5/12/2018 Il Principio Dei Ponti Strallati Applicato Alle Travi Degli Edifici - slidepdf.com
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Nella sua innata vogliadi occupazione dellospazio, l ’uomo ha
sempre cercato di dare corpoalle sue idee concependosoluzioni, anche apparente-mente azzardate, che con-sentissero il raggiungimentodello scopo prefissato.
Questa voglia di conquista,ha prodotto alcune delleopere ingegneristiche piùaffascinanti ed ancora oggiperfettamente funzionanti,mai apparse sulla terra.In quest’ottica, gli esempiforse più eclatanti, sono rap-presentati dai grandi pontisospesi realizzati, a partiredalla metà del secolo scor-so, negli Stati Uniti e fraquesti, il ponte più famosoal mondo: i l Ponte diBrooklyn.
Realizzato a partire dal gen-naio 1870, la struttura pre-senta una luce libera tra ledue grosse torri in mattoni,di oltre 470 m.L’idea di base fu semplice-mente geniale: realizzare uncollegamento tra le duesponde dell’East River traBrooklyn e Manhattan, evi-tando di avere appoggi inter-medi che avrebbero inevita-bilmente dato impedimentoalla libera navigazione nel
fiume.Il progettista incaricato dellastesura del progetto e dellastima dei relativi costi, l’Inge-gnere John A. Roebling, pen-sò allora di realizzare unatrave in campata singola, chesuperasse la distanza previ-sta; vista l’impossibilità di
utilizzare una “normale” tra- ve in semplice appoggio trale due sponde, consideratal’enorme distanza esistente,Roebling adottò uno schemache prevedeva l’impiego diuna “trave-impalcato” dimodesto spessore, realizzatamediante un traliccio di pro-filati in acciaio, sospesamediante un sistema di funifacenti capo alle due grossetorri d’estremità.L’idea, in sostanza, era quelladi impiegare un sistema ausi-liario (le funi) che consentis-se alla trave di superare ladistanza esistente tra le duesponde, pur mantenendo
uno spessore pressoché tra-
scurabile.Inaugurato nell’estate del1883, il Ponte di Brooklyn,rappresenta ancora oggi, unadelle più coinvolgenti intui-zioni ingegneristiche, reseconcrete dall’attività dell’uo-mo.LA STORIA SI RIPETE
L’idea di dotare le travi di un“congegno” ausiliario checonsenta loro di raggiungere
valori prestazionali interes-santi, ha fatto da guida allo
studio di un nuovo sistemastrutturale, da abbinare alletravi prefabbricate ad arma-tura lenta, per consentirnel’impiego oltre i normali limi-ti d’uso.Da sempre, si associano allestrutture prefabbricate con-cetti tipici, solitamente non
riscontrabili nelle realizzazio-
ni tradizionali “in opera ”. Velocità di costruzione, altaqualità “garantita” dei mate-riali impiegati, durabilità,accurati controlli in tutte lefasi realizzative dei manufat-ti, elevatissime performancestrutturali e buona economi-cità, non sono che alcunedelle caratteristiche che dasempre, contraddistinguonole strutture prefabbricate nelpanorama delle applicazioniingegneristiche.
La pre-costruzione in stabili-mento dei singoli manufattied il successivo assemblag-gio in sito, porta insita lanecessità di progettare e rea-lizzare sistemi di connessio-ne tra i singoli elementi(strutture di fondazione-pila-stri, pilastro-trave, elementi
di solaio-travi) il più possibi-
le semplici; di fatto il vincolodi semplice appoggio, siaesso strutturalmente schema-tizzabile come una cernierao come un carrello, risultaessere il vincolo più comu-nemente adottato.Queste peculiarità, se da unlato consentono di realizzareun organismo strutturaleestremamente semplice, conle travi (e spesso anche glielementi di solaio) in condi-zione isostatica, dall’altro
non permettono di sfruttarela principale caratteristicaposseduta dalle strutture tra-dizionali in opera e cioè lamutua connessione in regi-me di continuità.Prendendo spunto da questeconsiderazioni, nasce l’ideadel “Sistema Brooklyn”.
