IT202100005078A1 - Metodo per l’inserimento di isolatori sismici in elementi strutturali di strutture preesistenti - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell?invenzione industriale dal titolo: ?Metodo per l?inserimento di isolatori sismici in elementi strutturali di strutture preesistenti?
DESCRIZIONE
Settore tecnico
La presente invenzione si colloca, in generale, nel settore delle strutture antisismiche; in particolare, l?invenzione si riferisce a un metodo per l?inserimento di isolatori sismici in elementi strutturali di strutture preesistenti.
Tecnica nota
L?isolamento alla base ? una tecnica consolidata per la protezione sismica delle costruzioni. E? utilizzata su larga scala, ad esempio in edifici, ponti, strutture di pregio storico?artistico, sia di nuova costruzione che esistenti.
La tecnica ? particolarmente efficace, poich?, riducendo le accelerazioni cui ? soggetta la struttura, la rende sia sicura nei confronti di terremoti intensi che immediatamente fruibile per terremoti pi? frequenti.
Sono presenti sul mercato isolatori di diverse tecnologie (ad esempio, elastomerici o a superficie curva, a scorrimento a superficie piana, a pendolo scorrevole ecc.). Gli isolatori elastomerici, ad esempio, sono composti tipicamente da una serie di piatti d?acciaio intervallati da strati di materiale elastomerico (gomma), solidarizzati per vulcanizzazione. Tali isolatori sismici sono atti a diminuire le accelerazioni cui ? soggetta la costruzione a mezzo di due fattori, ovvero l?incremento del periodo fondamentale di vibrazione, e l?incremento della dissipazione di energia (smorzamento).
La principale difficolt?, nell?installazione di tali dispositivi, ? rappresentata dalla necessit? di inserire gli isolatori all?interno di una struttura gi? realizzata e correntemente utilizzata.
Un metodo che prevede di praticare un foro rettangolare in un pilastro, delimitato da una coppia di pilastrini in mezzo ai quali viene posto l?isolatore, ? noto da JP 2003 064882 A. Una volta posizionato l?isolatore, i pilastrini vengono rimossi, e l?isolatore rimane l?unico collegamento tra le due porzioni residue del pilastro principale.
Tuttavia, l?asportazione di materiale dall?elemento strutturale genera un incremento delle tensioni interne nel materiale residuo, con il rischio di superare il valore limite. Ci? rende pi? delicata e complessa l?operazione di installazione dell?isolatore in una struttura preesistente.
Sintesi dell?invenzione
Uno scopo della presente invenzione ? permettere l?inserimento di isolatori negli elementi strutturali verticali delle costruzioni esistenti in maniera sicura, economica e che consenta il contemporaneo utilizzo della struttura stessa, trovando un efficace compromesso tra la facilit? di esecuzione tecnica dell?intervento e il suo costo comprensivo di quello, spesso maggioritario, dovuto all?eventuale mancato utilizzo della struttura).
Per ottenere tale risultato, uno o pi? elementi di rinforzo tubolari vengono applicati nell?elemento strutturale concentricamente rispetto al foro in cui va inserito l?isolatore. I rinforzi tubolari sono posti a contrasto contro le pareti dei rispettivi fori di alloggiamento (che possono essere il foro di inserimento dell?isolatore e/o uno o pi? fori ciechi, di diametro maggiore rispetto a tale foro principale e ad esso concentrici). In questo modo, l?azione di contrasto e di contenimento esercitata dal rinforzo tubolare limita l?incremento della tensione nell?elemento strutturale, dovuto al foro di alloggiamento dell?isolatore.
I suddetti ed altri scopi e vantaggi sono raggiunti, secondo un aspetto dell?invenzione, da un metodo per l?inserimento di isolatori sismici in elementi strutturali di strutture preesistenti avente le caratteristiche definite nella rivendicazione 1. Forme di attuazione preferenziali dell?invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti.
