Collasso di un manufatto in calcestruzzo: analisi con la Meccanica della Frattura = Collapse of a concrete artefact: analysis with the Fracture Mechanics

L’oggetto di questa tesi riguarda principalmente lo studio della tipologia di frattura che ha causato il collasso delle strutture interessate dai lavori di manutenzione di un Progetto Esecutivo posto a base di gara d’appalto e che ha comportato un infortunio mortale per due dipendenti della ditta esecutrice dei lavori citati. Il collasso in questione, come confermato dalle indagini, è avvenuto per rottura del calcestruzzo delle strutture coinvolte. In letteratura sono presenti numerose teorie che permettono di studiare la propagazione della frattura all’interno di un materiale. L’impiego di una teoria rispetto ad un'altra dipende da molti fattori, tra i quali vi è il materiale costituente il corpo entro il quale la frattura si propaga. Nella fattispecie, l’approccio intrapreso per studiare il problema è lo studio della frattura nel supporto in calcestruzzo mediante la teoria della Meccanica della Frattura Elastica Lineare. Il modello che meglio si presta allo studio di problemi di propagazione della frattura in materiali quasi-fragili come il calcestruzzo, è il Modello di Westergaard, anche detto Modello dei potenziali complessi, sul quale si basa la Teoria di Irwin degli anni ’50 che fonde assieme sia l’aspetto tensionale che quello energetico riguardo il processo di formazione e dell’avanzamento dei difetti nei materiali. Più nel dettaglio, anche in considerazione del connubio rilevato tra la sollecitazione agente e la limitata superficie di contatto in cui essa viene esplicata, si è studiato il problema in oggetto implementando il Modello di Westergaard per sollecitazione agente di Taglio o scorrimento sul piano, ovvero in Modo II. Preliminarmente allo studio vero e proprio della propagazione secondo i metodi della Meccanica della Frattura, si è pertanto definita la reale geometria del problema, quella interessata dalla rottura; la resistenza del materiale coinvolto, il calcestruzzo; e le azioni effettivamente agenti al momento del collasso. Al fine di validare il modello impiegato si è poi studiata la frattura per Modo Misto mediante il Criterio di Diramazione, utile per lo studio dell’interazione tra i Modi I e II di sollecitazione. Dall’analisi dell’implementazione eseguita è risultata la veridicità della modalità di sollecitazione ipotizzata di puro Modo II. In conclusione, dalle ricostruzioni e i calcoli effettuati, il risultato più importante a cui si è giunti dimostra come il collasso non è avvenuto tanto per il superamento della resistenza a taglio del calcestruzzo, quanto per la propagazione fragile della fessura. Ciò avvalora la corretta applicazione del modello di meccanica della frattura elastica lineare in Modo II, che mette in evidenza la caratterizzazione fragile del collasso. In parallelo alla trattazione riportata sopra, si illustrano alcune considerazioni di interesse ingegneristico circa la gestione del cantiere in oggetto e la sicurezza in fase di progetto ed esecuzione, con specifico riferimento alle normative vigenti e alla definizione di ambiente confinato.