Quattro è meglio di dueIl principio dei ponti strallati applicato alle travi degli edifici
Ing. Claudio Pagani
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CONCETTI DI BASE
Il concetto di base introdot-to dal Sistema Brooklyn, èquello di creare una connes-sione tra campate contiguedi travi prefabbricate, attra-
verso un sistema di tirantiinclinati intestati nel pilastrocomune alle due campate,in modo da simulare unacondizione statica di conti-
nuità (parziale o totale).Tali tiranti in acciaio, posatia secco entro alloggiamentipredisposti sia nel pilastroche nelle travi e successiva-mente parzialmente sigillati,realizzano una connessionein grado di sviluppare uncomportamento potenzial-mente duttile.
Al pari degli effetti prodotti
dagli stralli nei ponti, essigarantiscono un sostegnointermedio alle travi, (la cuiefficacia può essere gover-nata dal progettista entro ilimiti dettati dalle geometriestrutturali e dalle caratteri-stiche meccaniche del siste-ma), che consente di “ridi-stribuire“ le azioni interneall’elemento strutturale.In sostanza grazie all’azione
prodotta dai tiranti, la traveprefabbricata, posata ini-zialmente in condizione diappoggio sulle mensole delpilastro, “subisce” unamodifica del suo schemastatico che la porta ad assu-mere, in esercizio ed a rot-tura, una condizione assimi-labile a quella di una travesu quattro appoggi (duerigidi e due elastici).Il progettista, intervenendosia sulle caratteristiche mec-caniche dei tiranti, sia sullageometria del sistema (gliappoggi fissi d’estremitàsono un dato geometricodel problema mentre laposizione dei vincoli elasticirientra tra le scelte del pro-gettista), può combinare, di
volta in volta, le condizionial contorno, andando aricercare quelle che ottimiz-zano il comportamento del-l’elemento prefabbricato.L’aspetto che rende ancorapiù interessante il Sistema
Brooklyn, è che esso è com-pletamente “invisibile”: infase di montaggio, sonoindividuabili le predisposi-zioni nei pilastri e nelle tra-
vi ma dopo avere eseguito igetti di completamento deisolai, il sistema scomparelasciando all’osservatore, lasensazione di essere difronte ad una comune strut-tura prefabbricata.
CAMPI DI APPLICAZIONE
I l nodo real izzato con i lSistema Brooklyn, è impie-gabile in tutte le soluzionistruttural i nel le quali s iadottano travi prefabbricatead armatura lenta.In considerazione del fattoche i l s istema, scomparenegli spessori lasciati adisposizione per la struttu-ra, il suo impiego può esse-re previsto sia negli edificidi tipo residenziale (tipica-mente condomini con traviin spessore di solaio), siasoprattutto, negli edificiindustriali e di servizi comeautorimesse mono o pluri-piano, palazzine uffici ,hotels, supermercati, depo-siti, ecc., nei quali, in consi-derazioni del le esigenze
della Committenza in termi-ni di sovraccarichi utili e diluci, è consuetudine adotta-re travi a T rovescio o ad L,ribassate rispetto all’intra-dosso del solaio.Per queste ultime tipologiedi edifici infatti, l ’altezzanon trascurabile delle travi,consente di aumentare l’in-clinazione dei tiranti produ-cendo, a parità di tutte lealtre condizioni al contornoed in particolare mantenen-
do invisibile il sistema, unaamplificazione degli effettiindotti nelle travi.Il sistema, si propone di fat-to, come limite spartiacquetra i campi d’impiego delletravi in opera o prefabbrica-te ad armatura lenta, neiquali il ricorso alle travi pre-compresse risulterebbe noncompetitivo da un punto di
vista tecnico-economico equell i nei quali s i passaall’adozione di travi prefab-bricate precompresse.
