1. NOTE SULLE TECNOLOGIE ANTISISMICHE INNOVATIVE

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1 PROTOCOLLI D INTESA FRA ENEA E REGIONI PER LA REALIZZAZIONE DI INIZIATIVE PILOTA SU EDIFICI CHE CONIUGHINO L APPLICAZIONE DI SISTEMI INNOVATIVI ANTISISMICI CON LA QUALITA ENERGETICO AMBIENTALE Alessandro MARTELLI Responsabile dell Unità Analisi e Progettazione Sismica dell ENEA & Coordinatore del Gruppo di Lavoro Isolamento Sismico (GLIS) dell Associazione Nazionale Italiana d Ingegneria Sismica Via Martiri di Monte Sole, 4, Bologna, martelli@bologna.enea.it GiordanoBruno ARATO ENEA, Divisione Sistemi Energetici Ecosostenibili ; Responsabile Relazioni Esterne del GLIS Via Martiri di Monte Sole, 4, Bologna, arato@bologna.enea.it Massimo FORNI 1 & Maurizio INDIRLI 2 ENEA, Unità Analisi e Progettazione Sismica ; 1 Segretario Tecnico del GLIS & 2 Socio del GLIS Via Martiri di Monte Sole, 4, Bologna, 1 forni@bologna.enea.it & 2 indirli@bologna.enea.it 1. NOTE SULLE TECNOLOGIE ANTISISMICHE INNOVATIVE Le crisi sismiche avvenute in Italia, in particolar modo nelle Regioni dell Umbria e Marche nel , hanno messo in evidenza l'estrema vulnerabilità sismica di gran parte del patrimonio edilizio italiano e la necessità di adottare soluzioni progettuali innovative, sia nella realizzazione delle nuove costruzioni, che (ove possibile) nell'adeguamento di quelle esistenti. Questa esigenza si pone in particolare per gli edifici con alta densità di presenza umana (scuole, ospedali, caserme, grandi edifici residenziali) e per quelli strategici, ove è necessario garantire l'assenza di danni anche alle parti non strutturali e la piena funzionalità durante e, soprattutto, dopo il sisma. Un adeguata progettazione antisismica convenzionale, pur essendo in grado di impedire il collasso degli edifici, non evita la trasmissione delle vibrazioni sismiche al loro interno: quindi, nel caso di sismi di forte entità, rende assai problematica la protezione di contenuti particolarmente vulnerabili a tali vibrazioni (contenuti che sono spesso di valore assai più elevato rispetto a quello delle strutture) e quindi, in particolare, pregiudica la funzionalità di molti importanti edifici durante e dopo il sisma. Sono, però, ora disponibili tecnologie antisismiche innovative, come l isolamento sismico e la dissipazione passiva dell energia (oltre a sistemi di accoppiamento idraulico che danno luogo a vincoli temporanei durante il sisma), in grado di risolvere tale problema, oltre ad aumentare la sicurezza sismica complessiva. Esse sono di particolare interesse per ponti e viadotti, gli edifici e gli impianti strategici durante la gestione delle fasi di emergenza (ospedali, centri di gestione dell'emergenza, centrali elettriche, telefoniche, idriche, ecc.), gli impianti a rischio di incidente rilevante (nucleari, chimici, ecc.), gli edifici e gli impianti contenenti apparecchiature sofisticate o prodotti di notevole valore (industria elettronica, centri di calcolo, ecc.), gli edifici strategici per la difesa e l'economia del Paese e i beni storici, artistici e monumentali. Nel caso di un edificio, l'isolamento sismico è usualmente applicato alla base (ma ora talvolta anche ai piani) ed è normalmente realizzato utilizzando sistemi molto flessibili nelle direzioni orizzontali (isolatori sismici, usualmente in gomma armata), che permettono di "filtrare" l'energia sismica trasmessa dal terreno (o dal piano sottostante) in tali direzioni: l edificio si muove quindi pressoché come un "corpo rigido" nel piano orizzontale e le vibrazioni trasmesse al suo interno sono drasticamente ridotte. I sistemi dissipativi (di tipo elastoplastico, viscoso, viscoelastico, elettroinduttivo, ad attrito, ecc.) o simili (in leghe a memoria di forma), invece, inseriti in posizioni