Breve descrizione dei disegni
Verranno ora descritte le caratteristiche funzionali e strutturali di alcune forme di realizzazione preferite di un metodo per l?inserimento di isolatori sismici secondo l?invenzione. Si fa riferimento ai disegni allegati, in cui:
- le figure 1 e 2 mostrano una pluralit? di viste schematiche di un elemento strutturale, un isolatore sismico e una serie di rinforzi tubolari, secondo alcune forme di attuazione dell?invenzione;
- la figura 3 mostra una pluralit? di viste schematiche prospettiche di un elemento strutturale fasciato mediante una rete di contenimento, secondo una forma di attuazione dell?invenzione;
- la figura 4 mostra una pluralit? di viste schematiche di un rinforzo tubolare, sotto forma di elemento di supporto di una punta per praticare il foro di alloggiamento dell?isolatore, con e senza corpi volventi sulla superficie esterna, secondo alcune forme di attuazione dell?invenzione;
- la figura 5 mostra una pluralit? di viste schematiche dell?elemento tubolare di supporto della punta in figura 4, secondo alcune forme di attuazione dell?invenzione;
- la figura 6 mostra una pluralit? di viste schematiche di una forma di attuazione dell?invenzione, che prevede di praticare uno o pi? fori ciechi per alloggiare l?elemento di rinforzo esterno al foro principale; e
- la figura 7 mostra una pluralit? di viste schematiche della tecnica secondo la figura 6, e di una forma di attuazione alternativa dell?invenzione.
Descrizione dettagliata
Prima di spiegare nel dettaglio una pluralit? di forme di realizzazione dell?invenzione, va chiarito che essa non ? limitata nella sua applicazione ai dettagli costruttivi e alla configurazione dei componenti presentati nella seguente descrizione o illustrati nei disegni. L?invenzione ? in grado di assumere altre forme di realizzazione e di essere attuata o realizzata praticamente in diversi modi. Si deve anche intendere che la fraseologia e la terminologia hanno scopo descrittivo e non vanno intese come limitative.
Facendo inizialmente riferimento alla figura 1, un metodo per l?inserimento di un isolatore sismico 9 in un elemento strutturale 10, comprende la fase di praticare almeno un foro principale 12, passante attraverso l?elemento strutturale 10. Il foro principale 12 ha una dimensione trasversale inferiore ad una dimensione trasversale dell?elemento strutturale 10; in questo modo, anche in presenza del foro principale 12, persiste una continuit? nel materiale tra le porzioni dell?elemento strutturale al di sopra e al di sotto del foro principale 12, in quanto quest?ultimo ha una dimensione inferiore alla larghezza di tale elemento strutturale 10.
Il foro principale 9 pu? essere realizzato in una molteplicit? di forme, ad esempio quadrata, rettangolare, circolare, ellittica etc. Convenientemente, il metodo pu? comprendere la fase di praticare due fori ausiliari 16, 18 in prossimit? del foro principale 12, posizionati uno al di sopra e uno al di sotto del foro principale, in modo che i centri dei tre fori 12, 16, 18 siano verticalmente allineati. I due fori ausiliari 16, 18 hanno convenientemente un diametro inferiore a quello del foro principale 12; in questo modo, si approssima un foro di sezione ellittica, che ? particolarmente efficace in queste applicazioni.
Il metodo comprende inoltre la fase di applicare a contrasto contro la parete interna del foro principale 12 e/o in una posizione esterna e concentrica rispetto al foro principale 12 almeno un rinforzo tubolare 14, atto a limitare l?incremento di tensione normale che si verifica nel materiale dell?elemento strutturale 10 quando viene praticato il foro principale 12.
Quindi, l?isolatore sismico 9 viene posizionato nel foro principale 12, e le porzioni dell?elemento strutturale 10 ai lati dell?isolatore sismico 9 vengono rimosse, in modo da creare una completa soluzione di continuit? in senso verticale nel materiale dell?elemento strutturale 10.
