Illustrazione svolta dall ing. G. MANIERI d intesa con il Prof. V. PETRINI, Presidente del Comitato tecnico scientifico - CTS,

Transcript

1 Illustrazione svolta dall ing. G. MANIERI d intesa con il Prof. V. PETRINI, Presidente del Comitato tecnico scientifico - CTS,

2 Illustrazione svolta dall ing. G. MANIERI d intesa con il Presidente del CTS, Prof. V. PETRINI 5 19 maggio

3 Nell arco di circa un anno l iniziativa ha avuto diverse verifiche con illustrazioni svolte in vari incontri con classi di scuole medie superiori e/o gruppi di professionisti e/o cittadini, tra cui quelli avvenuti nell ambito delle due manifestazioni di Io non tremo! : Rimini (7-21 maggio 2011) e Pesaro (5-19 maggio 2012). Nelle mostre era altresì previsto uno spazio interattivo laboratoriale - con la presenza di due educatrici - per ricevere classi di scuola elementare e di scuola media inferiore. Tale spazio laboratoriale dedicato ai più piccoli, attraverso possibili interazioni con le stesse educatrici, era ovviamente basato su attività di «gioco» come evidente dallo stesso titolo di presentazione:

4 DOCUMENTO DIDATTICO condiviso il 4 maggio 2011 dal CTS della Regione Emilia-Romagna Premessa

5 FORZE DI INERZIA (filmato di 27 secondi) 1985 Prof. D. Benedetti da: Riparare Rafforzare Prevenire Regione Umbria 1985 LA STANZA SISMICA (filmato di 6 minuti) 2007 da: Terremoti d Italia Mostra itinerante DPC

6 Come per la «tavola vibrante didattica», anche se limitatamente all applicazione di moti armonici elementari... non sempre.. es. Emilia 20 e L Aquila

7 non sempre conseguenze normalmente secondarie UP o Z NS EW Event 2012 Event name Lat. Long. M L M W Depth [km] Event 1996 Event name Lat. Long. M L M W Depth [km] 20/05/ :03 Pianura MO - FE /10/ :56 Pianura RE - MO R epi. NS UP WE PGA Station EC8 [km] [cm/s 2 ] [cm/s 2 ] [cm/s 2 ] [cm/s 2 ] MRN(Mirandola) C* R epi. NS UP WE PGA Station EC8 [km] [cm/s 2 ] [cm/s 2 ] [cm/s 2 ] [cm/s 2 ] NVL (Novellara) C

8

9 Pianura MO-FE Depth [km] 6,3 M L 5.9 Stazione MRN EC8 C* R epi. [km] 13.4 Z-NS-WE Pianura MO-FE Depth [km] 10.2 M L 5.8 Stazione MRN EC8 C* R epi. [km] 4.0 Z-NS-WE

10 WE component Waveforms 0 Station EC8 R epi. [km] PGA M L 5.8 M W 6.3 Io = IX MCS UP PGV [cm/s] PGD [cm] [cm/s 2 ] [cm/s 2 ] ANT A* AQA B AQG B AQK B AQU B* AQV B ASS A* AVL B* AVZ C BBN C BDT A* BNE B* BOJ C CAN B* CDS A* CER B* CHT B CLN A* CMB B* CMR A*

11 Ad ognuna delle stazioni più prossime all epicentro il valore dell accelerazione di picco della componente verticale del moto è quasi sempre paragonabile a quelli delle accelerazioni massime registrate nelle due direzioni orizzontali. In particolare alle stazioni AQA (Valle Aterno, F. Aterno) e AQK (Aquil Park, in città) le accelerazioni massime (rispettivamente 0.44g e 0.36g) sono state registrate proprio in direzione verticale, durante la prima fase (sussultoria) dello scuotimento, immediatamente prima dell inizio del moto ondulatorio significativo del suolo. Alla stazione AQV (Valle Aterno, centro Valle) l accelerazione massima verticale (0.50g) è comparabile con quelle orizzontali (rispettivamente 0.55g in direzione NS e 0.66g in direzione EW). Solo alla stazione AQG (Valle Aterno, Colle Grilli), invece, il picco della componente verticale (0.24g) risulta pari a circa la metà della massima accelerazione orizzontale (0.49g); è da osservare però che tale picco si verifica proprio durante la fase più intensa del moto orizzontale. Si evince altresì che il moto ondulatorio parte in maniera intensa subito dopo l inizio del forte moto sussultorio (con un ritardo di appena 1 secondo circa), quando le accelerazioni verticali sono ancora significative (finanche dell ordine di g). Sulla base delle osservazioni su esposte (intensità della componente verticale del moto e breve ritardo temporale tra le componenti del moto), si evince in definitiva una sostanziale sovrapposizione del moto sussultorio e del moto ondulatorio, che ha dato luogo, purtroppo, ad uno scuotimento intenso contemporaneamente in tutte le direzioni.

