ITRM20110332A1 - Struttura e procedimento di montaggio della stessa. - Google Patents

Description

"STRUTTURA E PROCEDIMENTO DI MONTAGGIO DELLA STESSA"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si colloca nell’ambito della progettazione antisismica. Più in particolare, essa si riferisce ad una innovativa struttura, con particolare riferimento a strutture di tipo prefabbricato.

Storia della tecnologia

Le costruzioni prefabbricate hanno oggi un larga diffusione, in particolar modo per determinate tipologie di edifici, quali quelli industriali (80% di tali edifici à ̈ oggi realizzato con struttura prefabbricata) e, in maniera sempre crescente, quelli commerciali ad uno o più piani. Un dato certamente significativo, anche se parziale, sulla diffusione di tale sistema costruttivo à ̈ rappresentato dalla produzione di orizzontamenti prefabbricati realizzati nell’anno 2002, che ha toccato i 20 milioni di metri quadrati. Oggi l’industria della prefabbricazione italiana vede attive circa 500 aziende con un totale di 20.000 addetti, dato questo che giustifica la rilevanza economica di una ricerca tecnologica in tale settore alla quale certamente si affianca una grande rilevanza sociale; infatti essa concerne il primario aspetto della protezione civile, ovvero à ̈ relativa alla salvaguardia delle vite umane in occasione di terremoti. Proprio da queste considerazioni deriva il forte interesse per il raggiungimento di una esaustiva e razionale soluzione ai problemi inerenti la progettazione sismica degli edifici prefabbricati. Molti aspetti relativi a tale problema sono stati già indagati con ricerche su scala nazionale ed europea (Saisi et al.1998; Biondini et al.2003; Biondini et al. 2004); in particolare à ̈ stata messa a punto con indagini teorico-sperimentali l’analisi dell’insieme strutturale, la valutazione delle sue risorse duttili e della conseguente capacità dissipativa sotto azione sismica e il corretto calcolo dei principali elementi (travi, pilastri, …). Non à ̈ ancora stato oggetto di indagine approfondita e generalizzata, invece, lo studio dei collegamenti tra elementi prefabbricati considerati nella loro specificità e nei riguardi delle conseguenze che tale specificità introduce nel comportamento strutturale d’insieme. È dunque ampiamente sentita oggi la necessità di dare una soluzione scientificamente corretta, completa e sperimentalmente testata ai problemi della progettazione dei nodi e delle unioni delle strutture prefabbricate, dando pratica applicazione ai criteri di duttilità e gerarchia delle resistenze che le nuove norme sismiche internazionali introducono sistematicamente.

Il principio della gerarchia delle resistenze à ̈ uno dei concetti innovativi delle nuove norme sismiche ed à ̈ stato pienamente assunto anche dalla recente norma sismica italiana (Ministero delle Infrastrutture 2008). Esso à ̈ finalizzato a garantire l'innesco dei meccanismi duttili responsabili della dissipazione energetica e la prevenzione di quei meccanismi fragili che possono compromettere l'integrità strutturale durante l'azione sismica. L’applicazione della gerarchia delle resistenze deve invero garantire alle connessioni una resistenza superiore a quella richiesta, valutata in base alle capacità delle sezioni critiche dissipative degli elementi contigui, conferendo affidabilità al modello globale, con piena utilizzazione delle risorse duttili degli elementi. Si tratta dell'aspetto fondamentale che governa e condiziona il comportamento sismico delle costruzioni prefabbricate. Posto che i singoli elementi, come pilastri, travi e solai, vengano correttamente progettati in base agli aggiornati criteri dell'Ingegneria sismica, l'esito della progettazione stessa in termini di affidabilità della sicurezza può essere positivo solo se vengono compiutamente risolti tutti i complementari aspetti del comportamento strutturale d’insieme, che dipendono dal corretto funzionamento delle connessioni e dal loro efficace posizionamento.

Un’affidabile tipologia di connessioni comporta la risoluzione di svariati problemi fra loro interconnessi. Infatti, oltre a garantire un eccellente comportamento in caso di sisma, garantisce limitato danneggiamento della struttura e minori costi diretti (di riparazione) e indiretti (legati all’interruzione delle attività lavorative e giornaliere che la interessano). La presente invenzione propone una innovativa tipologia di connessione che risponda a tutte le esigenze anzi descritte, e che possa adeguare, superando le problematiche legate alla tecnica nota, le strutture prefabbricate ai nuovi criteri di gerarchia in voga nelle principali normative antisismiche mondiali.

In questo ambito, lo studio del collegamento trave-pilastro risulta di particolare importanza, perché unisce due elementi "primari" nella resistenza all'azione sismica degli edifici.

Descrizione della tecnica antecedente

La realtà costruttiva odierna presenta diverse tipologie dello stesso, comunque generalmente riconducibili ad un’unione caratterizzata da un appoggio in gomma e da uno spinotto in acciaio; questo à ̈ annegato sia nella trave che nel pilastro ed ha la principale funzione di resistere alle forze orizzontali, impedendo la traslazione relativa fra gli elementi e, quindi, la perdita d'appoggio della trave. Tale connessione presenta svariate criticità evidenziate da svariati lavori di bibliografia che le rendono poco affidabili e al passo con le recenti normative sismiche (Capozzi et al. 2008a, b, c, d, Capozzi et al.2009a, b, Capozzi 2010).

Per questo motivo la presente invenzione ha la duplice ambizione di essere strumento per il rinforzo di connessioni trave-pilastro esistenti (che generalmente lavorano per attrito) nonché di sostituirsi, nelle strutture prefabbricate, alle attuali connessioni trave -pilastro (spinottate o continue) sia per quanto riguarda gli edifici monopiano che multipiano, in relazione al loro comportamento sismico.

Sono di seguito descritte ed analizzate nel dettaglio, con particolare riferimento alla figure 1-37 riportate, le quali sono di seguito brevemente descritte, le tipologie di unioni trave-pilastro attualmente adottate nelle strutture prefabbricate nell’ambito del panorama italiano ma più in generale mondiale.

Figura 1: Malta frettata;

Figura 2: Cuscinetto in gomma;

Figura 3: Piatti in acciaio;

Figura 4: Piombo fuso;

Figura 5: Vista esplosa della connessione spinottata;

Figura 6: Collegamento spinottato maggiormente diffuso in Italia per il nodo intermedio (ASSOBETON 2008);

Figura 7:Collegamento spinottato di un nodo sommitale in presenza di trave a “I†(ASSOBETON 2008);

Figura 8: Collegamento spinottato di un nodo sommitale in presenza di trave a L (ASSOBETON 2008);

Figura 9: Collegamento spinottato di un nodo sommitale in presenza di trave ad “H†(ASSOBETON 2008);

Figura 10: Collegamento spinottato realizzato con un barrotto filettato avvitato in una boccola (ASSOBETON 2008);

Figura 11: Particolare testata della trave (PRE.MER 2009);

Figura 12: Collegamento con angolari metallici bloccati con tasselli ad espansione (ASSOBETON 2008);

Figura 13: Collegamento con angolari metallici saldati a piastre bloccate con tirafondi (ASSOBETON 2008);

Figura 14: Collegamento con angolari metallici saldati a piatti zancati (ASSOBETON 2008);

Figura 15: Collegamento misto bullonato – saldato (ASSOBETON 2008);

Figura 16: Collegamento con piastre metalliche contenenti boccole (ASSOBETON 2008);

Figura 17: Collegamento con spinotti orizzontali in un nodo sommitale (ASSOBETON 2008);

