Durabilità degli assemblaggi incollati: sviluppo di un modello meccanico predittivo tenendo conto delle proprietà fisico-chimiche dell’adesivo

La tecnica dell’incollaggio è già stata ampiamente utilizzata nell’ingegneria civile nell’ambito della riparazione delle costruzioni. La via appare quindi aperta allo sviluppo delle nuove applicazioni all’incollaggio strutturale (collegamenti in ponti misti acciao-calcestruzzo, assemblaggio di strutture in calcestruzzo fibrato, etc…). Esiste dunque una domanda crescente da parte dei costruttori di poter disporre di strumenti modellistici che permettano di prevedere la durabilità di tali assemblaggi incollati. Lo scopo di questo lavoro di tesi è quindi l’introduzione e lo studio di un modello meccanico predittivo in grado di tenere conto delle proprietà fisico-chimiche dell’adesivo e della loro evoluzione nel tempo. La prima parte della tesi raccoglie dati bibliografici riguardanti i meccanismi di invecchiamento degli adesivi epoxy utilizzati nell’ingegneria civile ed i modelli fenomenologici che descrivono tali fenomeni in termini di cinetica. Da tale studio deriva che i modelli meccanici di zone di coesione sono particolarmente adatti per simulare il complesso processo della fessurazione delle interfacce all’interno dell’assemblaggio incollato. Taluni di questi modelli fanno intervenire anche parametri non di natura meccanica nelle equazioni di evoluzione del danneggiamento superficiale e permettono di tener conto in modo elegante delle leggi di evoluzione fisico-chimiche delle sostanze adesive. La seconda parte è dedicata allo studio sperimentale dei fenomeni di invecchiamento degli adesivi per unità di massa e dei legami adesivi negli assemblaggi incollati. Gli effetti di invecchiamento fisico e di invecchiamento in un ambiente umido sono stati analizzati evidenziando delle differenze di comportamento tra i due, che possono essere attribuite a effetti di interfaccia e di ripartizione degli sforzi specifici nei polimeri utilizzati nelle giunzioni adesive. I modelli fenomenologici che si trovano in letteratura hanno in seguito permesso di ottenere leggi di comportamento che permettano di predire l’evoluzione del proprietà di tali adesivi nel corso del tempo. L’ultima parte del lavoro ha permesso di sviluppare un modello meccanico basato sulla teoria del primo gradiente del danneggiamento , che permette di descrivere lo stato dell’ interfaccia negli assemblaggi attraverso una variabile di danneggiamento. L’originalità di tale modello risiede nel fatto che le equazioni di evoluzione dell’interfaccia fanno intervenire coefficienti caratteristici del comportamento fisico-chimico della colla. In un primo tempo il modello è stato confrontato con i risultati esperimentali in un caso semplificato di trazione omogenea. Gli esperimenti hanno messo in evidenza fenomeni di indurimento delle giunzioni all’inizio della prova e poi di scorrimento nei tempi lunghi, non previsti nel modello iniziale. Le equazioni di evoluzione sono state dunque modificate per tenere conto della natura viscoelastica dei polimeri, cosa che ha permesso di validare il modello nelle condizioni di carico e scarico degli assemblaggi. Siamo stati in grado anche di identificare quattro dei cinque coefficienti del modello relativi al comportamento della colla. In un secondo tempo è stata proposta una configurazione sperimentale non omogenea atta ad identificare il rimanente parametro di danneggiamento. Studi ulteriori potrebbero basarsi su tale modello ottimizzato per studiare le leggi di evoluzione dei coefficienti teorici in funzione dei fenomeni di invecchiamento messi in evidenza delle giunzioni adesive.