On structural applications of reinforced EPS assemblages

Expanded polystyrene is a chemical material largely used in construction industries. It is an inert material and its fundamental purposes, until now, are isolation and landfill. The key concept of this dissertation is to study mechanical properties of EPS stand-alone and its interaction with exterior fibre-cementitious reinforcements in order to obtain an adequate sandwich section, which is able to carry typical roof-elements loads maintaining an ultra-light-weight. Furthermore in EPS fabrication the use of CNC hot wire foam cutter (Computer Numerical Controlled machine with tensioned hot wire cutter) rapid prototyping and assembly saw allows creation of freeform structures that arise from a totally-digital design of elements, making usual shape-restriction limitless. For what concerns external reinforcements, these are additional tension-layers made of Dryvit, a fibre-cementitious material mainly used in coating wall elements, which carry most of the acting loads. Material tests have been carried on at National University of Singapore (NUS) which gave a first characterization of the material. All this information has been then applied to the study of the static behaviour of the “Cloud Arch” project, a long span roof element with a particular free-form shape. The results of the fem model have been then compared to those coming from some experimental tests carried on a specimen of the “Cloud Arch” from NUS.

Il polistirolo, o polistirene espanso, è un materiale di natura chimica, utilizzato ampiamente nell’ambito delle costruzioni. É un materiale inerte e il suo scopo principale di utilizzo è come isolante e materiale di riempimento. Nella produzione di elementi in EPS, la tecnologia hot-wire cut (taglio a filo caldo) permette di creare prototipi e elementi della forma più svariata, che nascono da una progettazione affidata totalmente a strumenti digitali, evitando quindi i vincoli geometrici relativi a materiali più classici. L’obiettivo preposto per questo lavoro di tesi è lo studio delle proprietà meccaniche dell’EPS come materiale omogeneo e l’interazione con dei rinforzi esterni in materiale fibro-rinforzato, utilizzato per ottenere delle sezioni di tipo sandwich con un comportamento adeguato a resistere ai carichi esterni della tipologia e del valore di quelli agenti su strutture di copertura, mantenendo però un peso proprio ridotto. Per quanto riguarda i rinforzi esterni, questi sono degli strati aggiuntivi, utilizzati con lo scopo di offrire resistenza di tipo prevalentemente assiale, formati da Dryvit, un materiale fibro-rinforzato utilizzato principalmente come rifinitura degli elementi al rustico. Specifici test su questo materiale sono stati fatti presso i laboratori della National University of Singapore che hanno quindi definito, in prima battuta, le caratteristiche meccaniche del materiale. Queste informazioni sono state poi applicate allo studio del comportamento statico del “Cloud Arch”, un elemento di copertura caratterizzato da una luce elevata (10 m) e con una geometria del tutto particolare, caratterizzata da doppia curvatura. I risultati dell’analisi agli elementi finiti sono poi stati comparati con quelli sperimentali, derivanti anch’essi da sperimentazioni effettuate alla NUS.