ITMI20131493A1 - Dispositivo di prova per materiali da costruzione - Google Patents

Description

DESCRIZION E

DISPOSITIVO DI PROVA PER MATERIALI DA COSTRUZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di prova per materiali da costruzione del tipo precisato nel preambolo della prima rivendicazione.

In particolare, l'invenzione ha per oggetto un dispositivo di prova per la misura di alcune proprietà meccaniche di un materiale da costruzione attraverso l’esecuzione, ad esempio, di prove di rottura per compressione o flessione di campioni di malta, di calcestruzzo e/o di laterizio, oppure di prove di piegamento su barre d’acciaio per c.a.

Come noto, i dispositivi comunemente utilizzati per l’esecuzione di prove meccaniche per la caratterizzazione dei materiali da costruzione prevedono che le estremità del provino siano fissate, mediante appositi afferraggi, ad una parte fissa e ad una parte mobile della macchina e che il carico sia applicato facendo traslare la parte mobile. In alternativa, il provino è vincolato saldamente al dispositivo ed il carico è applicato attraverso un elemento mobile che, una volta portato a contatto con il provino, esercita su di esso una forza d’intensità crescente fino a provocarne la rottura o lo snervamento.

Generalmente, durante la prova, trasduttori appositi misurano il carico applicato e lo spostamento relativo tra le traverse della macchina di prova; i valori misurati sono visualizzati su indicatori posti sul pannello di controllo della macchina. In molti casi, viene misurata anche la deformazione in uno o più punti del provino mediante altri trasduttori le cui letture possono essere effettuate su indicatori posti direttamente sul dispositivo, oppure su indicatori esterni ad esso.

Un componente fondamentale dei dispositivi comunemente diffusi è, quindi identificabile nel particolare meccanismo di movimentazione dell’elemento mobile. Il meccanismo è generalmente azionato da un motore elettrico collegato tramite ingranaggi, oppure, in alternativa, da una pompa idraulica che, in base alla portata del fluido, regola la corsa e/o la forza applicata da un elemento mobile. La tecnica nota, sopra citata, presenta alcuni importanti inconvenienti.

La tecnica nota sopra citata presenta alcuni importanti inconvenienti.

Un primo inconveniente consiste nel fatto che, essendo necessario garantire valori elevati di rigidezza del telaio di contrasto e del carico applicato staticamente o in modo dinamico, caratteristiche che sono proprie dei dispositivi tradizionali e che hanno lo scopo di ottenere un’elevata precisione delle misure durante le prove, il dispositivo di prova risulta in genere particolarmente ingombrante e rumoroso.

In particolare, nel caso di dispositivi idraulici, queste necessità possono rendere le pompe talmente ingombranti e rumorose da rendere necessaria la loro sistemazione in uno specifico locale.

Questo inconveniente è riscontrabile anche nei dispositivi di prova muniti di meccanismo di movimentazione elettrico, in tutti quei casi in cui si debba adottare motori elettrici ad elevate potenze.

Un secondo inconveniente risiede nel fatto che, a causa della sensoristica necessaria e della complessa componentistica (basti pensare ai diversi dispositivi di afferraggio che corrispondono ai diversi tipi di provini), i dispositivi noti presentano costi particolarmente elevati, anche di manutenzione. Per tale motivo, i laboratori, sia privati che pubblici, dotati di tali dispositivi sono in numero necessariamente ridotto.

Un terzo inconveniente è identificabile nel fatto che, a causa degli ingombri e dei pesi elevati, i noti dispositivi di prova sono pressoché impossibili da trasportare. Pertanto, utilizzando detti dispositivi, è di fatto impossibile eseguire le prove direttamente sul luogo di costruzione dell’edificio e si è costretti a trasportare i provini fino al laboratorio più vicino ogni qualvolta si renda necessario eseguire una prova.

Questo fatto non presenta particolari ostacoli quando la costruzione avviene in un paese tecnologicamente avanzato come, ad esempio, l’Italia ma può comportare un notevole dispendio di tempo e difficoltà talvolta insuperabili nel caso in cui il sito di costruzione si trovi invece in regioni caratterizzate da disastri naturali, guerre o da condizioni di particolare povertà e arretratezza tecnica.