2 ove la struttura presenta i maggiori spostamenti differenziali, permettono di realizzare l obiettivo suddetto concentrando su se stessi la dissipazione dell energia sismica trasmessa dal terreno. Soprattutto dopo i terremoti che hanno colpito Los Angeles e Kobe nel , grazie anche all'ottimo comportamento degli edifici isolati (incluso un ospedale) già presenti nelle zone epicentrali, l'isolamento sismico ed i sistemi dissipativi hanno trovato un numero sempre maggiore di applicazioni. Esse già ammontano ad oltre un migliaio e riguardano strutture sia di nuova costruzione che esistenti, in numerosi paesi, inclusa l'italia [1, 2]. I violenti terremoti che nel 1999 hanno devastato Taiwan, il Messico e soprattutto la Turchia (dove erano presenti viadotti dotati di sistemi dissipativi in prossimità degli epicentri) hanno confermato la validità di tali tecnologie [2]. In Italia le prime applicazioni delle tecnologie in oggetto risalgono all inizio degli anni 80 e nell arco di poco più un decennio erano già una trentina per gli edifici (Fig. 1) e oltre 150 per i ponti e i viadotti (ponendo il nostro Paese al primo posto al mondo per il numero di applicazioni a queste ultime strutture) [2, 3]. Fra gli edifici isolati di questo periodo assumono particolare rilevanza i cinque del Centro Regionale della TELECOM Italia di Ancona, completati nel 1992 e sottoposti ad una sperimentazione in situ unica a livello mondiale (nelle prove, il più grande di questi edifici, di otto piani e 25 m d altezza, ha raggiunto spostamenti laterali di oltre 110 mm, pari a circa l 80% del valore di progetto). L interesse per le tecnologie suddette è poi fortemente aumentato dopo il terremoto umbromarchigiano e la pubblicazione, alla fine del 1998, di linee guida di progettazione per strutture isolate da parte del Ministero dei Lavori Pubblici. Attualmente sono appena terminate o sono in corso numerose nuove applicazioni, come riportato nella Fig. 1. Di particolare rilievo sono l adeguamento sismico con dispositivi in leghe a memoria di forma (SMA) e accoppiatori idraulici della Basilica Superiore di San Francesco in Assisi (Fig. 2) e quello con analoghi dispositivi SMA del campanile della Chiesa di San Giorgio in Trignano (RE), fortemente danneggiato dal sisma del 1996 (Fig. 3): tali interventi, completati rispettivamente in ottobre e novembre 1999, costituiscono le prime applicazioni al mondo di dispositivi SMA. Fra gli altri nuovi interventi sono poi da citare l adeguamento sismico con isolamento del Centro Polifunzionale Rione Traiano a Napoli (Fig. 4), quello di scuole con sistemi dissipativi, effettuato nel 1999 a Potenza ed in corso a Fabriano (Fig. 5), e la progettazione in corso per il nuovo Centro della Protezione Civile dell Italia Centrale a Foligno con sistemi antisismici di vario tipo (Fig. 6). Inoltre, l industria manifatturiera italiana ha realizzato ed installato dispositivi antisismici innovativi anche all estero, ad esempio nei viadotti dell autostrada Istanbul Ankara che hanno subito violente scosse sismiche (con spostamenti molto superiori a quelli di progetto) nei mesi d agosto e novembre 1999 e dove i dispositivi suddetti si sono dimostrati estremamente efficaci [2]. Nelle tecnologie antisismiche innovative l'italia ha ormai acquisito un ruolo di leadership a livello europeo e di grande rilevanza anche a livello mondiale, sia nel settore della ricerca che in quello dell'industria manifatturiera [2, 3]. L'industria manifatturiera nazionale è in grado di produrre dispositivi antisismici di pari qualità e di costo inferiore rispetto a quelli realizzati in Giappone e negli Stati Uniti. Tali risultati sono stati ottenuti mediante collaborazioni avviate, alla fine degli anni '80, fra i diversi settori nazionali, di ricerca e industriali, interessati allo sviluppo e all'applicazione delle tecnologie antisismiche innovative, che si sono avvalse (e tuttora si avvalgono) di importanti finanziamenti comunitari e sono state allargate a numerosi partner di altri Paesi europei. 