INTRODUZIONE

C’è attualmente un grande interesse nello sviluppo della tecnologia per l’uso di materiali in fibra naturale nei compositi di cemento. Le fibre naturali esistono in quantità ragionevolmente grandi in tutto il mondo e le fibre naturali vegetali sono prodotte nella maggior parte dei paesi in via di sviluppo. Le fibre naturali sono state usate per rinforzare materiali inorganici per migliaia di anni. Esempi sono la paglia per i mattoni, il fango e i pali, l’intonaco e le canne. Durante questo secolo altre fibre come la noce di cocco, il bambù, le fibre di cellulosa del legno, la lana o i trucioli, le fibre bastarde, le fibre di foglie, le fibre di semi e frutti sono state usate in prodotti a base di cemento-sabbia (Gram, 1983; Paramasivam et al, 1984; Sera et al., 1990; Duvaut et al., 2000; Brahmakumar et al., 2005; Asasutjarit et al., 2007; Ismail, 2007; Zain et al., 2010; Zain et al., 2011; Mulinari et al., 2011). Le fibre possono essere classificate come naturali o artificiali, e le fibre naturali sono ulteriormente suddivise in diversi gruppi (Fordos, 1989; Kelly-Yong et al., 2011; Feng et al., 2011). L’uso di fibre naturali come rinforzo nel calcestruzzo (matrice cemento-sabbia) è stato ampiamente studiato in molti paesi (Rehsi, 1991; Atnaw et al., 2011). I materiali rinforzati con fibre naturali, che possono essere utilizzati nella produzione di materiali da costruzione, sono attualmente principalmente quelli basati su fibre di cocco, bambù, canna, henequen e sisal (Dawood e Ramli, 2011; Hamid et al., 2011). Le ragioni principali per l’uso delle fibre naturali sono abbondantemente disponibili e sono relativamente economiche. Si sostiene che i compositi in fibra naturale offrano anche vantaggi ambientali come una ridotta dipendenza da fonti di energia/materiali non rinnovabili, minori emissioni inquinanti, minori emissioni di gas serra, maggiore recupero energetico e biodegradabilità dei componenti a fine vita (Joshi, 2003; Majeed, 2011; Hamzah et al., 2010). Un metodo appropriato per la produzione di lastre di copertura in calcestruzzo con fibre naturali è stato rapidamente sviluppato e diffuso nei paesi dell’America centrale, dell’Africa e dell’Asia attraverso l’IT Building Materials Workshop in Gran Bretagna e altri. Il metodo che prevede il rinforzo del cemento o dei prodotti in calcestruzzo con fibre naturali come cocco, sisal e juta è stato applicato in almeno 28 paesi. Quando si combinano queste fibre con la matrice di cemento, le fibre vengono utilizzate in due modi. Da un lato, la fibra nel cemento fresco permette di modellare un prodotto in modo semplice. Dall’altro, la fibra aumenta la tenacità del materiale in modo che il prodotto possa resistere alla manipolazione e a un carico strutturale.

Le fibre di cocco sono prodotti agricoli di scarto ottenuti dalla lavorazione dell’olio di cocco e sono disponibili in grandi quantità nelle regioni tropicali del mondo, soprattutto in Africa, Asia e America. Le fibre di cocco non sono comunemente usate nell’industria delle costruzioni, ma sono spesso scaricate come rifiuti agricoli. Tuttavia, con la ricerca di un sistema di alloggi a prezzi accessibili sia per la popolazione rurale che per quella urbana nei paesi in via di sviluppo, sono stati proposti vari schemi incentrati sulla riduzione dei costi dei materiali da costruzione convenzionali. Uno dei suggerimenti in prima linea è stato il reperimento, lo sviluppo e l’uso di materiali da costruzione locali alternativi e non convenzionali, compresa la possibilità di usare alcuni scarti e residui agricoli come sostituzione parziale o totale dei materiali da costruzione convenzionali. Nei paesi in cui vengono scaricati abbondanti rifiuti agricoli, questi rifiuti possono essere utilizzati come materiale potenziale o sostitutivo nell’industria delle costruzioni (Olanipekun et al., 2006; Nor et al., 2010). Una di queste alternative è la fibra di cocco, prodotta in abbondanza ha il potenziale per essere usata come aggregato grossolano sostitutivo nel calcestruzzo (Adeyemi, 1998, Zain et al., 2010). L’enorme quantità di rifiuti di fibra di cocco che vengono prodotti nelle fabbriche. L’attuale pratica di smaltimento dei rifiuti di incenerimento all’interno dell’industria è normalmente fatta in modo incontrollato e contribuisce significativamente all’inquinamento atmosferico. Così, questi residui stanno diventando costosi da smaltire soddisfacendo i requisiti dei regolamenti ambientali. In una tale situazione, si sta cercando di migliorare l’uso di questi sottoprodotti attraverso lo sviluppo di prodotti a valore aggiunto. Uno dei modi per smaltire questi rifiuti sarebbe l’utilizzo della fibra di cocco in materiali da costruzione costruttivi. I gusci di palma da olio (OPS) sono l’endocarpo duro che circonda il nocciolo della palma.