PREGI DEL SISTEMA
Il Sistema Brooklyn, oltre agarantire i pregi tipicamenteriscontrabili nell’ambito del-le strutture prefabbricate ebrevemente elencati inapertura, introduce alcune
opportunità strutturali dinotevole interesse. A) Connessione
trave-pilastro
L’introduzione di un sistemadi tiranti in acciaio che, pas-sando attraverso i pilastri,
vengono ancorati nelle travi,garantisce un’azione di“cucitura” dell’insieme tra-
ve-pilastro, in grado di svi-luppare duttilità.Questa connessione, oltread assolvere a funzioni
GETTO INTEGRATIVO
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strutturali meglio descrittenei punti seguenti, consen-te di introdurre un impor-tante strumento capace diaumentare la sicurezzastrut turale , soprat tut todurante la fase di montag-
gio degli elementi dove, acausa dell’elevato grado disvincolo presente nellastruttura, sono maggiori irischi di incidenti.E’ importante inoltre sotto-lineare come, la connessio-ne trave-pilastro avviene a“secco”: i tiranti vengonoinseriti entro alloggiamenti
predisposti nel getto deipilastr i e del le travi e laconnessione, meccanica, sisviluppa mediante il serrag-gio dei dadi del sistema difissaggio. Non sono necessa-rie né saldature, né getti inte-
grativi locali per sviluppareun collegamento efficace trai due elementi strutturali.Inoltre, le predisposizioninel pilastro non necessitandodi lavorazioni particolari(smussi, scassi, sporgenze,ecc.), consentono di realizza-re i getti entro casseri stan-dard e quindi garantiscono
una buona economicità pro-duttiva.
B) Continuità
Rappresenta sicuramente,l’aspetto di maggiore interes-se introdotto dal sistema per-ché consente di “inserire” esfruttare una continuità tra lecampate attigue di una trava-ta.Tale continuità, risulta avere
una efficacia, in termininumerici, che dipende dafattori legati in parte, allatipologia strutturale in esameed in parte alle scelte struttu-rali del progettista.
C) Riduzione degli
ingombri
L’introduzione di un fattoredi continuità, consente diridurre gli ingombri delle tra-
vi prefabbricate. In particola-re nei casi di edifici residen-ziali con travi da mantenere
nello spessore del solaio, ilSistema Brooklyn consente,a parità di condizioni al con-torno (luci delle travi e deisolai, sovraccarichi utili,ecc.), di ridurre gli spessoridelle travi riconducendo ilproblema, alla definizionedelle altezze strutturali degliimpalcati.
D) Piena libertà di scelta
L’effetto prodotto dal siste-ma, si sviluppa prescindendo
dalla tipologia dell’elementodi solaio adottato.Le travi dotate del sistemaBrooklyn, possono essereimpiegate sia in presenza disoluzioni tradizionali tipichedell ’edi l izia residenziale(solai in latero-cemento o alastre prefabbricate), sia consoluzioni più tipiche dell’edi-lizia prefabbricata (lastrealveolari, tegoli a doppio T,ad Omega, ecc.)
E) Riduzione dei
quantitativi d’armatura L’azione di “sospensione”esercitata dai tiranti del siste-ma, consente di ridurre iquantitativi di armatura lentadelle travi. Fissate le geome-trie strutturali, il SistemaBrooklyn, introducendo dueappoggi elastici lungo lo svi-luppo della trave, consentedi ridurre il valore delmomento positivo in campa-ta con conseguente riduzio-ne del rapporto meccanico
d’armatura.F) Incremento delle luci
libere delle travi
Spesso, soprattutto nell’edili-zia residenziale, le posizionidei pilastri e conseguente-mente le luci delle travi, sonodettate da ragioni architetto-
niche. La necessità di rag-giungere luci inusuali per lesoluzioni tradizionali con cal-
cestruzzo in opera, implical’esigenza di adottare spessoria volte rilevanti con conse-guenti ripercussioni sulla
volumetria “utile” del fabbri-cato. In questi casi, diventaindispensabile, per ricondur-re gli spessori strutturali ai
valori “tradizionali”, introdur-re appoggi intermedi con tut-to quanto ne deriva da unpunto di vista strutturale(aggiunta di plinti, pilastri,ecc.) ed architettonico.Il sostegno introdotto sullatrave prefabbricata dal Siste-ma Brooklyn, soprattutto conriferimento alle tipologie resi-denziali con travi in spessoredi solaio consente, a parità dicondizioni al contorno(sovraccarichi utili, luci deisolai e spessori strutturali), disuperare luci inusuali per
soluzioni in calcestruzzo tra-dizionali o prefabbricate adarmatura lenta.
