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1 newsn A cura della Segreteria Tecnica del GLIS, Massimo Forni, ENEA, Via Martiri di Monte Sole 4, Bologna Tel.: , fax: , forni@ bologna.enea.it Disponibile su Internet all'indirizzo VIII Assemblea Generale dei Soci GLIS e Seminario "DIFENDIAMOCI DAI TERREMOTI: le più recenti applicazioni italiane delle nuove tecnologie antisismiche d isolamento e dissipazione energetica", Bologna, Palazzo Comunale, Cappella Farnese, 7 aprile Massimo Forni (forni@bologna.enea.it) - Informazioni sul GLIS e sulle sue attività. Giordano-Bruno Arato (arato@bologna.enea.it), Alessandro Martelli (martelli@bologna.enea.it) Protocolli d Intesa ENEA - Regioni per Applicazioni Pilota delle Tecnologie Antisismiche Innovative. Massimo Forni (forni@bologna.enea.it) - Sono da poco iniziati nuovi progetti di ricerca, sia nazionali che europei, sulle tecnologie antisismiche innovative. Il progetto SPIDER studierà un nuovo sistema integrato con l'intero edificio. Il progetto SPACE svilupperà dispositivi per il controllo semiattivo delle strutture. In campo nazionale, il progetto PROSEESM si occuperà della protezione sismica del patrimonio storico, artistico e monumentale, mentre un progetto del CNR ha per oggetto gli impianti chimici. Alberto Parducci (parducci@unipg.it) Problemi progettuali per l'impiego dell'isolamento sismico nelle costruzioni civili. Agostino Marioni (a.marioni@alga.it) Durante i recenti terremoti che hanno devastato la Turchia, i viadotti dell'autostrada Istanbul - Ankara, dotati di isolatori sismici accoppiati con dissipatori energetici elastoplastici, hanno retto nonostante che le accelerazioni alla base (> 0.8 g) siano state più che doppie rispetto a quelle di progetto. I terremoti del 17 agosto e del 12 novembre '99 (magnitudo 7,6 e 7,4) hanno provocato deformazioni del terreno fino a 5 m e spostamenti relativi fra impalcato e pile di 1 m. Gabriella Castellano (castellano.fip@fip-group.it) La Basilica di San Francesco ad Assisi, che subì gravissimi danni durante il terremoto del 1997, è stata inaugurata lo scorso 28 novembre, a poco più di due anni dalla prima scossa. Tra i numerosi e complessi interventi di restauro strutturale e miglioramento sismico, due hanno fatto uso di tipologie di dispositivi antisismici: gli innovativi dispositivi in lega a memoria di forma, sviluppati nell ambito del progetto di ricerca ISTECH, e i dispositivi di vincolo dinamico.

2 Maurizio Indirli Applicazione dei dispositivi antisismici in lega a memoria di forma nel Campanile della chiesa di San Giorgio a Trignano (RE), danneggiato dal sisma delle Provincie di Modena e Reggio Emilia del Renzo Medeot (medeot@iol.it) Quadro della normativa Italiana ed Europea per strutture isolate. Massimo Forni (forni@bologna.enea.it) Fino ai primi anni 90 l Italia è stata all avanguardia nel campo delle applicazioni di tecniche antisismiche innovative, non solo per quel che riguarda i ponti, con oltre 150 applicazioni, ma anche per le strutture civili, con 11 importanti realizzazioni per un totale di 13 edifici isolati alla base e 5 dotati di sistemi a dissipazione energetica. Ciò è stato il frutto dell attività di progettisti di strutture, produttori di dispositivi e di ricercatori (universitari e non) particolarmente attivi in questo settore e tutti appartenenti al GLIS. Dopo una stasi di quasi 5 anni, ora c'è una fase di ripresa delle applicazioni, grazie soprattutto ai positivi risultati ottenuti da progetti di ricerca nazionali ed europei, alla ricostruzione delle zone colpite dal terremoto Umbro - Marchigiano del 1997 e alla pubblicazione, da parte del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, di linee guida di progetto per strutture isolate dal sisma. Gabriella Castellano (castellano.fip@fip-group.it) Il Bangabandhu Bridge è il primo ed unico ponte sul fiume Jamuna in Bangladesh. L infrastruttura si trova a circa 120 km a nord della capitale Dhaka, e a circa 30 km da una faglia attiva, ed è costituita nel suo elemento principale da un viadotto lungo circa 5 km. Il ponte è sismicamente protetto mediante dispositivi dissipativi di tipo isteretico, studiati in modo da limitare a 425 t per pila le azioni orizzontali in caso di sisma (con accelerazione massima pari a 0.47 g). Giuliano Francesco Panza (panza@geosun0.univ.trieste.it) La Medaglia 'Beno Gutenberg'. Massimo Forni (forni@bologna.enea.it) La crisi sismica conosciuta come Terremoto della Calabria del 1783 durò quasi 3 anni e fu caratterizzata da 5 scosse catastrofiche dell XI grado della scala Mercalli e da varie centinaia di scosse minori (alcune delle quali del IX grado). L' Atlante iconografico allegato all' Istoria dè Fenomeni del Tremoto avvenuto nelle Calabrie, e nel Valdemone nell anno 1783 posta in luce dalla Reale Accademia delle Scienze, e delle Belle Lettere di Napoli, ci mostra la devastazione cui furono sottoposte la Calabria e la Sicilia Orientale.

