ADEGUAMENTO SISMICO DI EDIFICI ESISTENTI MEDIANTE ISOLAMENTO ALLA BASE

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1 Sistemi Strutturali, Scenari Accidentali, Complessità di Progetto Roma 8-9 Luglio 2010 ADEGUAMENTO SISMICO DI EDIFICI ESISTENTI MEDIANTE ISOLAMENTO ALLA BASE Ing. Vincenzo Nunziata

2 Ogni terremoto ha la sua intensità o forza 1)TERREMOTI DI BASSA INTENSITA (SLD, NTC 2008) magnitudo Richter : M 5 Piccoli spostamenti orizzontali del suolo, D DANNI LIEVI SUBITI DAGLI EDIFICI Frequenza delle onde sismiche elevata Periodo T basso Ing. Vincenzo Nunziata

3 Ogni terremoto ha la sua intensità o forza 2)TERREMOTI DI MEDIA INTENSITA (SLV, NTC 2008) magnitudo Richter : 5<M 6,5 Medi spostamenti orizzontali del suolo, D DANNI STRUTTURALI Frequenza delle onde sismiche media Periodo T medio Ing. Vincenzo Nunziata

4 Ogni terremoto ha la sua intensità o forza 3)TERREMOTI DI ELEVATA INTENSITA (SLC, NTC 2008) magnitudo Richter : M>6,5 Grandi spostamenti orizzontali del suolo, D DANNI STRUTTURALI MOLTO GRAVI, COLLASSO Frequenza f delle onde sismiche bassa Periodo T alto Ing. Vincenzo Nunziata

5 Ogni terremoto ha la sua forma o spettro di risposta PRIMA Edificio T=0,5 s DOPO Bucarest 1977, a/g 0,1 El Centro 1940, a/g 1

6 Cosa fare... Eureka? Bucarest 1977, a/g 0,1 El Centro 1940, a/g 1

7 Uno sguardo al passato... ISOLAMENTO SISMICO Vitruvio (80/70 a.c. 23 a. C.): De Architettura Opportuno... Costruire i templi su strati di sabbia... ring

8 I PRINCIPI DELL ISOLAMENTO 1)DISACCOPPIARE IL MOTO DEL TERRENO DA QUELLO DELL EDIFICIO 2)DISSIPARE ENERGIA Ing. Vincenzo Nunziata

9 I PRINCIPI DELL ISOLAMENTO OVVERO: 1)INCREMENTARE IL PERIODO PROPRIO FONDAMENTALE T DELLA STRUTTURA 2)INCREMENTARE LO SMORZAMENTO DELLA STRUTTURA ξ Ing. Vincenzo Nunziata

10 A)SOTTO LE FONDAZIONI DISPOSIZIONE ISOLATORI NEGLI EDIFICI B)SULLE FONDAZIONI C)ALLA TESTA DEI PILASTRI DEL PRIMO ORDINE 1 pil < 1 20 isol Spost. orizzontale isolatore Spost. relativo D)AL CENTRO DEI PILASTRI DEL PRIMO ORDINE 1 2 pil < 1 20 isol

11 BENEFICI DELL ISOLAMENTO 1)RIDUZIONE DELLE ACCELERAZIONI TRASMESSE ALLA SOVRASTRUTTURA 2)RIDUZIONE DEGLI SPOSTAMENTI D INTERPIANO Ciò consente: Evitare qualsiasi danno degli elementi strutturali; la struttura si mantiene in campo elastico e può essere progettata senza applicare i criteri di gerarchia delle resistenze ; Evitare anche il danno degli elementi non strutturali; Mantenere la funzionalità dell edificio; Ridurre il panico degli occupanti. Ing. Vincenzo Nunziata

12 ELASTOMERICI Isolatore LDRB TIPI DI ISOLATORI SISMICI a basso smorzamento - LDRB con inserto in piombo- LRB elevato smorzamento- HDRB Isolatore LRB A PENDOLO SCORREVOLE a singola curvatura a singola curvatura a doppia curvatura (a tripla curvatura) a doppia curvatura a tripla curvatura Ing. Vincenzo Nunziata

