Un tubo in PE riempito di cemento sarebbe un buon pilastro?

Un'idea che mi viene in mente, che non conosco abbastanza ingegneria strutturale / civile per sapere se è buona da un punto di vista tecnico.

Prendi un pezzo di tubazioni in polietilene (PE), riempilo di cemento, lascia che il cemento si leghi. La mia comprensione è che sotto compressione, un pilastro di cemento (o altro) 'vorrà' separarsi in un piano di 45 ° nella direzione della compressione (supponendo che non pieghiamo il pilastro). Questo è un movimento esteriore. Questa forza di taglio potrebbe essere contenuta dal tubo circostante, poiché il PE ha una buona tensione. Tutti i materiali per il tubo potrebbero funzionare allo stesso modo, dico PE perché è abbastanza resistente alla corrosione.

So che tutti stanno costruendo pilastri di cemento con un'armatura interna, non pretendo che la mia idea sia superiore. Non mi interessa capire perché tutti stanno costruendo i pilastri nel modo in cui tutti li stanno costruendo, voglio capire i difetti e i limiti della mia idea. Alcuni pensieri:

Penso che sia utile pensare come pressione nel tubo, poiché abbiamo quei dati facilmente disponibili - se usiamo PN10, possono essere necessari 10 bar, ecc., E non abbiamo bisogno di pensare allo spessore del tubo ed è resistenza allo snervamento. Ma come si tradurrebbe la forza di compressione in pressione sul tubo? Il calcestruzzo non è liquido, quindi la pressione sarà inferiore all'area del carico / tubo di compressione. Quanto? Penso che capire questo ci dirà quanto, o poco, il nostro pilastro porterà.

Un altro possibile problema è che il PE è abbastanza regolare. Il tubo non può prendere forze per attrito e nella mia mente ciò si traduce in punti carichi nei punti in cui il calcestruzzo si deforma maggiormente.

La tua idea potrebbe essere ok, ma a seconda della situazione ha un grosso difetto.

Fondamentalmente il tubo in PE sarebbe lì per contenere il calcestruzzo bagnato, mentre aspettiamo che il calcestruzzo indurisca (cioè che si fissi e rinforzi). Questa è la situazione in cui dobbiamo preoccuparci della pressione del calcestruzzo sul tubo. Una volta che il calcestruzzo è indurito, tuttavia, il calcestruzzo da solo è completamente in grado di supportare molta forza verticale. Progettiamo colonne in calcestruzzo basate sulla resistenza a compressione del calcestruzzo; non abbiamo bisogno di aggiungere nient'altro per fermare l'errore di taglio che descrivi. E è improbabile che la forza orizzontale sul tubo causata dalla forza verticale sul calcestruzzo sia un problema.

Quindi, perché inseriamo rinforzi all'interno di colonne di cemento? La risposta è che una colonna non prende solo carico verticale, ma normalmente richiede anche forze orizzontali e momenti flettenti. E queste forze creano tensione. Il calcestruzzo non è molto in tensione. Quindi aggiungiamo l'acciaio poiché l'acciaio è buono in tensione.

Possiamo usare il tubo in PE per prendere la tensione? Non ho esaminato questo in dettaglio. In teoria si. Ma avresti a) bisogno di PE abbastanza spesso eb) bisogno di un modo per trasferire lo stress tra PE e calcestruzzo. Come dici tu, PE è regolare, quindi senza l'attrito per trasferire lo stress probabilmente non incontreremo il punto b).

Quindi, in conclusione, il tuo tubo in PE funzionerebbe bene come qualcosa per costruire una colonna di cemento che prenderà solo carichi di compressione verticali. Ma come attualmente proposto, in realtà non aumenterà la capacità di carico della colonna.

Rispetto all'acciaio, il polietilene (PE) è un materiale debole. L'acciaio è un ordine di grandezza più forte del PE.

Questo sito dagli Stati Uniti fornisce una resistenza alla trazione per PE di 3800-4800 psi, che è 26-33 MPa e questo altro sito dal Sud Africa offre una resistenza alla trazione di 26 MPa ( è lo stesso come ). Considerando che questo sito elenca le resistenze a trazione di vari acciai utilizzati nella fabbricazione di tubi che vanno da 48-90 ksi o 311-620 MPa che sono significativamente più forti di PE.$N/{mm}^2$$MPa$

Prima di utilizzare il PE come stampo per un pilastro, è necessario determinare se il tubo in PE è abbastanza forte da sostenere il peso e la pressione risultante dal calcestruzzo bagnato subito dopo che il tubo è stato riempito senza che il tubo si deformi, di solito sporgendo in fondo. Una volta che il calcestruzzo è stato fissato, il tubo è superfluo. In alcune situazioni potrebbe essere dannoso poiché il tubo si allenta e consente all'umidità di accumularsi nella fessura tra il set di cemento e il tubo. Il PE è molto sensibile alla deformazione dovuta al calore.

L'altro problema con i tubi in PE è che la maggior parte non è così dritta come deve essere come stampo per importanti pilastri di cemento.

Per dare resistenza alla trazione di un pilastro di cemento, una gabbia in acciaio appositamente progettata viene inserita al centro dello stampo, per l'intera lunghezza del pilastro prima che lo stampo venga riempito di cemento.

Questo approccio è stato utilizzato in molti, molti studi scientifici ed è un'area attiva di ricerca nella comunità dell'ingegneria dei materiali, ma con un materiale diverso. La FRP ( fibra rinforzata in plastica ) viene utilizzata per avvolgere una colonna di cemento esistente (o utilizzando un tubo FRP riempito di cemento), con risultati molto buoni.

Fonti: 1 2 3 4