Figura 18: Collegamento con spinotti orizzontali in un nodo intermedio (ASSOBETON 2008);

Figura 19: Collegamento trave porta carroponte – pilastro con spinotti orizzontali (ASSOBETON 2008);

Figura 20: Angolare saldato;

Figura 21: Angolare bullonato;

Figura 22: Unione trave – pilastro con biella inclinata;

Figura 23: Unione trave – pilastro con biella compressa inclinata;

Figura 24: Unione trave – pilastro con sdoppiamento della trave;

Figura 25: Unione trave – pilastro con sdoppiamento del pilastro;

Figura 26: Unione trave – pilastro con quattro spinotti passanti (PRE.MER 2009);

Figura 27: Unione trave – pilastro con armature saldate;

Figura 28: Collegamento trave – pilastro con cavi precompressi;

Figura 29: Collegamento con armature passanti nel pilastro e saldate nella trave;

Figura 30: Collegamento con mensola di appoggio in acciaio;

Figura 31: Altre tipologie di collegamento con mensola di appoggio in acciaio (ACI 1995);

Figura 32: Tipologia con manicotti filettati e piastre saldate ai ferri della trave;

Figura 33: Tipologia con trave passante e getto di completamento;

Figura 34: Tipologia con piastre e profilati metallici;

Figura 35: Collegamento con barre passanti nella trave e nel pilastro;

Figura 36: Connessione con collegamento del pilastro sfalsata rispetto alla trave;

Figura 37: Ulteriori esempi di connessioni resistenti a flessione (PCI Handbook 1999); Figura 38: Schema statico della trave principale;

Figura 39: Sistemi di rinforzo attualmente utilizzati per la riabilitazione di connessioni esistenti.

Il collegamento trave-pilastro risulta di particolare importanza, perché unisce due elementi “primari†nella resistenza all’azione sismica degli edifici. Tale collegamento può essere realizzato come appoggio fisso o scorrevole, oppure talvolta si realizzano vincoli che possono invece schematizzarsi come incastri.

La realtà costruttiva italiana presenta oggi diverse tipologie dello stesso, comunque generalmente riconducibili ad un unione caratterizzata da un appoggio in gomma e da uno spinotto in acciaio; questo à ̈ annegato nel pilastro e solidarizzato in opera alla trave ed ha la principale funzione di resistere alle forze orizzontali, impedendo la traslazione relativa fra gli elementi e, quindi, la perdita d’appoggio della trave.

La più semplice ed immediata connessione trave-pilastro si ha appoggiando la trave sul pilastro o su mensole sporgenti da questo. Fra gli elementi collegati si interpone un dispositivo d’appoggio che serve ad una corretta ripartizione delle pressioni e ad evitare eventuali lesioni nel calcestruzzo di ricoprimento delle armature per le elevate tensioni che nascono al contatto; questa esigenza comporta che anche tale elemento abbia un certo spessore f e che gli angoli siano accuratamente smussati. La trasmissione dell’azione sismica à ̈, invece, demandata all’attrito che si sviluppa tra calcestruzzo e dispositivo di appoggio. L’elemento d’appoggio può essere costituito da:

• un cuscinetto di malta adeguatamente frettata di spessore 15-20mm (Figura 1); • un cuscinetto in gomma o in resina sintetica (Figura 2) con cui si ottiene un buon funzionamento a cerniera (entro i limiti di deformazione del cuscinetto) ed un ottimo funzionamento a carrello, essendo molto bassi i coefficienti di attrito; • due piastre metalliche ancorate nel calcestruzzo (a contatto cilindrico), che garantiscono un meccanismo a cerniera, con il punto di applicazione della reazione ben determinato (Figura 3);

• una piastra di piombo duro compresa tra due lamierini metallici a protezione del calcestruzzo (Figura 4); il piombo, deformandosi sotto carico, fornisce un funzionamento a cerniera e la posizione della reazione à ̈ abbastanza ben determinata.

Tutte le situazioni vincolari precedentemente elencate vanno integrate in zona sismica da ritegni che consentono il trasferimento di forze orizzontali nella situazione di progetto sismico senza fare affidamento sull’attrito. Tale necessità à ̈ stata imposta dalla normativa (Ministero dei Lavori Pubblici 1987) allo scopo di evitare la fuoriuscita delle travi dalle sedi di appoggio.

Il collegamento spinottato nasce dunque dalla necessità di assorbire le sollecitazioni sismiche (Figura 5). Esso à ̈ caratterizzato dalla presenza di barre preinserite nel getto del pilastro, che vengono fatte passare attraverso fori presenti nella trave e poi fissate in opera con colatura di malta a stabilità volumetrica con o senza la presenza di dadi e rondelle per il miglioramento dell’ancoraggio.

Nella tecnica solitamente si tende a non inserire il dado considerano sufficiente come ancoraggio l’aderenza tra le barre e la malta colata. Anche la forchetta in testa al pilastro à ̈ nelle maggior parte dei casi omessa per semplificare le casseformi.

Tale tipologia di collegamento à ̈ realizzata sia in strutture monopiano che in strutture pluriplano.

In Figura 6 à ̈ rappresentato il più diffuso collegamento spinottato di un nodo intermedio usato in Italia. La trave trova alloggio su una mensola tozza ed il collegamento avviene su di essa. Gli spinotti bloccano le ali della sezione a T rovescia e la solidarizzazione tra i due elementi principali avviene con getto successivo di malta a stabilità volumetrica. L’ancoraggio degli spinotti nella trave e nel pilastro à ̈ quindi affidato all’aderenza che si sviluppa tra acciaio e malta. Questa soluzione con fori anche nel pilastro trova largo impiego e diffusione grazie ai notevoli vantaggi offerti per ovviare problemi di trasporto o di casseratura, nonché ai vantaggi offerti in termini di tolleranze offerte in fase di montaggio; ma come risulterà chiaro più avanti presenta però anche un notevole numero di problematiche. Lo spinotto in tal caso à ̈ una barra di acciaio ordinario da cemento armato.

In Figura 7 à ̈ riportata la stessa tipologia precedente ma applicata al caso in cui la trave ha una sezione ad “I†ed il nodo à ̈ sommitale.

Si usano generalmente in questo caso delle barre filettate tipiche della carpenteria metallica pre-inserite nel getto del pilastro, che vengono poi fissate in opera con dadi e rondelle per migliorare l’ancoraggio. Nel particolare à ̈ presente il dettaglio dell’appoggio in neoprene che a volte, come accennato precedentemente, à ̈ sostituito da cuscinetti metallici o, raramente, da giunti di malta. Tale tipologia trova larghissimo impiego soprattutto per strutture monopiano industriali (Figura 8).

La trave può essere semplicemente prefabbricata o anche precompressa nel caso di grandi luci da coprire. In quest’ultimo caso, la trave à ̈ generalmente a sezione variabile al fine di massimizzare lo sfruttamento della sezione.

A volte, la forma della testa del pilastro può essere influenzata dalla geometria della trave. Nel caso di travi ad “H†la barra di ancoraggio passando per la trave ha una ridotta lunghezza d’ancoraggio. Risulta quindi sempre necessaria la presenza di una piastra di contrasto con rondella e dado (Figura 9).

In altri casi invece la solidarizzazione tra trave e pilastro viene effettuata mediante un barrotto filettato avvitato su una boccola, opportunamente ancorata con cavallotti o piastre metalliche (Figura 10).