12

13

14

15

16

17 1 a parte alternate

18 Esperienza n. 1 Configurazione strutturale regolare (1 G.d.L.)

19 Nuovi modelli predisposti dall I.I.S. «Aldini Valeriani Sirani» di Bologna m Massa m scorrevole lungo l asta verticale h K Rigidezza K variabile: diminuisce con l aumento dell altezza h

20 m Oscillatori semplici a un grado di libertà, caratterizzati dagli unici parametri: m massa del solaio (o impalcato) k rigidezza alla traslazione dei/l pilastri/o k Modo naturale di vibrare o modo proprio: T 1 periodo (s); f 1 = 1 / T 1 frequenza (Hz) oppure ω 1 = 2 f 1 = 2 / T 1 (rad/s) pulsazione o frequenza circolare Si può dimostrare che ω 1 = (k/m) Serbatoio pensile T 1 = 2 (m/k) f 1 = (k/m) / 2 N.B. Su ω 1, e quindi anche su T 1 e f 1, è ininfluente c coefficiente di viscosità

21 32 cm 45 cm 64 cm m m+m m+2m m+3m m+4m k k k k k f 1 (Hz) 1,00 0,95 0,85 0,75 0,65 T 1 (s) 1,00 1,05 1,18 1,33 1,54 m massa variabile, k rigidezza costante m massa costante k rigidezza variabile T 1 = 2 (m/k) f 1 = (k/m) / 2 D E F f 1 (Hz) 1,80 1,50 1 T 1 (s) 0,56 0,67 1

22 Esperienza n. 2 Configurazione strutturale regolare (3 G.d.L.)

23 Modo 1 f 1 (Hz) Configurazione strutturale regolare a 3 gradi di libertà (G.d.L.) Modo 2 f 2 (Hz) Modo 3 f 3 (Hz) o r ??? m Modello: originario (o), riparato (r). con incremento di massa ( m) di 22 g ad ogni impalcato

24 32 cm 45 cm 64 cm Configurazioni strutturali regolari (1 G.d.L.) 28 cm 44 cm 70 cm ALLEGATO calcolo elementare per indagare il rapporto tra le rigidezze ovvero tra le altezze dei pilastri m massa (quasi) costante, k rigidezza (molto) variabile m B = ( )g m C = ( )g m A = (370+74)g A B C f 1 (Hz) 3,65 1,90 0,77 T 1 (s) 0,27 0,53 1,30 T 1 = 2 (m/k) f 1 = (k/m) / 2 m E = (158+38)g m F = (158+56)g m D = (158+28)g D E F f 1 (Hz) 3,50 2,10 1,17 T 1 (s) 0,29 0,48 0,86

25 Date :32:39 UTC Event name L'Aquila Mainshock Depth [km] 8.8 ± 1.49 ACCELEROGRAMMA: grafico della accelerazione rispetto al tempo in un definito punto, in questo caso della superficie del suolo (ma avrebbe potuto essere anche un punto di qualsiasi costruzione in esame, ad una certa quota e posizione in pianta): punto nel quale è installato un ACCELEROMETRO. Un qualsiasi ACCELEROGRAMMA, che evidenzia in genere una variazione (dell accelerazione nel tempo) brusca e apparentemente casuale, può essere ottenuto come somma di moltissimi moti armonici elementari con periodi e ampiezze diverse. È logico pertanto che strutture con un periodo proprio T 1 risultino particolarmente sensibili alla componente armonica di periodo uguale o molto vicino a T 1 Stazione AQV EC8 B R epi. [km] 4.87 WE ML 5.8 Mw 6.3 Io IX MCS

26 Esempio di costruzione dello spettro di risposta in accelerazione assoluta per l accelerogramma di Gemona (comp. EW) registrato durante il terremoto del Friuli del 15/09/1976 ore 3.15 Da GLOSSARIO (sito IT.AC.A.)

