ITRM980152A1 - Procedimento per l'annullamento delle onde sismiche sulle strutture e prefabbricati basato su componenti e connettori dissipatori - Google Patents

Description

Strutture antisismiche: stato anteriore della tecnica

I danni provocati da recenti terremoti hanno portato ad un rapido sviluppo dell' ingegneria strutturale e sismica caratterizzato da soluzioni innovative particolarmente diverse dagli schemi tradizionali previsti nei codici di costruzione quale ad esempio Γ UBC (Uniform Building Code). Un approccio moderno al problema può essere impostato integrando i sequenti tre aspetti:

• modelli matematici :

un testo di riferimento intemazionale sulla dinamica delle strutture è la seconda edizione del testo di Clough e Penzien del 1993 (riferimento bibliografico 1).

• costruzioni ed espeimenti :

una panoramica sino agli 90 sui sistemi strutturali per la difesa dal

rischio sismico può essere trovata nel riferimento bibliografico (2). Una libreria aggiornata in tempo reale è il sito internet dell' organismo statunitense NISEE per l' ingegneria sismica (rif. 3).

• simulazioni su calcolatore :

Oltre agli usuali ambienti di progettazione nell' ingegneria strutturale, di particolare rilevanza per i possibili sviluppi sono gli ambienti software JAVA per la progettazione in ingegneria strutturale come riportato nel riferimento (4)-

Una recentissima iniziativa di grande rilevanza in questa nuova direzione è costituita dalla creazione di un centro che coordina Γ attività intemazionale di ricerca e sviluppo delle maggiori università americane attive attualmente sul fronte dell' ingegneria sismica (rif. 5).

Per quanto riguarda brevetti innovativi nel campo dell' ingegneria antisismica ricordiamo i lavori di Hu-Kirmser-Swartz (rif 6) e di Staudacher (rf 7).

Descrizione dell' invenzione

Il procedimento proposto per Γ annullamento delle onde sismiche sulle strutture e prefabbricati, il cui dimensionamento può essere ottenuto mediante tecniche di calcolo di dinamica strutturale e di ingegneria sismica (vedasi rif. 1), si basa sul principio di introdurre dei dissipatori nelle fondazioni come descritto nei seguenti passi.

1. Stendere sul fondo di una buca scavata sul terreno su cui si vuole realizzare una costruzione con caratteristiche antisismiche, un tappeto di gomma dura (vedasi parte A nel disegno riportato).

2. Costruire ad incastro in questa buca e sul tappetto A, un cassone B di cemento armato o di metallo di lunghezza interna l1, di larghezza interna 12 e altezza pari a quella della buca di cui al punto 1.

3. Depositare dentro il cassone B uno strato di sabbia asciutta D.

4. Posare sulla sabbia una lamiera E in acciaio di lunghezza l1 - 2F, larghezza 12 - 2F, dove F rappresenta la distanza che separa la lamiera dalle pareti interne laterali del cassone B.

5. Stendere su questa lamiera E un tappeto di gomma dura H, con un bordo H' di altezza superiore al tappeto stesso e di spessore F.

6. Costruire, a distanza F dalle pareti interne laterali del cassone B, un' altro cassone G in cemento armato o di metallo di lunghezza interna l'1 e larghezza interna Γ2 la cui base appoggia sulla gomma H.

7. Collegare le pareti interne e la base del cassone G con dei tiranti l al fine di rendere le pareti stesse più resistenti al peso della struttura sovrastante. La distanza tra le pareti interne del cassone G e i punti di attacco dei tiranti I sulla base del cassone G non deve superare una distanza y tale da garantire

Γ affidabilità dei tiranti stessi.

8. Riempire questo secondo cassone G con sabbia fino ad un livello inferiore al bordo superiore del cassone stesso.

9. Posare sulla sabbia una lamiera K in acciaio di lunghezza l'1 - 2F' e larghezza Γ2 - 2F' dove F' è lo spessore del bordo di gomma dura M' descritto al punto 10.

10. Posare su questa lamiera K uno strato di gomma M con bordo M' superiore all’altezza dello strato stesso.

11. Posare sul tappeto M una lamiera in acciaio N dalle stesse dimensioni della lamiera K di modo che il cassone G venga quasi interamente ricoperto fino ai bordi superiori.

12. Posare sulla lamiera N delle sfere in acciaio P (la disposizione, il numero e le dimensioni determinati dai calcoli di dinamica srutturale).

13. Fissare con saldature alla lamiera N, in corrispondenza delle sfere P poste sul perimetro esterno, dei "denti di arresto" N' in acciaio di spessore opportuno, ricoperti da uno strato di gomma dura N" a contatto con le sfere, posti ad una distanza dai punti O tale da attenuare residui di energia d' ingresso dovuti a spinte laterali delle sfere.

14.Posare a cavallo dei bordi superiori del cassone B e del cassone G una copertura T sullo spazio F tale da non appoggiare sulle pareti dei cassoni B e G al fine di non trasmettere le onde sismiche dalle pareti del cassone B alle pareti del cassone G.

15. Posare su ciascuna sfera P uno strato di gomma Q dura con curvatura compatibile con le sfere P, in modo da coprire la semisfera superiore fino a metà delle sfere.

