In qualità di fornitore di cuscinetti con oltre 15 anni di lavoro sulla mitigazione sismica e delle vibrazioni per le infrastrutture, ho visto in prima persona come i cuscinetti in gomma a forza dispersa orizzontale (HDRBRB) siano eroi non celebrati dell'edilizia moderna. Questi cuscinetti sono progettati per sopportare il peso delle forze laterali (terremoti, vento o anche carichi operativi pesanti negli edifici industriali) e mantenere le strutture sicure. Ma come ogni componente progettato per prestazioni a lungo termine, non durano per sempre. Il problema è che la maggior parte dei proprietari di edifici e dei team di manutenzione non si accorgono dei segnali di allarme finché non è troppo tardi, il che porta a costose riparazioni o, peggio, a compromessi strutturali.
Nel corso degli anni, ho parlato con ingegneri che pensavano che i loro HDRBRB fossero in perfetta forma perché sembravano a posto dalla superficie, solo per scoprire danni nascosti durante un'ispezione di routine. Ecco perché ho voluto analizzare i segnali chiave che indicano che è ora di sostituire questi cuscinetti, sulla base di dati reali sul campo, progetti dei clienti e lezioni che abbiamo imparato fornendo questi prodotti a progetti in tutto il Nord America e oltre.
I primi segnali di allarme: cosa cercare durante le ispezioni di routine
La manutenzione ordinaria è la prima linea di difesa e la maggior parte dei problemi iniziano in modo sufficientemente piccolo da poter essere rilevati prima che si intensifichino. Cominciamo con le cose che puoi vedere o misurare senza smontare il cuscinetto.
1. Deformazione o spostamento insolito e visibile
Quando gli HDRBRB funzionano correttamente, si flettono sotto la forza orizzontale e ritornano nella loro posizione originale una volta rimossa la forza. Se noti una deformazione permanente e irregolare, ovvero il cuscinetto non ritorna alla sua forma originale dopo un evento sismico o un forte carico di vento, è un grande campanello d'allarme. Qualche anno fa ho avuto un cliente in Oregon che ha saltato l'ispezione annuale dopo un moderato terremoto del 2019. Quando hanno finalmente controllato, i loro HDRBRB presentavano un rigonfiamento irregolare di 12 mm lungo il bordo dello strato di gomma. La gomma aveva sviluppato quello che viene chiamato “set permanente”, segno che la struttura molecolare dell'elastomero si era rotta.
Un altro segno visibile è lo spostamento oltre il limite progettato del cuscinetto. La maggior parte degli HDRBRB sono progettati per uno specifico intervallo di movimento orizzontale (solitamente indicato sull'alloggiamento del cuscinetto). Se vedi che un rilevamento si è spostato oltre quella linea, significa che non disperde più efficacemente le forze orizzontali. In alcuni casi, ciò può far sì che i componenti adiacenti, come travi di accoppiamento o smorzatori, lavorino più del previsto. Ad esempio, se un HDRBRB non si muove correttamente, uno smorzatore della trave di accoppiamento installato per completarlo potrebbe subire un'usura prematura, poiché ora assorbe le forze che il cuscinetto dovrebbe gestire. Se stai cercando componenti complementari per il tuo sistema di mitigazione delle vibrazioni, puoi saperne di piùSmorzatore del fascio di accoppiamentodalla nostra linea di prodotti.
2. Crepe nello strato di gomma o nelle piastre di rinforzo metalliche
La gomma è elastica, ma non è indistruttibile. Nel corso del tempo, l'esposizione ai raggi UV (se il cuscinetto è parzialmente esposto), alle fluttuazioni di temperatura o alla contaminazione chimica (da sale stradale nei ponti o fumi industriali nelle fabbriche) possono causare la rottura della gomma. Piccole crepe superficiali potrebbero sembrare banali, ma possono trasformarsi in fratture profonde che lasciano penetrare acqua o detriti nel cuscinetto, danneggiando le piastre metalliche interne.
Parlando di piastre metalliche, gli HDRRBB sono rinforzati con sottili piastre di acciaio per evitare che la gomma si rigonfia verticalmente sotto carico. Se noti delle crepe in queste piastre d'acciaio, questo è un punto critico di guasto. Una volta ho lavorato su un ponte autostradale nel Midwest dove il sale stradale invernale era penetrato nell'alloggiamento dei cuscinetti, corrodendo le piastre di acciaio. Nel corso di tre anni, la corrosione ha causato la rottura delle piastre e il cuscinetto ha perso il 30% della sua capacità di carico. La sostituzione anticipata dei cuscinetti ha impedito la potenziale chiusura del ponte, che sarebbe costata milioni allo Stato in ritardi dovuti al traffico.