G) Riduzione delle
deformazioni
La scelta degli spessori strut-turali è dettata, in primoluogo, dalla necessità di ave-re strutture con una rigidezzaadeguata, tale da non intro-durre effetti indesiderati nel-le opere di finitura. Solai etravi troppo sottili, a causadella loro ridotta rigidezzaflessionale, possono produr-re effetti negativi nei fabbri-
L A S T R E
S O L A I O P
R E F A B B R I C A T E
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cati quali lesioni nei pavi-menti, fessurazione nei tam-ponamenti e nei tavolati,eccessive vibrazioni, ecc..I numeri indice noti a tutti glistrutturisti, che legano lospessore minimo degli ele-menti strutturali alla lucemassima da coprire, forni-scono dei parametri moltoutili per garantire alle travied ai solai una adeguata rigi-
dezza flessionale.Il Sistema Brooklyn, introdu-cendo due vincoli elasticiintermedi alla trave, di fatto,ai fini del comportamentoflessionale, ne riduce la lucelibera. In altre parole, aparità di tutte le condizioni alcontorno ed in particolare lo
spessore della trave, con ilSistema Brooklyn si possonoottenere deformazioni fles-sionali minori e quindi unamaggiore rigidezza rispetto aquanto riscontrabile in unaanaloga trave ad armaturalenta.La possibilità di assegnare aitiranti un pretiro iniziale, dasfruttare in prima fase quan-do i getti di completamento
si presentano in fase liquidaconsente, pur in presenza dispessori modesti, di otteneretravi autoportanti, azzerandol’impiego di opere provvisio-nali per il sostegno dellastruttura fino alla completamaturazione dei getti.
Agendo sull’entità del preti-ro, è possibile pertanto “con-trollare” la deformazionedella trave andando a ridur-re, anche in presenza di travisottili, il problema legato allaeccessiva deformabilità.
H) Incremento dei
carichi utili
Rappresenta la più direttaconseguenza delle prerogati-
ve introdotte dal SistemaBrooklyn e succintamentedescritte nei precedenti punti.L’effetto di “sospensione” alpilastro esercitato dai tirantisulla trave, garantisce unariduzione del momento sol-lecitante di progetto agente
in mezzaria.Pertanto, a parità di caratteri-stiche meccaniche dei mate-r i a l i , d i g e o m e t r i a d e lproblema ed in particolare,di sezione trasversale e diluce della trave, la presenzad e l S i s t e m a B r o o k l y n ,consente di incrementare ilcarico utile sopportabile dal-l ’elemento strutturale. IlSistema Brooklyn si presenta
pertanto, come un interes-sante sistema strutturale, ingrado di “aiutare” l’elementotrave, ad accrescere le pro-prie prestazioni statico-deformative.
Esso si propone quindi comeun valido sistema strutturaleche consente di impiegare letravi prefabbricate ad armatu-ra lenta oltre i limiti attual-mente ritenuti invalicabili.Nelle prossime pubblicazio-ni, verranno forniti gli aspettitecnici relativi al sistema, coni risultati delle analisi teori-che e delle sperimentazionicompiute su campioni in
scala reale.
Qui di seguito verranno
descritti:
- i componenti del
sistema;
- i primi risultati dei
raffronti fatti tra soluzioni tra-
dizionali, con travi semplice-
mente appoggiate sui pila-
stri, e soluzioni che prevedo-
no l’impiego di questa nuova
tecnologia;
- i risultati delle prime speri-
mentazioni condotte su
modelli in scala reale.
“scomparsa” del sistema e, al
tempo stesso, una ulteriore
sicurezza nei confronti di
eventuali manomissioni.
La completa scomparsa della
testata del tirante è ulteriore
indice di sicurezza della cor-
retta messa in opera del
sistema. Infatti, la lunghezza
del tirante è definita in modo
tale, che esso risulti sporgere
dado viene serrato a garanzia
della sicurezza nei confronti
dell’eventuale svitamento del
primo. L’allargamento con-
sente inoltre di occultare il
sistema di bloccaggio: dopo
la messa in tiro dei tiranti e la
messa in opera del sistema di
bloccaggio, l’alloggiamento
della testa del tirante viene
sigillato con malta a ritiro
compensato, garantendo la
dal pilastro qualora non ven-
ga completamente “avvitato”
nella boccola prevista nella
trave.