In tutto il mondo sono ancora in corso intense attività di ricerca e sviluppo nella comprensione e nelle applicazioni dei materiali in fibra di cemento. Queste attività includono, tra le altre cose, lo sviluppo di nuove fibre più forti, migliori compositi rinforzati con fibre e nuovi sostituti (Fordos, 1989). Le proprietà meccaniche dei compositi di poliestere rinforzati con fibre di cocco sono state condotte da Mulinari et al. (2011). In questo lavoro, la modifica chimica delle fibre di cocco mediante trattamento alcalino è stata determinata al fine di utilizzarle come rinforzo nella resina di poliestere. Le proprietà meccaniche sono state valutate mediante prove di trazione e di fatica. Le superfici dei campioni fratturati sono state esaminate per valutare i meccanismi di frattura. I risultati dei test hanno presentato una diminuzione della vita a fatica dei compositi quando viene applicata una tensione maggiore, a causa dell’incollaggio interfacciale, che non era adeguato.

Gunasekaran e Kumar (2008) hanno studiato le possibilità di utilizzare il guscio di cocco come aggregato nel calcestruzzo. I risultati hanno indicato che l’assorbimento d’acqua dell’aggregato di guscio di cocco era alto, circa il 24%, ma il valore di frantumazione e di impatto era paragonabile a quello di altri aggregati leggeri. Hanno trovato che la densità media del calcestruzzo fresco e la resistenza alla compressione al cubo a 28 giorni del calcestruzzo con l’aggregato di guscio di cocco erano 1975 kg m-1 e 19,1 N mm-1, rispettivamente. Si conclude che i gusci di cocco frantumati sono adatti quando vengono usati come sostituti degli aggregati convenzionali nella produzione di calcestruzzo leggero.

Lo studio precedente di Olanipekun et al. (2006) ha dimostrato che il guscio di cocco è adatto come sostituto degli aggregati convenzionali nella produzione di calcestruzzo strutturale. I risultati hanno anche indicato una riduzione dei costi del 30% per il calcestruzzo prodotto dai gusci di cocco. A parte il suo utilizzo nella produzione di materiale di copertura in fibra, l’altra possibilità di utilizzare la fibra di cocco come aggregato nella produzione di calcestruzzo non ha ricevuto alcuna seria attenzione. Tuttavia, Adeyemi (1998) ha effettuato per un rapporto di miscela (1:2:4) l’idoneità della fibra di cocco come sostituto dell’aggregato fine o grossolano nella produzione di calcestruzzo. È stato esaminato che le fibre di cocco erano più adatte come aggregato leggero a bassa resistenza se usate per sostituire il comune aggregato grosso nella produzione di calcestruzzo. La fibra di cocco è l’endocarpo duro e sassoso ma leggero e di dimensioni naturali. A causa delle superfici rigide di origine organica, non si contaminano o percolano per produrre sostanze tossiche una volta legate nella matrice del calcestruzzo. Inoltre, le fibre di cocco sono più leggere dell’aggregato grossolano convenzionale, quindi il calcestruzzo risultante sarà leggero. Pertanto, può essere usato come un buon sostituto dell’aggregato grosso per produrre calcestruzzo strutturale nell’industria delle costruzioni.

Questo studio ha riportato i risultati di un’indagine condotta sull’utilizzo di compositi di fibre di cocco tritate nel calcestruzzo come sostituti dell’aggregato grosso convenzionale. Le proprietà fisiche e meccaniche del calcestruzzo normale sono state confrontate con quelle del calcestruzzo composito in fibra di cocco. L’obiettivo principale era quello di incoraggiare l’uso di questi prodotti di scarto apparentemente come materiali da costruzione in abitazioni a basso costo e dove le pietre frantumate sono costose per produrre calcestruzzo leggero. Ci si aspettava anche di servire allo scopo di incoraggiare gli sviluppatori di alloggi a investire nella costruzione di case che incorporano questi materiali a basso costo.

