Università degli Studi di Enna Kore. Facoltà di Ingegneria ed Architettura L.E.D.A. Laboratory of Earthquake engineering and Dynamic Analysis

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1 Università degli Studi di Enna Kore Facoltà di Ingegneria ed Architettura L.E.D.A. Laboratory of Earthquake engineering and Dynamic Analysis Università degli Studi di Enna "KORE" Cittadella Universitaria Enna (Italy) Tel: (+39) Fax: (+39) Web:

2 Introduzione L Università degli Studi di Enna Kore è una delle più giovani università non statali italiane, istituita dal Decreto del Ministero dell Istruzione, della Università e della Ricerca n. 116 del 5 Maggio L Università Kore (http://www.unikore.it/) si è ritagliata una posizione di eccellenza nel panorama nazionale attraverso la realizzazione di strutture accademiche multiscopo, servizi innovativi, laboratori all avanguardia, che hanno creato le basi per rapporti studente/docente di alta qualità. Di recente l Università Kore è stata coinvolta in diversi progetti di Ricerca Industriale e di Potenziamento Strutturale finanziati dal Programma Operativo Nazionale (PON) per la Ricerca e Competitività con il contributo del Fondo Europeo di Sviluppo Regionale (FESR). In particolare, il progetto L.E.D.A. (Laboratory of Earthquake engineering and Dynamic Analysis) ha ricevuto recentemente un finanziamento di ,00 (Decreto Direttoriale No. 698/Ric. dell ), per la costruzione di un centro di ricerca e diversi laboratori operanti nei campi dei Materiali e Strutture e della Dinamica Sperimentale, con la istituzione di un Master di II livello in "Ingegneria Sismica nell anno accademico 2013/2014. Il progetto architettonico, riportato in Figura 1, è stato redatto con risorse interne all Università Kore di Enna sotto la guida del prof. Gianluca Burgio. Tutti i laboratori, il centro di ricerca e le strutture didattiche saranno comprese in un unico edificio, promuovendo così l interazione tra le attività teoriche, sperimentali e numeriche condotte nell ambito nel progetto L.E.D.A. Il centro verrà costruito nel territorio comunale di Enna, all interno del costruendo campus dell Università Kore, in una zona ben servita dalle infrastrutture di trasposto della Sicilia e in una posizione baricentrica rispetto al bacino del Mediterraneo. Figura 1 Rendering del progetto architettonico dell edificio L.E.D.A. redatto dal prof.gianluca Burgio. La caratteristica peculiare del centro L.E.D.A. è rappresentata dall ampia gamma di prove sperimentali che potranno essere condotte. Mediante l utilizzo di tavole vibranti ad alte prestazioni e grandi strutture di contrasto, sarà possibile condurre prove sismiche in modo da sfruttare pienamente la complementarietà tra entrambe le tecniche tradizionali della pseudo-dinamica e della dinamica. Inoltre, potranno essere esplorate i più avanzati metodi di prova ibridi. L.E.D.A. - Laboratory of Earthquake engineering and Dynamic Analysis 1

