ITMC980019A1 - Sistema per un efficace e rapido rinforzo strutturale di edifici in cemento armato e muratura in zona sismica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'INVENZIONE avente per TITOLO: “Sistema per un efficace e rapido rinforzo strutturale di edifici in cemento armato e muratura in zona sismica"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

L'invenzione in aggetto è riferita al campo della tecnica delle costruzioni di edifici in cemento armato e muratura; ha specifica applicazione e destinazione alla realizzazione di un efficace, rapido ed economico sistema di rinforzo strutturale, locale e globale, nei confronti di sollecitazioni sismiche ed azioni orizzontali in genere.

L’attuale Letteratura tecnica, in materia di accorgimenti per la protezione sismica degli edifici in cemento armato e muratura, è principalmente Indirizzata alla definizione di sistemi smorzanti tali da limitare il trasferimento delle oscillazioni sismiche dal suolo alla struttura.

Al di là di valutazioni circa l’efficacia di tali sistemi, va sottolineata l'entità dei costi associati alla loro attuazione, sia per l'approvvigionamento degli specifici elementi costruttivi che per la necessità di eseguire opere aggiuntive a quelle previste nella normale costruzione dell'edificio. Questo aggravio dei costi di realizzazione rende spesso non accettabile il rapporto costi/benefici, limitando la possibilità di applicazione di questi sistemi ad edifìci con particolare significato sociale ed elevato costo globale.

Per quanto concerne le indicazioni contenute nella Normativa sugli edifìci, la progettazione antisismica è prevalentemente indirizzata al dimensionamento degli elementi strutturali portanti delle costruzioni in cemento armato e muratura, quali pilastri e travi.

Per la maggior parte degli edifìci civili non è prevista armatura supplementare per la protezione dell'Integrità locale delle chiusure verticali (pareti), né un'adeguata armatura di rinforzo nel collegamento di esse con gli elementi strutturali principali (pilastri e travi). Ciononostante, i passati episodi sismici hanno evidenziato il danneggiamento degli elementi di hlusura verticale (pareti) particolarmente nelle zone di connessione con le strutture portanti dell’edificio, di costruzioni pur correttamente progettate secondo la vigente Normativa sismica. In contrapposizione a quanto sopra, la soluzione ivi proposta permette di realizzare un rapido ed efficace rinforzo strutturale di tutti i residui punti di debolezza degli edifici in cemento armato e muratura progettati in accordo alle Norme, nei confronti delle sollecitazioni sismiche ed azioni orizzontali in genere.

Ciò, mediante la definizione di elementi costruttivi che consentono di armare sia il calcestruzzo di connessione dei conci delle pareti con la struttura portante dell'edificio (pilastri e/o travi) che il calcestruzzo d'intonaco delle pareti stesse, con un'armatura perfettamente integrata e collegata a quella principale della struttura portante, senza che ciò comporti aggravi dei tempi di costruzione (se non limitatamente alla messa in opera degli elementi) o intralci le normali attività di realizzazione dell'edificio stesso (Fig. 1).

Inoltre, nell'ambito dei sistemi di rinforzo e protezione antisismica, la soluzione ivi proposta consente di ottimizzare il rapporto costi/benefici di realizzazione attraverso:

(a sola aggiunta di elementi di armatura diffusa di basso costo specifico, standardizzabili e prefabbricabili, unitamente al contemporaneo sfruttamento a fini strutturali antisismici di materiali già previsti nella normale realizzazione dell'edificio, ma non destinati a ciò;

il nessun aggravio dei tempi di costruzione di un normale edificio se non limitatamente alla pura e semplice installazione di elementi di armatura, rientrando nei contesto delle attività già previste dalla normale tecnica delle costruzioni tutte le altre operazioni per la realizzazione del suddetto sistema di rinforzo;

l'eliminazione dei residui punti di debolezza dell’edifìcio (la cui struttura portante sia correttamente dimensionata secondo la Normativa Antisismica) nei confronti delle sollecitazioni orizzontali dovute a terremoto, essendo gli elementi di chiusura verticale (pareti) normalmente poco resistenti a sollecitazioni di taglio e flessione;

il conferimento di maggiore rigidezza globale all'edificio (nei confronti dei carichi sismici) grazie alla collaborazione tra la sua struttura resistente e gli elementi di chiusura verticale normalmente non destinati a questo scopo; ciò è di importanza crescente in relazione al livello di flessibilità della costruzione.

