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canapa

La canapa può essere utilizzata per realizzare armature resistenti come l'acciaio

fibra di canapa

Questo nuovo tondo per cemento armato potrebbe consentire agli edifici di durare più a lungo e di inquinare meno

Quando un edificio condominiale di 12 piani è crollato improvvisamente lo scorso giugno a Surfside, in Florida, uno dei motivi era nascosto nel profondo della struttura. All'interno delle fondamenta, dei muri e dei pavimenti in cemento c'era un materiale da costruzione essenziale ma rischioso: il tondo per cemento armato. Dopo il crollo, gli investigatori hanno scoperto che questo materiale mostrava una corrosione significativa, sufficiente a causare il crollo dell'imponente edificio.

Le armature in acciaio, o tiranti, sono un componente chiave nella costruzione di edifici come questa torre condominiale e sono fondamentali per la loro integrità strutturale. Ma l'armatura in acciaio è anche suscettibile all'umidità che può penetrare nel calcestruzzo, causando una corrosione in gran parte invisibile che può causare il collasso delle strutture quasi senza preavviso.

canapa 1 tondo per cemento armato
[Immagine: Alex Tsamis/cortesia Rensselaer Polytechnic Institute]

Un team di ricercatori del Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) offre un'alternativa. Invece di usare l'acciaio per armare il cemento, hanno sviluppato un materiale di rinforzo composito fatto di fibre di canapa sorprendentemente resistenti. Il loro tondo per cemento armato a base di canapa utilizza le fibre resistenti dello stelo di canapa in combinazione con una resina o una bioplastica per formare barre che possono sostituire in sicurezza il tondo per cemento armato in acciaio nelle costruzioni in cemento.

L'entità del potenziale di questo materiale è notevole. Il tondo per cemento armato è ovunque, dai marciapiedi ai grattacieli. “Sono onnipresenti in tutte le strutture in cemento. Sono solo pieni di tondo per cemento armato”, afferma Dan Walczyk, professore di ingegneria meccanica presso RPI. "E sono milioni, se non miliardi, di dollari di materiali da costruzione ogni anno".

Eliminare l'acciaio nella costruzione in cemento potrebbe eliminare il rischio di corrosione che ha causato lo sgretolamento dell'appartamento in Florida. Con una minore corrosione, il calcestruzzo negli edifici e nei ponti potrebbe durare decenni in più. "Sostituendo il materiale utilizzato in un oggetto con una fibra composita anziché in acciaio, è possibile ridurre significativamente l'impronta di carbonio del settore edile, estendendo la vita delle strutture", afferma Tsamis.

tondo di canapa
[Immagine: Alex Tsamis/cortesia Rensselaer Polytechnic Institute]

Il tondo per cemento armato di canapa e le macchine per realizzarlo sono stati sviluppati da Tsamis e Walczyk, insieme allo studente di architettura Daniel Cohen e allo studente di ingegneria meccanica Sharmad Joshi. Tsamis paragona questa tecnologia alla stampa 3D, che richiede sia un filamento che una macchina per formarla. Il filamento di tondo per cemento armato di canapa è una combinazione di fibre di canapa che sono state estratte e avvolte in un materiale termoplastico che viene poi avvolto in una bobina simile a una corda. La macchina, che il team sta costruendo come proof of concept, è un dispositivo delle dimensioni di un'auto che aspira materiale arrotolato, lo riscalda e lo consolida in barre temprate. Il signor Tsamis spiega che la macchina è progettata per funzionare in loco durante i progetti di costruzione, rendendo possibile la produzione di armature di canapa secondo necessità. Uno stampo appositamente adattato può modellare l'armatura per soddisfare le esigenze del progetto di costruzione e persino piegarla in forme complesse che altrimenti verrebbero realizzate in loco dagli operai edili.

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Può sembrare stravagante, ma il materiale non è particolarmente complicato da realizzare, secondo Tsamis, che afferma che il progetto è iniziato durante la pandemia, quando i laboratori dell'università sono stati chiusi. "Le prime esperienze che abbiamo avuto con il consolidamento sono state nei forni da cucina", afferma Tsamis. “E le prime corde, le abbiamo fatte a mano. Chiedevo a mio figlio di tirare l'altro lato della corda che stavo facendo alla mia scrivania. Il gatto del mio studente ha masticato la corda mentre lui realizzava la sua versione. Gli inizi furono quindi piuttosto modesti in termini di tecnologia disponibile. »

Tuttavia, rimangono alcune sfide. Secondo Walczyk, gli Stati Uniti sono in ritardo rispetto ad altri paesi nella produzione di canapa industriale, che è stata legalizzata solo nel 2018. Anche le bioplastiche sono relativamente nuove. "C'è molta incertezza sulla provenienza di questi materiali", afferma Walczyk. “Se dovessimo sviluppare questa tecnologia nelle prossime due settimane, non abbiamo necessariamente la catena di approvvigionamento dei materiali per essa. »

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Ma una volta che il materiale sarà disponibile, Tsamis afferma che non sarebbe troppo complicato per il settore edile sostituire il suo tondo per cemento armato con la varietà a base di canapa. “Le persone sanno già come lavorare con questo materiale. Ci sono tutti i metodi di costruzione e tutto il know-how”, spiega il signor Tsamis.

ricercatori affermare Il tondo per cemento armato di canapa probabilmente non entrerà in un edificio per alcuni anni, ma sono già in trattative con diverse importanti società di costruzioni su come incorporare il materiale in nuovi progetti. I finanziamenti statali o federali aiuterebbero ad accelerare lo sviluppo tecnologico, afferma Walczyk, e Tsamis afferma che la collaborazione con l'industria, come i produttori di corde, potrebbe aiutare a spostare la produzione.

Con il cambiamento climatico che spinge il settore edile ad affrontare la sua elevata impronta di carbonio, la riduzione dell'uso di materiali altamente inquinanti come l'acciaio diventerà sempre più importante. Secondo Tsamis, l'ampia applicabilità del tondo per cemento armato di canapa lo rende il tipo di materiale naturale che l'industria potrebbe adottare per ridurre il suo enorme impatto. "Richiederà un volume di produzione elevato e pensiamo che costringerà alcuni elementi della catena di approvvigionamento a prendere posto", spiega.


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