13 CARATTERISTICHE: ISOLATORI A PENDOLO SCORREVOLE Permettono lo spostamento relativo della struttura rispetto alle fondazioni, secondo una, due o più superfici sferiche; Il raggio di curvatura della o delle superfici sferiche determina il periodo proprio di vibrazione della struttura; Il periodo proprio è indipendente dalla massa della struttura; L attrito della superficie di scorrimento, determina lo smorzamento viscoso equivalente; Il baricentro delle rigidezze coincide con quello delle masse della sovrastruttura; Sono auto -ricentranti dopo un evento sismico. Ing. Vincenzo Nunziata

14 PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO PENDOLO SEMPLICE PENDOLO CURVO T=2π R K= W g R Continua Ing. Vincenzo Nunziata

15 PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO Spostamento della risultante con un isolatore a pendolo scorrevole dotato di una superficie di scorrimento Spostamento della risultante con un isolatore a pendolo scorrevole dotato di due superficie di scorrimento Ing. Vincenzo Nunziata

16 INNOVAZIONI: Triplo Pendolo Single Pendulum Bearing Cross Section Single Pendulum Bearing Maximum Credible Earthquake Triple Pendulum Bearing Center Position Lower Pendulum Motion Design Basis Earthquake Inner Pendulum Motion Service Level Earthquake Upper Pendulum Motion Maximum Credible Earthquake Raffronto tra singolo e triplo pendolo e risposta alle varie intensità del sisma Ing. Vincenzo Nunziata

17 INNOVAZIONI: Triplo Pendolo video Ing. Vincenzo Nunziata

18 Detti: T periodo proprio di vibrazione trascurando l attrito T eff g periodo effettivo accelerazione di gravità µ coefficiente di attrito dinamico V D K eff ξ h carico verticale spostamento di progetto rigidezza efficace smorzamento viscoso equivalente distanza fra il centro dell articolazione e le superfici sferiche per gli isolatori a due superfici Per gli isolatori ad una superficie di scorrimento T=2π R g K = V R + eff T =2π V eff g Keff ξ= 2 π µv D MODELLAZIONE MATEMATICA = F D µ µ + D R F V V F F = µv + VD R Per gli isolatori a due superfici di scorrimento T=2π 2(R-h) g Le altre espressioni per gli isolatori a due superfici, sono affini a quelle per l isolatore ad una superficie prendendo al posto di R, l espressione 2(R-h) Ing. Vincenzo Nunziata

19 STEP 1: Calcolo K = V R + eff µv D MODELLAZIONE STRUTTURALE T =2π V eff g ξ= 2 K eff π DATI: V = G 1 + G 2+ Σ j ψ 2j Q kj ; µ ; R INCOGNITE: D µ µ + D R PROCEDIMENTO ITERATIVO D tentativo Τ eff1 ; ξ 1 S d1 D tent. S d1 Τ eff2 ; ξ 2 S d2 =S d1 D = S d2 Sd2 Sd1 SPETTRO SPOSTAMENTO Τ eff1 Τ eff1

20 MODELLAZIONE STRUTTURALE STEP 2: Definizione Elemento Isolatore Equivalente DATI: K eff INCOGNITE: Elemento Beam equivalente CALCOLO ν=0 ; peso=0 ; E dan/cmq : MATERIALE GENERICO K = F s α = α = rigidezza flettente e tagliante materiale K K K eff

21 STEP 3: MODELLAZIONE STRUTTURALE Modello di calcolo agli elementi finiti PARTICOLARE ISOLATORE

22 ISOLAMENTO ALLA BASE DI EDIFICI ESISTENTI VANTAGGI: Incrementare la protezione sismica Protezione degli edifici storici Tecniche operative di semplice esecuzione Comportamento di tipo statico della sovrastruttura (no gerarchia delle resistenze) Vantaggio economico Ing. Vincenzo Nunziata

23 PROGETTAZIONE E TECNICHE OPERATIVE Scelta posizionamento degli isolatori Giunto sismico per consentire gli spostamenti dell edificio (20-30 cm) Isolamento di eventuali scale ed ascensori al piano degli isolatori. ring

24 TAGLIO ALLA BASE E INSERIMENTO DEGLI ISOLATORI ring

25 San Francisco City Hall ESEMPI SIGNIFICATIVI SU EDIFICI ESISTENTI Costruit0 nel 1915 Uno dei più belli esempi di architettura neoclassica Americana Superficie mq; Altezza massima 90m L edificio fu severamente danneggiato durante il terremoto di Loma Prieta, 1989 Continua...

