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Va al CETMA il Premio Oscar Masi per l’innovazione industriale 2017

Roma 24 maggio 2018: si è svolta ieri la cerimonia di consegna del Premio Oscar Masi per l’Innovazione Industriale, quest’anno dedicato al tema: Tecnologie abilitanti e soluzioni innovative per la città sostenibile. Per la categoria “Media-Piccola Impresa e Centri di ricerca privati”, una Giuria composta da rappresentanti del Ministero dell’Istruzione, Università e Ricerca e del Ministero dello Sviluppo Economico, dell’Airi e da due esperti del settore di chiara fama, ha conferito il Premio a CETMA – Centro di ricerche europeo di tecnologie, design e materiali per i DISPOSITIVI ANTISISMICI A BASE DI LEGHE A MEMORIA DI FORMA (SMA).

Per un‘organizzazione come il CETMA, che da oltre 20 anni si occupa di stimolare, sostenere e diffondere i processi d’innovazione delle imprese, soprattutto delle numerose PMI che caratterizzano il tessuto produttivo regionale e nazionale, questo prestigioso riconoscimento pone i riflettori sul ruolo fondamentale che la ricerca scientifica e il trasferimento tecnologico rivestono per lo sviluppo del paese. L’ambito tematico riguarda l’adeguamento sismico e strutturale delle strutture, e rappresenta un esempio concreto di come un dialogo aperto fra comunità scientifica, imprese e istituzioni pubbliche, di cui CETMA è ancora una volta interprete d’eccellenza, possa garantire la messa in opera di una serie di azioni per la riduzione del rischio strutturale, utilizzando tecnologie che consentono di migliorare, dal punto di vista sismico, gli edifici esistenti, la progettazione di quelli futuri, nonché l’intero patrimonio culturale presente nel nostro paese, salvaguardandone l’inestimabile valore.

Dal punto di vista dei rischi geologici, infatti, l’Italia si conferma estremamente vulnerabile. Dalla Valle del Belice del 1968 agli ultimi sismi che hanno colpito il confine umbro-marchigiano, la storia dell’Italia è una cronaca segnata dall’alternarsi di crolli e distruzioni che hanno colpito diverse regioni.

Ciò accade un po’ per ragioni geologiche, dato che il nostro paese si trova al confine tra la placca africana e quella eurasiatica, che puntualmente si sfregano accumulando energia che deve poi essere rilasciata sotto forma di terremoto. Un po’ per ragioni politiche: l’Italia è uno dei paesi con il patrimonio culturale più importante. Se da un lato questo aspetto è favorevole per quanto riguarda il turismo, dall’altro si ha a che fare con edifici vecchi e che non rispettano le attuali normative antisismiche (spesso è anche difficile intervenire per i vincoli imposti dalle varie soprintendenze). Come ci ricorda il Guardian, il 18% degli edifici italiani è costruito abusivamente, senza autorizzazione né rispetto delle norme di sicurezza. Se si considera solo il Sud Italia, la percentuale sale al 60%, ovvero ogni 10 edifici ben 6 non sono a norma, un rapporto spaventoso e impressionante.

Sicuramente quello delle vittime è il peggiore bilancio che un evento sismico possa provocare. Ma non è il solo, si deve fare i con i costi diretti - infrastrutturali (crolli di edifici, evacuazioni di ospedali, ecc.) e indiretti, dovuti all’interruzione dell’attività economica, al relativo mancato guadagno e al generico rallentamento in termini di crescita della zona colpita, i quali rappresentano una notevole fetta dei costi totali. È per la combinazione di questi elementi che i terremoti italiani hanno storicamente rappresentato un colpo particolarmente duro alle finanze pubbliche, infatti, si stima che, negli ultimi 44 anni, complessivamente sono stati spesi 122 miliardi per attività di ricostruzioni. Ovvero, ogni anno, negli ultimi 44 anni, l'Italia ha accusato in media perdite economiche per 3 miliardi di euro a causa dei terremoti.

La soluzione definitiva del problema dei terremoti consisterebbe nell'impedire il loro verificarsi; ma allo stato attuale è un obiettivo irraggiungibile poiché le forze in gioco sono immense e difficili da prevedere. La domanda che ci si pone è: quale potrebbe essere la soluzione più realistica? Cosa può fare la ricerca scientifica in tal senso?

Un esempio di cosa può fare la ricerca è rappresentato dai DISPOSITIVI ANTISISMICI A BASE DI LEGHE A MEMORIA DI FORMA (SMA), ideati e sviluppati dal CETMA – Centro di ricerche europeo di tecnologie, design e materiali.

Il dispositivo a base di leghe a memoria di forma (Shape Memory Alloys o SMAs) sfrutta le proprietà, uniche nel loro genere, di queste leghe metalliche che sono in grado di “memorizzare” una determinata forma e di recuperare integralmente deformazioni elevate.

