Un viadotto intelligente, progettato per sanare le proprie fessure tramite batteri incapsulati in lattato di calcio, ha fallito nel suo intento. Le crepe non sono cicatrizzate e il calcestruzzo ha perso la sua capacità autoriparante. La domanda a cui gli ingegneri devono rispondere è se le microcapsule si siano rotte prematuramente durante la colata o se la porosità del materiale abbia impedito l'attivazione biologica.
Diagnosi forense tramite microtomografia ed elementi finiti 🧪
Per risolvere questo cedimento, è stato impiegato un flusso di lavoro multidisciplinare. Innanzitutto, VGSTUDIO MAX ha elaborato i dati di microtomografia a raggi X, generando un modello volumetrico 3D delle crepe e delle capsule incastonate. Questa analisi ha rivelato che il 30% delle capsule era già fratturato prima della fessurazione del calcestruzzo, rilasciando prematuramente l'agente cicatrizzante. Successivamente, la geometria è stata esportata in Ansys per simulare le tensioni residue. La simulazione agli elementi finiti ha confermato che la fatica meccanica durante la presa e il ritiro plastico hanno generato picchi di tensione superiori a 12 MPa sulle pareti delle capsule, superando il loro limite di rottura.
Lezioni per la simulazione della fatica nei materiali compositi 🔧
La combinazione di GOM Inspect per l'analisi delle deformazioni superficiali e Ansys per la simulazione della fatica ciclica ha permesso di correlare le zone ad alta porosità con la rottura delle capsule. Il cedimento non è stato del batterio, ma del contenitore. Questo caso dimostra che la validazione strutturale delle microcapsule tramite simulazione 3D è critica per evitare cedimenti prematuri nei materiali autoriparanti. La fatica del materiale di sacrificio deve essere modellata prima dell'applicazione in cantiere.
Nella simulazione agli elementi finiti di un viadotto con calcestruzzo autoriparante, come modellare la cinetica di attivazione batterica quando le microcapsule si rompono per fatica ciclica e il lattato di calcio viene rilasciato in modo non uniforme nel tempo?
(PS: La fatica dei materiali è come la tua dopo 10 ore di simulazione.)