scopo di confrontare i risultati, evidenziando i cambiamenti nel fenomeno legati alle variazioni di tali parametri. L’apparato sperimentale, descritto nei capitoli dell’elaborato, prevede tre sensori piezoelettrici e un accelerometro disposti al di sotto della piastra. I dati registrati da tali dispositivi sono stati adeguatamente trattati con il software di calcolo MatLab, al fine di ottenere i diagrammi che caratterizzano l’evento di impatto. A seguire è stato effettuato il confronto dei risultati ottenuti per i campioni caratterizzati da un solo parametro in comune, in termini di materiale, forma, geometria e peso. Durante le prove sono state, inoltre, effettuate delle registrazioni con una videocamera ad alta velocità così da poter evidenziare i meccanismi che si verificano al momento dell’impatto, associando le immagini catturare con le forze e l’accelerazione misurate.