Più in dettaglio, il sistema in oggetto è costituito dalle seguenti componenti:

1) Elementi predisposti per ii collegamento tra l'armatura prevista dal sistema in oggetto e l'armatura principale dell’edificio di pilastri e travi in cemento armato

La realizzazione dei collegamento tra l'armatura prevista dal sistema e quella principale deiredificio, è effettuata mediante elementi conformati allo scopo aventi caratteristiche geometriche e meccaniche conformi ai requisiti della Normativa in materia di costruzioni civili, da inserire nelle gabbie delle armature principali durante o al termine delia loro costruzione. Due tipologie di elementi base rendono agevole la standardizzazione, quindi la possibilità di prefabbricazione ed il conseguente contenimento dei costi di acquisizione.

Di questi, il primo è realizzato direttamente sugli elementi di armatura già presenti nella struttura (staffe), il secondo è aggiunto successivamente alla realizzazione della gabbia.

1.a) -elemento staffa"

Coerentemente alla comune accezione della Tecnica delle Costruzioni, si intende per "staffe reggìferri" o ‘elementi di staffatura' una armatura supplementare costituita da tondini in acciaio conformati secondo il perimetro dell’elemento strutturale e disposti parallelamente ai lati delia sezione trasversale dello stesso, avente la funzione principale di mantenere invariate le distanze fra i ferri di armatura longitudinali durante il getto e la successiva vibrazione o pistonatura, nonché di evitarne l'inflessione laterale durante la vita dell'opera.

L'elemento “staffa" del sistema in oggetto è similare alle staffe in uso nelle normali costruzioni civili, con in più predisposti gli elementi per il collegamento tra l’armatura diffusa prevista dal sistema e l'armatura principale dell'edificio (Fig. 2).

Possono essere in acciaio ad aderenza migliorata o non, conformate come la sezione degli elementi strutturali in cui andranno inserite ed in accordo alle specifiche di Normativa in materia di costruzioni; andranno utilizzate in luogo delle staffe tradizionali e quindi inserite nelle gabbie delie armature principali durante la loro costruzione.

L'elemento per il collegamento staffa-armatura di parete è realizzato mediante un tondino d'acciaio come la staffa; è saldato trasversalmente ad essa nel piano della parete di cui si intende collegame l'armatura, ovviamente in modo coerente alle successive modalità di installazione della staffa stessa nell'elemento strutturale.

Il suddetto elemento di collegamento fuoriesce dal contorno della staffa poco più del copriferro adottato per la sezione strutturale; ha un estremo chiuso conformato ad anello circolare o ellissoidale, di diametro interno di poco superiore a due volte quello degli elementi dell'armatura di parete, cosi da garantire l'automatico serraggio del collegamento e prevenire qualunque futuro scorrimento dovuto a presenza di gioco.

1.b) “elemento di collegamento aggiuntivo'

E' costituito da una serie di elementi per il collegamento tra l'armatura prevista dal sistema e quella principale dell'edificio, sostenuti per saldatura da un elemento rettilineo (Fig. 3). il singolo elemento di collegamento è in acciaio ad aderenza migliorata o non, di lunghezza adeguata ai requisiti del suo utilizzo, con un estremo conformato ad “L" per consentirgli l’ancoraggio nel calcestruzzo della struttura; l'altro estremo è conformato ad anello circolare o ellissoidale, di diametro interno di poco superiore a due volte quello degli elementi dell'armatura di parete, così da garantire l’automatico serraggio del collegamento e prevenire qualunque futuro scorrimento dovuto a presenza di gioco.

L'elemento si installa internamente alla gabbia di armatura della trave e/o del pilastro già realizzata, nella direzione in cui si vuole realizzare il collegamento e nella posizione mediana con riferimento alla sezione della parete da costruire, fissandolo alla staffatura. L'elemento ha enorme possibilità d’uso (flessibilità) con riferimento alle diverse tipologie architettoniche di pilastro e/o trave (d'angolo, di bordo, interno, ecc....), risultando indipendente dalle dimensioni e forme di questi ultimi.