3 GRUPPO DI LAVORO ISOLAMENTO SISMICO dell'associazione Nazionale Italiana di Ingegneria Sismica ENTE PER LE NUOVE TECNOLOGIE, L'ENERGIA E L'AMBIENTE in collaborazione con gli Ordini degli Architetti e degli Ingegneri della Provincia di Bologna VIII Assemblea Generale dei Soci GLIS e Seminario DIFENDIAMOCI DAI TERREMOTI: le più recenti applicazioni italiane delle nuove tecnologie antisismiche d isolamento e dissipazione energetica Bologna, Palazzo Comunale, Cappella Farnese, 7 aprile 2000 Con il Patrocinio di: Assessorato all Urbanistica e alla Politica della Casa del Comune di Bologna Comune di Bologna Facoltà di Architettura dell'università degli Studi di Ferrara Gruppo Nazionale per la Difesa dai Rischi Chimico-Industriali ed Ecologici Ordine degli Architetti della Provincia di Bologna Ordine degli Ingegneri della Provincia di Bologna Provincia di Bologna Regione Emilia-Romagna Regione dell'umbria Università degli Studi di Bologna

4 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 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 (che sono spesso di valore assai più elevato rispetto a quello delle strutture) e quindi, in particolare, la funzionalità di molti importanti edifici durante e dopo il sisma. Sono, però, ora disponibili tecnologie antisismiche innovative (isolamento sismico e dissipazione passiva dell energia) 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 (isolatori sismici), che permettono di "filtrare" l'energia sismica trasmessa dal terreno (o dal piano sottostante): l edificio si muove quindi pressoché come un "corpo rigido" e le vibrazioni trasmesse al suo interno sono drasticamente ridotte. I sistemi dissipativi, invece, inseriti in posizioni 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, dove all inizio degli anni 90 le applicazioni agli edifici erano già una trentina e quelle ai ponti e viadotti oltre 150 e dove l interesse per le tecnologie suddette è fortemente aumentato dopo il terremoto umbro-marchigiano e la pubblicazione, alla fine del 1998, di linee guida di progettazione nazionali per strutture isolate. I violenti terremoti che nel 1999 hanno devastato Taiwan, il Messico e soprattutto la Turchia (dove erano presenti viadotti isolati in prossimità dell epicentro) hanno confermato la validità di tali tecnologie. Sulle 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. L'industria manifatturiera nazionale è ormai 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 dell'isolamento sismico, che si sono avvalse (e tuttora si avvalgono) di importanti finanziamenti comunitari e sono state allargate a numerosi partner di altri Paesi europei.

5 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 umbro-marchigiano, 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) dell Associazione Nazionale Italiana d Ingegneria Sismica, in collaborazione con l ENEA ed altre Istituzioni aderenti al GLIS, sta effettuando una vasta opera di divulgazione, organizzando convegni ed incontri con le Istituzioni Locali ed i progettisti. Inoltre, l ENEA, in base a quanto previsto dalla Conferenza Nazionale Energia e Ambiente (Roma, novembre 1998), ha attivato o sta attivando Protocolli d Intesa con le Regioni italiane soggette a particolare rischio sismico (Umbria, Marche, Toscana, Calabria, Sicilia, Basilicata, ecc.) per iniziative pilota su edifici civili (il primo Protocollo d Intesa suddetto, riguardante la Regione dell Umbria, è già stato firmato dal Presidente dell ENEA ed inviato alla firma del Presidente di detta Regione). P R O G R A M M A M ATTINA: VIII ASSEMBLEA GLIS (Aperta a tutti) Presidente: Prof. A. Martelli (Coordinatore GLIS ENEA) 09:00 REGISTRAZIONE 09:30 10:30 IL GLIS E LE SUE ATTIVITA 09:30 Ing. M. Forni (Segretario GLIS ENEA): Informazioni sul GLIS e sulle sue attività. 09:45 Prof. A. Martelli (Coordinatore GLIS ENEA): Conclusioni del 6 th International Post SMiRT Conference Seminar on "Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control of Vibrations of Structures", Cheju, Corea, Agosto, :00 Sig.ra D. Chiarotto (GLIS Presidente ACEDIS e FIP Industriale), Prof. A. Martelli (Coordinatore GLIS ENEA) e Prof. A. Parducci (Consigliere GLIS Università di Perugia): Informazioni sul Fifth World Congress on Joints, Bearings and Seismic Systems for Concrete Structures (Roma, 7-11 Ottobre 2001) e sul 7 th International Seminar on Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control of Vibrations of Structures (previsto a Perugia o Assisi, 4-6 Ottobre 2001). 10:15 Dott. G.B. Arato (Responsabile Relazioni Esterne GLIS ENEA): Protocolli d Intesa fra ENEA e Regioni per Applicazioni Pilota delle Tecnologie Antisismiche Innovative. 10:30 11:00 INTERVALLO 11:00 12:30 NUOVI PROGETTI 11:00 Prof. G. Serino (GLIS Università di Roma 3): Il Progetto Comunitario SPACE (Semi-Active and PAssive Control of the Dynamic Behaviour of Structures Subjected to Earthquakes, Wind and Vibrations). 11:15 Prof. S. Sorace (GLIS Università di Udine): Il Progetto Comunitario SPIDER (Strand Prestressing for Internal Damping of Earthquake Response). 11:30 Ing. T. Sanò (Consigliere GLIS ANPA): Progetto finanziato dal CNR sulla protezione sismica degli impianti chimici. 11:45 Ing. M. Pouchain (Impresa Pouchain) e Ing. M. Indirli (GLIS - ENEA): Il Progetto MURST ProSeesm del Programma PARNASO per la protezione sismica del patrimonio storico, artistico e monumentale.