I segnali diagnostici approfonditi: quando è necessario eseguire il test
I segnali visibili sono evidenti, ma alcuni problemi sono nascosti sotto la superficie. Ecco perché consigliamo sempre test annuali per strutture critiche, come ospedali, scuole o grattacieli, dove il cedimento dei cuscinetti potrebbe avere gravi conseguenze. Questi test non richiedono lo smantellamento del cuscinetto; utilizzano metodi non distruttivi per misurare le prestazioni.
1. Deterioramento dell'efficienza di dispersione della forza orizzontale
Lo scopo di un HDRBRB è distribuire uniformemente le forze orizzontali su tutta la struttura. Se i test mostrano che le forze orizzontali non vengono disperse come previsto, è un chiaro segno che il cuscinetto è usurato. Usiamo le prove di carico per misurare la forza che il cuscinetto può assorbire prima che si deformi. Se il risultato del test è pari o inferiore al 20% rispetto alle specifiche di progetto originali, è necessario sostituire il cuscinetto.
Ricordo un progetto del 2021 in Texas in cui il proprietario di un hotel notò un'eccessiva oscillazione del 15° piano durante un forte vento. Hanno chiamato il nostro team per testare gli HDRBRB. Il test di carico ha dimostrato che due dei 12 appoggi installati all'ultimo piano assorbivano solo il 55% della forza orizzontale prevista. Dopo un'ulteriore ispezione, abbiamo scoperto che la gomma era diventata rigida a causa dell'esposizione al calore nel corso degli anni, quindi non poteva flettersi quanto necessario. La sostituzione di questi due cuscinetti ha ridotto immediatamente l'oscillazione del pavimento del 40%, rendendo l'hotel molto più sicuro durante i temporali. Se stai lavorando su un sistema di vibrazione multicomponente, la combinazione di HDRBRB con altre soluzioni di smorzamento come un muro di smorzamento viscoso può migliorare le prestazioni complessive: puoi esplorare questa opzione suMuro di smorzamento viscoso.
2. Perdita di componenti interni o fluido (se applicabile)
Alcuni HDRBRB hanno elementi fluidi viscosi integrati per aumentare la loro capacità di smorzamento, soprattutto nelle regioni con elevata attività sismica. Se il tuo cuscinetto è uno di questi, qualsiasi segno di perdita di fluido è un grave campanello d'allarme. Il fluido è fondamentale per dissipare l'energia, quindi anche una piccola perdita può ridurre significativamente le prestazioni del cuscinetto.
Durante un'ispezione trimestrale durante il progetto di un ponte in California, abbiamo notato che uno degli HDRBRB presentava una piccola perdita di fluido. Quando, qualche mese dopo, ebbe luogo l'ispezione successiva, il cuscinetto aveva perso il 70% del suo fluido e la risposta del ponte a una piccola scossa di assestamento fu molto più violenta del previsto. La sostituzione di quel cuscinetto ha impedito ulteriori danni alla sovrastruttura del ponte. Se il tuo progetto utilizza la mitigazione delle vibrazioni basata sui fluidi, potresti anche prendere in considerazione prodotti complementari come gli smorzatori a fluido viscoso (VFD) per supportare il tuo sistema di cuscinetti: puoi trovare ulteriori informazioni suAmmortizzatore del fluido viscoso (VFD).
I segnali di usura a lungo termine: età e fattori di stress ambientale
Anche se i tuoi cuscinetti non mostrano danni evidenti, hanno una durata di vita. La maggior parte degli HDRBRB sono progettati per durare dai 20 ai 30 anni, ma la durata può essere inferiore se esposti a condizioni difficili. Ad esempio, i cuscinetti nelle zone costiere con elevata salsedine si degradano più velocemente di quelli nelle regioni interne.
1. Degrado della gomma legato all’età
La gomma è un materiale sintetico e, nel tempo, i suoi legami molecolari si rompono a causa dell'esposizione ai raggi UV, dell'ozono e dei cambiamenti di temperatura. Questo processo è chiamato “invecchiamento” e fa sì che la gomma diventi fragile o rigida. Se un cuscinetto si avvicina al traguardo dei 20 anni, anche se sembra a posto, consigliamo di eseguire un test delle prestazioni per confermare che funzioni ancora come previsto. Abbiamo avuto clienti con cuscinetti che sono durati 35 anni in climi miti, ma solo 18 anni in applicazioni su ponti costieri: quindi l'età è un fattore, ma anche l'ambiente conta.
2. Usura dovuta ad eventi sismici o eolici
Le strutture in zone ad alto sisma (come l’Anello di Fuoco del Pacifico) o in aree con frequenti forti venti subiscono uno stress molto maggiore sui loro cuscinetti rispetto a quelle nelle regioni più miti. Se la tua struttura ha attraversato più eventi sismici o uragani importanti, è una buona idea ispezionare i cuscinetti entro sei mesi dall'evento, anche se non ci sono danni evidenti. Il caricamento ripetuto può causare un affaticamento interno delle piastre in gomma e metallo che non si manifesta immediatamente.