Quest’ultima soluzione trova largo impiego soprattutto per nodi intermedi ma non à ̈ raro trovare anche casi di applicazione per nodi sommitali.

Solitamente si preferisce utilizzare cavallotti piegati che garantiscono l’ancoraggio per aderenza piuttosto che le piastre che generano tensioni di contatto non costanti sulla superficie di contatto tra la piastra stessa e il calcestruzzo.

Il tubo-forma che costituisce l’invito dello spinotto all’alloggiamento nella trave, deve essere sufficientemente ancorato con il resto della trave. Ulteriori armature intorno al tubo-forma sono costituite dalle dime di posizionamento del tubo stesso.

In fase di produzione della trave, ed in particolare durante il posizionamento dell’armatura nel cassero, si dovrà posizionare, con l’aiuto di dime costituite dall’assemblaggio di ferri piegati, il tubo-forma. Le dime utilizzate rimangono nel getto, costituendo un’ulteriore armatura di confinamento (Figura 11).

Per facilitare l’immissione dello spinotto all’interno della trave, durante la fase di montaggio, si adottano coni in teflon riciclabili, posizionati alla base del tubo-forma.

Nel caso di trave a “L†à ̈ possibile trovare realizzazioni in cui l’unione trave pilastro ingloba anche l’elemento di copertura. Tale connessione si realizza predisponendo un foro passante in cui viene inserita una barra filettata che unisce i tre elementi e che viene chiusa sulla sommità del tegolo con dado e rondella.

Ulteriore tipologia di connessione, sempre riconducibile a quella spinottata, à ̈ quella realizzata con unioni tipiche della carpenteria metallica. Essa à ̈ caratterizzata dalla presenza di un angolare o di una piastra in acciaio che collega la trave al pilastro. Gli angolari di collegamento possono essere solidarizzati alla trave o mediante barre filettate (Figura 12), opportunamente ancorate con tasselli ad espansione oppure resine, o mediante saldature con piattine ancorate con tirafondi (Figura 13) o zanche (Figura 14).

Esistono infine collegamenti misti saldati - bullonati molto usati nel caso di trave “ad omega†(Figura 15). Quasi sempre, nel caso sia presente questa tipologia di trave, la testa del pilastro presenta due mensole sporgenti, che possono formare un profilo a “T†o a “C†. Una variante al precedente sistema di connessione si ottiene preinserendo nel getto dei due elementi da collegare dei profili zancati contenenti boccole che poi vengono rese solidali con una terza piastra in acciaio per mezzo di bullonatura (Figura 16). Il collegamento spinottato però può essere realizzato oltre che con spinotti verticali anche con spinotti orizzontali. Per le travi a doppia pendenza, appoggiate su pilastri dotati di forchetta, si usano spinotti orizzontali, disposti ortogonalmente all’asse della trave. Tali connettori oltre a limitare gli spostamenti della trave, servono per garantire la collaborazione delle pareti laterali della forchetta in caso di torsione della trave.

In Figura 18 Ã ̈, invece, riportata una tipologia di connessione trave-pilastro con spinotto orizzontale a volte usata nel caso di edifici multipiano.

Questa ultima tipologia di connessione a spinotti orizzontali à ̈ molto usata per edifici monopiano per collegare il pilastro alla trave portacarroponte. Lo spinotto serve, infatti, per assorbire gli sforzi derivanti dall’attività del carroponte (Figura 19).

Nelle figure seguenti sono, invece, riportate altre unioni articolare oramai in disuso a causa della poca sicurezza strutturale che offrono nonché del notevole costo di realizzazione.

In Figura 20 e 21 la trave poggia su un angolare metallico che può essere agganciato al pilastro mediante bullonatura o saldatura ad una piastra metallica ancorata a barre inclinate, poste all’interno del pilastro stesso.

In Figura 22 à ̈ mostrato un altro esempio di unione articolata. Il suo dimensionamento si basa su un’ipotesi di equilibrio essendo preferibile evitare di fare affidamento sull’aderenza con la malta di riempimento; sostanzialmente si opera secondo il metodo noto come “struts and ties†.

Soluzioni analoghe, ma con biella compressa inclinata, sono riportate in figura 23. Nelle unioni di figura 24 e 25 si riesce ad evitare ogni discontinuità nelle travi e nei pilastri. In quella di Figura 24 le travi accoppiate sono unite al pilastro mediante un tubo di acciaio passante tenuto in posizione da un tirante interno; in quella di figura 25 à ̈ il pilastro a sdoppiarsi ed il collegamento con la trave si ha mediante una barra d’acciaio di grosso diametro. In questo caso si ha un ottimo meccanismo a cerniera, ma l’esecuzione sensibilmente onerosa ha reso questa soluzione oramai inutilizzata. Quando la stabilità alle sollecitazioni orizzontali in calcestruzzo prefabbricato e precompresso viene ottenuta mediante comportamento a telaio, le connessioni che generano la risposta a telaio devono essere calcolate in funzione di un appropriato momento e taglio.

Le tensioni all’interno delle connessioni, generate dal momento resistente, possono essere assorbite da diversi tipi di inserti, come perni di testata ed uncini. Tali elementi andranno opportunamente ancorati per impedire il collasso del calcestruzzo e consentire una rottura duttile. La post tensione può essere utilizzata per generare un momento resistente in corrispondenza dei giunti tra gli elementi.

Dove occorre molto momento resistente e duttilità, si utilizzano spesso costruzioni a struttura mista per ottenere delle connessioni simili a quelle ordinarie in calcestruzzo gettato in opera. Ottenere connessioni rigide può essere oneroso.

Nella maggior parte dei casi può non essere consigliabile ottenere un elevato grado di iperstaticità, poiché limitare le variazioni di volume potrebbe far insorgere grandi sollecitazioni nelle connessioni e negli elementi. È pertanto preferibile che le connessioni vengano calcolate in modo tale che il momento resistente desiderato venga raggiunto mediante deformazione/rotazione sulla connessione. La deformazione va, quindi, controllata per ottenere la duttilità desiderata.

Le figure 26, 27, 28 mostrano le soluzioni più adottate per unioni resistenti a flessione in strutture monopiano. In figura 26 à ̈ illustrato un collegamento cui compete un grado di incastro non molto elevato, che può essere realizzato sia a secco, sia ad umido. Nel primo caso i fori nella trave sono ricavati mediante spezzoni di tubi metallici a cui si saldano (o si bullonano) le barre sporgenti dalla sommità del pilastro; nel secondo caso la trazione viene trasmessa sfruttando l’aderenza tra barre e malta di riempimento, che può essere anche a base di resine epossidiche e sabbia.

Questo tipo di collegamento à ̈ realizzabile solo sui pilastri esterni essendo quelli interni caratterizzati dalla presenza di due travi.

Maggiore grado di incastro si ottiene con le soluzioni di figura 27, quando il calcestruzzo del getto presenta buone caratteristiche e le barre sono saldate. Questo tipo di soluzione risulta però poco adottata in Italia.

In figura 28 à ̈ riportato un collegamento ottenuto mediante precompressione: i cavi, con cui la capriata ed il pilastro sono messi sotto tensione, o sporgono dalla trave, per poter essere infilati nei fori del pilastro, oppure sporgono dal pilastro, per venire ancorati sul corrente superiore della capriata; la prima tipologia à ̈ vantaggiosa nel senso che il giunto non appare sulla facciata, però gli ancoraggi dei cavi devono essere ricoperti di calcestruzzo. Questa soluzione à ̈ oramai in disuso ed à ̈ stata poco usata anche in passato.

