Inglese tratto da: questa pagina
Italiano tratto da: questa pagina
Data documento: 06-04-2017
Deformable concrete for earthquake-proof buildings
Calcestruzzo deformabile per edifici antisismici
When creating structures capable of withstanding earthquakes, engineers currently rely on force-based methods only.
Quando creano strutture in grado di resistere ai terremoti, gli ingegneri attualmente usano solo metodi basati sulla forza.
They cannot decide how the structure will adapt to seismic vibrations, which can in turn lead to undesirable failures.
Non possono determinare in che modo la struttura si adatterà alle vibrazioni sismiche, il che a sua volta porta a problemi indesiderati.
An innovative design for a highly deformable reinforced concrete structure is hoped to bring such freedom, whilst optimising the use of resources, minimising costs and ensuring safety.
Si spera che la progettazione innovativa di una struttura di calcestruzzo rinforzato altamente deformabile porti una tale libertà, ottimizzando allo stesso tempo l’uso di risorse, riducendo al minimo i costi e garantendo la sicurezza.
The SHDS (Seismic-resistant Highly Deformable Structures) project builds upon the results of another EU-funded project called ANAGENNISI, which is recycling tyre rubber particles into replacements for both fine and coarse concrete aggregates.
Il progetto SHDS (Seismic-resistant Highly Deformable Structures) sviluppa i risultati di un altro progetto finanziato dall’UE e chiamato ANAGENNISI, che ricicla frammenti di gomma di pneumatici trasformandoli in sostituti per calcestruzzo a elementi sia fini che grezzi.
By using this ‘High deformability concrete’ (HDC) in flexible coupling beams and developing ductile shear walls, the team aims to develop a structure with controlled performance where structural damage is concentrated on specific, dedicated elements.
Usando questo “calcestruzzo ad alta deformabilità” (high deformability concrete o HDC) in travi accoppiate flessibili e sviluppando muri portanti duttili, il team spera di sviluppare una struttura con prestazioni controllate nelle quali il danno strutturale sia concentrato su specifici elementi dedicati.
This means easier and faster repairs, whilst contributing to a circular economy.
Questo significa riparazioni più facili e veloci e un contributo all’economia circolare.
Dr David Escolano, Marie Curie individual fellow at the University of Sheffield and coordinator of SHDS, discusses the project’s ambitious achievements so far.
Il dott. David Escolano, titolare di una borsa individuale Marie Curie presso l’Università di Sheffield e coordinatore di SHDS, parla degli ambiziosi risultati ottenuti dal progetto fino a questo momento.
>>> The project considers structure performance rather than its strength.
Il progetto tiene conto delle prestazioni della struttura piuttosto che della sua forza.
How is it important?
Quanto è importante?
Dr David Escolano: Under force-based methods, seismic action is defined using lateral ‘equivalent forces’ distributed over the structure’s height.
Dott. David Escolano: Nei metodi basati sulla forza, l’azione sismica è definita usando “forze equivalenti” laterali distribuite lungo l’altezza della struttura.
The elastic magnitude of such forces depends on the hazard level at the site (ground accelerations), and, for sites with high seismic hazard, existing codes allow for reducing the lateral forces.
La magnitudine elastica di tali forze dipende dal livello di pericolo sul luogo (accelerazioni del terreno) e, per i luoghi con un alto rischio sismico, i codici esistenti permettono di ridurre le forze laterali.
This results in more cost-effective structures, provided of course that these structures can endure a certain amount of damage before collapse.
Questo ha come risultato strutture più efficienti in termini di costi, a condizione ovviamente che tali strutture possano sopportare una certa quantità di danno prima di crollare.
Whilst such design philosophy is straightforward, easy to use and effective at avoiding potential loss of life, engineers are moving towards a design philosophy that would allow them to design structures that can resist earthquakes of different severity within specified limiting levels of damage, that is, a Performance-based design (PBD).
Anche se questa filosofia di progettazione è semplice, facile da usare ed efficace per evitare potenziali perdite di vite umane, gli ingegneri si stanno spostando verso una filosofia di progettazione che permetterebbe loro di progettare strutture che possano resistere ai terremoti di diversa gravità all’interno di livelli di danno specificati, e cioè una progettazione basata sulle prestazioni.
Such design would enable the development of optimal structures, maximise use of resources and minimise costs, all this while yielding acceptable levels of safety and empowering designers to experiment with new design solutions, innovative materials and structural components so as to achieve the desired performance levels.
Tale progettazione permetterebbe lo sviluppo di strutture ottimali, di massimizzare l’uso di risorse e minimizzare i costi, tutto ciò producendo allo stesso tempo livelli accettabili di sicurezza e dando ai progettisti la possibilità di sperimentare nuove soluzioni di progettazione, materiali innovativi e componenti strutturali in modo da ottenere i livelli di prestazione desiderati.