Una volta ho avuto un cliente in Giappone che aveva un edificio residenziale con HDRBRB installati nel 2005. Dopo il terremoto di Tohoku del 2011, non hanno notato alcun danno visibile, ma quando abbiamo testato i cuscinetti, abbiamo scoperto che la gomma aveva sviluppato micro-fessure a causa di carichi ripetuti ad alta forza. La sostituzione dei cuscinetti con un decennio di anticipo li ha salvati da potenziali guasti durante il terremoto di Kumamoto del 2016, che è stato significativamente più piccolo di quello di Tohoku ma comunque sufficiente a causare problemi con i cuscinetti usurati.
Cosa succede se ignori questi segnali?
Ho visto troppi casi in cui i proprietari di edifici rimandano la sostituzione dei vecchi HDRBRB e i risultati non sono mai buoni. Il problema più comune sono i danni strutturali – crepe nelle colonne, travi o fondazioni – la cui riparazione può costare centinaia di migliaia di dollari. In casi estremi, i cuscinetti guasti possono portare al collasso strutturale, mettendo a rischio la vita.
Oltre alla sicurezza, ignorare i segnali di allarme significa anche costi più elevati a lungo termine. Riparare una struttura dopo il cedimento di un cuscinetto è molto più costoso della sostituzione proattiva e può portare a lunghi tempi di inattività per edifici commerciali o pubblici come ospedali o scuole. Ad esempio, un ospedale che non può essere utilizzato dopo il cedimento di un cuscinetto può interrompere i servizi di emergenza per un'intera comunità.
Quando è il momento di sostituire: il nostro consiglio
Nella nostra azienda raccomandiamo sempre un duplice approccio: ispezioni di routine ogni anno e test delle prestazioni ogni tre-cinque anni per le strutture critiche. Se noti uno qualsiasi dei segni di cui abbiamo parlato (deformazione permanente, crepe nella gomma o nel metallo, ridotta efficienza di dispersione della forza, perdite di fluido o cuscinetti che si avvicinano alla durata di 20 anni), non aspettare a sostituirli.
Quando si sostituiscono gli HDRBRB, è anche una buona opportunità per controllare l'intero sistema di attenuazione delle vibrazioni. A volte, l'aggiornamento a un diverso tipo di cuscinetto o l'aggiunta di prodotti complementari può migliorare le prestazioni. Ad esempio, se stai sostituendo i vecchi cuscinetti per una struttura a traliccio spaziale, potresti prendere in considerazione i cuscinetti in gomma per traliccio spaziale progettati specificamente per quell'applicazione: puoi saperne di più suCuscinetti in gomma per traliccio spaziale. Per le applicazioni sui ponti, gli appoggi sferici per ponti in acciaio rappresentano un'altra opzione affidabile se il tuo progetto ha requisiti di carico unici: puoi esplorarli suCuscinetto a ponte sferico in acciaio.
Considerazioni finali
In qualità di fornitore che lavora a stretto contatto con ingegneri, appaltatori e proprietari di edifici, non potrò mai sottolineare abbastanza quanto sia importante prestare attenzione ai cuscinetti in gomma a forza orizzontale dispersa. Non sono una componente "imposta e dimentica": necessitano di cure e attenzioni regolari per mantenere le strutture sicure. Il costo della sostituzione anticipata dei cuscinetti è minimo rispetto al rischio di inattività.
Se non sei sicuro se i tuoi HDRBRB debbano essere ispezionati o sostituiti, il nostro team è qui per aiutarti. Abbiamo lavorato su migliaia di progetti e possiamo fornire ispezioni in loco, test delle prestazioni e indicazioni sulle giuste soluzioni sostitutive per le vostre esigenze. Non aspettare che sia troppo tardi: contattaci oggi stesso per discutere delle tue esigenze in materia di cuscinetti.
Riferimenti
- Società americana di ingegneri civili (ASCE). (2017). Valutazione sismica e adeguamento degli edifici esistenti. ASCE 41-17.
- ISO 10326-1:2019. Appoggi in gomma per l'isolamento sismico delle strutture - Parte 1: Specifiche per appoggi in gomma laminata. Organizzazione internazionale per la standardizzazione.
- Programma nazionale di ricerca cooperativa sulle autostrade (NCHRP). (2020). Guida per la manutenzione, l'ispezione e la sostituzione degli appoggi del ponte. Rapporto 920.
- Agenzia federale per la gestione delle emergenze (FEMA). (2018). Progettazione dell'isolamento sismico per nuove costruzioni. FEMA450.