Le unioni per edifici multi-piano sono generalmente più complesse ed hanno svariate disposizioni costruttive.

Nella unione di figura 29, le travi sono appoggiate su mensole in cemento armato, alle quali si fa sopportare interamente la forza di taglio. Per ottenere un vincolo in grado di trasferire il momento flettente, si esegue un getto di calcestruzzo fra il pilastro e la testata della trave e si ripristina la continuità delle barre superiori della trave, saldandole a spezzoni annegati nel pilastro.

Nell’unione in figura 30 la mensola à ̈ formata da un profilato in acciaio; nel vincolo di flessione, per trasmettere le compressioni inferiori, i ferri inferiori della trave sono saldati ad una piastra di acciaio, larga quanto la trave, che nel montaggio viene saldata alla mensola.

Altre tipologie di connessione con mensola di appoggio in acciaio sono riportate in figura 31.

L’ACI 318-95 (ACI 1995) fornisce anche criteri progettuali per calcolare tali tipologie di connessioni.

Nell’unione di figura 32, il momento flettente à ̈ sopportato attraverso le barre superiori (trazioni), collegate mediante manicotti filettati alle barre annegate nel pilastro, ed il getto di completamento e quindi di collegamento in calcestruzzo (compressioni) e, in parte, mediante le piastre saldate ai ferri della trave e del pilastro aventi la funzione di trasferire per intero la forza di taglio; a queste piastre sono saldati chiodi per migliorare l’ancoraggio.

Le connessioni di figura 33 e 34 presentano molte analogie con gli schemi a trave passante, dei quali conservano i difetti: infatti, poiché il carico assiale à ̈ trasmesso da pilastro a pilastro attraverso le travi, si verifica facilmente una distribuzione non uniforme delle pressioni e, di conseguenza, eccentricità accidentali non trascurabili. Nell’unione di figura 33 si realizza una modesta continuità delle travi mediante il getto di completamento in cui sono annegate le armature di ripresa uscenti dalle testate, armature sagomate a cappio collegate da moiette verticali; il collegamento con il pilastro inferiore à ̈ di tipo articolato mentre quello con il pilastro superiore à ̈ rigido. Le unioni rappresentate nelle seguenti figure hanno un’ottima monoliticità ed un grado d’incastro prossimo ad uno, con la totale assenza di rotazioni relative nel nodo. Il buon funzionamento di queste unioni dipende essenzialmente dalla riuscita del getto di collegamento, che deve possedere buone caratteristiche meccaniche. Tale getto deve essere stato costipato con il vibratore e, per contenere gli effetti del ritiro, deve essere stato realizzato in più fasi o con manta a ritiro compensato.

Nell’unione di figura 34, non si ripristina interamente la sezione corrente del pilastro, ma le piastre o i profilati metallici, usati per realizzare il posizionamento e la continuità del pilastro, possono essere dimensionati in modo che la sezione del pilastro in corrispondenza dell’unione abbia un’inerzia pari a quella della sua sezione corrente. Invece, nella unione di figura 35, non si crea alcuna discontinuità nelle caratteristiche geometriche e meccaniche degli elementi, purché il getto di collegamento sia ben eseguito. Le barre correnti delle travi sono collegate tra loro per saldatura oppure per sovrapposizione; in questo caso, la sagomatura a cappio delle loro estremità a 90°, con piegature molto dolci garantisce maggiore aderenza fra barre e calcestruzzo, senza creare sollecitazioni concentrate o vuoti nel getto, come può accadere quando le barre terminano con piegature a uncino stretto.

A volte, per evitare una concentrazione delle barre nello spazio del getto di collegamento, si ha che il collegamento dei pilastri à ̈ realizzato leggermente al di sopra di quello delle travi (figura 36).

Nella figura 37 vi sono altri esempi di connessioni resistenti a momento. Si noti che tutte le connessioni presentano un completamento in opera realizzato con getto integrativo.

Scopi dell'invenzione

Scopo della presente invenzione à ̈ risolvere i sopraccitati svantaggi definendo una struttura per edifici come sostanzialmente definito nella rivendicazione 1.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un procedimento di montaggio della stessa come sostanzialmente definito nella rivendicazione 10.

Ulteriori caratteristiche dell'invenzione sono definite nelle corrispondenti rivendicazioni dipendenti.

Vantaggi dell’invenzione

La struttura oggetto della presente invenzione, caratterizzata da una innovativa connessione presente tra i due elementi strutturali, offre grande versatilità e notevoli prestazioni meccaniche in campo sismico.

L’innovativa connessione che caratterizza la struttura nasce con un duplice scopo: riabilitare le connessioni ad attrito esistenti e/o danneggiate da un sisma e sostituire le connessioni attualmente esistenti più diffuse, vale a dire le connessioni spinottate che presentano varie criticità evidenziate in varie pubblicazioni scientifiche (Capozzi et al.

2008a, b, c, d, Capozzi et al.2009a, b, Capozzi 2010).

L’innovativa connessione da un punto di vista meccanico, si comporta, come risulterà chiaro dalla descrizione dettagliata di una sua forma preferita di realizzazione, come un arco a tre cerniere.

La forza sismica agente al livello della trave, derivante dalle masse di copertura, Ã ̈ infatti trasferita attraverso uno schema ad arco a tre cerniere al pilastro che provvede a trasferirla alle fondazioni e quindi al terreno.

Si hanno, inoltre, notevoli vantaggi, soprattutto se paragonati alle connessioni continue (“in umido†), in termini di velocità e semplicità di posa in opera; si tratta, infatti, di impegnare le stesse risorse temporali richieste dalle classiche connessioni spinottate. La connessione secondo l’invenzione à ̈ in aggiunta molto economica, come si può facilmente evincere dall’analisi dei costi di seguito riportata.

La presente invenzione, come risulterà chiaro dalla descrizione dettagliata di una sua forma preferita di realizzazione presentata qui a scopo esemplificativo e non limitativo, risulta essere notevolmente più flessibile rispetto alle connessioni tradizionali, grazie alla libertà di posizionamento delle tre cerniere che consente un notevole adattamento alle più disparate configurazioni geometriche degli elementi da collegare; infatti grazie a queste caratteristiche può essere utilizzato per varie tipologie di sezioni di travi e pilastri, sia per pilastri di angolo, che interni e/o di bordo. La strutturaoggetto dell’invenzione può vantaggiosamente essere smontata in qualsiasi momento e quindi permette in tutta semplicità operazioni di ispezione e di sostituzione, sia in seguito ad un cambio di destinazione d’uso della struttura o della normativa sismica.

Il danneggiamento a seguito di un evento sismico risulta essere limitato ai soli spinotti, che possono essere sostituiti in maniera semplice, economica ed immediata.

Tale tipo di connessione ha un comportamento di tipo duttile, e non fragile, legato all’imposizione di un meccanismo di rottura a taglio di tipo forte in qualsiasi situazione geometrica della connessione, garantendo quindi sempre un corretto dimensionamento della stessa.

Secondo un aspetto dell’invenzione, essa risolve la principale lacuna delle tipologie di connessione classiche, che invece per motivi geometrici e tecnologici possono presentare meccanismi di tipo fragile (soprattutto nel caso di connessioni spinottate). Così come evidenziato dai risultati preliminari della campagna di prove in esecuzione presso il Dipartimento di Ingegneria Strutturale della Federico II, l’innovativa connessione presenta una resistenza ultima e una capacità di dissipazione di energia nettamente superiore rispetto alle connessioni spinottate di tipo classico.

