Lo studio offre una guida ai sistemi di fissaggio antisismici per edifici

Quando il terreno trema violentemente, la sicurezza degli edifici dipende da ogni dettaglio strutturale. I dispositivi di fissaggio che tengono insieme questi componenti diventano di fondamentale importanza nelle regioni sismiche. La scelta di dispositivi di fissaggio sismici appropriati non è semplicemente una questione di selezione dei materiali, ma una complessa sfida ingegneristica che coinvolge la scienza dei materiali, la meccanica strutturale e la conformità ai codici edilizi. Questo articolo fornisce a ingegneri, architetti e professionisti delle costruzioni una guida alla selezione basata sui dati per contribuire a creare strutture sismiche più resilienti.

L'enorme energia generata dall'attività sismica si traduce in potenti forze laterali e verticali che agiscono sulle strutture degli edifici. Queste forze si concentrano nei punti di connessione, mettendo a dura prova le prestazioni dei dispositivi di fissaggio. Nelle zone sismiche, le strutture devono resistere non solo ai carichi gravitazionali, ma anche a forze sismiche improvvise e multidirezionali che rischiano di allentare, tagliare o fratturare i dispositivi di fissaggio. Una progettazione sismica efficace si concentra sull'assorbimento e la dissipazione dell'energia sismica, prevenendo al contempo il cedimento dei componenti strutturali critici.

La selezione di dispositivi di fissaggio resistenti ai terremoti richiede una valutazione completa e un'analisi quantitativa di molteplici fattori interrelati che determinano collettivamente la sicurezza strutturale durante gli eventi sismici.

• Materiali ad alta resistenza: L'acciaio inossidabile e l'acciaio al carbonio di alta qualità sono preferiti per la loro eccezionale resistenza alla trazione e al taglio. Ad esempio, i bulloni ASTM A325 hanno una resistenza alla trazione minima di 120 ksi (827 MPa), mentre i bulloni ASTM A490 raggiungono i 150 ksi (1.034 MPa).
• Duttilità: Misurata dalla percentuale di allungamento, la duttilità determina la capacità di un dispositivo di fissaggio di assorbire energia attraverso la deformazione plastica piuttosto che la frattura fragile. Gli acciai ad alta duttilità possono raggiungere oltre il 20% di allungamento.

• Standard di progettazione: È obbligatorio il rispetto rigoroso dei codici sismici come l'International Building Code (IBC) e gli standard dell'American Institute of Steel Construction (AISC). Questi specificano i requisiti minimi di resistenza e duttilità in base ai livelli di rischio sismico.
• Certificazione: I prodotti certificati ICC-ES sono sottoposti a test rigorosi con parametri di prestazione documentati, tra cui resistenza alla trazione, resistenza al taglio e capacità di carico dinamico.

• Ancoraggi ad espansione: La loro capacità di carico dipende dalla resistenza del calcestruzzo, dal diametro dell'ancoraggio e dalla profondità di incorporamento. Le versioni sismiche devono essere selezionate con calcoli appropriati del carico dinamico.
• Ancoraggi chimici: I sistemi a base epossidica richiedono test di resistenza all'adesione per carichi dinamici. Le variabili di installazione includono il tipo di adesivo, le condizioni del calcestruzzo e la preparazione del foro.
• Incorporamento e distanza dal bordo: Parametri critici che impediscono il cedimento prematuro o la fessurazione del calcestruzzo se specificati correttamente in base ai requisiti del codice.

• Selezione dei materiali: L'acciaio inossidabile offre una resistenza superiore alla corrosione, mentre la protezione dell'acciaio zincato dipende dallo spessore del rivestimento di zinco.
• Manutenzione: Ispezioni regolari e rivestimenti protettivi prolungano la durata utile, in particolare in ambienti costieri o industriali.

• Connessioni flessibili: Consentono il movimento controllato attraverso isolatori in gomma o dettagli specializzati.
• Smorzatori: I dispositivi di dissipazione dell'energia (attrito, cedimento metallico o tipi viscosi) riducono le ampiezze delle vibrazioni strutturali.

Diverse applicazioni strutturali richiedono specifici tipi di dispositivi di fissaggio con caratteristiche di prestazione quantificabili:

• Bulloni ad alta resistenza: I gradi ASTM A325 (827 MPa) e A490 (1.034 MPa) utilizzano il precarico per il trasferimento del carico per attrito nelle connessioni in acciaio.
• Ancoraggi sismici: Presentano una maggiore resistenza all'estrazione e al taglio attraverso meccanismi di espansione o adesivi specializzati.
• Tirafondi/tiranti filettati: Resistono al sollevamento e allo spostamento laterale nelle strutture in legno, con prestazioni dipendenti dalla rigidità e dai dettagli di connessione.
• Connettori a taglio: Prigionieri a testa o connettori a canale garantiscono l'azione composita nei sistemi acciaio-calcestruzzo.

Una corretta installazione è altrettanto critica quanto la selezione dei materiali:

• Test pre-installazione: Verificare le prestazioni in condizioni di carico sismico simulato.
• Specifiche del produttore: Rigoroso rispetto dei valori di coppia, delle profondità di incorporamento e dei requisiti di spaziatura.
• Protocolli di ispezione: Controlli regolari per corrosione, allentamento o deformazione.

Nelle regioni sismiche, la selezione dei dispositivi di fissaggio rappresenta una considerazione fondamentale per la sicurezza. Valutando sistematicamente le proprietà dei materiali, la conformità ai codici, la progettazione delle connessioni e la qualità dell'installazione, i professionisti delle strutture possono implementare soluzioni basate sui dati che migliorano le prestazioni sismiche. Un corretto fissaggio sismico rappresenta un investimento vitale nell'integrità strutturale e nella sicurezza pubblica.