What does SHDS bring to the table in this regard?
Qual è l’apporto di SHDS a questo riguardo?
The SHDS project focuses on a very specific structural component:
Il progetto SHDS è dedicato a un componente strutturale molto specifico:
coupling beams in coupled wall systems.
travi accoppiate in sistemi di muri accoppiati.
Two or more structural walls are linked through beams according to a regular pattern over the height of the structure, which improves the seismic performance of each individual wall and provides a very stable source of energy dissipation.
Due o più muri portanti sono legati per mezzo di travi secondo uno schema regolare lungo l’altezza della struttura, questo migliora le prestazioni sismiche di ogni singolo muro e fornisce una fonte molto stabile di dissipazione dell’energia.
As the overall behaviour of the system depends heavily on the deformation capacity of the coupling beams, our goal is to develop innovative solutions for the construction of coupling beams with unparalleled deformation capacity thanks to the use of a newly developed HDC.
Poiché il comportamento generale del sistema dipende fortemente dalla capacità di deformazione delle travi accoppiate, il nostro obiettivo è sviluppare soluzioni innovative per la costruzione di travi accoppiate con una capacità di deformazione senza precedenti grazia all’uso di un HDC appena sviluppato.
What is HDC and what’s its added value for this project?
Cos’è un HDC e qual è il suo valore aggiunto per questo progetto?
HDC is a product of the ANAGENNISI project which aims at finding ways of using all components of post-consumer tyres in high-value concrete applications.
HDC è un prodotto del progetto ANAGENNISI che ha lo scopo di trovare modi di usare tutti i componenti di pneumatici dopo il consumo in calcestruzzo di alto valore.
One of its focuses consists in replacing the mineral aggregates in concrete with rubber particles so as to increase the deformation capacity of traditionally brittle concrete.
Uno dei suoi centri di interesse consiste nel sostituire aggregati minerali in calcestruzzo con frammenti di gomma in modo da incrementare la capacità di deformazione del calcestruzzo friabile.
As high deformability requires high rubber content, which in turn can drastically reduce the material’s compressive strength by up to 90?%, HDC also uses advanced composite jackets to enhance the compressive strength to structural grade while keeping the desired large axial deformation capacity of rubberised concrete.
Un’alta deformabilità richiede un alto contenuto di gomma, che a sua volta può ridurre drasticamente la forza compressiva del materiale di fino al 90 %, l’HDC usa anche avanzati rivestimenti compositi per aumentare la forza compressiva al grado strutturale mantenendo allo stesso tempo l’ampia capacità di deformazione assiale del calcestruzzo gommato.
A mere 1.6 mm thick Aramid jacket wrapped around rubberised concrete columns can lead to extraordinary strength and deformability enhancements.
Un rivestimento di Aramid spesso appena 1,6 mm messo intorno a colonne di calcestruzzo gommato può portare a un miglioramento straordinario della forza e della deformabilità.
Two of your main arguments in favour of this new concrete are its sustainability and ease of repair. Can you elaborate on these?
Due dei vostri principali argomenti a favore di questo nuovo calcestruzzo sono la sua sostenibilità e la facilità di riparazione. Può spiegarci meglio?
PBD allows engineers to design predetermined and well-engineered components that can attract damage during earthquakes.
La progettazione basata sulle prestazioni permette agli ingegneri di progettare componenti predeterminati e ben costruiti in grado di assorbire il danno durante i terremoti.
As a result, post-earthquake repairs in PBD-designed structures would focus on these components rather than on the whole structure.
Di conseguenza, le riparazioni in seguito a un terremoto in strutture progettate con questo metodo sarebbero concentrate su questi componenti piuttosto che su tutta la struttura.
The coupling beams being developed in this project work as ‘fuses’ and are the first elements to sustain considerable damage during an earthquake, in turn protecting the majority of the remaining structural and non-structural components.
Le travi accoppiate sviluppate in questo progetto funzionano come valvole e sono i primi elementi a sopportare danni notevoli durante un terremoto, proteggendo la maggior parte dei rimanenti componenti strutturali e non strutturali.
As for sustainability, the proposed coupling beams can be easily replaced after major seismic events, thus minimising costly repairs, and limiting the impact on the community by enabling a much faster occupancy.
Per quanto riguarda la sostenibilità, le travi accoppiate proposte possono essere facilmente sostituite dopo importanti eventi sismici, riducendo così al minimo riparazioni costose e limitando l’impatto sulla comunità perché gli edifici sarebbero abitabili molto più rapidamente.
The proposed coupling beams also use materials recovered from waste tyres, thus assisting in achieving a greener economy with reduced waste production and pressure on raw materials.
Le travi accoppiate proposte usano anche materiali recuperati da pneumatici usati, un contributo importante per un’economia più verde con una minore produzione di rifiuti e una ridotta pressione sulle materie prime.