E’ inoltre possibile l’utilizzo della struttura oggetto dell’invenzione in qualsiasi zona sismica, semplicemente variando le dimensioni dei pendoli e degli spinotti in base alle sollecitazioni richieste.

L’invenzione à ̈ concepita per rispondere ai criteri di gerarchia delle resistenze introdotti dalle nuove norme sismiche; basta, infatti, variare le dimensioni geometriche dei pendoli e degli spinotti per passare facilmente da una connessione dissipativa ad una sovraresistente.

Grazie alla presenza di una guaina deformabile intorno allo spinotto, gli effetti delle variazioni termiche sono resi insignificanti.

Con riferimento alla figura 38, una generica trave poggiante su pilastri può essere modellata come uno schema di carrello-carrello con una molla orizzontale a rigidezza variabile, dove:

k = kgomma= 0 per spostamenti pari allo spessore della gomma (consente le dilatazione termiche);

k = ∞ per spostamenti maggiori dello spessore della gomma.

Tale rigidezza variabile consente di evitare la nascita di incognite iperstatiche sui pilastri dovute ad azioni termiche e allo stesso tempo di avere uno schema di cerniera fissa dal punto di vista sismico. Tutto questo si traduce in una significativa diminuzione delle sollecitazione sui pilastri e quindi in una riduzione di sezioni ed armature presenti nelle stesse con ulteriori vantaggi economici. Tale vantaggio à ̈ rilevante soprattutto per le zone a bassa sismicità, dove le variazioni termiche sono le sollecitazioni più significative in base a cui dimensionare i pilastri. Tale connessione presenta, inoltre, rispetto a connessioni di ripristino molto adoperate nella pratica professionale, il notevole vantaggio di non cambiare lo schema statico della trave e di avere sezioni molto esili se confrontate a sistemi di ripristino che adottano meccanismi di trasmissione di tipo flessionale e tagliante (figura 39a e b).

Rispetto alle connessioni riportate in Figura 39b c’à ̈, inoltre, una notevole semplicità di messa in opera legata all’aspetto di lavorare di fianco alla struttura e non al di sotto dell’intradosso della trave.

Breve descrizione dei disegni

Ancora ulteriori vantaggi, così come le caratteristiche e le modalità di impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione preferita, presentata a scopo esemplificativo e non limitativo, facendo riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

le figure 40-41 mostrano in vista prospettica una struttura secondo la presente invenzione;

la figura 42 mostra la trasmissione degli sforzi per azione spinotto: (a) spinotto ancorato da un lato; (b) spinotto ancorato da due lati (Fib 2004);

la figura 43 mostra uno schema di meccanismo forte: modalità di collasso comune con cerniera plastica nello spinotto e schiacciamento locale nel calcestruzzo circostante (Fib 2004)

la figura 44 mostra una: (a) connessione spinottata senza confinamento; (b) con confinamento;

le figure 45-47 mostrano possibili varianti della struttura oggetto della presente invenzione;

la figura 48 mostra la struttura realizzata come modello da laboratorio;

le figure 49-56 mostrano le varie fasi di un procedimento di montaggio della struttura oggetto della presente invenzione, ed in particolare:

figura 49: creazione di fori per alloggiamento barre spinotto;

figura 50: disposizione di fori su trave e pilastro;

figura 51 e 52: inghisaggio barotti;

figura 53: posizionamento finale dei pendoli ed inghisaggio della barra presente nella trave;

figura 54: struttura nella configurazione finale;

figura 55: ripristino calcestruzzo danneggiato;

figura 56: analisi pacometrica per l’individuazione delle armature presenti negli elementi da collegare;

la figura 57 mostra un collasso da meccanismo spinotto; e

la figura 58 mostra un esempio di pianta di edificio da migliorare/adeguare. Descrizione dettagliata dei disegni

Con riferimento alla figura 40a, Ã ̈ mostrata in vista laterale una struttura1 oggetto della presente invenzione.

La struttura 1 comprende un primo componente 11 ed un secondo componente 12 tra loro collegati mediante un elemento di connessione antisismico 2.

L’elemento di connessione 2 comprende un primo pendolo 21, o biella, il quale presenta una prima porzione incernierata ad un perno 3 fissato entro il primo componente 11 ed una seconda porzione incernierata ad un perno 4 fissato entro il secondo componente 12.

L’elemento di connessione 2 comprende inoltre un secondo pendolo (o biella) 22, il quale presenta analogamente una prima porzione incernierata al perno 3 fissato sul primo componente 11, che quindi funge da perno “comune†per i due pendoli, ed una seconda porzione incernierata ad un perno 5 fissato entro il secondo componente 12. Preferibilmente, le porzioni dei pendoli in corrispondenza delle quali essi sono incernierati ai perni sono porzioni sostanzialmente estremali.

I pendoli possono essere realizzati in diversi materiali, come ad esempio acciaio, alluminio, legno, cemento armato o altri materiali innovativi.

In alternativa, i pendoli possono essere del tipo “BRB†(pendoli ad instabilità impedita), qualora si volesse rendere la struttura più duttile e con maggiore capacità dissipativa. Inoltre, à ̈ possibile impiegare in accoppiamento con i pendoli, o in modo indipendente, degli ammortizzatori al fine di garantire un ritorno elastico nella configurazione iniziale del sistema (bassi spostamenti residui).

Nella forma di realizzazione preferita qui mostrata a titolo esemplificativo e non limitativo, il primo componente strutturale 11 à ̈ una trave, ed il secondo componente 12 à ̈ un pilastro, su cui la trave poggia. Tale struttura trave-pilastro, in particolar modo di tipo prefabbricata, à ̈ comunemente impiegata per la realizzazione di edifici in genere. Sarà apprezzato che la struttura oggetto della presente invenzione potrà coinvolgere anche altri tipi di componenti strutturali tra loro connessi, con particolare riferimento a connessioni che hanno un comportamento prevalentemente a taglio, come ad esempio connessioni tegolo – trave, tegolo-tegolo, trave – tegolo , pannello – pannello, pannello – struttura.

La presente invenzione può inoltre essere applicata anche ai ponti, dove il comportamento meccanico delle connessioni si basa sull’effetto spinotto (che sarà dettagliatamente descritto in seguito) o più in generale su meccanismi di trasferimento a taglio. La connessione nasce per sistemi strutturali di tipo prefabbricato in cemento armato ma può essere utilizzata, in generale, per qualsiasi tipologia strutturale e materiale.

Preferibilmente, facendo ora riferimento alla figura 40b, la struttura 1 oggetto della presente invenzione comprende una coppia di elementi di connessione antisismici 2, 2’, disposti su rispettivi lati tra loro opposti della struttura 1, in posizione simmetrica rispetto ad un piano β da essa definito, coincidente con il piano del foglio. In maniera del tutto analoga, l’elemento di connessione 2’ comprende un primo pendolo incernierato tra dei perni 3’ e 4’, ed un secondo pendolo incernierato a sua volta tra il perno 3’ ed un perno 5’.

In questo modo, disponendo la coppia di elementi di connessione sui due lati opposti della struttura, la forza sismica di copertura si ripartisce in parti uguali sui due lati stessi, così come accade in una connessione in acciaio bullonata.

Nella forma di realizzazione preferita qui descritta, come perni fissati negli elementi strutturali vengono impiegati degli spinotti, preferibilmente rivestiti da una guaina deformabile. Al posto degli spinotti, potranno essere utilizzati anche altri sistemi, come ad esempio delle barre non filettate ma saldate, oppure dei tasselli meccanici o chimici.