I suddetti inconvenienti sono, inoltre, amplificati dal fatto che, a causa dell’intensità delle forze esercitate sui provini durante le prove condotte in accordo agli standard previsti dalle normative e dai regolamenti vigenti, i dispositivi noti sono sottoposti a sollecitazioni elevate che, quindi, impongono sia un sovradimensionamento dei vari componenti strutturali sia una maggiore usura del meccanismo di movimentazione, degli afferraggi e di tutti gli altri componenti meccanici.

In questa situazione il compito tecnico alla base della presente invenzione è ideare un dispositivo di prova per materiali da costruzione in grado di ovviare sostanzialmente agli inconvenienti sopra ricordati.

Nell'ambito di detto compito tecnico, un importante scopo dell'invenzione è quello di realizzare un dispositivo di prova di agevole trasporto, avente un ingombro e un peso ridotti.

Un altro importante scopo dell'invenzione è di ideare un dispositivo di prova caratterizzato da ridotti costi di produzione e manutenzione oltre che da elevata semplicità d’uso e da una sufficientemente alta affidabilità.

Il compito tecnico e gli scopi specificati sono raggiunti da un dispositivo di prova per materiali come rivendicato nella annessa Rivendicazione 1.

Esecuzioni preferite sono evidenziate nelle sottorivendicazioni.

Le caratteristiche ed i vantaggi dell'invenzione sono di seguito chiariti dalla descrizione dettagliata di un’esecuzione preferita dell’invenzione mostrata negli schemi grafici uniti alla presente. In particolare:

la Fig. 1 mostra un dispositivo di prova secondo l'invenzione;

la Fig. 2 presenta un utilizzo del dispositivo di prova;

la Fig. 3 illustra un altro possibile utilizzo del dispositivo di prova secondo l’invenzione.

Con riferimento alle Figure citate, il dispositivo di prova secondo l'invenzione è globalmente indicato con il numero 1.

Esso è atto ad essere utilizzato per la caratterizzazione meccanica di materiali da costruzione come malta, calcestruzzo e laterizio, oltre che di barre d’acciaio per c.a. In particolare, il dispositivo 1 è atto ad essere utilizzato per l’esecuzione di prove di compressione e di flessione su un provino 1 a di malta (Fig. 1), calcestruzzo o laterizio, oltre che di piegamento su un provino di barra d’acciaio. Il dispositivo di prova 1 comprende una base di sostegno 20, almeno un corpo di battuta 30 vincolato alla base di sostegno 20 e definente una battuta 30a per il provino; un apparato di carico 40 atto ad esercitare una forza di prova contro il provino 1a definendo un asse di spinta 40a; e mezzi di misurazione 50 atti a misurare la forza di prova agente sul provino 1a.

La base di sostegno 20 presenta una forma sostanzialmente prismatica definente una superficie di appoggio 20a che, preferibilmente, è orientata pressoché ortogonalmente all’asse 40a alla quale è vincolato l’apparato di carico 40.

La base di sostegno 20 è realizzata in acciaio e comprende un profilato 21 preferibilmente cavo, avente sezione rettangolare e definente il profilo esterno della base 20 e, quindi, anche detta superficie di appoggio 20a; ed una o più lastre di rinforzo 22 opportunamente inserite all’interno del profilato 21 così da incrementare la rigidezza dello stesso profilato 21 e della base di sostegno 20. Il profilato 21 presenta un’estensione ed un’area della sezione sostanzialmente inferiori, rispettivamente, a 50 cm ed a 200 cm<2>e, in particolare, pressoché inferiori a 30 cm ed a 100 cm<2>.

Vincolato alla base 20, il dispositivo di prova 1 presenta l’apparato di carico 40 ed almeno due corpi di battuta 30 disposti in modo sostanzialmente simmetrico rispetto all’apparato di carico 40.

Ogni corpo di battuta 30 comprende almeno una staffa 31 atta definire la battuta 30a; ed almeno un braccio 32 atto a connettere strutturalmente la staffa 31 alla base di sostegno 20 ed avente un’estensione tale da racchiudere l’apparato di carico 40 tra la superficie di appoggio 20a e la battuta 30a. In particolare, detta estensione del braccio 32 è, opportunamente, sostanzialmente inferiore a 100 cm e, in dettaglio, sostanzialmente inferiore a 70 cm.

Preferibilmente, ciascun corpo di battuta 30 presenta una staffa 31 e due bracci 32, ciascuno dei quali collegato alla staffa 31.