L’aver previsto il collegamento per l’armatura di parete direttamente o indirettamente con gli elementi di staffatura piuttosto che con i ferri principali di armatura degli elementi strutturali, offre i seguenti vantaggi:

• rientrando gli elementi di staffatura solo marginalmente nel calcolo strutturale (in termini di diametro e passo massimo di collocazione nell'elemento strutturale), è possibile una loro standardizzazione e quindi la loro prefabbricazione senza risentire particolarmente delle differenti tipologie architettoniche.

Oltretutto, il massimo passo richiesto dalle Norme per gli elementi di staffatura nell’elemento strutturale consente anche di standardizzare l'armatura di parete, in particolare nei suoi terminali di collegamento con le elementi di staffatura stessi.

• Consente di realizzare un collegamento efficace tra la struttura portante dell'edifìcio e l’armatura di parete, distribuendo in modo ottimale nelle sezioni dell'elemento strutturale principale le sollecitazioni dovute agli effetti dinamici delle pareti.

• Gii elementi per il collegamento con l'armatura di parete danno un contributo positivo alla resistenza globale dell'elemento strutturale in cui sono inseriti.

2) Pannello per casseforme predisposto per il passaggio dei ferri di armatura dell'elemento strutturale destinati al collegamento con la rete di parete

Coerentemente alla comune accezione della Tecnica delle Costruzioni, si intende per “pannello per casseforme" o "cassero" un elemento in legno, metallo o altro materiale, avente la funzione di contenere il calcestruzzo durante il getto dell'elemento strutturale fino a suo consolidamento, pannello per casseforme previsto nel sistema in oggetto ha le seguenti caratteristiche: presenta una conformazione a “U" nella direzione dell'asse maggiore, unitamente ad elementi scorrevoli opportunamente sagomati che, nella posizione chiusa, lasciano aperti dei fori aventi dimensioni ed interasse coerente con quello degli elementi adottati per il collegamento tra l'armatura di parete e quella principale dell'edificio (Fig. 4).

Onde evitare la fuoriuscita del calcestruzzo di getto dell’elemento strutturale, le aperture sul pannello possono essere provviste di guarnizione flessibile.

Può essere prefabbricato in moduli base nei materiali acciaio, alluminio o altro materiale. L'ottimizzazione dimensionale dell'elemento base, ha portato alla definizione di un pannello per casseforme avente sviluppo marcatamente lineare dì larghezza minima, di lunghezza poco inferiore all'altezza prevista dalle Norme per il piano di un edificio di civile abitazione, di spessore uguale ai casseri della normale produzione di casseforme.

Ciò consente di avere una elevata flessibilità di utilizzo (su qualunque larghezza di trave/pilastro o altra struttura portante) consentendo l'uso e l'affrancamento ad altri casseri tradizionali già in possesso dell'Impresa, non generando impatti sull'uso delle cravatte normalmente in uso per il contenimento delle pareti dei casseri e permettendo, In ogni caso, il raggiungimento dello suo scopo, ovvero lasciare a vista (nella strisciata prevista) gli elementi di collegamento delle staffe.

• Il pannello in oggetto ha caratteristiche di resistenza meccanica adeguate per poter essere utilizzato anche come elemento di casse natura per travi orizzontali, senza impatto sulle tecniche di sostentamento utilizzate per i normali casseri.

3) Elementi per l'armatura delie pareti predisposti per il collegamento reciproco e con gli elementi inseriti nell'armatura principale

Sono previste le seguenti due tipologie di elementi base di armatura, differenziati al fine di consentire l'installazione ed il collegamento con gli elementi strutturali portanti senza interferire

con le normali tecniche e metodologie di costruzione dell'edificio, in particolare per quanto concerne l'esecuzione delia muratura di tamponamento:

3.a) "Elemento di armatura d’angolo'

E' costituito da una serie di elementi destinati a realizzare il collegamento tra l’armatura della parete e gli elementi inseriti nell'armatura principale dell'edificio, sostenuti insieme per saldatura da due tondini rettilinei (Fig. 5).