La disposizione degli spinotti va scelta cercando di ottenere un inclinazione tale da minimizzare le sollecitazioni nei pendoli e in modo da avere lo sviluppo di un meccanismo spinotto di tipo forte che come detto à ̈ duttile e altamente dissipativo. Tale effetto tecnico di minimizzare le sollecitazioni nei pendoli si raggiunge quando tra i pendoli si assicura un angolo sostanzialmente pari a 45°.

Inoltre gli spinotti possono vantaggiosamente essere inseriti in manicotti metallici (o di altro materiale), a seconda della possibilità o meno di rendere il sistema sostituibile; in genere la soluzione con manicotto à ̈ indicata per soluzioni ex-novo, mentre quella senza per soluzioni di ripristino, miglioramento o di adeguamento.

La presente invenzione si basa su due principi fondamentali: l’arco a tre cerniere e l’effetto spinotto, che à ̈ anche alla base delle note connessioni di tipo spinottate sfruttando le positività dei due principi meccanici di base.

Per quanto riguarda il principio dell’arco a tre cerniere, con riferimento alla successiva figura 41, l’azione a taglio applicata dalla trave 11 sulla cerniera interna, dove à ̈ posizionato il perno comune, viene trasformata attraverso un semplice equilibrio del poligono delle forze in pura azione assiale nei pendoli e trasferita alle altre due cerniere fisse dove sono posti i perni 4 e 5 che sono sul pilastro 12. Tale sistema può essere parimenti assimilato ad un mini sistema di controventi concentrici in cui le sollecitazioni si riducono alle sole forze assiali. Non nascono, dunque, azioni flessionali e taglianti con notevoli vantaggi soprattutto di natura economica legate alle ridotte dimensioni degli elementi che costituiscono la connessione.

Pertanto la struttura comprendente l’innovativa connessione secondo l’invenzione permette di trasferire azioni taglianti dalla trave al pilastro attraverso un sistema equiparabile ad un arco a tre cerniere ottenendo una distribuzione di sforzi puramente assiali nella connessione, con enormi vantaggi di economicità e funzionalità.

Alla coppia di spinotti posti sul pilastro si aggiunge preferibilmente una basetta di neoprene non armata (non raffigurata), necessaria a consentire le necessarie rotazioni alla trave e riprodurre perfettamente una cerniera.

Alternativamente, al posto della basetta semplice può essere utilizzato neoprene armato, al fine di incrementare la dissipazione energetica della connessione; in casi eccezionali à ̈ possibile associare dei dissipatori, ad esempio elastomerici, elastici, a dispositivi in acciaio, viscosi, isteretici, in lega a memoria di forma, semiattivi o attivi. La basetta di neoprene, inoltre, può essere incollata, bullonata, saldata o solo appoggiata.

Per quanto riguarda l’azione spinotto, facendo riferimento alle successive figure 42 e 43, essa consiste in uno dei meccanismi di trasmissione degli sforzi di taglio in una connessione trave-pilastro spinottata.

Lo spinotto à ̈ caricato a taglio lungo l’asse della trave e ciò porta a considerevoli deformazioni e sforzi flessionali nella barra che funge da spinotto. Dipendendo dalla resistenza, dalle dimensioni delle barre e dalla loro posizione rispetto ai lembi liberi delle sezioni, normalmente realizzate in calcestruzzo, si possono avere tre possibili meccanismi di collasso: (1) rottura a taglio delle barre; (2) spacco del calcestruzzo; (3) collasso parallelo dell’acciaio e del calcestruzzo.

La prima tipologia di collasso si ha quando una barra debole à ̈ in un elemento di calcestruzzo e quindi può collassare per taglio della barra. Tale collasso à ̈ poco importante poiché normalmente gli ultimi due meccanismi precedono il primo.

La seconda tipologia di collasso à ̈ definita “meccanismo forte†mentre la terza “meccanismo debole†.

Nel “meccanismo forte†, si sviluppa un meccanismo di collasso legato alla formazione di una o più cerniere plastiche nello spinotto; simultaneamente, una rottura locale si verifica nel calcestruzzo che circonda lo spinotto dove la pressione di contatto à ̈ molto alta (come mostrato in figura 43).

Attraverso lo spinotto, alte forze concentrate si introducono nel calcestruzzo in corrispondenza dello spinotto ed enormi tensioni di trazione si sviluppano nella zone intorno allo spinotto. Il meccanismo resistente che ne deriva, à ̈, quindi, di tipo duttile ed à ̈ altamente dissipativo.

Quando le dimensioni dell’elemento di calcestruzzo sono, invece, piccole o lo spinotto à ̈ posizionato vicino agli estremi liberi dell’elemento, si innescano rotture fragili anche per livelli di forze taglianti basse. Esse causano, quindi, rotture premature che limitano la resistenza della connessione.

Questo comportamento si denomina “meccanismo debole†ed à ̈ assolutamente da evitare in zona sismica. Chiaramente il copriferro, e quindi la distanza dei lembi liberi, definisce il passaggio da un meccanismo all’altro.

Effettuando una semplice scomposizione della sollecitazione secondo le direttrici dei pendoli, attraverso il poligono delle forze, si ricavano le sollecitazioni a cui sono soggetti gli stessi e in base a cui dimensionarli.

Il dimensionamento può essere effettuato rendendo la stessa una connessione sovraresistente o duttile in accordo alle nuove normative sismiche.

Gli spinotti possono essere dimensionati in accordo con l’equazione di Rasmussen secondo quanto stabilito dalla normativa CNR 10025/84. La formulazione, necessaria al calcolo della resistenza di connessioni spinottate, à ̈ valida nell’ipotesi di meccanismo forte.

Con riferimento alla figura 44, che rappresenta il caso specifico di collegamento con spinotto, la CNR 10025/84 (Punto 3.2.4.1 – Stato limite di taglio (V)) suggerisce di calcolare la forza resistente orizzontale di progetto VRd mediante la seguente espressione:

dove la costante c vale 1,2 in assenza di confinamento e 1,6 in presenza di confinamento ed Φ à ̈ il diametro dello spinotto.

La formula, secondo le Istruzioni CNR, vale solo per eccentricità modesta: e ≤ 0,5Φ; in pratica essa si estende fino a e = Φ, mentre per eccentricità maggiori à ̈ necessario procedere con altre formule presenti in letteratura (Tsoukantas e Tassios 1989, Vintzeleou e Tassios 1987, fib 2008).

Il confinamento può ottenersi mediante l’inserimento di una piastra metallica rigida, resa aderente alla superficie di appoggio mediante l’utilizzo di calcestruzzi a ritiro controllato. Al movimento della piastra, come mostrato in figura 44 (b), corrisponde un benefico effetto di confinamento al calcestruzzo sottostante che aumenta significativamente la propria resistenza.

Con riferimento alla figura 45(a), l’elemento di connessione antisismico secondo l’invenzione può essere realizzato anche con più di due bielle, utilizzando ad esempio un terzo pendolo, denotato in figura con il riferimento numerico 9, per collegare i due perni 4 e 5 posti sul pilastro 12. Una tale configurazione porta ad un incremento ulteriore della resistenza della connessione poiché scongiura il cedimento del nodo più svantaggiato (quello con copriferro minore).

