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Laboratori dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare più sicuri con Sismocell

I dispositivi antisismici Sismocell sono stati efficacemente impiegati nei Laboratori INFN di Frascati (Roma) per realizzare interventi antisismici, creando connessioni dissipative tra elementi strutturali in edifici prefabbricati destinati a laboratori di ricerca.

Sismocell contribuisce alla riduzione del rischio sismico di un centro di eccellenza della ricerca italiana, il complesso dei laboratori INFN di Frascati, istituto di livello internazionale e prima struttura di ricerca italiana per lo studio della fisica nucleare e subnucleare con acceleratori di particelle. 

In due padiglioni del centro sono stati installati i dispositivi antisismici Sismocell, con la finalità di collegare in maniera “intelligente” gli elementi strutturali prefabbricati di copertura. Gli interventi sono stati rapidi e non invasivi e si sono svolti senza interruzione dell’attività di ricerca. Le connessioni realizzate consentono, in caso di terremoto, uno spostamento relativo e controllato trave-pilastro e trave-elementi di copertura. Il funzionamento dissipativo a fusibile del dispositivo è in grado di limitare i danni alle strutture: grazie ad esso, infatti, una parte dell’energia sprigionata dal terremoto si concentra sui dispositivi stessi preservando così la struttura.

     

Laboratori dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare più sicuri con Sismocell

Laboratori INFN di Frascati (Roma)

    

I Laboratori Nazionali di Frascati sono protagonisti in tutti i settori di ricerca propri dell’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare). La loro storia è strettamente legata alla realizzazione e all'utilizzo degli acceleratori, macchine costruite per produrre e studiare fenomeni della fisica delle particelle al fine di comprendere il funzionamento dell'Universo.

L’attività dei laboratori risale al 1954 con l’istallazione di un elettrosincrotrone, il primo acceleratore di particelle italiano dedicato alla ricerca fondamentale. Dagli anni ’60 ne sono stati istallati altri, sempre più potenti, e dai nomi evocativi, dal primo anello di accumulazione AdA, all’acceleratore Adone fino a Dafne, un acceleratore di particelle di nuova concezione che consente lo studio di fenomeni rari. Ogni generazione di acceleratori e di rivelatori di particelle ha permesso di effettuare nuove scoperte, ampliando le conoscenze di base e aprendo nuove vie verso tecnologie che hanno determinato delle vere e proprie rivoluzioni.

Ai dispositivi Sismocell è stata ora affidata la protezione delle strutture dal sisma in un contesto così altamente tecnologico.

     

La principale vulnerabilità sismica dei capannoni prefabbricati

Una valutazione tecnica sulla vulnerabilità strutturale, preliminare agli interventi, redatta dai Progettisti ha evidenziato le carenze di questi edifici, con riferimento alle Linee guida redatte da Reluis nel 2012 in seguito al terremoto del Nord Italia (di cui si riporta più sotto breve stralcio significativo), individuando poi nel sistema Sismocell la soluzione ottimale per la prevenzione dai danni di un sisma.

“Le strutture prefabbricate sono largamente utilizzate in tutta Italia e costituiscono la maggior parte delle strutture ad uso industriale (…). A conferma degli studi numerici condotti negli ultimi anni, i collegamenti hanno rappresentato gli elementi critici in termini di prestazioni sismiche di tali edifici sia di vecchia che di nuova costruzione. Le loro carenze prestazionali hanno determinato, infatti, la maggior parte dei crolli e dei danni gravi negli edifici prefabbricati colpiti dagli eventi sismici del 20 e del 29 maggio 2012 in Emilia Romagna. La carenza più frequentemente riscontrata a livello delle connessioni è l’assenza di unione meccanica tra gli elementi strutturali, tale da garantire il trasferimento degli sforzi in regime dinamico (…). 

E’ importante notare che solo dal 1987, con il D.M.LL.PP. 3 dicembre 1987, si vieta l’utilizzo di connessioni attritive, limitatamente alle zone sismiche secondo la mappa dell’epoca. Per questo motivo, sono ampiamente diffusi edifici prefabbricati caratterizzati da tale carenza strutturale. Tale carenza riguarda allo stesso modo sia la connessione tra elementi orizzontali e verticali (collegamento trave-pilastro) che quella tra elementi orizzontali (collegamento copertura-trave). Anche in presenza di collegamento meccanico di almeno un estremo della trave, i dettagli della connessione sono tali da non garantire l’efficacia del sistema di unione predisposto (ad esempio gli spessori di copriferro nel caso di utilizzo di spinotto metallico).” 

E così l’edificio, in caso di sisma, potrebbe anche collassare per perdita di appoggio di un elemento all’interno di una struttura, di per sé isostatica, provocando un effetto “a catena” sugli elementi adiacenti dovuto al passaggio ad una condizione di struttura labile (numero dei vincoli inferiore al numero dei gradi di libertà degli elementi).

  
Terremoto Nord Italia 2012 – Danni capannoni prefabbricati a Mirandola

Terremoto Nord Italia 2012 – Danni capannoni prefabbricati a Mirandola 

  

Le carenze dei padiglioni prefabbricati dei laboratori INFN

Le criticità tipiche dei capannoni industriali sono state individuate dai Progettisti anche in alcuni padiglioni dei laboratori INFN. Nel caso specifico si riscontrava un appoggio trave-pilastro per semplice attrito tra le superfici, con assenza di efficaci vincoli di tipo meccanico tali da impedire movimenti relativi tra gli elementi contigui. Le caratteristiche geometriche dei pilastri, non dimensionati per azioni sismiche, sono risultate insufficienti ad assorbire l’intera azione sismica di sito.

Questa constatazione ha portato i Progettisti a scegliere per una rapida messa in sicurezza delle strutture i dispositivi Sismocell, in grado di deformarsi per soddisfare l’elevata domanda di spostamento che caratterizza questo tipo di strutture a livello della copertura e assorbire parte dell’azione sismica, riducendo le sollecitazioni nei pilastri.

   

Connessioni dissipative trave-pilastro e trave-tegoli di copertura con dispositivi Sismocell e Sismocell Box

Connessioni dissipative trave-pilastro e trave-tegoli di copertura con dispositivi Sismocell e Sismocell Box

  

La scelta dei dispositivi Sismocell

I dispositivi antisismici Sismocell e Sismocell Box hanno consentito anche in questo caso di eliminare le principali cause di vulnerabilità sismica delle strutture prefabbricate esistenti, ovvero l’assenza di vincoli efficaci tra elementi strutturali, trave-pilastro e trave-elementi di copertura. L’impiego di dispositivi con questo particolare comportamento a fusibile dissipativo garantisce inoltre l’assorbimento di parte dell’energia sismica, riducendo l’azione trasmessa ai pilastri, grazie all’effetto di disaccoppiamento controllato degli elementi di copertura rispetto alla struttura sottostante. 

Gli interventi di riduzione del rischio sismico realizzati hanno raggiunto l’obiettivo di evitare, in caso di evento sismico, la perdita di appoggio tra gli elementi strutturali prefabbricati, e conseguenti crolli e collassi, migliorando le prestazioni sismiche dei fabbricati.  

 


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