(I singolo elemento è in acciaio ad aderenza migliorata o non, è conformato in modo da consentire il suddetto collegamento, aderire al lato dell'elemento portante e quindi abbracciare la parete su cui andrà installata l'armatura diffusa.

Negli estremi è provvisto di gancio per il collegamento con l'elemento a rete di parete: esso può essere conformato come in Fig. 6 in modo tale da far risultare nell'accoppiamento il minimo spessore d'ingombro pari alla sovrapposizione di soli due elementi, riducendo così al minimo lo spessore di intonaco necessario ai fini di copriferro (Fig. 7).

I vantaggi offerti dalla definizione di questo elemento sono le seguenti:

• Consente di predisporre il collegamento armatura di parete-struttura portante, prima che la realizzazione delle pareti di tamponamento lo impedisca o lo renda meno agevole o ancora, allunghi i tempi di messa in opera del sistema per la necessità di attività aggiuntive a quelle normalmente eseguite nella costruzione dell’edifìcio.

• Semplicità d'installazione essendo limitata all’infilaggio dei suoi elementi di collegamento nei ganci ‘a giorno" dopo il getto della struttura portante.

• Non necessita di interventi aggiuntivi di fissaggio grazie al sistema di collegamento adottato ed alla sua rigidezza garantita da opportuni tondini di acciaio, la cui duttilità gii consente anche eventuali adattamenti durante l'installazione.

• Eventuale prefabbricazione in moduli di dimensioni basate sugli standard di altezza e spessore delle normali murature di tamponamento; non necessitando di collegamento reciproco può essere agevolmente frazionato in corso d'opera.

Estrema versatilità d’uso potendosi utilizzare anche per realizzare continuità di armatura tra le due superfìci della parete nelle eventuali sue aperture (porte, finestre ....).

3.b) "Elemento di armatura a rete'

Costituisce il modulo base attraverso il cui assemblaggio e la relativa messa in opera, si realizza una armatura diffusa di rinforzo delle pareti dell’edificio perfettamente collegata alla struttura portante mediante l’elemento a rete d'angolo.

L'elemento di armatura a rete è costituito da tondini in acciaio elettrosaldato, o altro materiale di caratteristiche geometriche e meccaniche conformi ai requisiti della Normativa in materia di costruzioni civili, di maglia uguale al passo degli elementi utilizzati per il collegamento con la struttura portante (Fig. 8).

Negli estremi di ogni elemento della rete è presente un gancio sia per il collegamento reciproco dei moduli, che con l’elemento d’armatura d'angolo; esso può avere conformazione tale da conferire all'accoppiamento il minimo spessore d'ingombro pari alla sovrapposizione di soli due elementi e quindi al massimo spessore della rete stessa.

La lunghezza dell'elemento di collegamento (rispetto al perìmetro esterno della parte a maglia) è tale da rendere possibile sia l'assemblaggio dei moduli che il collegamento con l'armatura d'angolo, anche mediante il collegamento sull’elemento trasversale.

vantaggi offerti dalla definizione di questo elemento sono le seguenti:

Semplicità di assemblaggio essendo questa operazione limitata alla pura connessione dei ganci di collegamento di cui è fornito l'elemento della rete su tutti e quattro i lati; quest’ultima peculiarità lo rende particolarmente versatile, potendosi anche collegare contemporaneamente a pilastro e trave ed essere usato sia in senso verticale che in senso orizzontale.

Possibilità di prefabbricazione in moduli di dimensioni basate sugli standard di altezza del piano finestra e di altezza di porte e finestre.

La possibilità di frazionare in corso d’opera l’elemento modulare e l’utilizzo dell’elemento di cui al punto successivo, consente di ricoprire superfìci di qualunque dimensione e geometria (anche non multiple dei moduli dell’elemento rete).

4) Strumento per il serraggio ed il tensionamento della rete

E’ uno strumento a funzionamento meccanico che permette di eseguire in opera, durante l'installazione, il tensionamento dell'armatura stesa sulla parete (Fig. Θ).

Con lo stesso strumento, al termine del tensionamento, si possono eseguire i ganci dei tondini della rete sprovvisti del predisposto elemento a causa del frazionamento del modulo dell'elemento rete, ovvero associandogli una macchina saldatrice per punti e si può realizzare anche un collegamento per saldatura.