Il dispositivo proposto, sfruttando la superelasticità delle leghe a memoria di forma, è capace di dissipare notevoli quantità di energia deformativa e può essere utile nel corso di eventi sismici anche per garantire il riposizionamento degli elementi nella configurazione pre-sisma riducendo l’energia trasferita alla struttura preservandola da danni o collassi localizzati. Il dispositivo, è stato ideato per essere installato in serie con le tradizionali catene metalliche che normalmente vengono utilizzate per rinforzare le strutture spingenti (archi o volte) assorbendone la spinta orizzontale ma che presentano punti deboli in caso di eventi sismici.

Un altro limite delle catene metalliche tradizionali è la variazione della forza di tiro causata dalle dilatazioni termiche che avvengono naturalmente nel corso dell’anno e che causano aumento (diminuzione) della forza al diminuire (aumentare) della temperatura. Le SMA, invece, mostrano un comportamento opposto alla variazione della temperatura.

Durante un sisma le strutture spingenti sono soggette a movimenti ed accelerazioni tali da causare danneggiamenti differenziali che possono portare al collasso delle strutture. Le leghe a memoria di forma grazie alla superelasticità, o pseudoelasticitò, sono in grado di dissipare notevoli quantità di energia deformativa attraverso cicli isteretici nel piano sforzo-deformazione. Il risultato di tali cicli è una deformazione residua nulla, o pari a zero, e la dissipazione dell’energia sismica sotto forma di energia termica assicurando, nel contempo, il riposizionamento degli elementi nella configurazione pre-sisma. Il dispositivo a base di SMA, in caso di sisma, funge da dissipatore di energia limitando l’energia trasmessa alla struttura preservandola.

Il collegamento in serie garantisce, inoltre, il mantenimento della forza di tiro anche in presenza di forti variazioni della temperatura ambiente grazie al comportamento antitetico delle SMA rispetto alle dilatazioni termiche agenti sulle catene metalliche

Il dispositivo, può essere progettato, a seconda della zona di intervento, per contrapporsi sia alle azioni derivanti dal sisma sia alle dilatazioni termiche a cui sono soggette le catene metalliche che fanno variare notevolmente l’equilibrio di forze presenti nella struttura.

In quali settori possono essere impiegate?

Gli impieghi delle SMA sono molteplici e riguardanti molti settori. La tecnologia può essere applicata al settore delle infrastrutture, per la protezione in caso di sisma, e al settore dei beni culturali (strutture spingenti in legno o muratura) o per la protezione del patrimonio edilizio esistente.

Il patrimonio edilizio storico italiano, infatti, è composto per la maggior parte da strutture in muratura con orizzontamenti formati da volte, archi e altre tipologie di strutture spingenti; da sempre tali strutture sono state dotate di catene metalliche post-tese in grado di assorbire tale spinta. Le catene metalliche, fin dalla loro ideazione, non hanno avuto mai alcuna evoluzione tecnologica o di concetto ma sono state installate in larga scala senza alcun intervento di monitoraggio per verificarne lo stato tensionale.

Il dispositivo a base di SMA, ideato per essere installato su strutture esistenti, permetterebbe l’adeguamento di strutture di pregio o strategiche quali chiese, scuole o edifici pubblici in cui tali catene sono presenti. Il dispositivo innovativo, inoltre, può essere installato ex-novo su strutture spingenti non dotate di catene metalliche semplificando la fase di installazione e al contempo permettendo un miglior controllo della forza di tiro in fase di post-tesatura.

Con la diffusione sempre maggiore dell'uso di questi materiali, la ricerca è volta anche verso la produzione di leghe a più basso costo che mantengano le proprietà fin qui descritte. CETMA, ad oggi, è in grado di progettare ed applicare ritegni dispositivi a base di SMA per la protezione sia di strutture spingenti.

Il dispositivo, che ha ottenuto un brevetto europeo, è già stato applicato con successo nell’ambito dei lavori di restauro architettonico conservativo e consolidamento della Chiesa di San Paolo Eremita a Brindisi. I lavori, finanziati con i fondi della Regione Puglia, FSC 2007/2013 - Accordo di Programma Quadro “Beni ed Attività Culturali”, sono stati diretti dall’Arch. Dell’Atti ed eseguiti dall’impresa Nicolì srl di Lequile, che si è avvalsa del lavoro del team di ricercatori composto da: Riccardo Angiuli (inventore, progettista e installatore), Vito Tarantino (progettista e installatore), Alessandro Largo (progettista) dell'Area Diagnostica e Ingegneria Civile del CETMA, i quali sono stati impegnati nell’installazione di dispositivi antisismici a base di lega a memoria di forma (SMA Shape Memory Alloy). Tale dispositivo, unico nel suo genere, è stato installato in serie con le catene metalliche presenti nella struttura, ed installate all’inizio del ‘900, senza che la forza di tiro presente subisse variazioni, assicurandone l’adeguamento sismico.

Un ulteriore traguardo raggiunto dal CETMA, a dimostrazione dell’importante ruolo svolto nel campo l’innovazione tecnologica, oltre che del legame indissolubile, e di rilevanza strategica, che lega la ricerca scientifica e la prosperità economica e sociale del territorio in cui opera.