6 12:00 Ing. R. Marnetto (GLIS TIS): Il Programma ECOEST II (European Consortium of Earthquake Shaking Table). 12:15 ALTRI PROGETTI 12:30 13:00 DISCUSSIONE POMERIGGIO: SEMINARIO 14:00 REGISTRAZIONE 14:30 15:00 SALUTI DI BENVENUTO Rappresentanti delle Istituzioni Regionali e Locali, dell Università di Bologna e dell ENEA Ing. G. Gasparini (Presidente dell Ordine degli Ingegneri della Provincia di Bologna) Arch. S. Zironi (Presidente dell Ordine degli Architetti della Provincia di Bologna) Prof. A. Martelli (Coordinatore GLIS ENEA) 15:00 16:50 I SESSIONE DEI LAVORI Presidenti: Ing. G. Gasparini (Presidente dell Ordine degli Ingegneri della Provincia di Bologna), Prof. A. Martelli (Coordinatore GLIS ENEA Università di Ferrara) 15:00 Ing. L. Tortoioli (Regione dell Umbria): L Utilizzazione delle Tecnologie Antisismiche Innovative nella Regione dell Umbria. 15:20 Ing. A. Marioni (Consigliere GLIS Presidente ALGA): Comportamento dei Viadotti Isolati Sismicamente dell Autostrada Istanbul-Ankara durante i Terremoti del :40 Dr. M. G. Castellano (GLIS FIP Industriale): Sviluppo di Dispositivi Antisismici in Leghe a Memoria di Forma (SMA) e Loro Applicazione Pilota nel Restauro del Campanile della Chiesa di San Giorgio in Trignano (San Martino in Rio, RE), Danneggiato dal Terremoto del :00 Prof. G. Croci (Università di Roma La Sapienza): Tecniche Innovative nell Adeguamento Antisismico della Basilica di San Francesco di Assisi. 16:20 DISCUSSIONE 16:50 17:20 INTERVALLO 17:20 19:00 II SESSIONE DEI LAVORI Presidenti: Arch. S. Zironi (Presidente dell Ordine degli Architetti della Provincia di Bologna), Prof. A. Martelli (Coordinatore GLIS ENEA Università di Ferrara) 17:20 Dr. R. Medeot (Consigliere GLIS Chairman CEN TC 167/SC1): Quadro della Normativa Italiana ed Europea per Strutture Isolate. 17:40 Prof. A. Parducci (Consigliere GLIS Università di Perugia): Stato delle Applicazioni delle Tecnologie Antisismiche Innovative nella Regione dell Umbria (nuovo Centro della Protezione Civile dell Italia Centrale di Foligno, Nuovo Edificio dell Ospedale di Perugia, Edifici a Città di Castello, ecc.). 18:00 Ing. M. Forni (Segretario GLIS ENEA): Altre Recenti Applicazioni e Ricerche delle Tecnologie Antisismiche Innovative in Italia. 18:20 Rappresentanti degli Ordini degli Ingegneri e degli Architetti della Provincia di Bologna: Riflessioni sulle Prospettive d Applicazione delle Tecnologie Antisismiche Innovative. 19:00 DISCUSSIONE 19:30 CONCLUSIONI E CHIUSURA

7 M. Forni INFORMAZIONI SUL GLIS E SULLE SUE ATTIVITÀ Il GLIS festeggia nel 2000 il suo decimo anno di impegno nella diffusione di informazioni relative alla ricerca, allo sviluppo e all applicazione di tecnologie antisismiche innovative e nella promozione e coordinazione di attività ad esse correlate quali lo sviluppo di linee guida di progetto e normativa sia in campo nazionale che europeo. Ecco le cifre del GLIS: 201 iscritti (Figura 1). 6 Categorie in rappresentanza di tutte le componenti istituzionali, scientifiche, tecniche ed economiche legate alla ricerca, sviluppo e applicazione dei dispositivi antisismici innovativi (Fig. 2). 5 Sottogruppi operanti in diverse tematiche specifiche (Figura 3). 21 riunioni del Consiglio, rinnovato per 4 volte in rappresentanza di tutte le categorie (Fig. 4). 9 rapporti tecnici pubblicati a cura della Segreteria Tecnica, relativi a ricerche, applicazioni, indagini post-terremoto, ecc. 5 numeri di GLIS news, la rivista elettronica disponibile sul sito Internet del GLIS, gestito dalla Segreteria Tecnica fin dalla sua creazione nel Assemblee Generali dove i Soci si sono scambiati informazioni, hanno rinnovato il Consiglio e modificato lo Statuto. 18 convegni, seminari e giornate di lavoro direttamente organizzate o patrocinate dal GLIS, sia a livello nazionale che internazionale (Fig. 5) Figura 1: Andamento delle iscrizioni al GLIS (Aprile 2000)

8 Produttori di dispositivi 21 Progettisti di strutture 67 Ministeri e Regioni 15 Università 57 Altri 12 Fondatori 29 Figura 2: Suddivisione in Categorie dei Soci GLIS (Aprile 2000) Sperimentazione 34 Modelli Numerici 30 Dissipazione Energetica 28 Input Sismico 13 Normativa 24 Figura 3: Suddivisione in Sottogruppi dei Soci GLIS (Aprile 2000)

9 Produttori (1) Ministeri (1) Altri (1) Fondatori (4) Progettisti (1) Università (2) Esperti (2) ANIDIS (1) Figura 4: Composizione del Consiglio GLIS Notizie sul GLIS (lo Statuto, come diventare Soci, ecc.) e sulle sue attività sono disponibili sul sito Internet assieme ad altre informazioni relative a pubblicazioni, convegni e seminari, applicazioni, progetti di ricerca, normativa ed altro ancora. Ad esempio, ecco i prossimi appuntamenti di interesse per le tecnologie antisismiche innovative: Istanbul, Turkey, May 29 - June 2, 2000 "International Symposium: Bridging Large Spans - From Antiquity to the Present". Champs-sur-Marne, France, July 3-6, 2000, "Second European Conference on Structural Control". Seattle, Washington, USA, July 23-27, 2000, "2000 ASME PVP Conference - 12th International Symposium on Seismic, Shock, and Vibration Isolation". Roma, Italy, 7-11 Ottobre 200l "Fifth World Congress on Joints, Bearings and Seismic Systems for Concrete Structures". Perugia o Assisi, Italy, 4-6 Ottobre 2001, "7 th International Seminar on Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control of Vibrations of Structures". Ricordo infine che i Soci GLIS possono pubblicare articoli o altro materiale informativo (annunci di convegni, ecc.) nel succitato sito WEB, sia nella rivista elettronica GLISnews che nell area anonymous. Il sito GLIS è inoltre linkato con altri siti di interesse per la sismologia e l ingegneria sismica in genere e con i siti delle Università, Enti e Industrie appartenenti al GLIS che ne hanno fatto richiesta.