Con i suddetti elementi costruttivi si può realizzare un sistema di rinforzo strutturale antisismico che non ha sostanziali impatti o interferenze con le consuete metodologie di costruzione di un edifìcio in cemento armato e in muratura.

Le operazioni di installazione del sistema (unitamente alla sequenza delle fasi di costruzione) di un edificio di nuova costruzione sono descritte nel seguito:

a) Costruzione (generalmente fuori opera) della gabbia di armatura dell'elemento strutturale (trave e/o pilastro) costituita da ferri principali longitudinali e da staffe di irrigidimento.

In questa fase, al posto delle consuete staffe costruite in cantiere dovranno essere utilizzate le staffe prefabbricate del sistema in oggetto (punto 1.a), te quali andranno collocate a passo costante (in relazione al passo dell’armatura di parete prevista), con gli elementi di collegamento per l'armatura diffusa nel piano delle murature di tamponamento.

Diversamente, dopo la realizzazione della classica gabbia di armatura della trave e/o del pilastro, potrà essere inserito al suo interno l'elemento di collegamento aggiuntivo (punto 1.b), nella posizione del piano mediano della parete su cui si realizza il collegamento; può essere semplicemente fissato alla staffatura mediante il tondino verticale di cui è provvisto. La suddetta gabbia di armatura viene messa in opera e realizzata la cassaforma per il getto di calcestruzzo.

Nel’eseguire la casseratura dell'elemento strutturale (trave o pilastro), sui lati ove sono presenti gli elementi di collegamento, dovranno essere utilizzati i pannelli di cui al punto 2, cosi da lasciare esterni al getto (attraverso i fori sui casseri) i suddetti elementi per il collegamento con l'armatura di parete.

c) Eseguito il getto, atteso il tempo richiesto di consolidamento e rimossi gli elementi di cassaforma, si installano gli elementi di armatura d’angolo (punto 3.a), prima di procedere alla costruzione delle murature di tamponamento; essi non ostacolano le normali operazione di costruzione delle pareti avendo dimensioni opportunamente limitate.

Con la costruzione della parete, il calcestruzzo di collegamento dei conci del muro andrà ad annegare l’elemento di armatura nel piano della struttura portante ed a riempire l'incavo lasciato sull’elemento strutturale dalle cassefonmi (punto 2).

d) Completata la costruzione della parete si installano (sulla superficie interna e/o esterna del mura) gli elementi di armatura a rete sulle pareti (punto 3.b), semplicemente connettendoli agli elementi a rete d’angolo.

Nell'Installazione della strisciata si inizia dalla connessione con gli elementi dell'armatura d'angolo sui lati della parete e, nel caso previsto, anche in alto; qualora le dimensioni lo richiedano si possono preassemblare a terra gli elementi e sezionare i moduli garantendo comunque una adeguata sovrapposizione e la realizzazione del gancio di collegamento. Mediante lo strumento di cui ai punto 4), contemporaneamente al collegamento si esegue anche il tensionamento della rete installata.