2. I PROTOCOLLI D INTESA FRA ENEA E REGIONI Nonostante l'ormai raggiunta maturità delle tecnologie antisismiche innovative, le vaste competenze disponibili in Italia, l avvenuta pubblicazione di regole di progettazione e la ripresa delle applicazioni a seguito del terremoto umbromarchigiano, nel nostro Paese le nuove realizzazioni con tali tecnologie restano, però, in numero assai inferiore che non in altri paesi ad elevato rischio sismico. Per promuovere nuove realizzazioni in numero adeguato, il Gruppo di Lavoro Isolamento Sismico (GLIS) (che conta più di 200 soci in rappresentanza di tutte le parti

3 interessate allo sviluppo e all applicazione delle tecnologie suddette), in collaborazione con l ENEA ed altre Istituzioni aderenti, sta effettuando una vasta opera di divulgazione. Inoltre, l ENEA, in base a quanto previsto dalla Conferenza Nazionale Energia e Ambiente (Roma, 2528 novembre 1998), ha attivato o sta attivando Protocolli d Intesa con Regioni soggette a particolare rischio sismico (Umbria, Marche, Basilicata, Calabria, EmiliaRomagna, Sicilia, Toscana, ecc.) per iniziative pilota su edifici civili che coniughino l applicazione di sistemi antisismici innovativi con la qualità energetico ambientale. Il primo Protocollo d Intesa, con la Regione dell Umbria, è stato firmato alla fine di gennaio 2000 dal Presidente dell ENEA. I temi della collaborazione previsti nei Protocolli suddetti sono: Identificazione congiunta di strutture dimostrative, alle quali applicare i sistemi antisismici innovativi. Supporto tecnico, da parte ENEA, nella fase di progettazione, relativo ai seguenti punti: scelta del sistema antisismico; analisi numeriche; sperimentazione; verifica di compatibilità con le regole di progettazione. Supporto tecnico, da parte ENEA, nella fase di realizzazione, relativo ai seguenti punti: verifica di coerenza con i requisiti di progetto; accettazione dei dispositivi antisismici; installazione del sistema di monitoraggio sismico. Supporto tecnico, da parte ENEA, in fase di collaudo statico. Supporto tecnico da parte dell ENEA, per il miglioramento della qualità energeticoambientale degli edifici dimostrativi, ove possibile, anche attraverso criteri bioclimatici di progettazione. Finanziamento, da parte della Regione, per alcune prime applicazioni su edifici pubblici, degli eventuali extracosti derivanti dall adozione dei sistemi innovativi. Potranno eventualmente essere considerati anche interventi di particolare interesse su edifici privati. Per l espletamento di tali attività le Parti si potranno avvalere della collaborazione delle Università ed altri Enti e Organismi pubblici o privati operanti nell ambito regionale. Per l attuazione del Protocollo d Intesa e dei successivi Accordi Specifici, entro un mese dalla stipula, è previsto sia costituito un Gruppo di Coordinamento, che: definisce in dettaglio il contenuto tecnico delle attività oggetto degli Accordi Specifici; verifica lo svolgimento e propone eventuali aggiornamenti dei programmi concordati; propone le modalità di partecipazione e di collaborazione di altri Enti di Ricerca, delle Università e di altri soggetti terzi; propone la ripartizione fra le Parti delle spese relative ad ogni Accordo Specifico. Per i Protocolli d Intesa è prevista una durata biennale, rinnovabile per un successivo biennio, mediante scambio di lettere tra le Parti, almeno tre mesi prima della scadenza. RIFERIMENTI [1] Koh, H.M. & Martelli, A., Preface Overview and Summary of the International Post SMiRT Conference Seminar on Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control of Vibrations