terzo classificato agli Zwick Science Award 2012

Dr Jan Stefan Roell premia il Dr Pietro Carrara, 3° classificato Zwick Science Award 2012

A cura di Nicolò Teglia – Intervista a Pietro Carrara PhD Student Internat. PhD course “mitigation of risk due to natural hazards” presso Università degli Studi di Firenze.

Dove nasce l’idea della tua pubblicazione? Quanti sforzi e quanto tempo hai dedicato al tuo lavoro?

Innanzitutto l’idea alla base del lavoro è opera del mio gruppo di ricerca, in particolare del Prof. Ferretti e del Prof. Freddi dell’Università di Parma, inoltre l’idea scientifica alla base del lavoro presentato risiede nel voler indagare una tipologia di rinforzo “giovane” e che risulta essere molto utile nel caso di edifici esistenti (soprattutto di interesse storico o artistico): il rinforzo con polimeri fibro-rinforzati.  Il principio alla base di questa tecnica è molto simile a quello dell’applicazione di un nastro adesivo per rinsaldare uno strappo tra due pezzi di carta. Una lamina di composito (il nastro di plastica dello scotch) viene incollata su di un elemento strutturale suscettibile di “rottura” (la carta) tramite una resina (la colla dello scotch) in modo da trasferire sforzi che potrebbero essere dannosi se applicati vicini ad una fessura (lo strappo) in un altro punto. Il fatto che il rinforzo venga applicato esternamente, unitamente alla sua esigua invasività, rendono il rinforzo con FRP attrattivo per il recupero di edifici storici, il cui patrimonio artistico non può venire intaccato da lavori di ristrutturazione invasivi. Naturalmente come per lo scotch anche in questo caso è fondamentale la resistenza dell’incollaggio (aderenza). Da qui nasce l’idea di eseguire alcune prove per testare questa tipologia di rinforzo. Studiando quanto presente in letteratura ci siamo accorti che nessuno riusciva a controllare l’intera prova stabilmente (cioè senza rotture improvvise e non monitorabili dalla strumentazione) a causa (forse) di un fenomeno di “instabilità” visibile numericamente chiamato snap-back. Questo è più o meno quello che succede quando si tira un elastico e questo si rompe con i due estremi che si ritraggono istantaneamente con una “frustata” (solitamente sulle dita). Quando l’incollaggio del nostro composito era sufficientemente danneggiato (cioè quando al di sotto dell’incollaggio si era sviluppata una fessura e la parte di lamina ancora incollata era sufficientemente piccola) si aveva che, cercando di tirare ulteriormente la lamina, questa si distaccava istantaneamente dal supporto con un effetto simile a quello di un elastico rotto. Tentando di risolvere questi problemi, siamo arrivati a progettare e a far realizzare la strumentazione presentata agli Zwick Science Award di quest’anno. Io lavoro sugli FRP con il gruppo di ricerca formato dal Prof. Ferretti e dal Prof. Freddi sin dalla mia tesi magistrale del 2009 e continuo a lavorare su quest’argomento ancora oggi. L’articolo pubblicato è stato il mio primo risultato scientifico e per raggiungerlo ci sono voluti più di 2 anni tra prove, grafici, studi, errori e interpretazione dei risultati. Gli sforzi e il tempo dedicato al nostro lavoro sono stati parecchi, ma alla fine anche grazie a manifestazioni come i Science Award della Zwick sono ripagati appieno. Credo che la parte migliore del lavoro del ricercatore sia appunto questa, cioè trarre soddisfazione da quello che si è raggiunto e che, magari, nessuno aveva ancora raggiunto. Credo sia un po’ come scoprire una nuova isola o scalare una montagna per la prima volta, molte difficoltà ma poi molte soddisfazioni che arrivano alla fine, anche se a volte dopo alcuni anni.

 

Il focus del tuo elaborato? Quali i dettagli più interessanti?

Nel dettaglio il lavoro da me presentato si focalizza sul determinare quali sono i processi meccanici e micromeccanici che portano alla formazione ed alla propagazione all’interno del supporto della frattura alla base del distacco dei rinforzi in FRP dal supporto stesso. Questi processi sono controllabili fino ad un certo punto del processo, dopodiché diventano incontrollabili. Questo sta più che altro a significare che non si era ancora capito bene (anche se lo si aveva intuito) come funzionavano le cose e quindi che c’era ancora una zona “grigia” nella conoscenza di questi processi. Quindi ci siamo messi a studiare sperimentalmente la meccanica della frattura che governa questo tipo di meccanismi, scoprendo che i fenomeni si potevano controllare e che effettivamente c’era qualcosa che ancora non era “definito”. In particolare si è visto che se si incolla una lunghezza limitata il meccanismo di rottura si manifesta con una frattura che nuclea all’estremo della lamina opposto rispetto a quello a cui viene applicata la forza e da qui propaga fino alla completa separazione del rinforzo. Differentemente, se l’incollaggio è lungo la fessura nasce all’estremità caricata, propaga fino ad un certo punto, si arresta e una seconda fessura nasce all’estremità libera, dopodiché il processo di rottura è simile a quello degli incollaggi corti ma con forze in gioco molto maggiori, da qui l’effetto di rottura “ad elastico”. Questa è stata un po’ la nostra “scoperta dell’isola“. Questa conclusione ha portato poi ad una serie di deduzioni, tra le quali la dimostrazione che la resistenza dell’incollaggio varia a seconda della posizione a causa di una flessione indotta dall’eccentricità tra la forza applicata (baricentro della lamina) e il piano di adesione (cioè più o meno il punto di contatto tra la colla e il supporto). Forse uno dei dettagli più interessanti è che all’inizio quando si verificavano le rotture dall’estremità libera si pensava che per qualche motivo le prove non fossero buone, che fossero affette da qualche rotazione che induceva la flessione della lamina e quindi una rottura anomala, solo in un secondo tempo si è capito a cosa era dovuto quel comportamento.