e) Installata la rete, sì procede alla consueta realizzazione dello strato di intonaco annegando l'armatura stesa nel calcestruzzo e realizzando un efficace rinforzo strutturale di tutti i residui punti di debolezza dell'edificio (pur correttamente progettato secondo la Normativa sismica) nei confronti di sollecitazioni sismiche ed azioni orizzontali in genere, mediante armatura aggiuntiva perfettamente integrata e collegata agli elementi portanti principali.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1) La definizione di un sistema che permette di realizzare un efficace rinforzo strutturale antisismico, locale e globale, per gli edifici in cemento armato e muratura, mediante l'inserimento di armatura nell'intonaco degli elementi di chiusura verticale (pareti) perfettamente integrata e collegata aH'armatura principale della struttura portante. Il sistema permette di eliminare i residui punti di debolezza degli edifìci (la cui struttura portante sia correttamente dimensionata secondo la Normativa Antisismica) nei confronti delle sollecitazioni orizzontali dovute a terremoto, nonché di conferire maggiore rigidezza globale alla costruzione.
2. 2) La definizione di un sistema che ottimizza il rapporto costi/benefìci per la realizzazione di un efficaci rinforzo strutturale antisismico (locale e globale) per gli edifici in cemento armato e muratura, attraverso: • la sola aggiunta di elementi di armatura diffusa a basso costo specifico, standardizzabili e prefabbricabili, unitamente al contemporaneo sfruttamento a fini strutturali antisismici di materiali già previsti nella normale realizzazione dell'edificio, ma non destinati a ciò; • il nessun aggravio dei tempi di costruzione di un normale edifìcio se non limitatamente alla pura e semplice installazione di elementi di armatura, rientrando nel contesto delle attività già previste dalla normale tecnica delle costruzioni tutte le altre operazioni per la realizzazione del suddetto sistema di rinforzo; • l'eliminazione dei residui punti di debolezza dell’edificio (la cui struttura portante sia correttamente dimensionata secondo la Normativa Antisismica) nei confronti delle sollecitazioni orizzontali dovute a terremoto, essendo gli elementi di chiusura verticale (pareti) normalmente poco resistenti alle tensioni di taglio e di trazione/flessione; • il conferimento di maggiore rigidezza globale all'edifìcio (nei confronti dei carichi sismici) grazie alla collaborazione tra la sua struttura resistente e gli elementi strutturali non destinati a questo scopo; ciò è di importanza crescente in relazione ai livello di flessibilità della costruzione.
3. 3) La definizione di un sistema di rinforzo strutturale antisismico costituito da elementi costruttivi semplici, facilmente standardizzabili e prefabbricabili, in grado di essere assemblati reciprocamente e collegati alla struttura portante dei tradizionali edifici in cemento armato e muratura e la cui messa in opera non interferisce con le attività previste normalmente nella costruzione.
4. 4) La definizione di elementi di armatura predisposti per il collegamento tra l'armatura di parete e quella principale di travi e/o pilastri dell'edificio, da inserire nella gabbie delle armature principali durante o al termine della loro costruzione; gli elementi sono facilmente standardizzabili (e quindi prefabbricabili) perché quasi indipendenti dalle differenti tipologie architettoniche essendo solamente legati al proprio dimensionamento per sopportare i carichi in gioco.
5. 5) La definizione di un elemento modulare di pannello per casseforme che, grazie alla sua conformazione ed alla presenza di parti scorrevoli opportunamente sagomate e provviste di guarnizione flessibile, consente l’agevole passaggio (ovvero la ‘messa a giorno') degli elementi di collegamento (di cui al punto precedente), pur evitando la fuoriuscita dei calcestruzzo di getto dell'elemento strutturale trave e/o pilastro.
6. 6) La realizzazione del collegamento tra la struttura portante dell'edificio e l’armatura di parete, attraverso elementi di armatura d’angolo standardizzabili e prefabbricabili che, pur da installare a) termine dei disarmo della trave e/o pilastro e prima della realizzazione delle pareti (chiusure verticali), non intralciano la costruzione di queste ultime.
7. 7) La definizione di elementi modulari di armatura d’angolo provvisti di ganci di connessione che, potendosi collegare agli elementi trasversali degli elementi modulari di armatura di parete, consentono di realizzare una adeguata lunghezza di sovrapposizione e garantire l’ancoraggio nel calcestruzzo di intonaco, nonché la riduzione alla minima altezza del collegamento degli elementi non superiore al doppio dello spessore della singola sezione.
8. 8) La definizione di elementi modulari di armatura di parete provvisti di ganci di connessione che, potendosi collegare agli elementi trasversali della rete (oltre che direttamente), consentono di realizzare una adeguata lunghezza di sovrapposizione e garantire l’ancoraggio nel calcestruzzo di intonaco in zona tesa, nonché la riduzione alla minima altezza del collegamento degli elementi non superiore al doppio dello spessore della singola sezione.
9. 9) La definizione di un strumento che permette, in opera durante l’installazione, Il tensionamento dell’armatura stesa, la contemporanea realizzazione del gancio di collegamento/ancoraggio nei tondini della rete sprovvisti del predisposto elemento (a causa dell’eventuale frazionamento del modulo di armatura di parete durante l'assembiamento e la predisposizione della strisciata) ed eventualmente la saldatura degli elementi sovrapposti.