26 ESEMPI SIGNIFICATIVI SU EDIFICI ESISTENTI Analisi strutturale A base fissa A base isolata Continua...

27 ESEMPI SIGNIFICATIVI SU EDIFICI ESISTENTI Struttura isolata Sequenze di costruzione e tagli Continua...

28 ESEMPI SIGNIFICATIVI SU EDIFICI ESISTENTI Nuova fondazione Taglio pilastri Continua...

29 Installazione isolatori ESEMPI SIGNIFICATIVI SU EDIFICI ESISTENTI Nuovo piano rigido

30 ESEMPI SIGNIFICATIVI SU EDIFICI ESISTENTI Salt Lake City and Country Building Edifidio tutelato, Superficie mq; Altezza massima 76m Danneggiato dal terremoto di Hansel Valley 1934,in special modo nella torre dell orologio; ulteriori gravi danni causati dal terremoto Idaho Continua...

31 ESEMPI SIGNIFICATIVI SU EDIFICI ESISTENTI Risposta sismica b.i. = base isolata b.f. = base isolata Interventi 447 isolatori in gomma Nuovo solaio in c.a. sul piano degli isolatori Ancoraggi elementi verticali orizzontali Intelaiatura reticolare nella torre Continua...

32 Installazione isolatori ESEMPI SIGNIFICATIVI SU EDIFICI ESISTENTI Setto murario interno Setto murario esterno Ing. Vincenzo Nunziata

33 Oakland City Hall Costruito nel 1911 Superficie mq; Altezza massima 90m ESEMPI SIGNIFICATIVI SU EDIFICI ESISTENTI L edificio fu danneggiato dal terremoto di Loma Pietra Continua...

34 ESEMPI SIGNIFICATIVI SU EDIFICI ESISTENTI Interventi Travi reticolari irrigidenti, piano isolatori Taglio pilastri

35 Costruito nel Superficie mq; Altezza massima 19m Circa 600 pilastri tagliati, taglio setti e pareti UN ESEMPIO ITALIANO Il Centro Polifunzionale di Soccavo al Rione Traiano- Napoli Sistema di isolamento 615 HDRB Continua... Ing. Vincenzo Nunziata

36 UN ESEMPIO ITALIANO ring Continua... Ing. Vincenzo Nunziata

37 ESEMPI SIGNIFICATIVI SU EDIFICI ESISTENTI Interventi Presa in carico e taglio pilastri Continua... Ing. Vincenzo Nunziata

38 ESEMPI SIGNIFICATIVI SU EDIFICI ESISTENTI Taglio pareti Nuovo solaio irrigidente

39 Ex Pastificio Amato Salerno Costruito negli anni 50 Superficie 1.000mq; 12 piani, Altezza massima 45m 64 pilastri da tagliare Sistema di isolamento: pendoli a doppia curvatura IN CORSO... Edificio Molino Continua... Ing. Vincenzo Nunziata

40 Stato di fatto IN CORSO... Continua...

41 Progetto Cucitura giunti, adeguamento e rinforzi IN CORSO... Continua...

42 Disposizione isolatori IN CORSO... Continua...

43 IN CORSO... Dettagli.. Ṡcala appesa Ascensori Continua... Ing. Vincenzo Nunziata

44 Modellazione IN CORSO... EDIFICIO A BASE FISSA T=1,55 sec EDIFICIO A BASE ISOLATA T=2,71 sec Ing. Vincenzo Nunziata

45 GRAZIE