MATERIALI E METODI

Indagini sui materiali
Fibre di cocco: le fibre di cocco sono state raccolte da un negozio proveniente dallo Sri Lanka. Sono state ottenute dopo l’estrazione dell’olio in fabbrica dalla periferia esterna del frutto della noce di cocco. I gusci sono stati lavati adeguatamente e asciugati all’aria per cinque giorni a temperatura ambiente e successivamente classificati secondo la norma ASTM C330 (2009). Le fibre sono state tagliate con forbici affilate mantenendo una lunghezza da 15 a 35 mm. Le fibre tagliate sono state essiccate in forno a 80°C per 5 ore e utilizzate in essiccatori per il raffreddamento. Le fibre sminuzzate sono state utilizzate per determinare la lunghezza, il diametro, lo spessore, l’umidità naturale, la capacità di assorbimento dell’acqua e la densità delle fibre.

Aggregati: L’aggregato grossolano sotto forma di granito frantumato è stato raccolto dall’origine ignea. La dimensione delle particelle utilizzate varia da 5 a 20 mm. La sabbia di fiume come aggregato fine è stata usata per mescolare il calcestruzzo secondo la norma ASTM C33 (2006). Tutte le particelle che passano attraverso il setaccio ASTM n. 4 apertura 4,75 mm, ma trattenute sul setaccio n. 230, apertura 63 μm.

Cemento e acqua: Per la miscelazione del calcestruzzo è stato utilizzato cemento Portland ordinario le cui proprietà confermano il requisito di ASTM tipo I e l’acqua è stata raccolta dalla postazione di laboratorio.

Preparazione dei provini: I cubi di calcestruzzo di dimensioni 100x100x100 mm e i prismi di dimensioni 100x100x300 mm sono stati gettati sia per il calcestruzzo semplice che per quello rinforzato con fibre di cocco per la determinazione delle diverse proprietà del calcestruzzo. La proporzione della miscela di 1:2:3 in peso di cemento Portland ordinario, sabbia di fiume, pietra frantumata e fibra di cocco è stata usata per lanciare i campioni. Il rapporto acqua/cemento è stato usato 0,4 per la miscela. Il rapporto acqua/cemento è stato mantenuto costante a tutte le diverse percentuali di volume di fibre. L’adesivo chiamato “seal frost” è stato utilizzato anche per la presa rapida del calcestruzzo. Sono stati usati 70 grammi di gelo per 1 kg di cemento. Nella preparazione dei campioni, in un primo momento, sabbia e cemento sono stati adeguatamente miscelati nella macchina e poi sono state aggiunte le pietre frantumate. Nel caso del calcestruzzo rinforzato con fibre, le fibre sono state aggiunte nella miscela conosciuta come metodo premix. Tutti gli ingredienti sono stati mescolati correttamente con l’uso di una macchina per la miscelazione del calcestruzzo. La lavorabilità del calcestruzzo fresco è stata studiata subito dopo la miscelazione finale del calcestruzzo utilizzando il test di slump. Per evitare il vuoto, sono stati utilizzati martello e vibratore per la compattazione. I cubi e i prismi sono stati gettati riempiendo ogni stampo in tre strati; ogni strato è stato compattato normalmente con 25 colpi di un’asta d’acciaio di 16 mm di diametro prima che lo strato successivo fosse versato e per i prismi è stato usato un vibratore. I valori di slump sono stati raggiunti 54 e 38 mm per il calcestruzzo semplice e con fibre di cocco, rispettivamente, che rappresentano una lavorabilità alta e media. Tutti i campioni sono stati lasciati negli stampi per 24 ore a temperatura ambiente. Sono stati rimossi dallo stampo e trasferiti in una vasca di stagionatura. La temperatura di stagionatura era di 30±2°C. Le miscele di calcestruzzo e i provini sono stati preparati in conformità con le disposizioni delle norme ASTM C330 (2009), ASTM C469, (1987) e BS 8110-1.

