Seminario Annuale GLIS L isolamento sismico per scuole più sicure Abano Terme, 27 marzo Stefano Sorace

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1 Seminario Annuale GLIS L isolamento sismico per scuole più sicure Abano Terme, 27 marzo 2009 Miglioramento sismico mediante controventi dissipativi di un edificio ad uso scolastico in cemento armato Stefano Sorace Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura Università di Udine

2 Interventi di miglioramento o adeguamento sismico di edifici con struttura intelaiata realizzati mediante tecnologie avanzate di protezione Strategia preferenziale: basata sui sistemi di dissipazione supplementare dell energia Pregi significativi rispetto alle tecnologie tradizionali: installazione semplice ed a secco basso impatto architettonico interventi limitati in fondazione elevate prestazioni con costi relativamente contenuti

3 Edificio oggetto della presentazione

4 Edificio oggetto della presentazione Ex Pretura di Borgo San Lorenzo (FI) Progetto Progettato di ristrutturazione nel 1969 (cofinanziato dalla Regione Toscana) Costruzione Ampliamento iniziata delle capacità alcuni anni ricettive dopo della e terminata scuola nel materna 1976 e realizzazione di un centro gioco educativo, utilizzando anche la zona a pilotis Attualmente Riorganizzazione adibito ad interna uso scolastico delle restanti (scuola parti materna dell immobile al piano terra), e rifunzionalizzazione ed universitario (Scuola architettonica, Infermieri tecnologica dell Università ed impiantistica di Firenze d insieme al primo piano) dello stesso. Al piano terra Professionisti trovano alloggio incaricati anche del gli uffici progetto della architettonico sezione di zona e strutturale della Protezione Civile; la zona a pilotis è adibita a rimessaggio dei relativi automezzi Ingg. Fausto e Enrico Giovannardi Studio Giovannardi&Rontini Borgo San Lorenzo (FI)

5 Edificio oggetto della presentazione Campagne d indagine allo stato attuale (Livello di Conoscenza LC3) Rilievo strutturale Prove non invasive (ultrasoniche, Sonreb, di carico) Carotaggi Caratteristiche meccaniche valutate per i materiali Calcestruzzo f ck = 25 MPa (corpo a pilotis ) f ck = 20 MPa (secondo corpo) Acciaio (A38) f y = 375 MPa

6 Edificio oggetto della presentazione Analisi strutturale allo stato attuale (N.T.C. 2008) Verifiche abbondantemente non soddisfatte per i diversi Stati Limite Tecnologia di dissipazione adottata per il miglioramento sismico dell edificio edificio Sistema a controventi dissipativi includente dissipatori fluido-viscosi pressurizzati ad elevata non linearità

7 Progetti di Ricerca Internazionali e Nazionali su sistemi innovativi di protezione sismica coinvolgenti l impiego l di dispositivi fluido-viscosi pressurizzati, sviluppati dall Universit Università di Udine (resp. prof. S. Sorace) Isolamento e dissipazione alla base Controventi dissipativi Cavi smorzanti Cavi pre-tesi Dispositivi fluido-viscosi Dispositivi fluido-viscosi Controventi in acciaio Progetto MIUR 2000 Isolatori in acciaio-ptfe Progetto Europeo DISPASS Dispositivi fluido-viscosi Progetto Europeo SPIDER Progetto Europeo DISPASS Progetto Reluis- DPC

8 Dispositivi fluido-viscosi di tipo elastico-dissipativo ( molle( molle-smorzatori ) da installare nell edificio edificio in oggetto Piastra di connessione Anello di tenuta Serbatoio Pistone Piston Fluido siliconico Tipo di dispositivo utilizzato: Jarret BC1GN Forza di reazione massima: R max = 220 kn Capacità energetica nominale: E n = 12 kj Corsa: x max = 80 mm (±40 mm) Corso ATP: Tecnologie innovative di protezione sismica delle strutture Prof. S. Sorace

9 Dispositivi fluido-viscosi pressurizzati Modello analitico F d Azione dissipativa [ x& ( t) ] ( t) = c sgn x& ( t) α Azione elastica ( k k 1 2 F e ( t) = k 2 x( t) + R 1/ R -Zn06f - Legge di Buffalo 1 + k1x( t) F 0 ) x( t) F 0 k 1 k 2 Fd Fe x F( t) = F ( t) F ( t) d + e x Fd+Fe G. Terenzi: (1999). Dynamics of SDOF systems with nonlinear viscous damping, Journal of Engineering Mechanics ASCE, Vol. 125, Dispositivi Jarret x α = 0,1 0,2 Sorace, S., Terenzi, G. (2001). Non-linear dynamic modelling and design procedure of FV springdampers for base isolation, Engineering Structures, Vol. 23, Ricentranti grazie alla pressurizzazione del Corso ATP: Tecnologie innovative serbatoio di protezione (F sismica delle strutture Prof. S. Sorace 0 )

10 Schema generale d installazione d e di funzionamento Dispositivi montati a coppie, in sommità alle aste di supporto e con i pistoni portati a metà corsa F [kn] Riferimento sperimentale Jarret 2 4 BC10S-100BF D [mm] Modello SAP2000nl

11 Studi sperimentali Progetto di ricerca finanziato dalla Comunità Europea DISPASS (Dissipation and Isolation PAssive Systems Study) Coord. S. Sorace Laboratorio ELSA JRC Ispra Campagne di prove pseudodinamiche su di un telaio in acciaio in scala 2:3 e di un telaio in c.a. in scala 1:1, in condizioni (a) non protette (b) protette mediante il sistema in oggetto