Opzionalmente, l?elemento strutturale 10 pu? essere forato mediante una punta rotante 14a collegata ad un supporto tubolare 14b, fino a realizzare il foro principale 12. Quando quest?ultimo viene completato, la punta 14a viene rimossa, e il supporto tubolare 14b viene lasciato nel foro principale 12, posto a contrasto contro la parete interna di tale foro 12, cos? da formare il rinforzo tubolare 14 contro la parete interna del foro principale 12. Queste fasi si possono ottenere, ad esempio, utilizzando una carotatrice con punta diamantata a tazza, avvitata ad un tubo a perdere (corrispondente al supporto tubolare 14b). Allorch? la carotatrice ha forato l?elemento strutturale per la sua intera profondit?, la punta viene svitata e il tubo a perdere ? lasciato in sede. Il tubo a perdere, sia durante la foratura, che successivamente, costituisce rinforzo dell?elemento strutturale dall?interno.
La superficie esterna del supporto tubolare 14b ? convenientemente liscia e/o trattata in modo da rendere minimo l?attrito con la superficie interna del foro principale 12, ad esempio con lubrificante, anche iniettato a pressione. In alternativa o in combinazione, la superficie esterna del supporto tubolare 14b potr? presentare anche dei corpi volventi, ad esempio nella forma di rulli inclinati e/o cuscinetti a sfera. I corpi volventi sono posti a diretto contatto con la superficie della superficie interna del foro principale 12, e non consentono il rilascio delle tensioni. In altre parole, a mano a mano che la punta 14a avanza nel foro 12, i corpi volventi, posti a diretto contatto con il foro 12, si caricano delle tensioni del materiale ormai interno alla carota. Il risultato ? che le tensioni dell?elemento strutturale forato mutano poco o nulla, rispetto alla situazione preforo.
I corpi volventi, esercitando opportunamente una pressione in direzione radiale contro la parete interna del foro principale 12, si caricano delle tensioni scaricate dal materiale asportato nella perforazione.
Secondo una forma di realizzazione, i cuscinetti a rullo possono avere l?asse inclinato di un certo angolo rispetto all?asse del supporto tubolare 14b. In questo modo si favorisce l?ingresso dei rulli stessi. Inoltre, i cuscinetti a rullo possono avere forma diversa da quella cilindrica a sezione circolare, ed essere associati a molle per favorire l?introduzione del supporto 14b nel foro 12.
Convenientemente, il supporto tubolare 14b ? suddiviso in almeno due porzioni semitubolari, opzionalmente tenute insieme mediante un accoppiamento maschio-femmina (come esemplificativamente illustrato in figura 4).
In presenza di supporti tubolari particolarmente lunghi, ad esempio per forare elementi strutturali 10 profondi, i due semitubi possono tendere ad allontanarsi. In questi casi, ? preferibile predisporre un supporto tubolare 14b le cui porzioni semitubolari sono trattenute insieme mediante fascette, opportunamente tesate. In corrispondenza di detta fascia, il supporto tubolare 14b potr? avere un foro rettangolare in modo tale che, alla fine della fase di foratura, la fascia di trattenimento potr? essere recisa passando attraverso il foro rettangolare.
Secondo una forma di attuazione, quando l?almeno un rinforzo tubolare 14 deve essere collocato in una posizione esterna e concentrica rispetto al foro principale 12, il metodo comprende la fase di praticare sull?elemento strutturale 10 un foro cieco (coassiale e di diametro maggiore rispetto al foro principale) o, preferibilmente, due fori ciechi e coassiali su lati opposti dell?elemento strutturale 10. Uno o due rinforzi tubolari 14 vengono quindi posti a contrasto contro le pareti interne dei rispettivi fori ciechi, e viene realizzato il foro principale 12 coassialmente al/i foro/i cieco/ciechi. Questa fase pu? essere eseguita ad esempio praticando il/i foro/i mediante una punta che viene lasciata all?interno del foro stesso, in modo da andare a formare il rinforzo tubolare. Oppure, si pu? introdurre all?interno del foro cieco un tubo (in acciaio o altro materiale), messo a contrasto con la parete interna del for cieco. Questo potr? ottenersi forzando meccanicamente il tubo all?interno del foro cieco e/o introducendolo nel foro cieco dopo averlo portato a bassa temperatura.