3 Il progetto è già in una fase avanzata. La ditta Bosch-Rexroth S.p.a. ha vinto la gara per la fornitura della maggior parte delle attrezzature di prova, mentre la realizzazione delle opere edili è stata affidata alla C.I.P.A.E Soc. coop. a r. l. e verrà completata entro il Dicembre Le principali attrezzature del laboratorio di Materiali e Strutture La infrastruttura di ricerca più importante del laboratorio di Materiali e Strutture è rappresentata dal sistema di contrasto Strong Floor Reaction Wall. Il Muro di Reazione (Reaction Wall) è alto 14 m, mentre la dimensioni della sezione trasversale sono di 14 m per 4 m. Il muro sarà uno dei più alti d Europa e potrà essere utilizzato per condurre prove statiche, pseudo-dinamiche ed ibride su elementi strutturali e su strutture in scala reale. Le dimensioni della Piastra di Reazione (Strong Floor) sono di 34 m per 14 m, comprensive della sezione del Muro di Reazione. La scelta del sistema costruttivo e funzionale di tale sistema di contrasto è scaturito dall analisi critica di laboratori simili esistenti. In particolare, il laboratorio ELSA (European Laboratory for Structural Assessment) del JRC (Joint Research Centre), uno dei più importanti laboratori al mondo dotati di grande strutture di reazione per test pseudo-dinamici, è stato considerato come punto di riferimento nella fase di progettazione del sistema di contrasto del centro L.E.D.A. Il sistema costruttivo delle strutture di reazione è a cassone gettato in opera; entrambi gli elementi saranno post-tesi con barre Dywidag e trefoli al fine di evitare fessurazioni ed assicurare la corretta durabilità al laboratorio. La Figura 2 mostra una vista prospettica ed una sezione longitudinale del sistema di contrasto Strong Floor Reaction Wall a) b) Figura 2 Rendering del sistema di contrasto Strong Floor-Reaction Wall: a) vista prospettica; b) sezione longitudinale. Il laboratorio sarà dotato di diversi attuatori idraulici di capacità differenti, unità di potenza idraulica e sistemi di controllo. Le principali caratteristiche degli attuatori idraulici per le prove statiche, pseudodinamiche e di fatica sono sintetizzate nella Tabella 1. Nel Laboratorio di Materiale e Strutture sarà pertanto possibile effettuare test sperimentali su componenti strutturali ed edifici in scala reale al fine di eseguire studi teorico-sperimentali di nuovi metodi di progetto delle costruzioni, verificare tecniche di rinforzo tradizionali e innovativi per edifici esistenti ed edifici appartenenti al patrimonio storico monumentale, verificare sperimentalmente sistemi di protezione sismica (isolatori, dissipatori e sistemi a controllo attivo) e tecniche di monitoraggio strutturale. L.E.D.A. - Laboratory of Earthquake engineering and Dynamic Analysis 2

4 Il laboratorio comprenderà anche tutte le attrezzature per la caratterizzazione meccanica dei materiali da costruzione già presenti nel laboratorio della Facoltà di Ingegneria ed Architettura dell Università degli Studi di Enna Kore. Tabella 1 Caratteristiche principali degli attuatori idraulici. Forza statica No. Corsa Velocità massima 250 kn 1 +/- 500 mm > 22 mm/sec 500 kn 2 +/- 500 mm > 25 mm/sec 1000 kn 4 +/- 500 mm > 25 mm/sec Le attrezzature esistenti comprendono una pressa a controllo di spostamento con capacità di 3000 kn, un telaio di reazione equipaggiato con un attuatore idraulico della capacità di 2000 kn, una macchina di prova universale con la capacità di 600 kn e diversi altri strumenti avanzati per l esecuzione prove in situ distruttive e non distruttive per la valutazione delle proprietà strutturali degli edifici esistenti. Le principali attrezzature del laboratorio di Dinamica Sperimentale Il laboratorio di Dinamica Sperimentale sarà dotato di diverse attrezzature che consentiranno di condurre prove in un ampia gamma di frequenze e di payload. Tali attrezzature consentiranno di sviluppare ricerche nei campi più disparati come l ingegneria civile ed aeronautica, l industria del trasporto e nei settori energetici e della difesa. La concezione di questo laboratorio scaturisce da un confront critic con altri laboratori simili all avanguardia (tra gli altri il Structural Engineering and Earthquake Simulation Laboratory - SEESL della New York State University at Buffalo, USA). La principale infrastruttura di ricerca è costituita dal sistema di due tavole vibranti a sei gradi di libertà delle dimensioni di 4 m per 4 m (Figura 3) le cui principali caratteristiche sono riassunte nella Tabella 2. Figura 3 Rendering del sistema di due tavole vibranti. Tabella 2 Caratteristiche principali del sistema di tavole vibranti. Caratteristica Singola tavola Tavole accoppiate Dimensioni 4 x 4 m 10 x 4 m Payload 40 ton 100 ton Intervallo operativi di frequenza Hz Hz Corsa (assi orizzontali) ±400 mm ±400 mm Corsa (assi verticali) ±250 mm ±250 mm Velocità (assi orizzontali) ± 2.2 m/s ± 1.1 m/s L.E.D.A. - Laboratory of Earthquake engineering and Dynamic Analysis 3