Vantaggiosamente, al fine di regolare la distanza tra la battuta 30a e la superficie di appoggio 20a e, contemporaneamente, mantenere la battuta 30a sostanzialmente perpendicolare all’asse 40a, i bracci 32 sono incernierati alla base 20 ed alla staffa 31 rispettivamente tramite primi perni 33 e secondi perni 34 definenti assi di rotazione sostanzialmente paralleli tra loro e, in particolare, sostanzialmente paralleli alla superficie di appoggio 20a e perpendicolari all’asse 40a.

I perni 34 possono anche costituire la parte inferiore delle staffe 31 ed essere solidali e in un sol pezzo con la stessa.

La staffa 31 comprende una piastra incernierata al braccio 32 in corrispondenza di un proprio bordo così da premettere un’aggiuntiva regolazione della distanza tra la battuta 30a e la superficie di appoggio 20a. Al fine di dare una maggiore stabilità ai corpi di battuta 30, il dispositivo 1 comprende almeno un rinforzo 60 atto ad irrigidire strutturalmente i corpi di battuta 30. Preferibilmente, il dispositivo presenta due rinforzi 60 posti da parti opposte rispetto alla base di sostegno 20 così da racchiudere, tra di essi, i corpi 30.

Ciascun rinforzo 60 comprende, un primo elemento a trave 61 solidale alla base 20 e definente una direzione di sviluppo sostanzialmente parallela all’asse di spinta 40a, ed un secondo elemento a trave 62 trasversale e, preferibilmente, sostanzialmente perpendicolare al primo elemento 61.

Il secondo elemento a trave 62 è atto ad essere vincolato ad uno dei bracci 32 di ogni corpo 30 in corrispondenza dei secondi perni 34 e, pertanto, presenta una pluralità di fori di impegno 62a in cui inserire detti perni 33 indipendentemente dall’inclinazione dei bracci 32 rispetto alla superficie 20a. I rinforzi 60 comprendono infine un regolatore 63 atto a connettere gli elementi a trave 61 e 62 permettendo un loro scorrimento reciproco sostanzialmente lungo l’asse di spinta 40a.

Il regolatore 63 comprende un’asola 63a, ricavata sul primo elemento 61 e sviluppantesi sostanzialmente parallelamente all’asse di spinta 40a, ed un cursore, ad esempio un perno o un bullone, vincolato al secondo elemento a trave 62 ed atto a scorrere nell’asola 63a.

Disposto tra la battuta 30a e la superficie di appoggio 20a e, in particolare, tra i corpi di battuta 30, il dispositivo di prova 1 presenta l’apparato di carico 40. L’apparato di carico 40 è identificabile in un martinetto e, preferibilmente, un martinetto idraulico atto a sfruttare la pressione di un fluido per estendersi, andare a contatto con il provino e, quindi, esercitare su di esso una forza di prova, come in seguito dettagliatamente descritto.

Esso, pertanto, comprende almeno un cilindro 41 definente una camera in pressione per un fluido, ad esempio olio o aria; un pistone 42 atto ad essere movimentato lungo l’asse di spinta 40a; una testata di spinta 43 atta ad essere vincolata alla testa del pistone 42 così da andare a battuta con il provino 1a e scaricare su di esso la forza di spinta; ed un organo di comando 44 atto a permettere ad un operatore di variare la pressione all’interno del cilindro 41 e, quindi, di movimentare il pistone 42 lungo l’asse 40a.

In particolare, l’organo di comando 44 è ad azionamento manuale e, ad esempio, comprende una testa di spinta atta a comprimere il fluido nel cilindro 41 movimentando così il pistone 42, ed un’impugnatura definente, opportunamente, una leva vantaggiosa di primo o secondo genere attraverso cui l’operatore comanda la testa di spinta

La testata di spinta 43 comprende un attacco 43a atto ad essere vincolato al pistone 42 e, in alcuni casi, uno o più coltelli 43b opportunamente protrudenti dall’attacco 43a così da definire una limitata zona di contatto con il provino ed aventi asse baricentrico di estensione sostanzialmente perpendicolare all’asse di spinta 40a.