12 Studi sperimentali Progetto di ricerca finanziato dalla Comunità Europea DISPASS (Dissipation and Isolation PAssive Systems Study) Coord. S. Sorace Telaio in acciaio in scala 2:3 Interstory Drift [m m] nd Story BSE-1-20 Unprotected Protected BDB Time [s] Molina, F.J., Sorace, S., Terenzi, G., Magonette, G., Viaccoz, B. (2004). Seismic tests on reinforced concrete and steel frames retrofitted with dissipative braces, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 33, pp

13 Studi sperimentali Progetto di ricerca finanziato dalla Comunità Europea DISPASS (Dissipation and Isolation PAssive Systems Study) Coord. S. Sorace Telaio in cemento armato in scala 1:1 Molina, F.J., Sorace, S., Terenzi, G., Magonette, G., Viaccoz, B. (2004). Seismic tests on reinforced concrete and steel frames retrofitted with dissipative braces, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 33, pp

14 Studi sperimentali Progetto Reluis-DPC 2005/2008 Linea 7: Isolamento e controllo di strutture e infrastrutture Unità ER4 Università di Udine Resp. S. Sorace Laboratorio Prove Materiali e Strutture Università della Basilicata Potenza Campagna di prove di tavola vibrante su di un telaio in acciaio denominato JETPACS, in scala 2:3 Telaio equipaggiato con diversi sistemi di controventi dissipativi, tra cui il sistema in oggetto

15 Studi sperimentali Progetto Reluis-DPC 2005/2008 Linea 7: Isolamento e controllo di strutture e infrastrutture Unità ER4 Università di Udine Resp. S. Sorace Telaio in acciaio in scala 2:3

16 Applicazione all edificio di Borgo San Lorenzo (FI) Ipotesi di progetto Classe d uso: III Sito di edificazione: categoria di sottosuolo C categoria topografica T1 Livelli dell azione sismica Accelerazioni di picco al suolo: 0,096 g (SL di Danno) 0,226 (SL di Salvaguardia della Vita Umana) 0,284 g (SL di Collasso)

17 Applicazione all edificio di Borgo San Lorenzo (FI) Posizionamento del sistema Pianta piano terra 16 maglie di controvento 32 dispositivi BC1GN Pianta primo piano

18 Applicazione all edificio di Borgo San Lorenzo (FI) Modello della struttura F

19 Applicazione all edificio di Borgo San Lorenzo (FI) Selezione di risultati dell analisi di progetto Stato Limite di Danno Direzione y Accelerogramma più oneroso Finestra sui primi 10 secondi 2 Pilastro PA2 Pilastro SLD - u2 PA SRPN [%] Tempo [s] SRPN = spostamento relativo di piano normalizzato all altezza interpiano

20 Applicazione all edificio di Borgo San Lorenzo (FI) Selezione di risultati dell analisi di progetto Stato Limite di Salvaguardia della Vita Umana Numero di pilastri per i quali le verifiche non sono soddisfatte Stato attuale: 58 Condizioni protette: 5 (già insufficienti nei confronti delle combinazioni relative ai soli carichi verticali)

21 Applicazione all edificio di Borgo San Lorenzo (FI) Selezione di risultati dell analisi di progetto Stato Limite di Collasso a. Controllo della risposta dei dispositivi Coppia di dispositivi collocati nella maglia del pilastro PA Disp. 3 Forza [kn] Spostamento [mm]

22 Applicazione all edificio di Borgo San Lorenzo (FI) Selezione di risultati dell analisi di progetto Stato Limite di Collasso b. Controllo della risposta degli elementi strutturali Stato attuale: pressoché tutti i pilastri fuori sicurezza, ed in molti casi in situazione di grave pregiudizio della capacità di risposta anche sotto i soli carichi verticali Condizioni protette: 40 pilastri per i quali si registra una limitata uscita dal dominio di resistenza a presso-flessione deviata. La struttura ne risulta minimamente danneggiata e facilmente riparabile

23 Applicazione all edificio di Borgo San Lorenzo (FI) Dettagli esecutivi e d installazione

24 Applicazione all edificio di Borgo San Lorenzo (FI) Dettagli esecutivi e d installazione

25 Applicazione all edificio di Borgo San Lorenzo (FI) Interventi complementari Rinforzo dei 5 pilastri non verificati allo SLV

26 Applicazione all edificio di Borgo San Lorenzo (FI) Interventi complementari Rinforzo di una sola campata di trave rovescia di fondazione ed aggiunta di un cordolo di collegamento mancante

27 Applicazione all edificio di Borgo San Lorenzo (FI) Viste architettoniche d assieme

31 Altre applicazioni simulate ad edifici esistenti (1) Ipotesi di adeguamento sismico della scuola Marconi Firenze (edificio pre-normativo con struttura in acciaio) Y X (2) Ipotesi di adeguamento sismico di un edificio con piano pilotis, ad uso di civile abitazione, con struttura in cemento armato Udine (3) Ipotesi di adeguamento sismico della scuola elementare di Bisignano (CS) (edificio con struttura in cemento armato, progettato per un livello di sismicità inferiore a quello previsto dalle N.T. C. 2008)

32 Sistema a controventi dissipativi includente dispositivi fluido-viscosi pressurizzati Applicazioni simulate ad edifici di nuova realizzazione (1) Ipotesi di progetto di nuovo edificio ad uso scolastico con struttura in acciaio, nel plesso S. Maria a Coverciano Firenze (2) Ipotesi di progetto di un centro fitness con struttura in acciaio Udine