Sistemi tradizionali ed innovativi per la protezione sismica degli edifici. Prof. Ing. Fabrizio Gara

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Gaetano Casadei
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1 Sistemi tradizionali ed innovativi per la protezione sismica degli edifici Prof. Ing. Fabrizio Gara

2 Introduzione Strategie di protezione sismica Edifici esistenti Interventi di miglioramento o adeguamento sismico Costruzioni nuove Demolizione e Ricostruzione parziale o totale Aumento capacità Resistenza e Rigidezza e duttilità Tecniche convenzionali - Controventi elastici, pareti di taglio - Incamiciature, fasciature, Riduzione domanda Dissipazione energia Energia in ingresso Tecniche non convenzionali - Controventi dissipativi - Sistemi esterni dissipativi - Isolamento alla base 2/28

3 Tecniche convenzionali Controventi elastici, pareti di taglio, Aumento capacità Resistenza e Rigidezza e duttilità Tecniche convenzionali - Controventi elastici, pareti di taglio - Incamiciature, fasciature, Riduzione domanda Dissipazione energia Tecniche non convenzionali - Controventi dissipativi - Sistemi esterni dissipativi Riduzione domanda Energia in ingresso Tecniche non convenzionali - Isolamento alla base 3/28

4 Irrigidimento con pareti e controventi Controventi elastici, pareti di taglio, Inserimento di pareti Inserimento di controventi Incamiciatura in acciaio 4/28

5 Irrigidimento con pareti e controventi di tipo elastico - obiettivo Obiettivo: Rigidezza e Resistenza riduzione spostamenti e danneggiamento!!! aumento accelerazione diminuzione dissipazione energia Capacità Domanda + Sa Sd Accelerazione Spostamenti T T 5/28

6 Irrigidimento con pareti e controventi Olive View Medical Center Olive View Medical Center California, 1970 > 30 cm San Fernando Earthquake M 6.6 6/28

7 Irrigidimento con pareti e controventi Olive View Medical Center Archivio reperti medici Interno di un ufficio Apparecchiatura radiologica Controsoffitto in una camera operatoria 7/28

Irrigidimento con pareti e controventi New

ai primi due livelli - telai metallici con

8 Irrigidimento con pareti e controventi New Olive View Medical Center New Olive View Medical Center, 1986 Struttura sismo-resistente: - setti in c.a. ai primi due livelli - telai metallici con controventi ai livelli superiori Schema edificio e sensori sismici 8/28

Irrigidimento con pareti e controventi New Olive View Medical Center Northridge earthquake 1994 M 6.8 1.53 g 1.20 g 1.02 g 0.

9 Irrigidimento con pareti e controventi New Olive View Medical Center Northridge earthquake 1994 M g 1.20 g 1.02 g 0.80 g Eduardo Miranda - Stanford University notevole rigidezza della struttura in elevazione Valori eccezionalmente elevati delle accelerazioni 9/28

10 Irrigidimento con pareti e controventi New Olive View Medical Center Northridge earthquake 1994 M 6.8 Danni elevati su: - impianti, controsoffitti - apparecchiature, macchinari Rottura ancoraggi dei macchinari in copertura Rottura sprinkler e danneggiamento controsoffitto 10/28

11 Tecniche non convenzionali Controventi dissipativi Aumento capacità Resistenza e Rigidezza e duttilità Tecniche convenzionali - Controventi elastici, pareti di taglio - Incamiciature, fasciature, Riduzione domanda Dissipazione energia Tecniche non convenzionali - Controventi dissipativi - Sistemi esterni dissipativi Riduzione domanda Energia in ingresso Tecniche non convenzionali - Isolamento alla base 11/28

12 Controventi dissipativi dispositivi Dissipazione dipendente da spostamento Dissipazione dipendente dalla velocità Elasto-plastici Viscosi Attritivi Viscoelastici 12/28

13 Wallace Bennet Federal Building Salt Lake City, anni 60 Univ. Pol. Marche polo sud Ancona, 2005 R. Antonucci, F. Balducci Controventi dissipativi esempi Scuola Gentile-Fermi Fabriano, 2006 R. Antonucci, F. Balducci Dissipatori isteretici, tipo BRAD 1 in Italia Dissipatori viscoelastici elastomerici Unbounded braces 13/28

14 Controventi dissipativi con dispositivi viscosi - obiettivo Obiettivo: _ Dissipazione nessuna variazione di rigidezza incremento dissipazione energia viscosa riduzione spostamenti e accelerazioni Domanda + Sa Sd Accelerazione Spostamenti T T 14/28

15 Tecniche non convenzionali Sistemi esterni dissipativi Aumento capacità Resistenza e Rigidezza e duttilità Tecniche convenzionali - Controventi elastici, pareti di taglio - Incamiciature, fasciature, Riduzione domanda Dissipazione energia Tecniche non convenzionali - Controventi dissipativi - Sistemi esterni dissipativi Riduzione domanda Energia in ingresso Tecniche non convenzionali - Isolamento alla base 15/28

