Il progetto di ricerca FREEDAM (FREE from DAMage steel connection), cofinanziato dalla Commissione Europea a seguito del bando RFCS (Research Fund for Coal and Steel), ha avuto come obiettivo l’ideazione di collegamenti trave-colonna in grado di sopportare senza alcun danno le richieste di rotazione dovute ad eventi sismici distruttivi.
Tali collegamenti innovativi sono dotati di dispositivi ad attrito, posizionati al livello della flangia inferiore della trave, per dissipare l’energia sismica in ingresso. La resistenza allo scorrimento viene calibrata agendo sul numero e sul diametro dei bulloni e sulla coppia di serraggio che regola il loro precarico. La resistenza flessionale è data dal prodotto tra la resistenza del dispositivo ed il braccio di leva.
Tali collegamenti sono concepiti per presentare cicli di isteresi ampli e stabili, senza alcun danneggiamento agli elementi che costituiscono il collegamento. Pertanto, l’idea di base del lavoro di ricerca è stata ispirata dalla strategia di dissipazione supplementare di energia, ma si basa sull’uso di dispositivi ad attrito in una nuova prospettiva.
Infatti, mentre le strategie di controllo passivo sono comunemente basate sull’integrazione della capacità di dissipazione dell’energia sismica da parte della struttura con una dissipazione supplementare proveniente da dissipatori aggiuntivi, al contrario la strategia progettuale FREEDAM si basa sull’uso di dispositivi ad attrito concepiti in modo tale da sostituire le tradizionali zone dissipative dei telai sismo-resistenti, ovvero le estremità delle travi.
Lo sviluppo dei collegamenti FREEDAM è da considerarsi, da un lato, un primo importante traguardo per i benefici derivanti dall’eliminazione dei costi di ripristino a seguito di eventi sismici distruttivi e, dall’altro, un passo verso l’ambizioso obiettivo di edifici privi di danni, che richiederà inoltre l’identificazione di dettagli costruttivi di connessione tra le componenti non strutturali e strutturali, in grado di prevenire il danneggiamento anche delle componenti non strutturali (pareti di facciata e pareti divisorie, controsoffitti, impianti, etc.).
Il progetto FREEDAM ha coinvolto 6 partner, di cui 4 università e 2 partner industriali. La dimensione europea del consorzio di ricerca ha consentito l’esecuzione di un’ampia campagna sperimentale riguardante i dispositivi ad attrito, i sotto-assemblaggi trave-colonna e prove sismiche in scala reale di un edificio a due piani.
In particolare sono state effettuate 120 prove sperimentali su dispositivi ad attrito sottoposti a prove di carico ciclico (60 in condizioni di bassa velocità e 60 in condizioni di alta velocità, incluse storie di carico che simulano terremoti reali) per studiare le proprietà tribologiche di diversi procedimenti di rivestimento per la realizzazione dei dissipatori. Inoltre gli stessi dispositivi sono stati anche sottoposti a 6 prove sotto impatto, per lo studio della robustezza strutturale, e a 6 prove a lungo termine volte a indagare le perdite di precarico dei bulloni che si verificano durante il ciclo di vita della struttura. Il comportamento ciclico delle connessioni trave-colonna dotati di dispositivi ad attrito è stato studiato eseguendo 8 prove sperimentali su collegamenti esterni e 8 prove su collegamenti interni. Inoltre sono state effettuate 6 prove sperimentali su collegamenti trave-colonna soggetti ad azioni di impatto, per ottenere informazioni importanti sotto condizioni di carico eccezionali che richiedono un’adeguata robustezza strutturale. Infine sono state eseguite 10 simulazioni sismiche su un edificio di due piani, utilizzando il metodo di prova pseudo-dinamico. In particolare 5 simulazioni sismiche hanno riguardato l’edificio dotato di connessioni tradizionali, e 5 simulazioni hanno riguardato lo stesso edificio dotato di connessioni FREEDAM. Il confronto con le storie di spostamento ottenute e il danneggiamento strutturale verificatosi nel caso di edificio dotato di connessioni tradizionali, ha evidenziato i vantaggi delle connessioni FREEDAM che si sono effettivamente comportate secondo l’obiettivo progettuale, cioè esenti da danneggiamento.
Tutte le prove sperimentali sono state accompagnate da simulazioni numerica avanzate. In particolare, le previsioni della risposta ciclica delle connessioni FREEDAM, effettuate mediante modelli avanzati agli elementi finiti, sono risultate in ottimo accordo con le successive osservazioni sperimentali.
Il seminario/webinar del 10/6/2022 ha fatto parte del progetto FREEDAM-PLUS: “Valorizzazione della conoscenza dei collegamenti in acciaio FREE from DAMage”, finanziato dalla Commissione Europea a seguito del bando RFCS 2019. Si tratta cioè di un progetto di divulgazione dei contenuti del progetto FREEDAM. Altri 13 seminari analoghi si sono svolti in altrettante diverse nazioni.
Il seminario ha visto alternarsi come relatori: il prof. Vincenzo Piluso (Università di Salerno), il prof. Raffaele Landolfo (Università “Federico II” di Napoli), l’ing. Antonella Bianca Francavilla (Università di Salerno), il prof. Massimo Latour (Università di Salerno), il prof. Mario D’Aniello (Università “Federico II” di Napoli), la prof. Elide Nastri (Università di Salerno) e l’ing. Marina D’Antimo (Università di Liegi – ArcelorMittal).