10 PARTECIPANTI 17) 16) 15) Bologna, Seminario, Difendiamoci dai Terremoti: le più recenti applicazioni italiane delle nuove tecnologie antisismiche d isolamento e dissipazione energetica Verona, Seminario, Isolamento alla Base, Dissipazione Energetica e altre Tecnologie Antisismiche Innovative Perugia, Seminario, Progettazione Antisismica: Nuove Realtà sulle Strutture Isolate ) 13) Ancona, Seminario, Isolamento Sismico e Dissipazione Energetica: Nuove Tecnologie per la Protezione Sismica delle Strutture Camerino, Incontro, La Scienza, la Terra, i Terremoti ) 11) 10) 9) Perugia, Seminario, Difendiamoci dai Terremoti: Nuove Tecnologie Taormina, Post SMiRT Conference Seminar, Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control of Vibrations of Structures Ispra, Seminario, Progressi nella ricerca, sviluppo e applicazione di dispositivi antisismici innovativi in Italia Milano, IASS International Symposium, Spatial Structures: heritage, present and future ) 7) 6) Ancona, Giornata di Lavoro, I Sistemi di Protezione Sismica Non Convenzionali: stato dell'arte e risultanze sul loro comportamento alla luce degli ultimi eventi sismici Bologna, Milano, Roma, Napoli, Videoconferenza, Effetti del Terremoto di Northridge (Los Angeles) del 17 Gennaio 1994 Roma, Seminario, Proposte di Normativa per Strutture Isolate ) 4) 3) 2) 1) Capri, Post SMiRT Conference Seminar, Isolation, Energy Dissipation and Control of Vibrations of Structures Salerno, Giornata di Lavoro, Nuove Strategie di Protezione Sismica per Edifici Monumentali Seriate, Seminario, Normativa e Controllo per le Tecnologie Innovative Ancona, International Meeting, Earthquake Protection of Buildings Bologna, Seminario, Prospettive e Problematiche delle Applicazioni dell'isolamento Sismico in Campo Civile e Industriale in Italia Figura 5: Convegni, seminari e giornate di lavoro organizzate o patrocinate dal GLIS

11 A. Martelli G.B. Arato 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 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 umbro-marchigiano, 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 (che conta più di 200 soci in rappresentanza di tutte le parti 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, 25-28/11/98), ha attivato o sta attivando Protocolli d Intesa con Regioni soggette a particolare rischio sismico (Umbria, Marche, Basilicata, Calabria, Emilia-Romagna, 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 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 ENEA, per il miglioramento della qualità energetico-ambientale 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 extra-costi 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.

12 M. Forni NOTE INFORMATIVE SUI PRINCIPALI PROGRAMMI DI RICERCA ITALIANI ED EUROPEI ATTUALMENTE IN CORSO PROGETTO SPACE: SEMI-ACTIVE AND PASSIVE CONTROL OF THE DYNAMIC BEHAVIOUR OF STRUCTURES SUBJECTED TO EARTHQUAKES, WIND AND VIBRATIONS R. Medeot Il progetto SPACE ha, come scopo principale, lo sviluppo di nuovi dispositivi per il controllo semiattivo degli effetti dei terremoti su edifici civili, impianti industriali e ponti. Il progetto prevede inoltre lo studio di dispositivi innovativi per l'isolamento sismico passivo 'di piano', ovvero di parti di edifici contenenti oggetti di valore (musei), attrezzature sofisticate (centri di calcolo, sale operatorie) o componenti critici ai fini della sicurezza (sale di controllo). SPACE è coordinato dalla MAURER-SOEHNE di Monaco (Germania); la partnership include inoltre ENEA (Italia), Billfinger+Berger (Germania), ENEL (Italia), ISMES (Italia), Università di Roma 3 (Italia), Università di Stoccolma (Svezia), Thomson-Marconi (Francia) e TARRC (Gran Bretagna). Il progetto è stato accettato nella prima call del Quinto Programma Quadro dell'ec ed ha ottenuto la votazione Excellent. PROGETTO SPIDER : STRANDS PRESTRESSING FOR INTERNAL DAMPING OF EARTHQUAKE RESPONSE Antoine Domange (contact@jarret.fr) Alfred Krief (contact@jarret.fr) Stefano Sorace (stefano.sorace@dic.uniud.it) Gloria Terenzi (terenzi@dicea.unifi.it) I significativi danni al costruito provocati anche dai più recenti eventi sismici occorsi a Taiwan, in Turchia ed in Grecia rivolgono alla comunità scientifica e tecnica un ulteriore monito a ricercare sempre più efficaci sistemi di protezione delle strutture, da impiegarsi non solo per le nuove costruzioni, bensì anche nell ambito del recupero e dell adeguamento dell esistente. Come noto, le più innovative soluzioni non convenzionali studiate ed applicate soprattutto nell ultimo decennio, mirano ad una sostanziale attenuazione degli effetti dell azione sismica mediante l isolamento alla base, o per inserimento nella struttura di supplementari nuclei di dissipazione di energia, od ancora per possibile combinazione delle due strategie. Gli elementi utilizzati allo scopo sono i più vari. Fra questi, crescente interesse destano i dispositivi fluido-viscosi, ed in special modo i cosiddetti dispositivi siliconici, il cui comportamento dipende essenzialmente dalle modalità di rifluimento di un particolare fluido elastomerico, avente appunto composizione siliconica, durante il movimento di un pistone all interno del serbatoio che lo contiene. Sulla base delle specifiche esigenze progettuali, essi possono operare a singolo o a doppio effetto, esplicando proprietà di risposta puramente elastiche, elastico-dissipative od, infine, semplicemente smorzanti. Campagne di indagini sperimentali condotte, in precedenti fasi di studio, su tre differenti tipologie di dispositivi [1, 2, 3], hanno posto in evidenza una completa capacità di ricentraggio, garantita dal precarico imposto al materiale in fase costruttiva, nonché la spiccata non linearità della legge di smorzamento che ne caratterizza il comportamento, analiticamente riproducibile mediante una potenza frazionaria della velocità, mediamente compresa fra 0.1 e 0.2. Tali contenuti valori