Prova di resistenza alla compressione: Sono stati utilizzati due tipi di macchine di prova universali per determinare la resistenza alla compressione del calcestruzzo rinforzato con fibre di cocco. La macchina di prova Avery Denison è prodotta nel Regno Unito. Il tasso di carico di questa macchina è 10-3000 kN min-1. Gli esperimenti sono stati fatti usando questa macchina con un tasso di carico di 136 KN min-1. Una volta all’anno, la calibrazione è necessaria per questa macchina. Anche la macchina di prova Dartec è stata utilizzata per determinare la resistenza alla compressione del calcestruzzo rinforzato con fibre di cocco. Questa macchina può tracciare automaticamente un grafico di carico vs. remoto. Dal grafico dato o dai dati, è possibile fare il grafico di stress-strain di un campione specifico. La capacità di carico di questa macchina è fino a 500 KN. La velocità di compressione di questa macchina è da 0,00015 a 2,0 mm sec-1. L’esperimento è stato fatto usando questa macchina con una velocità di compressione di 0,00015 mm sec-1. La prova di resistenza alla compressione del calcestruzzo semplice e del calcestruzzo rinforzato con fibre di cocco è stata effettuata per scoprire il carico di rottura finale, la resistenza alla compressione, il numero di fessure e la loro lunghezza e larghezza e infine per osservare la relazione sforzo-deformazione. Le prove di carico statico sono state fatte con l’uso della macchina di prova DARTEC. La prova sperimentale di resistenza alla compressione è stata fatta in laboratorio come mostrato in Fig. 1.

Microscopio elettronico a scansione (SEM): Il microscopio elettronico a scansione è stato utilizzato per determinare lo spessore e la sezione trasversale delle fibre. Il SEM è in grado di produrre immagini ad alta risoluzione della superficie di un campione. Un SEM può risolvere caratteristiche molto più piccole di un microscopio standard, fino a quasi 2 nanometri. In un classico microscopio elettronico a scansione (SEM), gli elettroni sono emessi termionicamente da un catodo di tungsteno o di esaboruro di lantanio (LaB6) e sono accelerati verso un anodo; in alternativa, gli elettroni possono essere emessi tramite emissione di campo (FE). Il tungsteno è usato perché ha il punto di fusione più alto e la pressione di vapore più bassa di tutti i metalli, permettendo così di riscaldarlo per l’emissione di elettroni. Quando il fascio di elettroni primari interagisce con il campione, gli elettroni perdono energia tramite ripetute dispersioni e assorbimenti all’interno di un volume a forma di lacrima del campione noto come volume di interazione, che si estende da meno di 100 nm a circa 5 μm fino alla superficie.

Test di resistenza alla trazione della fibra di cocco: Per determinare la resistenza alla trazione della fibra di cocco, è stata utilizzata la macchina per prove di trazione Hounsfield. Questa macchina può tracciare automaticamente il grafico del carico rispetto all’estensione. Dai dati forniti, è possibile ricavare lo stress e la deformazione alla rottura delle fibre di cocco. La prova di resistenza alla trazione della fibra di cocco è stata effettuata per studiare il comportamento della fibra sotto carico di trazione, l’estensione massima delle fibre sotto carico di trazione e il punto di rottura. Per effettuare questo esperimento è stata utilizzata la macchina per prove di trazione Hounsfield. Dopo aver completato il test, questa macchina può tracciare automaticamente un grafico Carico vs. estensione. Dai dati di carico-estensione, il valore di stress e deformazione può essere ottenuto come segue:

Quattro diversi spessori di fibre sono stati testati sotto la prova di resistenza alla trazione. Le fibre sono state inserite nella ganascia della macchina per prove di trazione con una lunghezza del calibro (lunghezza netta della fibra da una ganascia all’altra) di 35 mm. Dopo aver stretto la ganascia, la macchina ha iniziato ad andare avanti con la prova. Generalmente le ganasce tirano la fibra in due direzioni opposte. La fibra si rompe automaticamente quando viene raggiunta la sua ultima espansione. Il punto in cui la fibra si rompe è noto come punto di rottura. Tutti i test sono stati fatti con una velocità di 15 mm min-1.

RISULTATI E DISCUSSIONE

Struttura fisica della fibra di cocco: La micrografia elettronica a scansione (SEM) è stata usata per osservare la formazione fisica delle fibre di cocco. La figura 2-4 mostra la fotografia al SEM rispettivamente del mazzo di fibre, della superficie delle fibre e della sezione trasversale delle fibre.

