IT202100003179A1 - Struttura di protezione e rete metallica di protezione per tale struttura di protezione - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell?invenzione industriale dal titolo: ?Struttura di protezione e rete metallica di protezione per tale struttura di protezione?
Campo dell?invenzione
La presente invenzione riguarda il settore delle strutture di protezione da fenomeni di dissesto geologico quali caduta massi, distacco di neve o colate detritiche.
L?invenzione ? stata sviluppata con particolare riguardo alle strutture di protezione che comprendono almeno una rete metallica di protezione. Sfondo tecnologico
Nelle zone di montagna ? noto predisporre strutture per la protezione da fenomeni di dissesto geologico o idrogeologico nei quali si abbia un improvviso spostamento di materiali quali massi, pietre, detriti o neve da una zona a monte verso valle, dovuto a cause naturali ed imprevedibili come ad esempio frane, slavine oppure onde di colate di detriti. Tali strutture di protezione comprendono generalmente almeno una rete metallica che impedisce o rallenta lo spostamento del materiale da monte a valle.
La protezione dalla caduta massi o colate di detriti rappresenta un elemento chiave per la sicurezza e la resilienza di infrastrutture, edifici, beni e persone. Anche la frana pi? piccola o le colate detritiche possono produrre gravi danni ed interruzioni d?uso e di conseguenza perdite economiche di vasta portata. Lo stesso pu? dirsi per gli effetti dannosi e deleteri di slavine e valanghe che possono avere luogo nelle zone montane innevate.
Negli ultimi anni le pubbliche amministrazioni hanno manifestato una crescente attenzione verso il fenomeno di ?caduta massi?, caratterizzato dal distacco e successivo movimento verso valle di blocchi rocciosi delle dimensioni comprese fra 0.02 m3 e 5 m3 con velocit? che possono raggiungere e talora superare i 30 m/s, causando gravi danni alle strutture sottostanti. Tale fenomeno rappresenta inoltre un rilevante problema di sicurezza pubblica per tutte le strutture, costruzioni e vie di collegamento che si trovano nell?area d?interesse di zone soggette a tali eventi.
In passato, tra gli interventi di protezione passiva contro la caduta massi, si distinguevano maggiormente barriere rigide, costituite da pannelli metallici per esempio, strutture poco flessibili che intercettando e trattenendo le rocce, lasciavano il compito di dissipare l?energia di impatto ai materiali costituenti le strutture con elementi rigidi in acciaio.
Recentemente si ? sempre pi? diffuso l?uso di barriere pi? flessibili, realizzate in rete metallica ed eventualmente accoppiate a funi. Tali sistemi, opportunamente installati su versanti potenzialmente instabili, hanno la funzione di intercettare e bloccare la caduta di blocchi di roccia tramite una rete metallica, che permette di trasferire le forze di impatto alle strutture di fondazione attraverso un complesso sistema di cavi e altri elementi di collegamento. Tuttavia, tali strutture sono soggette manutenzione frequente e ad eventuale sostituzione di componenti deformati a seguito di caduta massi che genera un potenziale accumulo di deformazioni plastiche irreversibili in alcune parti delle strutture. In aggiunta, vale la pena osservare che allo stato attuale, la verifica di queste strutture ? affidata a prove di impatto in vera grandezza, necessarie a valutare la reale efficacia di ogni tipo di barriera. Tali test sono molto onerosi sia in termini di tempo, sia di denaro.
In certe situazioni di pericolo caduta massi, ? conveniente installare un rivestimento paramassi o una rete di stabilizzazione di superficie. Queste strutture di protezione comprendono reti che vengono fissate alle superfici delle scarpate rocciose in modo che i massi che si distaccano dalla parete abbiano la possibilit? di cadere fino al piede della scarpata rimanendo comunque sempre contenuti tra la roccia e la rete di rivestimento. Esempi di tali strutture di protezione sono descritti in WO 2005/038143 e WO 2011/030316 della richiedente.
In altre situazione di pericolo caduta massi, non ? conveniente installare un rivestimento paramassi o una rete di stabilizzazione di superficie, a causa di problemi tecnici, topografici, di accesso o economici. In questi casi, una soluzione efficace ? rappresentata dall?installazione di barriere paramassi lungo la scarpata rocciosa o alla base del pendio in funzione dello spazio disponibile. Queste barriere sono posizionate per intercettare e bloccare la caduta di rocce e massi, dissipando l?energia trasmessa durante l?impatto mediante deformazioni plastiche di alcuni componenti della struttura.