13 segnalano, da un lato, la scarsa sensibilità della risposta nei confronti della velocità di caricamento, e dall altro, le più elevate potenzialità dissipative possedute rispetto ad elementi con viscosità prossima alla lineare. Ciò emerge chiaramente dalla stessa forma dei cicli sperimentalmente ottenuti, così come rilevabile dai grafici riportati, a titolo d esempio, in Fig. 1, riferiti a prove condotte su due dispositivi elastico-dissipativi reagenti a sola compressione (Fig. 1a), od anche a trazione (Fig. 1b). La valutazione dell efficienza prestazionale e la definizione di criteri ottimali di progetto di tali elementi, sia quando siano coinvolti in sistemi di isolamento alla base, sia allorchè vengano inseriti all interno di controventi dissipativi, costituiscono tuttora [4, 5] l oggetto di un articolato programma di ricerca sviluppato nel corso degli anni dagli autori. Parallelamente a tali principali configurazioni applicative, è stata ultimamente ideata e brevettata un ancor più avanzata strategia di controllo passivo della risposta alle azioni sismica ed eolica, particolarmente volta all adeguamento di edifici intelaiati, rappresentata dall introduzione di cavi smorzanti all interno dell ossatura portante (Fig. 2). Caratterizzata dal funzionamento in serie di un cavo in acciaio ad elevata resistenza spiccante dalla fondazione, opportunamente tesato e collegato a ciascun impalcato di piano, e di un dispositivo situato in corrispondenza del primo interpiano, tale soluzione consente una decisa riduzione del numero di elementi fluido-viscosi complessivamente necessari al fine di ottenere predeterminati benefici di risposta, rispetto alle sopra ricordate tecniche di isolamento o controventamento con dissipazione supplementare. Ciò in relazione al fatto di operare sulla base della deformazione globale della struttura cui viene applicata, piuttosto che su quella di ciascun singolo piano. Unitamente alle proprietà del dissipatore, la stessa forma del cavo interviene, in questo caso, quale esplicito parametro progettuale. Da un punto di vista di risposta generale del sistema, questa contemplerà l attivazione del solo cavo, nel caso di piccole eccitazioni, intervenendo altresì anche il dispositivo, per superamento della soglia di precarico imposta al fluido siliconico, a fronte di azioni di maggiore intensità. La strategia incentrata sull impiego di cavi smorzanti costituisce l argomento del progetto Research and Technological Development denominato SPIDER, approvato dalla Comunità Europea nell ottobre 1999 e finanziato a partire dal mese di marzo 2000, nell ambito del Fifth EC Research Programme Allo sviluppo del progetto contribuiranno i seguenti sette partecipanti: Bouygues Travaux Publics, industria francese di costruzioni; ENEA; ISMES; Jarret, società francese produttrice dei dispositivi siliconici e proponente il brevetto; Università di Udine; A2P, compagnia portoghese di progettazione strutturale; VSL France, industria specializzata nella produzione di cavi pretesi. Le attività previste saranno volte all analisi ed alla definizione degli aspetti teorici, di modellazione, tecnologici, costruttivi ed, in prospettiva, anche normativi, concernenti il sistema in oggetto. Assieme alla individuazione dei campi ottimali di applicazione, saranno approfonditi i più delicati aspetti progettuali e di dettaglio esecutivo, al fine di garantirne il massimo livello di efficacia, congiuntamente al minor impatto architettonico e funzionale, nonché alla più elevata competitività in termini economici. L obiettivo finale del progetto SPIDER consiste infatti nel porre le necessarie basi per condurre ad un livello industriale la tecnica proposta. BIBLIOGRAFIA [1] G. Terenzi. Effetti dissipativi nell isolamento sismico, Tesi di Dottorato in Ingegneria delle Strutture, VII Ciclo, Università di Firenze, [2] A. Chiarugi, R. Quenette, G. Terenzi. Sperimentazione ed analisi del comportamento dinamico di dispositivi siliconici, Ingegneria Sismica, XII, N. 3, 1995, [3] A. Chiarugi, G. Terenzi. Sperimentazione dinamica di una struttura in acciaio isolata mediante dispositivi siliconici, Atti del 9 Convegno Nazionale ANIDIS (CD-ROM), Torino, settembre 1999.

14 [4] A. Chiarugi, S. Sorace, G. Terenzi. Effectiveness of viscous damped bracing systems for steel frames, under print in the Proceedings of the Third International Conference on the Behaviour of Steel Structures in Seismic Areas, STESSA 2000, Montreal, Canada, August [5] S. Sorace, G. Terenzi. Design assessment of fluid viscous dampers for base-isolation systems, submitted for publication in the ASCE Journal of Structural Engineering, January Forza [kn] 40 a) b) Forza [kn] Spostamento [mm] Spostamento [mm] Figura 1: Risultati di prove sperimentali condotte su due dispositivi siliconici elastico-dissipativi, rispettivamente, a singolo effetto (a) [1] ed a doppio effetto (b) [3]. Figura 2: Schema rappresentativo delle modalità di inserimento del sistema a cavi smorzanti