Dalla Fig. 2, si è osservato che la fibra generalmente vista ad occhi aperti è alla fine attaccata con 5/6 fibre singole. Il lato sinistro della Fig. 2 ha mostrato la fibra singola, che è da 5 a 6 volte meno delle altre fibre. E’ stato anche osservato che la superficie della fibra di cocco non è liscia, vedi Fig. 3. Quindi, in una matrice, può creare un forte legame con altri materiali. La sezione trasversale della fibra ha mostrato chiaramente un buco al centro e piccoli buchi intorno, come illustrato in Fig. 4. Si stima approssimativamente che esista un 15-20% di fori rispetto a una singola sezione trasversale di fibra.

Proprietà fisiche della fibra
Lunghezza della fibra di cocco: generalmente, le lunghezze naturali delle fibre di cocco sono da 60-230 mm. Le lunghezze delle fibre sono state misurate con un righello d’acciaio e 30 pezzi sono stati scelti a caso per scoprire la lunghezza della fibra di cocco. Tuttavia, in questo studio sono state utilizzate fibre di cocco tagliate con dimensioni di 15-35 mm.

Diametro della fibra di cocco: per determinare il diametro della fibra di cocco, è stato utilizzato il micrometro con precisione di 0,01 mm. Si è osservato che il diametro della fibra di cocco è di 0,17-0,24 mm.

Umidità naturale della fibra di cocco: Per determinare l’umidità naturale, le fibre sono state prima asciugate all’aria aperta per 5 giorni e poi le stesse fibre sono state asciugate in un forno a 80°C per 5 ore. I pesi delle fibre sono stati misurati usando una bilancia elettronica da banco con una precisione di 0,01 g. L’umidità naturale H è stata calcolata usando l’Eq. 1 e si è scoperto che l’umidità naturale della fibra di cocco è del 12,2%. Si può notare che le percentuali di umidità sono quasi simili per i diversi tipi di campioni di fibra di cocco:

dove, Wd e WO sono il peso delle fibre essiccate all’aria e al forno, rispettivamente: Durante la miscelazione e l’essiccazione della matrice, le fibre assorbono acqua e si espandono. Il rigonfiamento delle fibre spinge via il calcestruzzo, almeno a livello micro. Poi, alla fine del processo di essiccazione, le fibre perdono l’umidità e si ritirano quasi alle loro dimensioni originali lasciando dei vuoti molto sottili intorno a loro. La capacità di assorbimento dell’acqua W è stata calcolata usando l’Eq. 2:

dove, Wsw e Wad sono rispettivamente il peso delle fibre impregnate in acqua potabile e il peso delle fibre essiccate all’aria. Le misurazioni sono state effettuate a intervalli di 24 ore per 7 giorni. I dati sperimentali hanno mostrato che il massimo assorbimento d’acqua della fibra di cocco si verifica durante le prime 24 h e fino ad aumentare fino a 120 h.

Dopo 120 ore, la fibra è completamente satura e questo stato continua per l’ultima volta come illustrato in Fig. 5.

Densità della fibra: La densità di ogni fibra è un parametro importante. Per i materiali compositi, la densità della fibra ha un effetto significativo. Il peso della fibra in una matrice composita dipende dalla densità della fibra. La densità della fibra di cocco, ρf è stata calcolata usando l’Eq. 3 e ha trovato che la densità della fibra di cocco è 1,18 g cm-3. È stato osservato che le densità delle fibre di cocco sono quasi le stesse per diversi tipi di campioni:

dove, mf è la massa della fibra, mw è la massa dell’acqua, mw* è la massa dell’acqua ridotta dal volume della fibra, ρw è la densità dell’acqua.

Proprietà meccaniche della fibra
Resistenza alla trazione della fibra di cocco: la prova di resistenza alla trazione della fibra di cocco è stata effettuata per studiare il comportamento della fibra sotto carico di trazione, l’estensione massima delle fibre sotto carico di trazione e il punto di rottura. Per questo esperimento è stata utilizzata la macchina per prove di trazione Hounsfield. Sono stati presi quattro diversi spessori di fibra e si sono ottenuti i seguenti risultati come indicato nella tabella 1. Le Fig. 6 e 7 mostrano il carico contro l’estensione delle fibre di cocco per i campioni 2 e 3, rispettivamente.

I dati sperimentali hanno mostrato che la resistenza media della fibra di cocco è di 19,51 MPa e lo sforzo alla rottura è di 2,83. È stato anche osservato che la resistenza e la deformazione alla rottura non dipendono dall’area della fibra. Più area di fibra non è sempre data più forza e deformazione alla rottura.