Questi tubi possono essere
abbinati al sistema (brevetto
internazionale B.S. Italia
S.r.l.), che prevede l’inseri-
mento nel pilastro anche del-
le predisposizioni per l’allog-
giamento di mensole metalli-
I COMPONENTI
DEL SISTEMA
Il Sistema Brooklyn si com-pone di tre parti.
1) PREDISPOSIZIONE NEI
PILASTRI
È un assieme metallico, com-
posto da una doppia coppia
di tubi in acciaio, previsti allo
scopo di predisporre un
doppio attraversamento del
pilastro tramite il quale ver-
ranno fatti passare i tiranti
(vedere successivo punto 3).
Ad un estremo dei tubi è pre-
visto un allargamento, che
riveste una doppia funzione.
In primo luogo, consente il
bloccaggio del tirante per
contrasto sul pilastro, dopo
averne eseguito il pretensio-
namento. Il bloccaggio
avviene mediante un sistema
costituito da due dadi e da
una rondella: il secondo
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che a sostegno delle travi.
La predisposizione per la
mensola metallica è ottenutaa partire da un tubo di idoneo
spessore, al quale vengono
saldate due briglie metalliche
a garanzia dell’ancoraggio del
sistema all’interno del getto
del pilastro. Superiormente al
tubo sono previste due boc-
cole filettate: quella inferiore
assolve la funzione statica di
impedire, mediante l’impiego
di un bullone opportunamen-te dimensionato, la rotazione
della mensola all’interno del
suo alloggiamento e, contem-
poraneamente, di bloccarla al
pilastro. Quella superiore vie-
ne impiegata come elemento
di contrasto: il bullone in essa
previsto viene svitato dopo la
posa della trave fino ad anda-
re “in battuta” contro la testa-
ta della stessa. In questo
modo, vengono eliminati igiochi esistenti tra trave e
mensola ed il pretensiona-
mento dei tiranti viene trasfe-
rito integralmente alla trave.
Il vantaggio di questo sistema
è duplice: la produzione del
pilastro richiede un cassero
semplicissimo con sponde
filanti, senza dovervi ricavaregli scassi necessari alla costru-
zione delle mensole in calce-
struzzo, ed è quindi sinonimo
di rapidità ed economicità
produttiva. Essendo l’insieme
“tubi di infilaggio dei tiranti-
alloggiamento della mensola”mutuamente collegato e pre-
distanziato, il sistema, che
prevede una mensola in
acciaio a scomparsa, rispetto
alla tradizionale mensola in
calcestruzzo, garantisce inol-
tre una maggiore precisione
in fase di messa in opera
entro la gabbia d’armatura
del pilastro.
La predisposizione nel pila-
stro può essere semplice,
come nel caso dei pilastri di
testata, doppia, per i pilastri
intermedi alla pilastrata, tripla
o quadrupla, nel caso siano
previste travi anche perpendi-
colarmente all’intelaiatura
principale.
2) PREDISPOSIZIONE
NELLA TRAVE
La seconda componente del
Sistema, da predisporre nelle
travi, è composta da due
guaine metalliche corrugate
dotate, al piede, di una pia-
stra metallica forata a cui
risultano saldate le boccole di
bloccaggio dei tiranti.
Le guaine corrugate realizza-
no l’alloggiamento entro cui
infilare i tiranti dopo la posa
in opera della trave.
La loro inclinazione, confor-
me a quella dei tiranti, vienegarantita mediante staffe di
sostegno anche durante la
fase di getto e di vibratura.
A garanzia che al sistema
“tirante-guaina” non sia
lasciata la possibilità di scor-
rere nella trave, sono stati
previsti due meccanismi resi-
stenti aggiuntivi al bloccaggio
meccanico realizzato median-
te la boccola. In primo luogo,
la guaina, essendo corrugata,
trasferisce per aderenza al
calcestruzzo della trave le tra-
zioni indotte del tirante. Inol-
tre, attraverso la piastra a cui
sono fissate le guaine, vengo-
no fatti passare i ferri d’arma-
tura della trave in modo da
creare un ulteriore meccani-
smo d’ancoraggio del siste-
ma.
3) ELEMENTO DI
CONCATENAMENTO
TRAVE-PILASTRO
La terza componente del
Sistema Brooklyn è rappre-sentata dalla coppia di tiranti.