Con riferimento alla figura 45(b), nel caso di pilastro 12 in posizione intermedia tra la trave 11 ed una trave 111 ad essa consecutiva, Ã ̈ possibile utilizzare anche un ulteriore pendolo 10 per solidarizzare le due travi. I pendoli possono inoltre essere separati o costituire un unico profilo.

Come raffigurato negli esempi di figura 46, la struttura secondo la presente invenzione può essere ottenuta conuna qualsiasi tipologia di sezione sia della trave che del pilastro, tramite l’ausilio di profili metallici di opportune dimensioni.

Come mostrato in figura 47, Ã ̈ possibile utilizzare dei collari bullonati o saldati a contropiastre zancate alla trave o al pilastro, che presentano perni a cui collegare i pendoli.

Preferibilmente, à ̈ possibile aumentare il confinamento degli spinotti mediante, a titolo esemplificativo, l’uso di fasciature in acciaio, FRP o altri materiali innovativi.

L’aggancio, in generale realizzato sui componenti strutturali da collegare, può essere realizzato anche con più spinotti, mantenendo lo stesso principio di funzionamento. Infine, l’elemento di connessione antisismico secondo l’invenzione può vantaggiosamente essere reso a scomparsa, inglobandolo nelle sezioni da connettere ad esempio mediante opportuni scassi.

La figura 48 mostra un modello di laboratorio della struttura secondo l’invenzione, simulante un nodo trave-pilastro prefabbricato.

Secondo la forma preferita di realizzazione qui mostrata a titolo esemplificativo e non limitativo, la struttura secondo l’invenzione comprende i seguenti elementi:

• quattro profili metallici in acciaio simulanti pendoli che lavorano in puro stato di sollecitazione assiale;

• spinotti metallici orizzontali filettati simulanti le cerniere dell’arco e che lavorano sfruttando il meccanismo forte dell’azione spinotto;

• malta a ritiro compensato ad alte prestazioni meccaniche per il fissaggio dei perni entro i componenti, che avviene mediante inghisaggio. Si consiglia malta BASF Emaco S55 o Mapei Mapegrout Colabile con fck= 60 N/mm<2>(dopo 7 gg); • basetta di neoprene non armato di spessore preferibilmente pari ad 1 cm per rendere possibili rotazioni;

• Guaina deformabile per assorbimento azioni legate agli effetti termici;

• Manicotto in acciaio per eventuale sostituzione del sistema post-evento sismico;

• 12 dadi di serraggio.

La struttura oggetto della presente invenzione di cui sopra à ̈ montata mediante un procedimento anch’esso oggetto della presente invenzione, descritto con riferimento alle successive figure 49-56.

Con riferimento alla figura 49, il procedimento di montaggio della struttura comprendente i componenti 11 e 12, che nel presente esempio sono rispettivamente una trave ed un pilastro, comprende un passo consistente nell’eseguire un foro sulla trave ed un primo ed un secondo foro sul pilastro.

I fori possono essere creati in umido (con carotatrice) o a secco (con trapano). La scelta di un sistema di carotaggio rispetto all’altro à ̈ dettata dalla dimensione dei perni da inserire. Per diametri non eccessivi delle barre spinotto à ̈ possibile far ricorso alla soluzione a secco, altrimenti à ̈ preferibile la soluzione in umido.

Preferibilmente, i fori presentano un diametro di almeno 2 cm superiore al diametro della barra spinotto, al fine di evitare problemi di riempimento della malta.

Essi inoltre devono essere realizzati in punti tali da avere lo sviluppo del meccanismo forte e quindi sono preferibilmente posizionati ad una distanza dai bordi liberi pari ad almeno 5 volte il diametro dello spinotto. Qualora non ci fosse la possibilità di avere lo sviluppo di un meccanismo forte, la connessione può anche essere proporzionata tenendo conto dello sviluppo di un meccanismo debole disponendo opportune staffe cerchianti attorno al foro con funzione di incremento dell’effetto di confinamento del calcestruzzo, controllo della fessurazione indotta dalle azioni concentrate e centramento dello spinotto.

Realizzati i fori, il procedimento secondo l’invenzione comprende il passo di alloggiare e fissare il perno comune entro il foro ricavato nella trave, ed una coppia di perni entro i fori ricavati nel pilastro, come illustrato nelle seguenti figure 50-52.

Secondo una forma preferita di realizzazione del procedimento oggetto dell’invenzione, i perni, o barre, sono fissati mediante inghisaggio con malta colabile. L’inghisaggio degli spinotti può essere realizzato anche con resina o con altri tipi di malta.

Tale operazione à ̈ preferibilmente effettuata tramite una colatura a gravità con l’ausilio di ferro filato al fine di migliorare il ricoprimento della barra e evitare vuoti deleteri che possono venirsi a creare. Il getto a gravità può essere eseguito mediante la creazione di un apposito scasso sulla superficie esterna del calcestruzzo e l’uso di imbuti in plastica o legno. La fluidità della malta consente, infatti, di effettuare un getto uniforme e privo di vuoti anche in orizzontale.

Il riempimento dei fori va effettuato dapprima in quelli disposti nel pilastro e successivamente a malta indurita in quello della trave al fine di ottenere un preciso posizionamento delle barre.

Il procedimento comprende quindi il passo di incernierare e serrare i pendoli, come sopra dettagliatamente descritto, tra i perni fissati nella struttura.

Con riferimento alla figura 53, prima del getto della malta nel foro presente nella trave, vanno disposti i pendoli nella posizione finale. Dopo l’indurimento della malta occorre infine serrare i bulloni e i controbulloni fornendo, se necessario, una precompressione preliminare alle barre qualora si volesse incrementare la dissipazione e la rigidezza del sistema facendo affidamento sull’attrito tra la testa del bullone e la superficie dell’elemento connesso.

La figura 54 mostra la struttura ultimata, in cui sono montati i due profili metallici che fungono da pendoli e vengono serrati con bulloni e controbulloni.

L’operazione descritta à ̈ inoltre preferibilmente svolta su entrambi i lati della struttura, in base a quanto precedentemente descritto.

Qualora il procedimento di montaggio struttura à ̈ applicato ad edifici esistenti da ripristinare/adeguare, migliorare/riparare, la prima operazione da eseguire quando si ha a che fare con elementi danneggiati dal sisma à ̈ effettuare il ripristino del calcestruzzo danneggiato.

Tali elementi possono essere riparati mediante l’utilizzo di Malta a ritiro compensato ad alte prestazioni meccaniche come BASF Emaco S55 o Mapegrout Colabile.

Tali malte possono essere applicate mediante colaggio, data l’elevata fluidità e capacità di scorrimento, e presentano elevate prestazioni sia a breve che a lunga stagionatura (resistenza a compressione dopo 7gg > 60 MPa, dopo 28gg > 75 MPa), elevata adesione al calcestruzzo e all’acciaio, impermeabilità ed elevata resistenza a fenomeni di fatica. In Figura 55 sono rappresentate le fasi di ripristino di calcestruzzo danneggiato mediante malta colabile ad elevate prestazioni.

Sempre con riferimento ad edifici esistenti da ripristinare, l’operazione di predisposizione dei fori necessita però di una fase preliminare atta all’individuazione dei regimi di armature presenti negli elementi da collegare al fine di evitare il taglio delle stesse. Per tale motivo à ̈ opportuno ricorrere sempre ad un’analisi paco metrica in situ sugli elementi per decidere il migliore punto in cui effettuare i fori, come mostrato nella successiva figura 56.