5 Velocità (asse verticale) ± 1.5 m/s ± 0.75 m/s Accelerazione (assi orizzontali) ± 1.5 g ± 1.05 g Accelerazione (assi verticali) ± 1.0 g ± 0.7 g Momento ribaltante 60 ton m (test triassiale) 100 ton m (test monoassiale) 100 ton m (test triassiale) 100 ton m (test monoassiale) Sfruttando le potenzialità del sistema di controllo, sarà possibile utilizzare le tavole sia separatamente che in maniera simultanea, in modo da riprodurre gli effetti dei terremoti su strutture a grandi luci e su strutture soggette a moti asincroni (per esempio travi da ponte o edifici industriali). Inoltre, potranno essere condotte prove sismiche su modelli a piccola o grande scala, prove di qualifica per sistemi di controllo passivo per la protezione sismica, così come analisi dinamiche su grandi sistemi meccanici o equipaggiamenti. Inoltre, sarà possibile utilizzare il banco prova idraulico a sei gradi di libertà, mostrato in Figura 1, per prove nei settori automobilistici, aerospaziali e del trasporto, o comunque ogni qual volta che vengano richieste alte frequenze (fino a 500 Hz) e elevate accelerazioni. Le principali caratteristiche del banco prova sono riportate nella tabella accanto all immagine. Caratteristica Area di fissaggio Payload Forza dinamica Intervallo operativo di frequenza Corsa: Accelerazione (sistema a vuoto) Accelerazione (massimo payload) 813 x 813 mm 450 kg 62 kn Hz X 100 mm, Y e Z 50 mm 10.7 g (X) 9.6 g (Y) 9.7 g (Z) 9.2 g (X) 7.0 g (Y) 8.2 g Z) Figura 4 Banco prova a sei gradi di libertà e sue caratteristiche principali. Caratteristica Payload Forza dinamica Intervallo operativo di frequenza Corsa Velocità Accelerazione (sinusoidale) Accelerazione (random) 600 kg 35.6 kn Hz 76 mm 1.8 m/s 110 g (picco) 100 g (rms) Figura 5 Shaker elettromeccanico uniassiale e sue caratteristiche principali. L.E.D.A. - Laboratory of Earthquake engineering and Dynamic Analysis 4

6 Per quelle applicazioni che richiedono prestazioni ancora più elevate in termini di accelerazioni (fino a 100 g) e di frequenze (fino a 3000 Hz) sarà possibile utilizzare lo shaker uniassiale elettromeccanico mostrato nella Figura 5. Nella stessa figura vengono indicate le principali caratteristiche dello shaker. Ulteriori attività di ricerca potranno essere condotte in un laboratorio didattico dotato di attrezzature per condurre prove su modelli in piccolo scala che comprendono diversi shaker modali, sensori di forza, accelerometri piezoelettrici adatti per lo studio delle tecniche di identificazione strutturale e del danneggiamento e metodi di controllo strutturale. Progetto di Formazione Il progetto L.E.D.A. comprende anche diverse attività di formazione nel campo dell ingegneria sismica e della dinamica delle strutture. Il progetto di formazione è finalizzato ad attività di training, fornendo conoscenze specifiche a ricercatori, liberi professionisti e personale tecnico altamente specializzato negli ambiti di ricerca del progetto L.E.D.A. Contatti progetto L.E.D.A. Giovanni Tesoriere Preside della Facoltà di Ingegneria ed Architettura Università degli Studi di Enna "Kore" Cittadella Universitaria Enna (Italy) Marinella Fossetti Assistant Professor in Tecnica delle Costruzioni Università degli Studi di Enna "Kore" Cittadella Universitaria Enna (Italy) Giacomo Navarra Assistant Professor in Scienza delle Costruzioni Università degli Studi di Enna "Kore" Cittadella Universitaria Enna (Italy) L.E.D.A. - Laboratory of Earthquake engineering and Dynamic Analysis 5

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