In particolare, come mostrato in Fig. 2, la testata di spinta 43 comprende un coltello 43b definente un asse baricentrico di estensione sostanzialmente perpendicolare ed incidente l’asse di spinta 40a. In alternativa, come illustrato in Fig. 3, la testata di spinta 43 comprende due coltelli 43b definenti assi baricentrici di estensione sostanzialmente simmetrici rispetto all’asse di spinta 40a e giacenti su un piano sostanzialmente perpendicolare a detto asse 40a. In dettaglio, in questo caso, i coltelli 43b presentano una distanza reciproca sostanzialmente pari a 10 cm.

Associati all’apparato di carico 40, il dispositivo di prova 1 presenta i mezzi di misurazione 50 atti a misurare la forza di prova agente sul provino 1a e, in alcuni casi, la deformazione da esso subita.

I mezzi di misurazione 50 comprendono almeno un manometro 51 atto a misurare detta pressione nel cilindro 52; un condotto 52 atto a permettere il passaggio di fluido tra il cilindro 41 ed il manometro 51; un attacco atto a permettere di vincolare il manometro 51 al condotto 52.

Opportunamente, i mezzi di misurazione presentano almeno due manometri 51, almeno uno ad alta pressione, ideale per le prove di compressione, atto a misurare una pressione massima di 400 bar, ed almeno uno a bassa pressione, ideale per le prove di piegamento e flessone, atto a misurare una pressione massima di 25 bar.

L’attacco è preferibilmente un attacco rapido atto a permettere di vincolare rapidamente uno dei manometri 51 al condotto 52 e/o una valvola a tre vie atta a connettere selettivamente uno dei manometri 51 al cilindro 41.

Il funzionamento di un dispositivo di prova per materiali da costruzione, sopra descritto in senso strutturale, è illustrato di seguito.

Per prima cosa, l'operatore, in base alle dimensioni del provino ed al tipo di prova da effettuare, connette uno dei manometri 51 al cilindro 41 e vincola una delle testate di spinta 43 al pistone 42. A questo punto, l’operatore ruota i bracci 32 in modo da regolare la distanza tra le battute 30a e la distanza tra battute 30a e superficie di appoggio 20a.

Raggiunta la posizione desiderata, l’operatore vincola il dispositivo 1 in tale configurazione inserendo i secondi perni 34 nei fori di impegno 62a così da vincolare le staffe 31 ed i bracci 32 al secondo elemento a trave 62 e, infine, serrando il cursore all’asola 63a, così da impedire ogni scorrimento reciproco e, quindi, stabilizzando la configurazione assunta dal dispositivo di prova 1.

In dettaglio, nel caso di prova di flessione o di piegamento (Fig. 2), l’operatore vincola al pistone 42 la testata 43 munita di un coltello 43b e divarica le battute 30a ponendole, ad esempio, ad una distanza di circa 10 ÷ 20 cm. In alternativa, nel caso di prova di flessione (Fig. 3), l’operatore vincola al pistone 42 una testata di spinta 43 munita di due coltelli 43b e pone le battute 30a ad una distanza maggiore della precedente, ad esempio di circa 30 cm. Infine, nel caso di prova di compressione, l’operatore avvicina opportunamente le battute 30a tra loro e adotta una testata di spinta 43 priva di coltelli 43b, ossia definente una superficie di spinta sostanzialmente piana.

Una volta che assunta la configurazione desiderata, l’operatore dispone il provino 1a tra la battuta 30a e la testata di spinta 43 ed aziona, attraverso l’organo 44, il pistone 42 che comincia ad esercitare una forza di spinta sul provino.

Una volta raggiunta la condizione desiderata, ad esempio la rottura del provino 1 a, l’operatore legge sul manometro 51 la pressione del fluido presente nel cilindro 41 e, quindi, agente sul pistone 42 e, in base ad essa, ricava la forza agente sul provino concludendo la prova.

L'invenzione consente importanti vantaggi.

Un primo importante vantaggio è dato dal fatto che, grazie alla particolare disposizione del corpo di battuta 30 e dell’apparato di carico 40, il dispositivo 1 risulta soggetto a sforzi di trazione. L’assenza di compressioni rappresenta un vantaggio nel senso che la loro eventuale presenza potrebbe comportare lo sbandamento laterale degli elementi sottili per carico critico e, dunque, l’insorgenza di sollecitazioni parassite di flessione che danneggerebbero il dispositivo stesso.