16 Sistemi esterni dissipativi tipologie Controventi su torre esterna Mass proportional damping Patented: A. Balducci Torre dissipativa spostamenti di interpiano traslazione piani rocking torre Vantaggi - Non richiede l interruzione di esercizio - Interventi rapidi ed economici - Manutenzione semplice! Economicità Richiede spazio esterno 16/28

rigida incernierata alla base Dispositivi viscosi alla base attivati dal

17 1450 Sistemi esterni dissipativi Liceo B. Croce, Avezzano Adeguamento sismico con Torri dissipative 2012 Torre rigida incernierata alla base Dispositivi viscosi alla base attivati dal rocking Block B Block F TA Block A Block D TS TA TA TS Block C-AM Block A Block G 17/28

18 Sistemi esterni dissipativi Liceo B. Croce, Avezzano Progetto Before retrofitting Acc.1 Acc.2 Acc.3 Limit Displacement [m] Displacement [m] 0.15 After retrofitting Acc.1 Acc.2 Acc.3 Limit 0 Limit value for the IOLS time [s] time [s] Spostamenti long. (SLV) Max spost.: riduzione di circa 61% (calcolati sul telaio nudo) Accelerazione long. (SLV) Max acc.: riduzione di circa 14% (calcolati sul telaio nudo) 15 Acc.1 Acc.2 Acc Before retrofitting time [s] Acceleration [m/s2] Acceleration [m/s2] 15 Acc.1 Acc.2 Acc After retrofitting time [s] 18/28

19 Sperimentazione Misura vibrazioni ambientali (OMA) Parametri modali sperimentali Sistemi esterni dissipativi Liceo B. Croce, Avezzano Mod. con solai e tamponature (FEM) Parametri modali teorici Validazione FEM Effetti intervento Modo Tipo 1 1 longitudinale 2 1 trasversale 3 1 torsionale 4 1 distorsionale nel piano Pre intervento OMA FEM f [Hz] f [Hz] Post intervento OMA FEM f [Hz] f [Hz] /28

Spost [mm] acc [g] Prove di rilascio Tiranti

a. Spostamenti dissipatori 0.5 0 92 184 Carico [kn] 0.

20 Spost [mm] acc [g] Prove di rilascio Tiranti Traliccio di carico post-adeguamento Sistemi esterni dissipativi Liceo B. Croce, Avezzano Martinetti Fusibile Tiranti Palo in c.a. Spostamenti dissipatori Carico [kn] 0.1 Accelerazioni ai vari piani piano t [s] t [s] 20/28

21 Tecniche non convenzionali Isolamento alla base Aumento capacità Resistenza e Rigidezza e duttilità Tecniche convenzionali - Controventi elastici, pareti di taglio - Incamiciature, fasciature, Riduzione domanda Dissipazione energia Tecniche non convenzionali - Controventi dissipativi - Sistemi esterni dissipativi Riduzione domanda Energia in ingresso Tecniche non convenzionali - Isolamento alla base 21/28

22 Struttura convenzionale Struttura isolata Isolamento alla base Strategia e dispositivi Periodo del 1 modo Spostamenti di interpiano (spost. concentrati sull isolatore) Isolatore elastomerico Isolatore a doppio pendolo 22/28

23 Obiettivo: Energia in ingresso Dissipazione Isolamento alla base obiettivo elevata riduzione di rigidezza del sistema incremento dissipazione energia viscosa riduzione spostamenti interpiano e accelerazioni Domanda Sa Sd Spostamento interpiano Accelerazione Spostamento isolatore T T 23/28

University of Southern California Hospital (USC) Isolamento alla base University of Southern California Hospital Edificio strumentato Northridge

24 University of Southern California Hospital (USC) Isolamento alla base University of Southern California Hospital Edificio strumentato Northridge earthquake, g 0.13g 0.49g 0.37g Le accelerazioni registrate sono circa: - costanti ai vari livelli - pari ad 1/3 di quella alla base 24/28

Isolamento alla base Primi edifici isolati, in c.a., in Italia 1975 Viadotto Somplago 1981 Quartier generale dei VV.

Mazzolani 1985 Edificio della Brigata Mobile dei VV.F, Napoli - F.M. Mazzolani 1989 Centro

25 Isolamento alla base Primi edifici isolati, in c.a., in Italia 1975 Viadotto Somplago 1981 Quartier generale dei VV.F., Napoli - F.M. Mazzolani 1985 Edificio della Brigata Mobile dei VV.F, Napoli - F.M. Mazzolani 1989 Centro Civico della INAIL, Ancona, Monte D Ago - Fabrizio De Miranda 1991 Edificio Telecom, Ancona - G. Giuliani Antonucci, Giacchetti, Mancini 1992 Edificio del Nucleo Arruolamento Volontari M.M., Ancona 1992 Edificio del Centro Medico Legale della M.M., Augusta 1993 Edifici residenziali per la base della M.M., Augusta 25/28

26 Isolamento alla base Ospedali isolati, in c.a Ospedale Gervasutta, Udine (I struttura ospedaliera di grandi dimensioni, in Italia) 2006 Ospedale del Mare, Napoli (record europeo per dimensioni) 26/28

27 Isolamento alla base Edifici esistenti isolati post sisma, Aquila Scuola Santa Maria degli Angeli telaio in c.a. Villa La Silvestrella muratura portante 27/28

28 Fonte: ASSISi World Conference, Sochi, Russia, 2011 Isolamento alla base Edifici isolati nel mondo e in Italia Numero edifici isolati nel mondo Numero edifici isolati in Italia 28/28

29 Grazie per l attenzione Sistemi tradizionali ed innovativi per la protezione sismica degli edifici Prof. Ing. Fabrizio Gara

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