Scoperta nuova lega metallica superelastica: migliorerà la sicurezza antisismica

Le leghe che mantengono inalterate le loro caratteristiche di elasticità e resistenza, tornando alla loro forma originaria, sia quando sono deformate dal calore (elasticità termica), sia quando sono meccanicamente deformate (elasticità meccanica), sono leghe molto particolari che prendono il nome di leghe superelastiche. La più nota di queste leghe è quella a base di nickel-titanio, che è stata sviluppata anche in Italia, dall’ENEA, per dispositivi antisismici (dispositivi SMAD: Shape Memory Alloy Device), finalizzati alla protezione di edifici monumentali, del patrimonio storico ed artistico e delle opere d’arte.
In un articolo pubblicato nell’ultimo numero di “Science” (v. 333, n. 6038, pp. 68-71, doi: 101126), alcuni ricercatori giapponesi del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Tohoku, hanno annunciato la scoperta di una nuova lega metallica superelastica, che è stata studiata anche per le applicazioni di sicurezza sismica. Si tratta di una lega a base di ferro, quindi di un materiale resistente ma, diversamente da quelle finora disponibili, poco costoso.
I composti di questa lega sono costituiti, oltre che dal ferro, anche da alluminio, manganese e piccole quantità di nickel. Il dosaggio opportuno e la cristallizzazione dei vari elementi metallici hanno portato, dopo vari esperimenti, alla creazione di un nuovo materiale policristallino: la nuova lega, che è capace di recuperare la sua forma originale, se sottoposta a stress termici in un intervallo di temperature molto ampio, compreso tra -196 °C e +240 °C. Ma, ancora più sorprendente è che tale lega, anche a temperatura ambiente, è in grado di recuperare la sua forma originaria, dopo aver subito forti deformazioni meccaniche, pari a circa il 13% del suo volume, un’elasticità paragonabile a quella della gomma. Inoltre, poiché i metalli utilizzati sono facilmente reperibili, l’economicità di produzione la rende molto competitiva per poterla produrre a basso costo e a grande scala industriale.  Gli altri materiali superelastici ora esistenti, infatti, oltre ad essere più costosi, possono sopportare deformazioni meccaniche inferiori al 13%, e possono mantenere la loro elasticità termica solo in un intervallo di temperature attorno ai 100 °C e cioè tra -20 °C e +80 °C.
Le eccezionali caratteristiche della nuova lega, assieme al suo costo contenuto, aprono, ora, prospettive molto interessanti, non solo per applicazioni in condizioni estreme di temperatura (come per esempio nelle attività polari o nelle missioni spaziali o per la protezione sismica di ponti e viadotti in aree molto calde o molto fredde), ma anche per applicazioni in condizioni estreme di deformazione meccanica, com’è appunto il caso stress meccanici indotti da forti terremoti su edifici, grandi infrastrutture, insediamenti e manufatti industriali.
“Questa scoperta rappresenta un avanzamento nella sicurezza antisismica, che estende di molto l’utilizzabilità degli attuali dispositivi SMAD alle strutture diverse da quelle riferite al patrimonio culturale”, ha commentato Alessandro Martelli, direttore del Centro ENEA di Bologna ed esperto di ingegneria sismica. “Con questo nuovo materiale si possono migliorare, in particolare, i sistemi di isolamento sismico e di assorbimento energetico non solo di edifici e infrastrutture civili, ma principalmente di impianti industriali, chimici e petrolchimici a rischio di incidente rilevante, che sono ubicati su aree sismiche e per i quali è richiesta una notevole capacità di dissipazione dell’energia sismica e di ritorno alle condizioni iniziali”.
E questo – ha detto Alessandro Martelli – non è un problema solo giapponese, dove è elevata la sensibilità per la prevenzione antisismica, ma anche italiano, dove il rischio sismico non è un edificio che poggia su isolatori sismici sviluppati da ENEA.
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