Le barriere paramassi sono sostanzialmente caratterizzate da una struttura di intercettazione (la rete) una struttura di supporto (montanti e funi di controvento) ed un sistema di frenatura costituito da elementi sacrificali, i cosiddetti freni o dissipatori, destinati ad allungarsi dissipando quindi gran parte dell?energia in ingresso. I sistemi a dissipazione di energia attualmente in uso sono tipicamente basati sulla plasticizzazione di metalli (alluminio, acciaio) ovvero sull?attrito fra superfici a contatto. E? evidente tuttavia che, dopo l?impatto con un masso avente un?energia confrontabile con quella di progetto, si registra una deformazione permanente della struttura che ne limita le prestazioni, poich? la struttura non pu? accettare ulteriori deformazioni in caso di impatti successivi finch? non si provvede alla sostituzione degli elementi deformati, ripristinando la configurazione geometrica iniziale pre impatto.
Le prestazioni delle barriere paramassi sono tipicamente espresse in termini di energia di intercettazione della barriera ed altezza di intercettazione, intesa come distanza minima tra la fune inferiore e superiore della barriera.
La norma ETAG 0271 individua due distinti livelli prestazionali per la certificazione delle barriere paramassi. Il primo livello, denominato MEL (Maximum Energy Level) prevede che la barriera sia in grado di intercettare e bloccare un grave impattante sulla barriera col suo massimo livello energetico (100%), presentando un?altezza residua > 50% rispetto a quella iniziale. Il secondo livello prestazionale, denominato SEL (Service Energy Level), prevede che la barriera sia in grado di intercettare e bloccare due gravi successivi (senza manutenzione alcuna) impattanti sulla barriera con una energia pari al 30% di MEL. L?altezza residua deve in tal caso risultare > 70% rispetto a quella iniziale.
A fronte di una riduzione significativa della altezza residua della barriera, a valle di un evento di una certa importanza, ? necessario procedere ad interventi di manutenzione straordinaria finalizzati alla sostituzione dei freni e di eventuali altri componenti danneggiati, ripristinando le configurazione geometriche iniziali della barriera. Tutto questo comporta costi di gestione elevati, tenuto conto anche che le barriere paramassi sono installate generalmente su pendii rocciosi, in luoghi spesso remoti, e difficilmente accessibili.
Un esempio di barriera paramassi ? descritto in EP 0940503 della medesima richiedente. Sono anche note le barriere di protezione da colate detritiche in matrice di fango e acqua o in matrice rocciosa a seguito di alluvioni, che possono essere installate su pendii, sia aperti che all?interno di valloni e impluvi, e che prevedono in funzione della morfologia l?impiego di montanti o meno. Un esempio di tali barriere ? descritto in WO 2014/141096 della medesima richiedente.
In questi tipi di strutture di protezione note uno dei maggiori inconvenienti ? dato dalla necessit? di sostituire in tutto o in parte la struttura di protezione dopo che la stessa ? stata interessata da un impatto di entit? significativa. La sostituzione pu? riguardare in tutto o in parte la rete metallica oppure i suoi ancoraggi o, nel caso delle barriere, le funi di controvento o di sostegno della rete oppure gli elementi di dissipazione. Queste operazioni di manutenzione sono costose e spesso molto difficoltose a causa della posizione delle strutture di protezione che molto spesso sono installate su scarpate scoscese, pendii impervi o zone isolate e di difficile accesso.
Nel settore ? quindi sentita la necessit? d soluzioni migliorative sul fronte delle prestazioni delle strutture di protezione, che riducano la necessit? e la frequenza di sostituire, riparare o fare manutenzione, e che ne consentano l?efficiente e prolungato impiego anche a seguito di uno o pi? interventi a protezione di un evento di impatto.
Sintesi dell?invenzione
Uno scopo dell?invenzione ? quello di fornire una struttura di protezione, e/o una rete metallica di protezione da utilizzare in una struttura di protezione quali ad esempio una barriera paramassi o di controllo delle colate detritiche, che risolvano gli inconvenienti della tecnica nota. Un altro scopo dell?invenzione ? quello di migliorare le prestazioni delle strutture di protezione, ad esempio delle barriere paramassi. Un altro scopo ? quello di fornire una struttura di protezione e/o una rete metallica di protezione che mantengano le proprie caratteristiche di resistenza anche a seguito di impatti significativi e ripetuti da parte di materiali quali rocce, detriti, neve e simili. Un altro scopo dell?invenzione ? quello di migliorare le prestazioni delle strutture di protezione, ad esempio delle barriere paramassi. Un altro scopo ? quello di fornire una struttura di protezione e/o una rete metallica di protezione che mantengano le proprie caratteristiche di resistenza anche a seguito di impatti significativi e ripetuti da parte di materiali quali rocce, detriti, neve e simili. Un altro scopo ? quello di fornire una rete di protezione e/o una rete metallica di protezione che siano economiche, durevoli nel tempo e che consentano di abbattere i costi di manutenzione.