Posare sull’ insieme delle sfere una lastra in cemento armato R con ricavi semisferici in corrispondenza delle suddette sfere P.

16. Costruire su tale base R un qualsiasi edificio S di legno o con telaio in metallo tale da ottenere un solo corpo (base R ed edificio S) con tramezzi e soffitti in gomma con rete metallica incorporata, legno o altro materiale con caratteristiche migliori di non distruttibilità rispetto al materiale adoperato sinora.

Obiettivi e caratteristiche dell' invenzione

Le caratteristiche innovative del procedimento per Γ annullamento delle onde sismiche agenti sul sistema suolo-fondazioni-struttura basato sull' uso di componenti e connettori dissipatori costituiti da una opportuna configuazione di • gomma e sabbia: l'energia prodotta dalle onde sismiche entranti nei cassoni, viene dissipata nell'attraversare la combinazione sabbia, strato di gomma, lastra di acciaio per la sua posizione tangenziale rispetto alle sfere.

• sfere d' acciaio, poggiate su di una lastra di acciaio posta tra le fondazioni e la struttura sovrastante, la superficie di connessione tra fondazioni e struttura risulta essere tale da sopportare il peso della struttura e tale da costituire un "insieme di misura nulla" rispetto all' impatto delle onde sismiche. Le sfere in acciaio permettono di raggiungere questi due obiettivi con maggiore sicurezza rispetto a pilastri a punta. Z

Infatti Γ onda sismica, già ammortita dopo Γ attraversamento delle fondazioni per effetto della gomma e della sabbia, esercita la sua azione attraverso un solo punto O, punto geometrico di tangenza tra le sfere in acciaio e la lamiera in acciaio.

Pertanto l' azione dell' onda sismica è estremamente debole per le seguenti ragioni:

- sia per aver attraversato le sfere tramite una superficie ridottissima, i punti O di tangenza tra sfere P e lamiera N,

- sia perché una parte della componente dell’ onda sismica segue la superficie orizzontale della lamiera N in virtù della decomposizione delle forze in gioco, in analogia con quanto accade ad una autovettura lanciata a velocità elevata nell’ affrontare una curva accentuata.

L' azione dell' onda sismica risulta estremamente debole qualsiasi sia la sua intensità anche con M > 6. Il sistema proposto offre notevole difesa rispetto sia alle onde longitudinali, sia alle onde trasversali (sussultorie) nonché alle onde superficiali.

Claims (1)

1. Rivendicazioni 1 I procedimento per Γ annullamento delle onde sismiche in un sistema suolo-fondazionistrutture basato sull' interazione dinamica tra i seguenti: "componente suolo" costituito dal suolo su cui si costruiscono le fondazioni e le strutture e nel quale viene scavata una buca dalle dimensioni necessarie per contenere i componenti e connettori descritti nei punti successivi. "connettore suolo-fondazioni" costituito da uno strato di gomma dura A posto sul fondo di una buca di cui al punto precedente. "primo componente fondazioni" costituito dalla seguente configurazione: un primo cassone esterno B di acciaio o cemento armato, di lunghezza interna fi, di larghezza interna I2 e altezza pari a quella della buca , poggiante sullo strato di gomma dura A, incastrato nel terreno e riempito quasi completamente di sabbia asciutta D; ed una lamiera di acciaio E di lunghezza l1 - 2F, larghezza l2 - 2F dove F rappresenta la distanza che separa la lamiera dalle pareti interne laterali del cassone, poggiante sulla sabbia D. "connettore tra primo componente fondazioni e secondo componente fondazioni" costituito da uno strato di gomma dura H, con un bordo H' di altezza superiore al tappeto stesso F' posto sulla lamiera E. "secondo componente fondazioni" costituito dalla seguente configurazione: un cassone G interno al cassone B, poggiante sullo strato di gomma H, tale che le pareti interne e la base del cassone G siano collegati con dei tiranti I al fine di rendere le pareti stesse più resistenti alla pressione esercitata dal peso della struttura sovrastante, uno strato di sabbia J depositato nel cassone G fino ad un livello inferiore al bordo superiore del cassone stesso; una lamiera di acciaio K di lunghezza l'1 - 2F', larghezza l - 2F'; una gomma dura M con bordo M' di spessore F' poggiante sulla lamiera K; una lastra di acciaio N con denti di arresto in acciaio N', ricoperti da gomma dura N" nella parte di fronte alle sfere e posti in corrispondenza del perimetro esterno. "connettore tra secondo componente fondazioni e struttura" costituito da un insieme di sfere P di acciaio con dimensioni e disposizione sulla lastra di acciaio N come risultanti dai calcoli. "componente struttura o prefabbricato" costituito da: una base R di cemento armato, con ricavi semisferici in corrispondenza delle sfere P, poggiante sulle sfere P (vedi punto successivo) ricoperte nella metà superiore da uno strato di gomma dura Q; la struttura S o il prefabbricato realizzati in legno o con struttura metallica, pareti esterne in gomma con rete metallica incorporata o tramezzi in plastica o legno o gomma con rete metallica incorporata.