Un secondo vantaggio è identificabile nel fatto che, grazie alla suddetta vantaggiosa condizione di carico, il dispositivo 1 necessita di componenti caratterizzati da una minore resistenza meccanica e permette, quindi, un ridotto dimensionamento rispetto ai componenti presenti nei dispositivi noti. Un altro importante vantaggio, di conseguenza, è rappresentato dalla riduzione dell'ingombro e del peso del dispositivo che, quindi, risulta pratico ed agevole da trasportare. La buona portabilità del dispositivo permette, ad esempio, di eseguire le prove direttamente in cantiere, evitando di dover trasportare i campioni in un laboratorio appositamente attrezzato.

In altri termini, il dispositivo di prova 1 identifica un dispositivo portatile, di ridotte dimensioni, in grado di effettuare varie tipologie di prove e, quindi, di consentire una completa caratterizzazione di malte, calcestruzzi, laterizi, barre d’acciaio da c.a. ed altri materiali da costruzione.

A questo proposito, un ulteriore vantaggio è rappresentato dal particolare apparato di carico 40 che, al contrario di quelli adottati nei dispositivi di prova noti, presenta dimensioni ridotte.

Un importante vantaggio è rappresentato dalla presenza di due manometri, che permettono di avere misurazioni precise per un ampio intervallo di valori della forza applicata al provino 1 a, indipendentemente dal tipo di prova.

Un altro importante vantaggio è rappresentato dal fatto che, rispetto ai dispositivi esistenti, il dispositivo di prova 1 è di semplice costruzione e, soprattutto, privo di costosi sensori e afferraggi.

Dal punto di vista operativo, questo aspetto si traduce nel vantaggio di una maggiore facilità di posizionamento del provino 1a e di una più agevole preparazione della macchina, rispetto a quelle tradizionali.

L’esecuzione di una o più prove di compressione, di flessione e/o di piegamento risulta quindi particolarmente rapida.

L'invenzione è suscettibile di varianti rientranti neN'ambito del concetto inventivo. Tutti gli elementi descritti e rivendicati sono sostituibili da elementi equivalenti ed i dettagli, i materiali, le forme e le dimensioni possono essere le più varie.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di prova (1) per materiali da costruzione atto a testare un provino (1a) e comprendente - una base di sostegno (20); - almeno un corpo di battuta (30) vincolato a detta base di sostegno (20) e definente una battuta (30a) per detto provino (1a); - caratterizzato dal fatto di comprendere - un apparato di carico (40) vincolato a detta base di sostegno (20) così da disporsi tra detta base di sostegno (20) e detta battuta (30a) ed atto ad esercitare, lungo un asse di spinta (40a), una forza di prova premente detto provino (1a) contro detta battuta (30a) caricando detto provino (1a).
2. 2. Dispositivo di prova (1) secondo la rivendicazione 1 , comprendente almeno due di detto corpo di battuta (30), disposti sostanzialmente simmetricamente rispetto a detto apparato di carico (40).
3. 3. Dispositivo di prova (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto corpo di battuta (30) comprende almeno una staffa (31) definente detta battuta (30a); ed almeno un braccio (32) atto a connettere strutturalmente detta staffa (31) a detta base di sostegno (20).
4. 4. Dispositivo di prova (1) secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detto braccio (32) è incernierato a detta base di sostegno (20) così da variare la distanza di detti corpi di battuta (30).
5. 5. Dispositivo di prova (1) secondo una o più delle rivendicazioni 3-4, in cui detto braccio (32) è incernierato a detta staffa così da disporre detta battuta (30a) sostanzialmente perpendicolare a detto asse di spinta (40a).
6. 6. Dispositivo di prova (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto apparato di carico (40) comprende almeno un cilindro (41) definente una camera in pressione per un fluido ed un pistone (42) atto ad essere movimentato lungo detto asse di spinta (40a) in funzione di detta pressione.
7. 7. Dispositivo di prova (1) secondo la rivendicazione precedente, comprendente mezzi di misurazione (50) atti a misurare la forza di prova agente sul provino in funzione di detta pressione in detto cilindro (41).
8. 8. Dispositivo di prova (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui detti mezzi di misurazione (50) comprendono almeno un manometro (51) atto ad essere connesso a detta camera in pressione.
9. 9. Dispositivo di prova (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui detto manometro (51) comprende almeno un manometro ad alta pressione.
10. 10. Dispositivo di prova (1) secondo una o più delle rivendicazioni 8-9, in cui detto manometro (51) comprende almeno un manometro a bassa pressione.