15 PROGRAMMA PARNASO, PROGETTO PROSEESM: SVILUPPO E APPLICAZIONI DI TECNOLOGIE INTEGRATE, E MESSA A PUNTO DI METODOLOGIE DI ANALISI E CONFRONTO PER LA MINIMIZZAZIONE EGLI INTERVENTI DI PROTEZIONE SISMICA DELL EDILIZIA MONUMENTALE NEL RISPETTO DEI REQUISITI DI SICUREZZA E PROTEZIONE M. Indirli (indirli@bologna.enea.it) I criteri attualmente presi a base per gli interventi di protezione sismica di strutture esistenti, sono essenzialmente di due tipi. Il rinforzo della struttura stessa, per metterla in grado di resistere alle sollecitazioni derivanti dalle azioni dinamiche, o la riduzione delle sollecitazioni sismiche. Questo secondo risultato può essere raggiunto: - attraverso la modifica delle caratteristiche dinamiche della struttura, che può essere indotta mediante la realizzazione di giunti o discontinuità strutturali in zone precise della struttura (che si traducono in una diminuzione di rigidezza e quindi delle frequenze proprie di vibrazione); - con interventi che favoriscono la dissipazione di una parte dell energia del moto sismico in cicli di isteresi dei materiali; - isolando alla base la struttura. Per quanto riguarda l edilizia monumentale, una analisi dello stato dell arte delle tipologie di intervento attualmente utilizzate, mostra come i criteri attualmente più seguiti sono quelli del rinforzo e, in alcuni casi, della creazione di discontinuità strutturali; l isolamento all base non è praticamente utilizzato nel settore degli edifici facenti parte del patrimonio architettonico culturale. La possibilità di applicazione e l efficacia dei diversi criteri di intervento descritti, sono differenziate per le diverse tipologie di edilizia monumentale. Sono attualmente in corso ricerche, anche in ambito Europeo, per la messa a punto e la validazione di tecnologie innovative, essenzialmente basate su interventi che tendano a favorire comportamenti dissipativi delle strutture murarie. Lo scopo che si propone la ricerca in oggetto è quello di sviluppare, sulla base dei principi espressi in precedenza, criteri e tecnologie di intervento integrati, differenziati per le diverse tipologie strutturali, che consentano di rendere minimi gli interventi di protezione sismica, ottenendo livelli di sicurezza adeguati, ma al tempo stesso rispettando i requisiti di salvaguardia e conservazione che sono alla base della cultura del risanamento e del restauro nel settore del patrimonio architettonico storico. La ricerca si svilupperà attraverso analisi teoriche, indagini e sperimentazioni, sia in sito che in laboratorio, e validazione su strutture reali. Proprio la definizione e la messa a punto di una metodologia di analisi e confronto dell efficacia dei diversi possibili interventi su differenti tipologie strutturali costituirà il prodotto finale della ricerca, che si concretizzerà nella redazione di una guida metodologica sulla definizione delle possibili tecnologie integrate di intervento e sui metodi di analisi e confronto della loro efficacia.

16 PROGETTO DEL CNR SUGLI IMPIANTI INDUSTRIALI: VALUTAZIONE DELL APPLICABILITA DELL ISOLAMENTO SISMICO ALLA PROTEZIONE SISMICA DI COMPONENTI DI IMPIANTI INDUSTRIALI T. Sanò A. Martelli Al fine di contribuire a promuovere applicazioni, in Italia, dell isolamento sismico anche agli impianti industriali, ed in particolare a quelli chimici, l ENEA, l ANPA e l Università di Roma La Sapienza, proposero nel marzo 1998 al Gruppo Nazionale per la Difesa dai Rischi Chimico, Industriali ed Ecologico il Progetto biennale Valutazione dell Applicabilità dell Isolamento Sismico alla Protezione Sismica di Componenti di Impianti Industriali. La prima tranche di un anno di tale progetto fu approvata dal CNR nel settembre Le attività dell ENEA iniziarono l 1/10/1998, in accordo con il contratto N PF37 stipulato con il CNR. Il progetto, che vede l ENEA e l ANPA avvalersi della collaborazione a titolo gratuito, rispettivamente, del Prof. F.P. Foraboschi (Ordinario di Principi di Ingegneria Chimica alla Facoltà d Ingegneria dell Università di Bologna) e dell Ing. G. Petrangeli, si basa sull esperienza già acquisita dai partner sullo sviluppo e sull applicazione delle tecnologie di isolamento sismico prima descritte e sulle problematiche relative alla sicurezza degli impianti industriali, in particolare chimici. Esso si articola nelle seguenti fasi: Identificazione di un componente tipico. Già in fase di proposta del progetto si anticipava l intenzione di riferirsi ad un serbatoio, da identificare a cura del Prof. Foraboschi, che si era impegnato a contattare a tal fine l industria chimica nazionale (EniChem, ecc.). L obiettivo che già allora ci si poneva era, attraverso un adeguata sensibilizzazione dell industria, di promuovere un applicazione dimostrativa dell isolamento sismico a valle dello studio. Analisi del componente scelto per quanto riguarda gli aspetti di interesse dell ingegneria sia chimica che meccanico-strutturale, con valutazione del rischio sismico e delle conseguenze dei possibili incidenti dovuti al sisma, da effettuarsi a cura dell ENEA (con la collaborazione del Prof. Foraboschi per gli aspetti di ingegneria chimica) e dell ANPA. Definizione dei criteri di scelta del moto vibratorio di progetto, in base alla normativa vigente in Europa e tenendo conto dell ubicazione dei componenti della tipologia scelta, da effettuarsi a cura dell ANPA e dell Università di Roma La Sapienza. Definizione dei requisiti strutturali e funzionali del sistema di isolamento sismico, da effettuarsi in collaborazione fra ENEA e ANPA. Scelta del sistema di isolamento sismico e sua progettazione dettagliata, mediante analisi numeriche, da effettuarsi in collaborazione fra tutti i partner. Progettazione del componente isolato alla base, con valutazione degli effetti dell isolamento sul lay-out, sulla sicurezza e sui costi, mediante analisi numeriche riguardanti anche l interazione terreno-struttura e l interazione fluido-struttura, incluso lo sloshing. L attività coinvolgerà tutti i partner. Raccolta di elementi per la generalizzazione dei risultati ad altri componenti. L attività coinvolgerà nuovamente tutti i partner. Una volta superate le impreviste difficoltà iniziali riguardanti l identificazione del componente adatto per lo studio (serbatoio sferico per lo stoccaggio dei butani, installato presso il parco di stoccaggio SG14 dello stabilimento EniChem di Priolo, Fig. 1), che hanno comportato un notevole ritardo nella conclusione della prima fase del lavoro e nell inizio di quelle successive, lo studio sta procedendo in modo del tutto soddisfacente. A tutt oggi, infatti, lo stato delle attività è il seguente: sono stati implementati modelli numerici (uno semplificato e l altro dettagliato) per il serbatoio (ENEA, ANPA) ed uno semplificato per i dispositivi; è già stato elaborato dall ANPA l input sismico che sarà utilizzato nelle analisi;

17 è stato proposto dall'enea il sistema di isolamento sismico che a priori appare il più adeguato per il serbatoio; sono in fase di esecuzione (ENEA) analisi dinamiche non-lineari, nel caso di serbatoio vuoto e pieno; è iniziata la progettazione preliminare dell intervento di adeguamento sismico del serbatoio. La collaborazione avviata dall EniChem procede in modo ottimale e si può ritenere che, se lo studio (come si prevede) darà risultati positivi, l intervento di adeguamento sismico potrà essere effettivamente realizzato ed inoltre, che esso potrà portare ad ulteriori applicazioni delle tecnologie antisismiche innovative ad impianti chimici in Italia. Figura 1: Schema del serbatoio per lo stoccaggio di gas liquefatto oggetto dello studio.