Di lunghezza variabile a
seconda delle esigenze pro-
gettuali, come detto, i tiranti
vengono inseriti nella struttu-
ra, infilandoli attraverso le
predisposizioni nel pilastro, e
bloccati alle predisposizioni
nella trave. Con la tesatura
del tirante si introduce un
effetto di parziale sostegno
della trave in due punti (la cui
localizzazione rientra tra le
scelte del progettista) che,
producendo la modifica dello
schema statico, genera una
riduzione dei valori delle
azioni interne in campata, ori-
ginate dai carichi agenti e,contemporaneamente, una
riduzione delle deformazioni
flessionali.
Nel transitorio iniziale caratte-
rizzato dalla presenza del get-
to integrativo non ancora col-
laborante, la trave si trova in
una situazione isostatica di
semplice appoggio tra i pila-
stri.
A partire da questa fase, la
trave subisce la modifica del
proprio schema statico pas-
sando da una situazione iso-
statica ad una configurazione
iperstatica.
Tramite il pretensionamento
dei tiranti eseguito prima del-
la posa dei solai, ai due punti
intermedi vengono assegnati
spostamenti impressi positivi,
i cui valori sono tarati di volta
in volta a seconda della
necessità del progetto, con-
sentendo in questo modo la
parziale correzione della frec-
cia elastica della trave.
I primi riscontri numericieffettuati, oltre ai risultati spe-
rimentali meglio descritti nel
prosieguo, permettono di
dire che le modifiche intro-
dotte dal Sistema nella trave
produce dei benefici, che
possono essere visti, a parità
di condizioni al contorno,
come:
a) aumento dell’interasse dei
pilastri;
b) riduzione degli ingombri
delle travi;c) aumento dei carichi utili.
È logica conseguenza, quindi,
la possibilità di sfruttare in
simultanea i vantaggi disponi-
bili, secondo un’attività com-
binatoria da calibrare in base
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alle esigenze progettuali.
CONCLUSIONI
Il Sistema Brooklyn rappre-
senta certamente una nuova
soluzione tecnologica in gra-
do di fornire un tangibile
contributo alle strutture.
Dai primi risultati riscontrati,
sia a livello di schematizza-
zione teorica sia sperimental-
mente, appare evidente come
il campo d’applicazione del
Sistema vada preferenzial-mente a collocarsi in un
ambito, nel quale le soluzioni
tradizionali ad armatura lenta
richiedono un maggiore tri-
buto, esprimibile sia in termi-
ni di dimensioni (maggiori
altezze e quindi maggiori
ingombri), sia con incidenze
d’armatura molto più pesanti,
mentre le soluzioni prefabbri-
cate precompresse non risul-
tano ancora competitive da
un punto di vista tecnico-eco-nomico.
Sono attualmente in corso
approfondimenti teorico-spe-
rimentali, che si prefiggono
due obiettivi. In primo luogo,
realizzare una connessione
trave-pilastro a secco, estre-
mamente semplice che non
richiede né saldature in opera
né getti di completamento, in
grado però di fornire le pre-
stazioni statico-comporta-
mentali necessarie a trasfor-mare l’ossatura portante in un
telaio a nodi rigidi.
Contemporaneamente si
vuole rendere il nodo antisi-
smico, aprendo così nuovi
scenari nell’ambito delle
strutture prefabbricate in
zona sismica. I risultati degli
studi teorici verranno validati
attraverso prove statiche e
sismiche su modelli di strut-
ture in scala reale.
FASE 3: pretensionamento dei tiranti
e bloccaggio della testa
FASE 1: messa in opera della trave
prefabbricata
FASE 0
FASE 2: messa in opera dei tiranti FASE 4: sigillatura dell’alloggiamento
della testa dei tiranti
Il Gruppo Styl-Comp è lieto di potercondividere questa innovazione tecno-logica, previo accordo sul know-howrelativo, con tutti quei prefabbricatori oimprese edili interessate a produrre conquesto rivoluzionario sistema strutturale.
Per una trattazione esaustiva dell’argomento e delle prove dicarico effettuate sul sistema Brooklyn vedasi l’articolo pub-blicato in Elite, rivista internazionale di arte della prefabbri-cazione, n° 5/2002.Per informazioni: [email protected]