What can you tell us about the results of the testing phase so far?
Cosa può dirci sui risultati della fase di collaudo fino a questo momento?
At the material level, we have tested more than 300 cylinders/cubes to analyse the fresh and hardened properties of rubberised concrete.
A livello dei materiali, abbiamo testato oltre 300 cilindri/cubi per analizzare le proprietà del calcestruzzo gommato fresco e indurito.
Different mixes and rubber quantities were tested, which ultimately resulted in the development of an optimised mix with 60% rubber replacement of the coarse and fine mineral aggregates.
Sono state testate diverse miscele e quantità di gomma, il che ha avuto come risultato definitivo lo sviluppo di una miscela ottimizzata con una sostituzione del 60 % degli aggregati minerali fini e grezzi.
This optimised mix was adopted for the final development of HDC.
Questo composto ottimizzato è stato adottato per lo sviluppo finale di HDC.
Different types of advanced composite jackets were then trialled to provide the optimal combination of deformation capacity and strength, including Aramid and Carbon FRP.
Diversi tipi di rivestimenti compositi avanzati sono stati poi testati per fornire la combinazione ottimale di capacità di deformazione e forza, tra cui Aramid e carbonio rinforzato con fibre polimeriche.
The developed HDC can achieve compressive strengths suitable for structural purposes (40-120 MPa) with maximum axial deformations 20 times larger than possible with traditional concrete.
L’HDC sviluppato può raggiungere forze compressive adatte a fini strutturali (40-120 MPa) con deformazioni assiali massime 20 volte più grandi di quanto possibile con il calcestruzzo tradizionale.
The results of SHDS so far are very encouraging and show that HDC coupling beams can resist similar loads to their traditional counterparts while exhibiting four times more deformation capacity.
I risultati di SHDS finora sono molto incoraggianti e mostrano che le travi accoppiate in HDC possono resistere a carichi simili a quelle tradizionali, ma raggiungono una capacità di deformazione quattro volte maggiore.
Have you been in touch with potential investors so far?
Siete già in contatto con potenziali investitori?
We have not contacted any possible investors yet.
Non abbiamo ancora contattato possibili investitori.
For structural applications, we believe we are in a Technology Readiness Level of 5 and therefore we are not ready for commercialisation.
Per le applicazioni strutturali, crediamo di essere a un Livello di prontezza tecnologica 5 e quindi non siamo pronti per la commercializzazione.
We are still developing the technology and we need to further our understanding of the material and its structural performance before we are ready to move to the next level.
Stiamo già sviluppando la tecnologia e dobbiamo approfondire la nostra conoscenza del materiale e delle sue prestazioni strutturali prima di essere pronto a passare al livello superiore.
We are also performing tests to assess the long-term durability of the new HDC.
Stiamo anche facendo dei test per valutare la durabilità a lungo termine del nuovo HDC.
Another important issue to keep in mind is that our new material and engineering solutions are not covered by any of the existing standards and more work needs to be done in this direction to allow adoption and use of such novel technologies.
Un’altra importante questione da tenere a mente è che il nostro nuovo materiale e le nostre soluzioni di costruzione non rientrano in nessuno degli standard esistenti e che si deve continuare a lavorare in questa direzione per permettere l’adozione e l’uso di queste nuove tecnologie.
However, we are very excited about what we have seen so far and we hope that the construction industry will see the value of the several innovations we are proposing.
Siamo comunque molto contenti di quello che abbiamo ottenuto finora e speriamo che il settore edilizio saprà riconoscere il valore delle numerose innovazioni che proponiamo.
What are your plans after the end of the project?
Quali sono i suoi piani dopo la conclusione del progetto?
The work on SHDS has led to some very positive outcomes, but has also raised a number of very interesting questions on both the physical and structural behaviour of HDC, and its many possible uses in structural applications.
Il lavoro di SHDS ha avuto risultati molto positivi, ma ha anche sollevato una serie di questioni molto interessanti sul comportamento sia fisico che strutturale dell’HDC e i suoi molteplici usi possibili in applicazioni strutturali.
If given the opportunity, we would like to further develop our understanding of this material and examine its long-term performance (including creep and fatigue) and response to the likes of fire and impact.
Se ne avremo l’opportunità, ci piacerebbe approfondire ulteriormente la conoscenza di questo materiale ed esaminare le sue prestazioni a lungo termine (compresi creep e tenuta) e la sua reazione al fuoco e agli impatti.
SHDS
SHDS
Funded under H2020-EU.1.3.2.
Finanziato nell’ambito di H2020-EU.1.3.2.
CORDIS Project page
Pagina del progetto su CORDIS
Source: Interview from research*eu results magazine n.60 p.8-9
Fonte: Intervista su research*eu rivista dei risultati n.60 pagg. 8-9