Principalmente la forza delle fibre dipende dalla loro composizione chimica, dal processo di separazione delle fibre, dal trattamento, dall’umidità, dalla temperatura ecc.

Densità del calcestruzzo semplice e rinforzato con fibre di cocco: il peso e il volume del calcestruzzo semplice e rinforzato con fibre è stato misurato prima della prova di resistenza alla compressione. Il peso ottenuto di ogni calcestruzzo è stato diviso per il suo volume per scoprire la densità. La figura 8 presenta la densità del calcestruzzo semplice e di quello rinforzato con fibre. Il risultato sperimentale ha mostrato che la densità del calcestruzzo semplice è superiore a quella del calcestruzzo fibrorinforzato. Si osserva anche che la densità del calcestruzzo è diminuita con l’aumento del volume della fibra di cocco nell’aggregato grossolano convenzionale, come illustrato in Fig. 8.

Confronto delle proprietà del calcestruzzo semplice e rinforzato con fibre: Il calcestruzzo semplice e quello rinforzato con fibre sono stati caricati sotto carico statico, per scoprire la resistenza alla compressione finale del calcestruzzo con diversi volumi di fibre, come mostrato nella Fig. 9. Il numero, la lunghezza e la larghezza delle fessure sono stati misurati sia per il calcestruzzo liscio che per quello rinforzato con fibre di cocco dopo il carico statico, come mostrato nelle Fig. da 10 a 12. Inoltre, la relazione sforzo-deformazione e il modulo di elasticità del calcestruzzo semplice e del calcestruzzo rinforzato con fibre di cocco sono mostrati nelle Fig. 13 e 14, rispettivamente.

È stato osservato dai risultati delle prove (Fig. 9) che la resistenza alla compressione è diminuita gradualmente a causa dell’aumento della percentuale di volume delle fibre nel calcestruzzo convenzionale. Per il calcestruzzo convenzionale con lo 0% di volume di fibre hanno i valori più alti di resistenza alla compressione per il rapporto di miscela specificato. Per quanto riguarda il numero, la lunghezza e la larghezza delle fessure, il calcestruzzo rinforzato con fibre ha mostrato un comportamento ottimale rispetto al calcestruzzo normale. Si conclude che la resistenza del calcestruzzo dipende dalla resistenza, dalla rigidità e dalla densità degli aggregati grossolani. In generale, più bassa è la densità, più bassa è la resistenza. L’aumento della percentuale volumetrica della fibra di cocco abbassa la densità del calcestruzzo e quindi dà meno resistenza alla compressione.

I numeri, la lunghezza e la larghezza delle crepe sono stati misurati sia per il calcestruzzo normale che per quello rinforzato con fibra di cocco dopo essere stato caricato con un carico statico. Le crepe sono state contate in quelle superfici che si sono sviluppate più delle altre. I dati sperimentali hanno mostrato che lo sviluppo delle crepe è minore nel calcestruzzo rinforzato con fibre. Il sette per cento del volume del calcestruzzo rinforzato con fibre ha sviluppato il minor numero di fessure tra il resto dei calcestruzzi rinforzati con fibre. La Figura 10 mostra il numero di fessure del calcestruzzo semplice e delle diverse percentuali di volume di fibre. Il calcestruzzo liscio ha sviluppato più crepe rispetto al calcestruzzo rinforzato con fibre. Generalmente, nel calcestruzzo le crepe si verificano quando la sollecitazione raggiunge il modulo di rottura del calcestruzzo. Per tutti i campioni, la crepa è apparsa nella posizione a metà altezza dei cubi di calcestruzzo. Il modello verticale delle crepe indica che si tratta di crepe flessionali. Si può vedere dal test che la distanza tra le fessure del calcestruzzo normale è stata la più alta poi le diverse percentuali di volume di fibre del calcestruzzo rinforzato.

I dati sperimentali hanno dimostrato che la lunghezza della fessura è minore nel calcestruzzo rinforzato con fibre rispetto al calcestruzzo normale. C’è una relazione lineare tra la lunghezza della fessura e la natura del carico. Per tutti i calcestruzzi, la maggiore lunghezza della fessura è stata trovata con l’80% del carico statico. Pertanto, il calcestruzzo rinforzato con fibre di cocco può limitare la lunghezza della fessura. La lunghezza delle cricche nel calcestruzzo semplice e rinforzato con fibre è mostrata in Fig. 11.