All?interno degli scopi sopra indicati, un obiettivo specifico ? quello di fornire una struttura di protezione, per esempio una barriera paramassi, in cui sia garantito il ricentraggio della struttura al termine dell?urto o impatto e una volta rimosso il carico, a meno di plasticizzazioni concentrate nella rete. Un altro obiettivo specifico ? quello di evitare la sostituzione dei freni nelle barriere paramassi, ed il riposizionamento della struttura dopo urti ad elevato contenuto energetico, confrontabili con quello di progetto.
Questi ed altri scopi sono raggiunti da una struttura di protezione e da una rete di protezione aventi le caratteristiche indicate nelle rivendicazioni annesse.
L?invenzione si basa sul principio di convertire l?energia cinetica dei massi in energia di deformazione di alcuni componenti delle strutture di protezione ed in particolare delle reti di protezione e/o dei loro organi di sostegno, basati su materiali cosiddetti intelligenti (smart materials), come le leghe a memoria di forma. Tali materiali sono spesso indicati con l?acronimo di SMA (Shape Memory Alloys) e sono caratterizzati da allungamenti reversibili se le deformazioni avvengono all?interno del range di deformazione in campo elastico tipico di queste leghe metalliche (ad esempio circa 8-10% circa). Nell?impiego innovativo sviluppato dalla richiedente, tali materiali vengono utilizzati nelle strutture di protezione in modo da subire deformazioni elastiche dissipando energia e limitando la forza trasmessa agli ancoraggi. Quando il carico impattante viene rimosso gli elementi in lega tipo SMA riprendono la loro configurazione geometrica iniziale eliminando quindi almeno in parte la deformazione raggiunta. Questo approccio innovativo presenta dunque considerevoli vantaggi. In primo luogo, si garantisce il recupero della configurazione iniziale della struttura di protezione al termine dell?urto una volta rimosso il carico agente senza alcuna sostituzione di elementi dissipativi deformati.
Conseguentemente, questo comporta una riduzione dei costi di manutenzione in esercizio.
L?originalit? della presente invenzione ? testimoniata dall?assenza di studi e/o pubblicazioni riguardanti la possibilit? di sfruttare le propriet? dei materiali SMA per migliorare la tecnologia delle attuali strutture di protezione come le barriere paramassi e simili. L?invenzione si configura quindi come un?innovazione radicale rispetto allo stato dell?arte attuale in quanto introduce elementi fortemente innovativi in grado di risolvere le tipiche problematiche delle soluzioni standard esistenti, oltre che garantire i vantaggi tecnici ed economici precedentemente indicati.
Breve descrizione dei disegni
Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue di una forma preferita di attuazione, con riferimento al disegno annesso, dato a titolo di esempio non limitativo, in cui la figura 1 ? una vista in prospettiva di una struttura di protezione in forma di barriera paramassi, incorporante aspetti della presente invenzione.
Descrizione dettagliata
Con riferimento ora alla figura 1, una barriera di protezione 10 contro la caduta massi, anche detta barriera paramassi, comprende pannelli di rete 12, sostenuti da montanti 14 fissati al terreno. Una serie di funi 16a sostiene la rete 12 in sommit? in maniera continua, preferibilmente passando attraverso l?estremit? superiore dei montanti 14. Una o pi? funi 16b ? collegata in maniera longitudinalmente continua alla estremit? inferiore delle reti 12, preferibilmente passando attraverso la base dei montanti 14. Le funi 16a e 16b sono fissate ad ancoraggi 18 fissati a terra. I montanti 14 sono anch?essi preferibilmente collegati mediante funi 19 ad altri ancoraggi 18 a monte della barriera. Nella forma di attuazione raffigurata, la barriera di protezione 10 ? priva di di freni o dissipatori lungo le funi 16a, 16b e 19. I pannelli di rete 12 sono realizzati preferibilmente con una rete di protezione del tipo ad anelli o pannelli in fune e con l?eventuale aggiunta di una rete metallica a doppia torsione o a singola torsione.