of Structures, in: Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control of Vibrations of Structures Proceedings of the PostSMiRT Conference Seminar, Cheju, Korea, August 2325, 1999, Seoul (Corea), [2] Martelli, A. & Forni, M., StateoftheArt on Seismic Protection through Innovative Techniques, Proc. of Intl. IASS Symposium on Bridging Large Spans, Istanbul (Turchia), [3] Martelli, A. & Forni, M.: Seismic Isolation of Civil Buildings in Europe, Progress in Structural Engineering and Materials, London: Construction Research Communications Ltd. 1998, Vol. 1 (3),

4 Figura 1: Edifici ed impianti dotati di dispositivi antisismici innovativi in Italia N STRUCTURE Location Year Device N D (mm) H (mm) 1 New Fire Station Napoli 1981 Mech. dissip. Not Av Headquarters (Campania) & isolators ailable 2 2 nd Fire Station Building Napoli (Campania) 1985 Neoprene bear. & Oleod. restr Hospital Siena (Tuscany) 1988 Friction dissip. N.A. 4 Civic Center at Monte Ancona 1989 Neoprene d'ago bearings 59 TELECOM Italia Centre of Marche Reg. Ancona High Damping Rubber Bearings San Giovanni Battista Avellino 1990 Oleodynamic 18 in Carife (retrofit) (Campania) 11 CNR Laboratory Frascati (Lazio) 1990 Mech. Dissip. N.A. 12 Apartment house (twin isolated & nonisolated houses) Squillace Marina (Catanzaro, Calabria) Rubber bearings + HDRBs Navy building Ancona HDRBs New ENEL Headquarters Napoli (Campania) Mech. Dissip. & Oleod. rest. 142 N.A 15 Navy Medical Centre Augusta (Siracusa, Sicily) HDRBs Apartment houses of the Italian Navy Campo Palma at Augusta (Siracusa, Sicily) HDRBs FIAT industrial buildings Melfi (PZ) & Prato La Serra (CB) 1993 Oleodynamic 22 Sport Hall Rimini (Romagna) Completed Oleod. N.A. 23 Faculty of Engineering Brescia (Lombardia) Completed Oleod. N.A. 24 Dept. of Mathematics of Potenza 1995 HDRBs University of Basilicata (Basilicata) (square section) (side) 25 Faculty of Agricolture Potenza 1995 HDRBs of Univ. of Basilicata (Basilicata) (square section) (side) 29 Airport Bologna (Emilia) & Completed Oleodynamic N.A 30 Hangars Torino (Piemonte) N.A. 31 Turbine & Thermal Montalto Power Completed Oleodynamic N.A. Power Cycle Bldgs. Station (Lazio) 32 Large Water Supply San Giacomo Completed Oleodynamic N.A. Pipe (Abruzzo) 33 La Vista & Domiziano Potenza 1999 Dissipative. 32 & 34 schools (retrofits) (Basilicata) braces San Francesco Basilica Assisi (PG) 1999 SMA devices + N.A. Superiore (retrofit) (Umbria) oleod. 36 Bell tower (retrofit) Trignano (R. Emilia) 1999 SMA devices 4 37 Gentile Fermi school Fabriano (AN) In progress Viscoelastic N.A. (retrofit) dampers 38 Civic Center (retrofit) Soccavo (NA, Camp.) In progress HDRBs N.A. 39 Emergengy Foligno (PG) Under HDRBs + N.A. Management Center (Umbria) design other systems 40 New Hospital Perugia (Umbria) " HDRBs N.A. 41 Apartment houses Città di Castello (PG) " HDRBs N.A. 42 New Hospital Frosinone (Lazio) " HDRBs N.A N.A

5 Figura 2 a: Dispositivi SMA fra tetto e timpani della Basilica di San Francesco. Figura 2 b: Accoppiatori idraulici fra la navata ed il transetto della Basilica. Figura 3 a: Campanile della chiesa di San Giorgio (Trignano, RE) dopo il sisma del 96 Figura 3 b: Schema dell'intervento (4 tiranti in serie con 4 dispositivi SMA).

6 Figura 3 c: Campanile della chiesa di San Giorgio in Trignano: dispositivo SMA collegato in serie con una barra d'acciaio sottoposta alla tensione di 20 kn. Figura 4: Centro Polifunzionale di Soccavo (NA) dopo il sisma del 1980, per il quale è previsto l'inserimento dell'isolamento alla base mediante taglio delle colonne. Figura 5: Scuola Gentile Fermi a Fabriano (AN) dopo il sisma del 1997 (è in corso l'inserimento di dispositivi viscoelastici). Figura 6: Nuovo Centro della Protezione Civile dell'italia Centrale, in fase di progettazione a Foligno (PG).