27 Spettri di risposta reali componente WE componente NS componente Z Stazione MRN (Mirandola) EC8 C* R epi. [km] Pianura MO-FE Depth [km] 6.3 ML 5.9 Mw 5.9

28 Spettri di risposta reali componente Z Pianura MO-FE Depth [km] 10.2 M L 5.8 Stazione MRN EC8 C* R epi. [km] 4.0 Z-NS-WE

29 Se (g) Le NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI (es. le NTC 2008) definiscono - in modo convenzionale - lo spettro di risposta elastico in accelerazione riferito a uno smorzamento del 5% e a tutta la gamma di possibili valori, compresi tra 0 e 4 secondi, dei periodi propri del primo modo (T 1 ) delle strutture reali. m massa variabile, k rigidezza costante Una formula empirica per strutture intelaiate (calcolo del periodo proprio del 1 modo o periodo fondamentale di vibrazione): T 1 = 0,1 x H / B = 0,1 x 90 : 4 = 2,25 s m massa costante, k rigidezza variabile Es.: Grattacielo di Rimini altezza (n. 29 piani): H 90 m dimensione minore in pianta: B 16 m

30 Spettri di risposta elastici per componenti orizzontali definiti dalle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC08) per tempi di ritorno (T R ) di: 475, 975 e anni Mirandola (MO) Se [g] sottosuolo categoria C 1 TR=475 0,8 TR=975 0,6 TR=2475 0,4 0, ,5 1 1,5 2 T [s]

31 Se [g] 1 sottosuolo categoria C sottosuolo categoria C Mirandola ,8 0,6 TR=475 TR=975 TR=2475 M L 5.9 M W 5.9 Confronto tra spettri di risposta reali, corrispondenti agli accelerogrammi (per le componenti orizzontali N-S ed E-W) registrati - per la scossa principale del 20 maggio dalla stazione MRN (EC8 C*), e spettri di risposta elastici NTC08 0,4 0,2 N-S E-W 0 0 0,5 1 1,5 2 T [s]

32 S a [g] Spettri di risposta reali componente WE componente NS componente Z Stazione MRN (Mirandola) EC8 C* R epi. [km] Pianura MO-FE Depth [km] 6.3 ML 5.9 Mw 5.9 0,5 0,4 0,3 0,2 Spettri di risposta elastici NTC08 Componente verticale T=475 T = 975 T=2475 0,1 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 periodo proprio [s]

33 sottosuolo categoria C TR=475 Mirandola ,8 TR=975 M L 5.8 0,6 0,4 TR=2475 N-S Confronto tra spettri di risposta reali, corrispondenti agli accelerogrammi (per le componenti orizzontali N-S ed E-W) registrati - per la replica del 29 maggio dalla stazione MRN (EC8 C*), e spettri di risposta elastici NTC08 0,2 E-W 0 0 0,5 1 1,5 2 T [s]

34 S a [g] Spettri di risposta reali componente Z Stazione MRN (Mirandola) EC8 C* R epi. [km] Pianura MO-FE Depth [km] 10.2 ML 5.8 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Spettri di risposta elastici NTC08 Componente verticale T=475 T = 975 T= ,5 1 1,5 periodo proprio 2 [s] 2,5 3

35 Esperienza n. 3 Configurazione strutturale irregolare

36

37

38 Configurazione dei sensori (Ampliamento in c.a. 1993) Risposta strutturale (Massime accelerazioni strutturali e fattori di amplificazione dinamica) Canale Accelerazione massima (m/s^2) Fattore di Amplificazione Dir X (1) Y (2) Z (3) PGA (m/s 2 ) PGV (mm/s) PGD (mm) Earthquake 10/05/00 h M L 4.4