18 IL PROGRAMMA ECOEST II: EUROPEAN CONSORTIUM OF EARTHQUAKE SHAKING TABLE R. Marnetto Nell ambito del programma di ricerca europeo Ecoest II è stata eseguita una vasta campagna sperimentale su tavola vibrante, finalizzata alla verifica dell efficacia di due sistemi di rafforzamento sismico di strutture tridimensionali intelaiate in calcestruzzo armato che utilizzano controventi dissipativi basati su materiali e tecnologie differenti: controventi dotati di unità dissipative basate sulla capacità di dissipazione per plasticizzazione dell acciaio e, in alternativa, sulle proprietà superelastiche e dissipative delle leghe a memoria di forma (Shape Memory Alloys). La sperimentazione su tavola vibrante, condotta dal Dipartimento di Strutture Geologia e Geotecnica applicata all Ingegneria dell Università della Basilicata presso il Laboratorio Nazionale di Ingegneria Civile di Lisbona, ha avuto come obiettivo, in sintesi, quello di confrontare l efficacia dei sistemi sopra descritti e di valutarne l attitudine a contrastare gli effetti torsionali prodotti da eventuali eccentricità tra massa e rigidezza del sistema strutturale. A tale scopo è stata progettata una serie di prove su modelli tridimensionali di telai di edifici in scala 1:4 che derivano da un prototipo di riferimento, progettato per resistere al solo peso proprio e ai carichi verticali accidentali. I telai di quattro piani, due campate in direzione X e una campata in direzione Y, sono stati progettati in accordo con la normativa vigente in Italia prima del Le azioni sismiche utilizzate per le prove sperimentali sono state ricavate dalle registrazioni di Colfiorito e Nocera Umbra, del terremoto Umbro-Marchigiano del Il dimensionamento delle caratteristiche di resistenza e rigidezza dei controventi, nonché la loro distribuzione lungo l altezza della struttura, sono stati definiti utilizzando il metodo di progetto proposto da Braga e D Anzi, Il programma di prove completo è consistito in otto serie di test realizzati sui due modelli sperimentali in calcestruzzo armato. Test 1 su modello n. 1 non controventato, con masse centrate, fino ad un livello di danneggiamento molto elevato, senza però raggiungere il collasso; Test 2 su modello n. 2 con masse centrate, rinforzato con controventi in acciaio; Test 3 su modello n. 2 con masse centrate, rinforzato con controventi in SMA; Test 4 su modello n. 2 con masse eccentriche, rinforzato con controventi SMA (X), acciaio (Y); Test 5 su modello n. 2 con masse eccentriche, rinforzato con tutti i controventi in acciaio. Test 6 su modello n. 2 con masse eccentriche, con controventi rimossi fino a danno elevato; Test 7 su modello n. 2 con masse centrate, rinforzato con controventi in SMA (X); Test 8 su modello n. 2 con masse centrate, con controventi rimossi fino a collasso; Al programma di prove sperimentali su tavola vibrante (Braga et al., 1999) che costituisce una efficace base di verifica dei due sistemi di rafforzamento sismico proposti, è stata affiancata una dettagliata modellazione numerica dell insieme struttura più controventi avente come obiettivo la messa a punto di un valido strumento di progettazione e verifica dei sistemi di controventi anche nel caso di strutture più complesse di quelle esaminate. BIBLIOGRAFIA Braga, F., D'Anzi, P Steel braces with energy absorbing devices: a design method to retrofit reinforced concrete existing buildings. Proc. Italian-French symp Strengthening and repair of structures in seismic area, Nizza, Francia:

19 Braga, F., D'Anzi, P., Dolce, M Prove dinamiche su tavola vibrante di un telaio multipiano in c.a. dotato di controventi dissipativi. Atti del Convegno "L_ingegneria sismica in Italia", Siena. D'Anzi, P., Crewe, A., F.C. Ponzo Retrofitting of R.C. buildings by energy dissipating bracing: earthquake simulator tests. Proc. of 11 World Conference on Earthquake Engineering, Acapulco, Mexico, paper n Dolce, M., Marnetto, R Dispositivi per il Controllo Passivo Basati sulle Leghe a Memoria di Forma. Atti del Convegno Nazionale "L_ingegneria Sismica in Italia", Torino. Dolce, M., Cardone, D. & Nigro, D Il comportamento sperimentale di dispositivi basati su leghe a memoria di forma. Atti del Convegno Nazionale "L_ingegneria Sismica in Italia", Torino. Woo, K., El-Atter, A. White, R.N Small-scale modelling techniques for reinforced concrete structures subjected to seismic loads. Technical Report NCRRR. State University of New York at Buffalo, Braga, F., Coelho, E., Dolce, M., Ponzo, F.C. (1999). "Comportamento sperimentale di strutture in calcestruzzo armato rafforzate con controventi dissipativi". Atti del 9 Convegno Nazionale ANIDIS, L'Ingegneria Sismica in Italia, Torino.