Inoltre, opzionalmente, le porzioni dell?elemento strutturale 10 al di sopra e al di sotto del foro principale 9 con un rinforzo di contenimento 20, ad esempio rete d?acciaio (come in figura 2). Il rinforzo ha due funzioni: confinamento del volume di calcestruzzo interno, e ripristino dell?area di armatura longitudinale presente nel calcestruzzo interno al confinamento.
Il vantaggio conseguito ? di rendere quanto pi? basso possibile lo stato tensionale in un elemento strutturale, appartenente ad una struttura esistente, dopo l?operazione di foratura e prima dell?installazione di un isolatore sismico.
Sono stati descritti diversi aspetti e forme di realizzazione di un metodo di installazione di un isolatore, secondo l?invenzione. Si intende che ciascuna forma di realizzazione pu? essere combinata con qualsiasi altra forma di realizzazione. L?invenzione, inoltre, non ? limitata alle forme di realizzazione descritte, ma potr? essere variata entro l?ambito definito dalle rivendicazioni annesse.
Claims (8)
1. Metodo per l?inserimento di un isolatore sismico (9) in un elemento strutturale (10), comprendente le fasi di:
a) praticare almeno un foro principale (12) passante attraverso l?elemento strutturale (10), detto foro principale (12) avente una dimensione trasversale inferiore ad una dimensione trasversale dell?elemento strutturale (10);
b) applicare a contrasto contro la parete interna del foro principale (12) e/o in una posizione esterna e concentrica rispetto al foro principale (12) almeno un rinforzo tubolare (14), atto a limitare l?incremento di tensione normale che si verifica nel materiale dell?elemento strutturale (10) quando viene praticato il foro principale (12); c) posizionare l?isolatore sismico (9) nel foro principale (12); e
d) rimuovere le porzioni dell?elemento strutturale (10) ai lati dell?isolatore sismico (9), in modo da creare una completa soluzione di continuit? in senso verticale nel materiale dell?elemento strutturale (10).
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui le fasi (a, b) vengono eseguite mediante le fasi di: e) forare l?elemento strutturale (10) mediante una punta rotante (14a) collegata ad un supporto tubolare (14b);
f) una volta completato il foro principale (12) tramite la fase (e), rimuovere la punta (14a) e lasciare il supporto tubolare (14b) nel foro principale (12), ponendo detto supporto tubolare (14b) a contrasto contro la parete interna di detto foro principale (12), in modo che detto supporto tubolare (14b) formi il rinforzo tubolare (14) contro la parete interna del foro principale (12).
3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui la superficie esterna del supporto tubolare (14b), che viene posta a contrasto contro la parete interna del foro principale (12), ? dotata di corpi volventi (14c).
4. Metodo secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui il supporto tubolare (14b) ? suddiviso in almeno due porzioni semitubolari.
5. Metodo secondo la rivendicazione 4, comprendente la fase di predisporre un supporto tubolare (14b) le cui porzioni semitubolari sono trattenute insieme mediante fascette.
6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase (b) di collocare l?almeno un rinforzo tubolare (14) in una posizione esterna e concentrica rispetto al foro principale (12) comprende le fasi di:
g) praticare due fori ciechi e coassiali su lati opposti dell?elemento strutturale (10);
h) collocare due rinforzi tubolari (14) a contrasto contro le pareti interne dei rispettivi fori ciechi; e
i) realizzare il foro principale (12) coassialmente ai due fori ciechi.
7. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente la fase di praticare due fori ausiliari (16, 18) in prossimit? del foro principale (12), posizionati uno al di sopra e uno al di sotto del foro principale, in modo che i centri dei tre fori (12, 16, 18) siano verticalmente allineati.
8. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente la fase di fasciare esternamente le porzioni dell?elemento strutturale (10) al di sopra e al di sotto del foro principale (9) con un rinforzo di contenimento (20).
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