39 Configurazione dei sensori (Scuola in c.a. anni 50) Canale Risposta strutturale (Massime accelerazioni strutturali e fattori di amplificazione dinamica) Accelerazione massima (m/s^2) Fattore di Amplificazione Earthquake 10/05/00 h Ml 4.4 Parametri di "strong motion" (moto del suolo) dir X (1) Y (2) Z (3) PGA (m/s 2 ) PGV (mm/s) PGD (mm)

40 accelerazione [m s -2 ] 6 4 Abruzzo Earthquake 6/04/09 h recorded at AQV N-S PGA = 5,49 m/s 2 0,560 g M L 5.8 M W 6.3 Io = IX MCS I ben diversi effetti, per queste tre situazioni, hanno una diretta conferma nel confronto tra i rispettivi accelerogrammi, considerando però assieme valori delle «accelerazioni al suolo» (in ordinata) e «durate del moto forte» (in ascissa) Pianura MO-FE Earthquake 20/5/12 h recorded at MRN N-S PGA = 2,58 m/s 2 0,263 g t [s] M L 5.9 M W 5.9 Is = VII-VIII MCS App. Forlivese Earthquake 10/05/00 h recorded at OSS Forlì PGA = 1,24 m/s 2 0,126 g M L 4.4 M W 4.8 Is = V-VI MCS

41 Time (h:m:s) accelerazione cm/sec Stazione di S.Sofia - componente NS evento sismico 26/01/03 - ore 21: tempo (s) Io = VI MCS App. Forlivese Earthquake 01/26/ M L 4.0 recorded at Santa Sofia PGA= g (depi 5,0 km) POTENZIALE DI DANNO Quale accelerogramma comporta il potenziale di danno più elevato? Ovviamente il terzo, anche se con valore di PGA inferiore rispetto agli altri due Correggio Earthquake 10/15/ M L 5.1 M W 5.4 recorded at Novellara PGA= g (depi 13,2 km) Is = VI MCS Va sempre tenuto presente che le sole PGA così come altre singole ordinate spettrali non sono di per sé rappresentative del danno (Io o Is) Irpinia Earthquake 11/23/1980 M L 6.5 M W 6.9 recorded at Calitri PGA= g (depi 18,8 km) Is = IX MCS

42 2 a parte 1985 Prof. D. Benedetti da: Riparare Rafforzare Prevenire Regione Umbria 1985 MODELLO CASA IN MURATURA (filmato di 1 minuto e 24 secondi)

43 Terremoto in Abruzzo del 6 aprile 2009 (M L = 5.8; M w = 6.3) Immagini da due località: entrambe valutate con effetti di IX MCS Villa Sant Angelo (AQ) - Edificio in muratura di pietrame listata, copertura in legno e pietre angolari. Si notano i capochiave delle catene al primo piano. Colle di Roio (AQ) Edificio in muratura in pietrame non squadrato con malta argillosa e copertura pesante in c.a. Effetto negativo di un tetto pesante e rigido

44 Umbria 1997 Di contro: altra immagine negativa, ma di «Umbria 1997». Si è cioè già da tempo visto che certi «recenti» interventi, pesanti e molto rigidi, su murature con inidonea tessitura e consistenza, sono «peggioramento» e non «miglioramento» sismico. Villa S. Angelo Centro Storico [IX M.C.S.] Altro esempio da manuale di accorgimenti che garantiscono un buon comportamento della struttura in caso di sisma: Catene in entrambe le direzioni per ogni livello Tetto in legno leggero Cerchiatura delle aperture Ripristino della malta tra le pietre e ristilatura dei giunti Buoni ammorsamenti d angolo tra le pareti

45 Accanto all edificio completamente crollato si nota una struttura con copertura leggera in legno, muratura listata che ha subito danni molto limitati. Villa S. Angelo [IX M.C.S.] Pesante copertura in latero-c.a. con cordoli in c.a. molto rigidi struttura sottostante in sasso con malta di scarsa qualità

46 Bologna centro storico

47 Ordine di priorità di possibili vulnerabilità per le costruzioni in muratura 1. potenziale collasso per disgregazione di una inidonea tessitura muraria; 2. meccanismi resistenti locali (di I modo), corrispondenti a collasso delle pareti murarie al di fuori del piano; 3. meccanismi resistenti globali (di II modo), corrispondenti a collasso delle pareti murarie nel piano. La circostanza di edifici costituenti aggregato strutturale comporta altresì la necessità di tenere conto delle possibili interazioni tra edifici contigui.

