Dottorato in INGEGNERIA STRUTTURALE E GEOTECNICA

Titolo della tesi: Trave Tensairity per la realizzazione di strutture temporanee: sperimentazione e studio di una soluzione tecnologica per un ponte di piccola luce

Le strutture Tensairity, grazie alla loro capacità di adattare la distribuzione dei carichi in modo intelligente, aprono nuove prospettive nell'ambito dell'ingegneria civile e aerospaziale, offrendo soluzioni innovative. Nonostante queste premesse lo studio, in letteratura, è fortemente limitato al comportamento sotto azioni statiche. Tali studi dimostrano la capacità della struttura di sorreggere carichi ingenti con un peso proprio contenuto. Dal punto di vista dinamico strutture estremamente leggere e rigide presentano forti problemi di attenuazione delle vibrazioni. Si propone qui una soluzione al problema, introducendo uno smorzamento di carattere isteretico, prodotto attraverso l'utilizzo di cavi in lega superelastica NiTiNOL. La complessità del problema che si presenta con forti non-linearità di tipo geometrico e di contatto, ci ha spinti, come spesso si riporta anche in letteratura, verso un approccio empirico nell'affrontare il problema ed implementare la soluzione. E stato per tanto realizzato un primo prototipo di trave tensairity che prevedesse la capacità di gestire carichi multidirezionali, e che potesse esercitare un controllo sullo stato di tensione dei cavi. La campagna sperimentale si è suddivisa in due fasi distinte. Nella prima fase si è studiato il comportamento rispetto un'azione quasi stazionaria. Il prototipo di trave incernierato ad una estremità e appoggiato all'estremità opposta è stato sottoposto ad un azione con controllo in spostamento nella mezzeria ed è stato misurato attraverso cella di carico la risposta all'azione. Lo spostamento ha seguito una legge sinusoidale con media non nulla con una frequenza di 0.2 Hz. La prova è stata poi condotta variando le possibili configurazioni del prototipo in modo da dimostrare in maniera chiara la differenza di comportamento. Sono state fatte variare la pressione con cui è stato gonfiato il pallone, la tensione dei cavi e il materiale con cui e realizzato il cavo. Il risultato, pubblicato in un primo articolo dimostra come il cavo in NiTiNOL sia in grado di aumentare lo smorzamento della struttura rispetto ai cavi in accaio, tradizionalmente utilizzati, senza perdere eccessivamente in rigidezza. Nella seconda fase si caratterizza meccanicamente la struttura e si individua lo smorzamento modale del prototipo. La prove vengono eseguite sulla struttura incernierata su entrambe le estremità, l'input è generato attraverso un martello automatico con cella di carico. Attraverso l'uso di un sofisticato sistema di interferometria della Polytec sono stati misurati diversi punti della struttura e analizzati i dati per identificare frequenze naturali e smorzamenti modali associati.Ogni prova e stata condotta nuovamente andando a variare la pressione nella componente pneumatica e andando a variare i valori di tensione nel cavo in NiTiNOL Contemporaneamente alle prove sperimentali sono stati realizzati diversi modelli agli elementi finiti con software commerciale Abaqus usando il linguaggio di programmazione Python. I modelli hanno seguito le evoluzioni prima del modello CAD e poi delle modifiche in fase costruttiva del prototipo. Tali modelli sono stati utilizzati per identificare le frequenze naturali della strutture e ottenere una comparazione con i risultati sperimentali. Si riesce ad ottenere, nonostante le ipotesi semplificative introdotte, un errore tra le frequenze naturali sperimentali e quelle numeriche che si aggira tra il 20% e il 5% in media. In ultimo data la natura PON di questo dottorato sono stati utilizzati i codici di calcolo python, sviluppati per il prototipo e riadattati al caso reale, per la progettazione di un ponte temporaneo di 12m e per il progetto di una struttura espositiva temporanea.