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Sismocell: sistema a fusibile dissipativo per le connessioni di strutture prefabbricate

Luglio 02, 2013 - 22:06 da Sismocell
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Il dispositivo antisismico SismoCell è una cella in acciaio e fibra di carbonio a plasticità controllata per la realizzazione di vincoli a fusibile dissipativi in corrispondenza delle connessioni, in particolare trave-pilastro, di edifici prefabbricati in cemento armato. Il dispositivo è brevettato e marcato CE in accordo con la normativa UNI EN 15129 “Antiseismic Devices”.


 

1.1 Ambito di applicazione

Le celle SismoCell possono essere utilizzate nell’ambito di interventi di miglioramento ed adeguamento sismico di edifici prefabbricati mono piano progettati e realizzati senza criteri antisismici, in particolare come soluzione al problema dell’intervento sul nodo trave-pilastro, nel caso di travi di copertura semplicemente appoggiate ai pilastri. La principale vulnerabilità sismica di questa tipologia costruttiva, largamente diffusa tra gli edifici industriali, è dovuta alla mancanza di vincoli di tipo meccanico nelle connessioni tra gli elementi strutturali. La presenza di appoggi a secco senza connettori rappresenta una carenza che può essere eliminata con l’utilizzo del dispositivo. L’intervento che prevede l’istallazione di SismoCell combina l’esigenza di una rapida messa in sicurezza delle attività produttive con quella di medio-lungo termine del miglioramento ed adeguamento sismico della struttura. 

 

 

1.2 Caratteristiche e requisiti

L’intervento che prevede l’utilizzo di SismoCell permette di evitare modifiche sostanziali dello schema statico originario della struttura. Risolve la carenza principale delle strutture prefabbricate, cioè la mancanza di collegamento meccanico tra gli elementi strutturali, affrontando il problema in maniera innovativa e molto più efficiente rispetto ai tradizionali metodi d’intervento. Evita la realizzazione di un nodo rigido che può comportare un considerevole incremento degli sforzi trasferiti al resto della struttura. L’impiego di tali celle garantisce un effetto di “fusibile dissipativo” tale per cui lo spostamento della trave rispetto al pilastro avviene in corrispondenza di un valore di forza controllato, consentendo di avere alla base dei pilastri sollecitazioni di entità ben definita ed inferiori rispetto a quelle che si avrebbero qualora il collegamento trave-pilastro fosse rigido. Il sistema non si limita a risolvere il problema della mancanza di collegamento meccanico, ma è stato progettato anche per un altro scopo, quello di assorbire energia. Svolge due funzioni:

  • Collegare gli elementi strutturali;
  • Dissipare energia.

 

1.3 Comportamento meccanico 

SismoCell è un dispositivo antisismico sviluppato con la collaborazione dell’Università di Bologna, con la quale sono state effettuate prove sperimentali, realizzate presso il laboratorio del CIRI – Edilizia e Costruzioni. Le prove sono state effettuate applicando velocità di carico diverse e considerando anche caricamenti ciclici. Il grafico forza-accorciamento risultante dalle prove di compressione mostra l’esistenza di ottime risorse plastiche e può essere schematizzato con un comportamento di tipo elasto-plastico equivalente in termini di energia assorbita. Dopo un primo ramo elastico inizia la deformazione plastica del dispositivo, durante la quale avviene la dissipazione dell’energia. Le oscillazioni della fase di plasticizzazione del grafico forza-accorciamento sono state approssimate con un ramo orizzontale corrispondente ad un valore di forza costante Feq, tale per cui l’energia assorbita sia la stessa del comportamento reale, fissato un valore di accorciamento massimo Smax. Il sistema garantisce in questo modo un effetto “fusibile” tale per cui lo spostamento relativo trave pilastro avviene in corrispondenza di un valore di forza controllato. Il dispositivo possiede un fine corsa, corrispondente al completo schiacciamento del dispositivo (Smax), al fine di evitare la perdita completa dell’appoggio.

 

1.4 Descrizione del sistema

Il dispositivo è stato progettato sfruttando le ottime proprietà in termini di assorbimento di energia date dalla combinazione metallo-fibra di carbonio in sezioni circolari, come dimostrano numerosi studi condotti da vari anni per il settore automobilistico. Durante la compressione della cella viene sfruttata la grande resistenza a trazione delle fibre di carbonio che rivestono la sezione circolare in acciaio.

La cella è dotata alle estremità di teste in acciaio con un foro centrale per consentire l’inserimento di una barra filettata che ha la funzione di guida e di sostegno per SismoCell e per gli elementi di collegamento a trave e pilastro. Il sistema prevede che, fino a un prefissato valore di spostamento (Smax), lo scorrimento della trave rispetto al pilastro determini, attraverso un elemento di collegamento solidale alla trave, la compressione di SismoCell contro le teste in acciaio, dissipando energia durante lo schiacciamento grazie alla plasticizzazione controllata del cilindro e consentendo di ridurre l’effetto della scossa sismica più rilevante. Per ogni nodo trave-pilastro deve essere prevista l’installazione di due celle, sostenute da un’unica barra filettata e separati dall’elemento di collegamento alla trave, in modo tale che l’azione sismica possa essere assorbita in entrambe le direzioni. 

 

 

1.6 Sintesi delle caratteristiche del dispositivo

  • Realizzazione di connessione non rigida mediante vincolo a fusibile dissipativo di tipo meccanico;
  • Presenza di un fine corsa per evitare perdita di appoggio;
  • Evitare modifica sostanziale schema statico originario;
  • Spostamento relativo trave -pilastro a forza controllata;
  • Forza di ancoraggio alla testa del pilastro e della trave ben definita; 
  • Sistemi di ancoraggio secondo metodologie convenzionali;
  • Modularità e possibilità di adattarsi a diversi sistemi di applicazione a seconda delle scelte del progettista;
  • Facilità di montaggio grazie alle dimensioni ridotte;
  • Durabilità nel tempo;
  • Costi d’intervento limitati.

 

***

 

Reglass società di Minerbio, in provincia di Bologna vanta 22 brevetti e investe l’8% del fatturato (20 milioni di euro) in ricerca e sviluppo. E’ la fibra di carbonio protagonista del successo di quest’azienda famigliare che da oltre 35 anni ne studia le applicazioni per realizzare sistemi complessi nei più diversi settori merceologici: da quello sportivo (nautica e pesca), all’automotive, all’industria aerospaziale ed in ultimo al settore edilizio con la recente invenzione del dispositivo antisismico Sismocell.

 

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