48 3. meccanismi resistenti globali, per collasso delle pareti murarie nel piano È obiettivo a cui tendere niente affatto scontato. dipendendo dalla qualità dei collegamenti tra elementi strutturali (pannelli murari e solaio). I meccanismi di taglio si potranno sviluppare se i meccanismi di I modo sono inibiti (pareti ammorsate o incatenate)

49

50 RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA DI UN FABBRICATO AD USO RESIDENZIALE SITO IN ZONA 3 CON REALIZZAZIONE DI RIVESTIMENTO A CAPPOTTO DI SUPERFICI ESTERNE DELLE PARETI VERTICALI PERIMETRALI

51 Fabbricato di inizio anni 60 Pannelli murari costituiti da «forati» posti in opera (a fori orizzontali!) per l intero spessore di muro (25 cm). Spigoli (incroci tra pannelli) con «pieni»

52 Saggio sul «cordolo» del primo piano: emergono i ferri di testata dei travetti del solaio, ma non si riscontra la presenza di ferri longitudinali (oltre che di staffe) lungo il perimetro.

53 Alcuni dettagli della fasciatura esterna del fabbricato, realizzata con angolari metallici agli spigoli e piatti metallici all altezza dei solai del 1 e del 2 piano Muri del seminterrato in calcestruzzo

54 Immagini a lavori finiti, dopo la posa in opera (incollaggio e tassellatura) dei pannelli di polistirene sinterizzato espanso (s=10 cm) e degli strati di finitura (s=1,5 cm)

55 VULNERABILITA L AQUILA Uno degli esempi di collasso pilastri al piano terra Gli edifici alti con il piano terra debole («piano soffice») sono vulnerabili particolarmente

56 2 a parte costruzioni in muratura CONCLUSIONE In una visione globale della struttura, e quindi attraverso studiati approfondimenti progettuali, un efficace collegamento strutturale risulta una delle regole fondamentali per garantire una buona sicurezza e, in genere, in zone di bassa e anche di media sismicità, tale regola è alla prova dei fatti quella determinante

57 Efficaci collegamenti strutturali.in CARENZA: causa principale della «STRAGE» di CAPANNONI tanto più a fronte di azioni sismiche eccezionali. In particolare i collegamenti tra travi e pilastri sono stati realizzati con semplici appoggi, contando sull'attrito per la trasmissione delle azioni orizzontali come la spinta del vento. Questi appoggi non sono però adatti per la trasmissione delle azioni combinate sussultorie e ondulatorie indotte dal terremoto. Criteri di buon senso, prima che disposizioni di norme tecniche ora vigenti anche nelle zone 3 e 4 (di cosiddetta «bassa sismicità»), avrebbero dovuto da tempo operare per garantire collegamenti tra travi e pilastri con connessioni meccaniche in grado di funzionare anche in assenza di attrito.

58 Senza PREVENZIONE non c è SVILUPPO (non solo non c è SICUREZZA)

59 Tavola vibrante: folder e link utili Documento didattico CTS 2011 GLOSSARIO_IT.AC.A. N 4 video (presenti su YouTube) Tavola vibrante: per una iniziale informazione didattica Verifica sperimentale della formula della rigidezza Storia della classificazione sismica della Provincia di Pesaro

60 La manifestazione IoNonTremo! (Rimini, 7 21 maggio così come a Pesaro, 5-19 maggio 2012) è espressamente rivolta ad un vasto pubblico, tra cui studenti e insegnanti delle scuole di ogni ordine e grado, per contribuire a costruire un informazione verificata e una cultura di base sul rischio sismico, e per favorire nuove e più consapevoli interlocuzioni tra committenti e tecnici Tu e il terremoto (filmato di 4 minuti e 11 secondi) Associazione di Promozione Sociale