Modelo integrado para la evaluación de la compactación en las propiedades térmicas de hormigones porosos. Modello integrato per la valutazione delle proprietà termiche del calcestruzzo poroso in funzione del grado di compattazione

In a city, mostly surfaces exposed to solar incidence are urban pavements and the facades and roofs of buildings. These elements, after receiving the above said radiation, generate heat, which increases the environmental temperature, giving rise to a phenomenon known as heat island. Because of the increased heat production, the comfortableness for the citizens’ decrease and increases the energy costs associated with cooling of buildings. Clearly, this problem occurs because of the material properties of the coatings used. In a modern city, the materials mostly present are asphalt and concrete. Therefore, one way of mitigating the formation of heat islands is to implement materials having a higher thermal inertia and not producing such significant increases in environment temperature. An example of material that fulfil these requirements without compromising costs is the pervious concrete. The present study aims to extend the existing knowledge in the literature about the pervious concrete regarding its thermal properties and how these are affected by variations in the composition of the mixtures and the compaction process used to produce the material. For this material, we have developed an integrated model divided into two modules. The first module simulates the compaction process and the formation of the internal structure of the material. The second one focuses on the evaluation of the thermal properties of the matrix after the compaction obtained from the first module. Since other authors have already studied the basic phenomena involved in the properties of pervious concrete, the analyses of this study are done from a numerical point of view. The realized study shows that through the application of the model, the thermal behavior of the material can be predicted. With that in mind, it has been performed a parametric study to evaluate the influence of the composition, the fineness and the degree of compaction in the thermal properties. Additionally, the study has investigated the relationship between the heat flow direction and the direction of compaction. On this basis, through linear regression were obtained simplified equations for predicting the behavior of the material. These equations can serve as tools easy to apply for mix design and the processes required to obtain a pervious concrete with desired thermal properties.

In una città moderna, le superfici maggiormente esposte ai raggi solari sono le pavimentazioni del tessuto urbano, le facciate e i tetti degli edifici. Questi elementi, al ricevere la radiazione solare, si riscaldano generando un aumento della temperatura ambiente dando così luogo a un fenomeno conosciuto con il nome isola di calore. A causa dell’aumento della temperatura ambiente, si osserva la riduzione del benessere dei cittadini e un aumento dell’uso di energia per la refrigerazione degli edifici. È evidente che la causa di questa problematica è da ricercarsi nelle proprietà dei materiali utilizzati per i diversi rivestimenti. In una città moderna, i materiali maggiormente impiegati sono l’asfalto e il calcestruzzo. Una delle possibili soluzioni per evitare la formazione delle isole di calore, è per tanto impiegare materiali che presentino una maggior inerzia termica e che non producano aumenti significativi della temperatura ambiente. Un esempio di materiale che permette di soddisfare tutti questi requisiti senza rappresentare costi economici maggiori è il calcestruzzo poroso. Il presente studio ha l’obiettivo di ampliare gli studi esistenti in letteratura circa il calcestruzzo poroso rispetto alle sue proprietà termiche e come queste si vedono influenzate dalle variazioni nella composizione dell’impasto e dal processo di compattazione utilizzato per confezionare questo materiale. Con questo scopo, si è sviluppato un modello integrato diviso in due moduli. Il primo simula il processo di compattazione e di formazione della struttura interna del materiale. Il secondo modulo, si focalizza nel calcolo delle proprietà termiche della matrice ottenuta dopo la compattazione effettuata nel primo modulo. Visto che i fenomeni basici che intervengono nelle diverse proprietà del calcestruzzo poroso sono già stati studiati precedentemente da altri autori, questa analisi è stata realizzata dal punto di vista numerico, visto. Lo studio realizzato dimostra che attraverso l’applicazione del modello sviluppato, è possibile prevedere il comportamento termico del materiale. È stato quindi possibile effettuare uno studio parametrico in modo da valutare l’influenza della composizione, della granulometria e del grado di compattazione nelle proprietà termiche del materiale. Inoltre si ha studiato la relazione tra la direzione del flusso di calore e il verso della compattazione. Basandosi su queste considerazioni, si sono ottenute, per regressione lineare, equazioni semplificate capaci di prevedere il comportamento del materiale. Queste equazioni possono essere uno strumento di facile applicazione per la determinazione del mix design ottimale e dei processi necessari per ottenere un calcestruzzo poroso con le proprietà termiche desiderate.