 

podio dei vincitori dello Zwick Science Award

I premiati dello Zwick Science Award 2012 all’Academia Day di Manchester

In quale campo il tuo studio può  trovare applicazione?

Lo studio può trovare sicuramente la sua dignità nello studio applicativo di questi sistemi di rinforzo. In particolare, la riduzione lungo l’incollaggio della resistenza è fondamentale per incollaggi che possono contare su lunghezze di ancoraggio ridotte. Inoltre, sono state chiarite alcune questioni di carattere interpretativo relative ai test eseguiti su questi incollaggi. Questo potrebbe portare ad un’analisi più razionale dei risultati ricavati e, come ricaduta pratica, ad un miglioramento delle teorie di progetto. Invece, sul lato della ricerca di base pone nuove sfide per il miglioramento dei modelli fisico-interpretativi dei fenomeni di propagazione delle fessure in materiali come il calcestruzzo e la muratura (definiti quasi-fragili). Questa branca è in notevole fermento negli ultimi anni, viste anche le applicazioni che può avere in ambito di materiali hi-tech, come appunto i compositi FRP, utilizzati sempre di più in campo aero-spaziale visti il loro ottimo rapporto peso/resistenza.

 

Emozionato per il risultato raggiunto?

Assolutamente si! Ogni cosa in più che si capisce è un traguardo raggiunto e quindi una soddisfazione in più. Quando poi il merito, condiviso con tutto il gruppo, di una scoperta ti viene riconosciuto da un leader come la Zwick l’emozione non può che essere immensa.

 

Quali consigli daresti a chi parteciperà  alla 5 edizione dello Zwick Science Award 2013 ?

Di dare il massimo e di essere in prima persona orgogliosi di quello che si è fatto. Credo che l’entusiasmo, che purtroppo tende a scemare sempre di più nel mondo della ricerca, sia uno dei fattori fondamentali per la buona riuscita di un progetto. …quello unito a un po’ di pazienza, i risultati migliori non sempre sono subito visibili, per me ad esempio il premio Zwick ha atteso 4 anni.

 

Conoscevi Zwick prima di partecipare al concorso?

Si, la conoscevo “di fama” come azienda leader ma non avevo mai lavorato su sue macchine.

 

Che impressione ti sei fatto?

Nei giorni passati a Manchester e nei rapporti che ho avuto con Zwick l’impressione che mi sono fatto di questa azienda è che le radici della sua fama siano radicate non solo nel marketing ma anche in una politica umana e scientifica interna all’azienda. Più che una azienda mi sembrava una famiglia in cui i vari dipendenti avevano una profonda conoscenza gli uni degli altri senza distinzioni di posizione gerarchica, anzi la conoscenza personale dei collaboratori (nel caso della Zwick non li chiamerei dipendenti) sembra vista come essenziale. In questo modo credo si sia formato una ambiente stimolante sia dal punto di vista produttivo che scientifico che ha permesso alla Zwick di essere sicuramente una delle migliori aziende nel settore. Credo di essere stato fortunato ad entrare in contatto con questo “sano mondo lavorativo” e spero che ci siano altre occasioni di “incontrarsi” e forse (perché no?!) magari potrei essere uno di quei collaboratori! Nell’attesa devo porgere i miei ringraziamenti più sentiti a Stephen Roell, a Robert Strehle e ad Alan Thomas che si sono messi a disposizione per questo Academia Day, poi anche a tutta la Zwick Italia in particolare alla Sig.ra Mantani che mi ha seguito nel “pre-cerimonia” e a Nicolò Teglia per il post, infine ringrazio vivamente anche Matteo Russolillo che mi ha “introdotto” nel mondo Zwick. Ringrazio inoltre il Prof. Ferretti, il Prof. Freddi e il Prof. Rosati per avermi dato la possibilità di arrivare a questo traguardo. A tutte queste persona va il mio riconoscimento.

Link Utili:

Zwick Science Award 2012 video

Zwick Science Award 2013