Quindi, in sintesi, per edifici esistenti il procedimento secondo l’invenzione comprende i passi di:

• ripristino cls danneggiato;

• individuazione barre presenti nell’elemento strutturale;

• creazione dei fori di alloggiamento degli spinotti metallici;

• inghisaggio delle barre spinotto nei fori;

• posizionamento dei pendoli e serraggio dei dadi e controdadi.

Per edifici di nuova realizzazione, la predisposizione dei fori per l’alloggiamento degli spinotti metallici può essere fatta mediante l’uso di tubi in PVC, come normalmente avviene anche per le connessioni spinottate.

La connessione può essere anche utilizzata per il rinforzo a taglio di edifici in c.a. che possono presentare un collasso da azione spinotto o ripresa di getto (si veda la figura 57);

La connessione può anche essere applicata per incrementare la dissipazione locale dei nodi in edifici esistenti e di nuova costruzione (aumento del coefficiente di smorzamento legato all’analisi sismica degli edifici).

Viene riportata di seguito un analisi dei costi di un intervento di riabilitazione di una struttura prefabbricata attraverso la struttura secondo la presente invenzione.

A titolo esemplificativo, la struttura in esame à ̈ un capannone industriale monopiano di 430 m<2>, composto da 3 travi principali coperte da tegoli poggianti su 6 pilastri (Fig.58). Di seguito, si indica con l’abbreviazione 3HAC (da 3 Hinged Arch Connection) l’elemento di connessione antisismico secondo l’invenzione.

L’intervento di riabilitazione prevede il ripristino delle connessioni travepilastro, pertanto occorre intervenire su 6 nodi strutturali. Il costo di una singola connessione base può essere calcolato come la somma dei costo dei pendoli, della malta di ripristino e degli spinotti:

Costo di una singola connessione 3HAC = (4*costo Singolo Pendolo 2*costo Confezione Malta Costo spinotti con dadi) IVA.

Il sistema si compone di 3 barre spinotto, 4 pendoli e c’à ̈ bisogno di 2 confezioni di Malta EMACO BASF per l’inghisaggio dei 3 fori.

Di seguito si riportano i prezzi dei singoli elementi riportati dai fornitori:

costo 4 pendoli = 175 € IVA;

costo confezione Malta EMACO BASF = 17 € IVA;

costo 3 spinotti = 125 € IVA; IVA al 20%.

Costo di una connessione 3HAC = 400 €

Per il ripristino di ogni connessione à ̈ necessario una giornata di lavoro da parte di due operai (ponendosi a vantaggio di sicurezza), per cui si ha un costo di manodopera pari ad 200 € per ogni singola connessione.

Il costo dell’intervento di ripristino per singolo nodo à ̈ dunque pari a:

Costo tot 3HAC = 400 € 200 € = 600 €

e quindi il costo totale dell’intervento di ripristino per l’intero edificio in esame risulterà pari a:

Costo ripristino 3HAC = 6*600 € = 3600 €

Considerando che con tale intervento si ottiene una resistenza anche maggiore del sistema di partenza e che il suo costo à ̈ pari a circa il 5% del costo totale della struttura (che costa al nudo all’incirca 70000 Euro), à ̈ possibile trarre da se le dovute conclusioni economiche derivanti dall’uso della connessione 3HAC.

La presente invenzione à ̈ stata fin qui descritta con riferimento ad una sua forma di realizzazione preferita. È da intendersi che possono esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

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Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Struttura (1) per edificio, comprendente: • un primo (11) ed un secondo (12) componente; • almeno un elemento di connessione antisismico (2) atto a collegare tra loro detti primo (11) e secondo (12) componente; detto almeno un elemento di connessione (2) comprendendo un primo (21) ed un secondo (22) pendolo presentanti rispettive prime porzioni incernierate ad un perno comune (3) fissato entro detto primo componente (11), e rispettive seconde porzioni incernierate ciascuna ad un rispettivo perno (4, 5) fissato entro detto secondo componente (12).
2. 2. Struttura (1) per edificio secondo la rivendicazione precedente, in cui detto primo componente (11) Ã ̈ una trave (11), e detto secondo componente (12) Ã ̈ un pilastro (12).
3. 3. Struttura (1) per edificio secondo la rivendicazione precedente, comprendente una coppia di elementi di connessione antisismici (2, 2’), disposti su rispettive lati opposti di detta struttura (1) e simmetricamente rispetto ad un piano β da essa definito.
4. 4. Struttura (1) per edificio secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti primo (11) e secondo (12) pendolo di detto almeno un elemento di connessione antisismico (2) formano tra loro un angolo sostanzialmente pari a 45°.
5. 5. Struttura (1) per edificio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti perni (3, 4, 5) sono spinotti (3, 4, 5) rivestiti da una guaina deformabile.
6. 6. Struttura (1) per edificio secondo la rivendicazione precedente, in cui detti spinotti (3, 4, 5) sono rivestiti da manicotti metallici
7. 7. Struttura (1) per edificio secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detti perni (3, 4, 5) sono fissati a detto primo componente (11) o detto secondo componente (12) mediante inghisaggio con malta, resina o collari bullonati o saldati a contropiastre zancate rispettivamente a detto primo componente (11) o detto secondo componente (12)
8. 8. Struttura (1) per edificio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno un elemento di connessione (2) comprende un terzo pendolo (9), presentante rispettive porzioni incernierate ai perni (4, 5) fissati entro detto secondo componente (12).
9. 9. Struttura (1) per edificio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun pendolo (21, 22) Ã ̈ incernierato ai rispettivi perni (3, 4; 3, 5) sostanzialmente in corrispondenza di sue porzioni estremali.
10. 10. Struttura (1) per edificio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti pendoli (21, 22) sono del tipo ad instabilità impedita (BRB).
11. 11. Procedimento di montaggio di una struttura (1) comprendente un primo (11) ed un secondo componente (12), comprendente i passi di: • predisporre almeno un foro entro detto primo componente (11) ed almeno un primo ed un secondo foro entro detto secondo componente (12), • alloggiare e fissare un perno comune (3) entro il foro comune ricavato in detto primo componente (11) ed un primo e secondo perno (4, 5) rispettivamente entro detti primo e secondo foro ricavati entro detto secondo componente (12); • incernierare e serrare un elemento di connessione (2) tra detti primo (11) e secondo (12) componente, l’elemento di connessione (2) comprendendo un primo pendolo (21) posto tra detto perno comune (3) e detto primo perno (4), ed un secondo pendolo (22) posto tra detto perno comune (3) e detto secondo perno (5).
12. 12. Procedimento di montaggio secondo la rivendicazione precedente, in cui detto primo componente (11) à ̈ una trave (11) e detto secondo componente (12) à ̈ un pilastro (12), detti fori essendo posizionati lungo un piano β definito da detta trave (11) e detto pilastro (12);
13. 13. Procedimento di montaggio secondo la rivendicazione precedente, comprendente un passo di incernierare e serrare una coppia di elementi di connessione (2, 2’) tra detta trave (11) e detto pilastro (12), detti elementi di connessione (2, 2’) essendo incernierati e serrati su lati opposti di detta struttura (1) simmetricamente rispetto a detto piano β.
14. 14. Procedimento di montaggio secondo le rivendicazioni 12 o 13, inoltre comprendente un passo di ripristinare la struttura (1), precedente a detto passo di predisporre.
15. 15. Procedimento di montaggio secondo una delle rivendicazione da 12 a 14, inoltre comprendente un passo di individuare delle barre presenti entro la struttura (1), precedente a detto passo di predisporre.