I dati sperimentali hanno mostrato che la larghezza della cricca è minore nel calcestruzzo rinforzato con fibre rispetto al calcestruzzo semplice, come mostrato in Fig. 12. Nel caso di un calcestruzzo con l’1% di volume di fibre, la larghezza della fessura diminuisce con la diminuzione del carico. D’altra parte, la larghezza della fessura nel 3, 5 e 7% ha mostrato risultati diversi nel carico statico. È stato chiaramente rivelato che la larghezza del calcestruzzo semplice è più di tutti i contenuti di volume delle fibre. Quindi, il calcestruzzo rinforzato con fibre di cocco può limitare la larghezza della fessura. Inoltre, le fessure a distanza ravvicinata o un maggior numero di fessure porta a una minore larghezza della fessura. La ragione di questo comportamento è che la distanza tra le fessure è una funzione sia della resistenza alla trazione che della forza di adesione del calcestruzzo. La diminuzione della resistenza a trazione del calcestruzzo è dovuta alla diminuzione della sua resistenza per il contributo della percentuale di volume delle fibre, quindi alla diminuzione della resistenza di legame del calcestruzzo. Quando la diversa percentuale di volume di fibra aggiunta sul calcestruzzo convenzionale, quindi la posizione della crepa una distanza più breve è necessaria per la forza di trazione nella fibra per essere ritrasferita al calcestruzzo circostante, che implica una minore distanza della crepa.

Utilizzato il carico (KN) vs. distanza (mm) grafico e dati, stress-curva di deformazione per entrambi pianura e fibra rinforzata calcestruzzo sono stati tracciati. La figura 13 presenta la relazione sforzo-deformazione del calcestruzzo liscio e rinforzato con fibre.

Si osserva che il calcestruzzo semplice presenta uno stress maggiore del calcestruzzo misto a fibre. Di conseguenza, il calcestruzzo fibrorinforzato mostra valori di deformazione più alti rispetto al calcestruzzo convenzionale. Ciò implica che il calcestruzzo con volume di fibre non può resistere a una maggiore quantità di carico e mostra un cedimento fragile nelle fasi finali del carico.

Il modulo di elasticità è la pendenza di una curva sforzo-deformazione. Le curve sforzo-deformazione spesso non sono tracciati rettilinei, indicando che il modulo sta cambiando con la quantità di sforzo. In questo caso la pendenza iniziale di solito è usata come modulo. Il modulo di elasticità è anche chiamato modulo di Youngs. Per determinare il modulo di elasticità è stata calcolata la tangente della curva stress-strain della pianura e della fibra di cocco rinforzata. La figura 14 presenta il modulo di elasticità del calcestruzzo semplice e di quello rinforzato con fibre. Il risultato sperimentale ha anche mostrato che il modulo di elasticità è leggermente più alto nel calcestruzzo semplice rispetto al calcestruzzo rinforzato con fibre. È degno di nota il fatto che il calcestruzzo con il 3% di volume di fibre ha mostrato un modulo di elasticità maggiore rispetto al calcestruzzo con l’1% di volume di fibre. Ciò è attribuito principalmente al minore valore di rigidità della fibra di cocco rispetto alla ghiaia. Lo sviluppo dei valori E del calcestruzzo è influenzato dal tipo di aggregato grosso, dal tipo di cemento, dal rapporto a/c della miscela, dalla dimensione degli aggregati e dall’età di maturazione (Alexander e Milne, 1995). In generale, il modulo di elasticità del calcestruzzo dipende dalla rigidità dell’aggregato grosso. Inoltre, la zona interfacciale tra gli aggregati e la pasta e le proprietà elastiche dei materiali componenti influenzano il modulo di elasticità del calcestruzzo.

CONCLUSIONE

Questo studio ha presentato i risultati di un programma sperimentale che indaga le proprietà fisiche e meccaniche del calcestruzzo rinforzato che incorpora diverse percentuali di volume di fibra di cocco. Sulla base dei risultati sperimentali e delle osservazioni, si possono trarre le seguenti conclusioni:

Significativi

Questo studio è stato condotto presso il Heavy Structures Laboratory, School of Computing, IT and Engineering, University of East London, UK e School of Civil Engineering, Linton University College, Legenda Education Group, Malaysia e gli autori desiderano ringraziare i tecnici del laboratorio per aver fornito assistenza nella fabbricazione dei campioni e nei test.