Abstract
Al fine di proteggere gli acciai dalla corrosione è pratica comune utilizzare trattamenti superficiali come ad es. verniciatura o zincatura. I costi di questi trattamenti specifici e della manutenzione necessaria negli anni possono essere ridotti sfruttando un acciaio particolarmente resistente alle intemperie, il cosiddetto acciaio CORTEN. L’ossido (ruggine) che si forma naturalmente offre una protezione aderente e autorigenerante, in grado di bloccare l’avanzamento dell'ossidazione. Questa caratteristica, chiamata auto-passivazione, si ottiene aggiungendo Cu, Cr e P alla lega. Nel passato, architetti, artisti e ingegneri civili hanno tratto ispirazione dall’aspetto di questo materiale cominciando ad utilizzarlo per la costruzione di ponti, facciate di edifici, opere d'arte ecc.. L'armonia del CORTEN con gli ambienti naturali legata al suo colore marrone scuro lo hanno reso la prima scelta per i guardrail (barriere di sicurezza) dell'autostrada del Brennero, che passa in aree a grande sensibilità all’impatto sull’ambiente.
I guardrail, oltre alle caratteristiche estetiche, devono però soddisfare anche stringenti requisiti di sicurezza.
Durante una collisione/impatto, l'obiettivo principale dei guardrail è quello di assorbire e dissipare energia proteggendo le persone coinvolte nell’incidente. Le barriere saranno soggette a grandi deformazioni. Pertanto, la caratteristica meccanica più importante per i materiali per guardrail è un comportamento duttile. Tuttavia, nonostante tali barriere in CORTEN siano omologate attraverso test sperimentali, in alcune condizioni specifiche il processo di passivazione potrebbe fallire. Pertanto, le sue capacità di assorbimento di energia potrebbero essere compromesse dalla corrosione. Al fine di verificare e/o ottimizzare le geometrie specifiche dei guardrail per applicazioni di sicurezza, è importante essere in grado di modellare il comportamento duttile del materiale ed individuare il locus di frattura. Questo è possibile attraverso una modellazione numerica accoppiata a test sperimentali.
L'obiettivo di questo articolo è quello mostrare come caratterizzare il locus di frattura di un materiale tarando un modello di danneggiamento duttile. Nello specifico vengono riportati i risultati per un acciaio CORTEN. Il materiale è stato caratterizzato attraverso test sperimentali quasi statici su provini aventi geometrie diverse e, quindi, diversi livelli di triassialità (parametro che descrive lo stato di sollecitazione caratteristico). Le configurazioni testate sono state riprodotte numericamente mediante modellazione agli elementi finiti utilizzando il software open-source Code_Aster (si veda numero precedente: Progettare al calcolatore nell’era del digitale: strumenti open-source alla portata di tutti) così da calcolare punto per punto lo stato di sollecitazione e quantificare la deformazione plastica per calibrare un modello di danneggiamento duttile.