Uno o pi? componenti della barriera di protezione 10, per esempio tutte o parte delle funi 16a, 16b o 19, sono realizzate con materiali che presentano un comportamento superelastico, la cui principale caratteristica risiede nella capacit? intrinseca di subire grandi deformazioni elastiche, dell?ordine del 8-10%, recuperando la configurazione iniziale senza apprezzabili deformazioni residue attraverso la rimozione dello stato di sollecitazione, cio? rimuovendo il masso che ha impattato l?opera. Pi? precisamente, ? possibile utilizzare una o pi? leghe metalliche con comportamento superelastico, ad esempio ma non limitativamente leghe metalliche di rame-zinco-alluminio Cu-Zn-Al, rame-alluminio-nichel Cu-Al-Ni, titanio-nichel Ti-Ni, come ad esempio la lega al 55.9% Ni e 44.1% Ti commercialmente nota come Nitinol, che presentano un buon comportamento superelastico, ossia capacit? di assorbire maggiore energia elastica di deformazione, ed una elevata isteresi, il che produce una migliore capacit? dissipativa. Queste leghe inoltre sono selezionate per la loro eccellente resistenza a fatica e alla corrosione, il che le rende particolarmente adatte ed efficaci per applicazioni a diretto contatto con l?ambiente esterno come per le strutture di protezione della presente invenzione.
I materiali con comportamento superelastico di cui sopra vengono formati in fili e cavi o funi, che sono intessuti, intrecciati o comunque accoppiati alle reti di protezione delle strutture di protezione. Ad esempio, ? possibile realizzare le funi 16a, 16b, 19 in tutto o in parte con funi o fili o elementi frenanti di un materiale SMA come il Nitinol o altri; in questo modo, dopo la rimozione del carico impattante l?allungamento elastico conseguente all?impatto del blocco viene recuperato e le funi ritornano nella configurazione iniziale prima dell?impatto, mostrata in Figura 1.
La barriera riprende quindi la configurazione geometrica iniziale, in particolare la altezza di intercettazione, senza alcuna sostituzione di componenti. Tutto ci? rappresenta una notevole riduzione dei costi di manutenzione garantendo il mantenimento del livello di sicurezza che la barriera ? in grado di offrire.
Questo ripristino delle condizioni iniziali pu? essere limitato alla energia che corrisponde al livello prestazionale denominato SEL (Service Energy Level) oppure arrivare al livello denominato MEL (Maximum Energy Level): il raggiungimento dei due limiti pu? essere raggiunto mediante il dimensionamento delle funi 16a e/o 16b e/o 19 realizzate con leghe SMA, oppure abbinando alla funi 16a e/o 16b e/o 19 in SMA anche elementi di dissipazione convenzionali.
In aggiunta o in alternativa alle funi di materiale SMA, ? possibile intrecciare nei pannelli di rete 12, anelli realizzati con fili in lega tipo SMA. Le strutture di protezione possono essere anche rinforzate con barre o altri elementi allungati, sovrapposti o intrecciati alle reti di protezione, di un materiale SMA.
Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall?ambito della presente invenzione.
Claims (8)
1. Struttura di protezione per opere civili comprendente almeno una rete di protezione metallica, comprendente una pluralit? di elementi resistenti allungati in forma di filo, fune o cavo, in cui almeno una parte di detta pluralit? di elementi resistenti allungati ? realizzata con un materiale con comportamento superelastico.
2. Struttura di protezione secondo la rivendicazione 1, in cui gli elementi resistenti allungati con comportamento superelastico sono fili della rete di protezione metallica.
3. Struttura di protezione secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui gli elementi resistenti allungati con comportamento superelastico formano anelli, intrecciati a formare un pannello di rete ad anelli.
4. Struttura di protezione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, in cui gli elementi resistenti allungati con comportamento superelastico sono funi disposte intrecciate o intessute alla rete di protezione metallica.
5. Struttura di protezione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 4, in cui gli elementi resistenti allungati con comportamento superelastico sono tratti di cavi o funi di ancoraggio della struttura di protezione al suolo.
6. Struttura di protezione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale con comportamento superelastico ? selezionato nel gruppo comprendente leghe metalliche di rame-zincoalluminio (Cu-Zn-Al), rame-alluminio-nichel (Cu-Al-Ni) e titanio-nichel (Ti-Ni).
7. Struttura di protezione secondo la rivendicazione 6, in cui il materiale con comportamento superelastico ? una lega al 55.9% Ni e 44.1% Ti.
8. Rete metallica comprendente una pluralit? di elementi resistenti allungati in forma di filo, fune o cavo, fra loro intrecciati, in cui almeno una parte di detta pluralit? di elementi resistenti allungati ? realizzata con un materiale con comportamento superelastico.
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