20 Alberto Parducci PROBLEMI PROGETTUALI PER L'IMPIEGO DELL'ISOLAMENTO SISMICO NELLE COSTRUZIONI CIVILI Sommario - L'isolamento sismico è ormai uscito dalla fase pionieristica ed è pronto per diventare un sistema di uso corrente per la protezione sismica delle costruzioni di tipo ordinario. Per diffonderne l'uso occorre approfondire lo studio delle morfologie architettoniche, delle configurazioni strutturali e delle altre valutazioni progettuali che ne garantiscano le migliori prestazioni e ne riducano i costi, coinvolgendo in questo studio ingegneri e architetti. Occorre evidenziare la maggiore affidabilità delle abituali procedure di progetto quando queste siano utilizzare per le costruzioni isolate, anziché per quelle a base fissa. Occorre infine evitare che le nuove applicazioni siano scoraggiate dalla richiesta di metodi di progetto inutilmente laboriosi e da lunghe procedure di controllo non sempre necessarie. Prendendo lo spunto da alcune iniziative dimostrative che il Governo della Regione Umbria ha recentemente avviato dopo i terremoti che hanno colpito l'italia centrale fra il 1997 ed il 1998, la presente relazione affronta argomenti che riguardano le applicazioni dell'isolamento alle costruzioni residenziali e commerciali di tipo corrente. Parole chiave - Isolamento sismico, isolamento alla base, affidabilità progettuale, morfologia architettonica, configurazione strutturale. Introduzione L'isolamento sismico è ormai uscito dalla fase pionieristica ed è pronto per diventare un sistema di impiego corrente per la protezione sismica delle costruzioni civili. Più ancora delle analisi teoriche e delle ricerche di laboratorio, la sua efficacia è stata chiaramente dimostrata dalle risposte delle costruzioni isolate che hanno subito l'attacco di terremoti violenti e dal confronto con le risposte degli edifici non isolati. Grazie anche all'esame delle registrazioni degli edifici monitorati, ciò è apparso ben evidente con il terremoto di Los Angeles del 1994 [1] e più ancora con quello di Kobe del 1995 [2, 3, 4, 5]. Dopo quest'ultimo evento, in particolare, si è assistito in Giappone ad un incremento rapidissimo delle costruzioni protette mediante un sistema di isolamento [4, 5], sia per quanto riguarda la ricostruzione del grande numero di ponti e viadotti distrutti dal terremoto, sia per la realizzazione di nuovi edifici di tipo residenziale e commerciale isolati alla base (Fig. 1). Infine, l'isolamento sismico si presenta anche come una tecnica di grande interesse per la protezione sismica del patrimonio architettonico di valore storico [6, 7]. In California, altra regione in cui si sta assistendo ad un forte sviluppo di tutti i tipi di applicazione, l'isolamento alla base è stato utilizzato per l'adeguamento sismico di importanti costruzioni esistenti di interesse storico [8]. L'impiego dell'isolamento sismico si basa su una concezione nuova del progetto strutturale e richiede pertanto una revisione ed un aggiornamento di alcune abitudini progettuali. Per la costruzione dei ponti, dove ormai l'isolamento sismico viene applicato correntemente, di norma la progettazione e l'esecuzione delle opere sono affidate a progettisti esperti e ad imprese specializzate. In questo campo l'italia, specialmente per quanto è stato fatto negli anni '80, vanta ormai un'esperienza consolidata [9, 10, 11]. Più delicata è la situazione quando si debbano applicare queste tecniche alle costruzioni dell'edilizia corrente [12]. Nella presente nota vengono discussi alcuni problemi riguardanti quest'ultimo aspetto e le implicazioni che derivano dal processo secondo il quale, nella pratica corrente, si svolge il progetto delle strutture in zona sismica. Assumendo come riferimento la realizzazione di edifici multipiano di tipo residenziale o simile (uffici, ospedali, ecc.), l'intenzione è di rendere il progetto più agevole e le applicazioni più convenienti. Un'importante via da percorrere per raggiungere questo obiettivo è la ricerca di armonizzazione delle morfologie architettoniche e delle configurazioni strutturali con le

21 prestazioni specifiche dei sistemi di isolamento. Il problema architettonico, del quale ancora non si è tenuto conto in maniera adeguata, si presenta già di per sé come un fattore di primaria importanza per il progetto delle costruzioni in zona sismica; ma più importante ancora diventa quando si progetta una costruzione isolata, perché un'appropriata concezione architettonica può migliorare sostanzialmente le prestazioni delle strutture, semplificando le progettazioni e riducendo i costi di costruzione TERREMOTO DI KOBE Fig. 1 - Superficie degli edifici isolati costruite in Giappone (m 2 x 1000) [4]. L'isolamento sismico applicato alle costruzioni ordinarie Per le finalità ora dette, occorre in primo luogo mettere in evidenza i vantaggi teorici e pratici che derivano dall'applicazione dell'isolamento sismico alle costruzioni di tipo ordinario. Sono sufficienti considerazioni semplici, sulle quali però è opportuno soffermarsi allo scopo di valutarne l'effettivo peso ai fini della sicurezza sismica. Infatti, oltre alla riduzione delle sollecitazioni sismiche negli elementi resistenti, esistono altri aspetti dell'isolamento sismico, non sempre visti nella giusta luce, che lo rendono particolarmente vantaggioso ed efficace. L'isolamento alla base è la maniera più semplice per ridurre le accelerazioni trasmesse ai piani ed agli altri elementi strutturali. Nella realtà, questo fattore, sebbene non sia tenuto nella considerazione che merita, è di primaria importanza. Nella pratica progettuale viene abitualmente trascurato, anche perché le norme di progetto non ne chiedono il controllo. Al contrario, la riduzione delle accelerazioni sismiche dovrebbe essere giudicato come uno degli obiettivi principali della progettazione antisismica, perché consente di evitare molti danni agli elementi strutturali e non strutturali, nonché agli oggetti contenuti nel fabbricato. Un altro aspetto importante risiede nel fatto che i normali procedimenti utilizzati per il calcolo delle sollecitazioni sismiche sono più affidabili e più efficaci quando sono applicati alle strutture isolate alla base, anziché a quelle a base fissa. Questa semplice considerazione merita di essere meglio chiarita. Infine, occorre sottolineare l'importanza della morfologia architettonica dalla quale dipende, in maniera spesso decisiva, la configurazione del sistema strutturale. A sua volta questa configurazione definisce gli aspetti essenziali la risposta sismica della costruzione, influenzandone la sicurezza in maniera più significativa delle analisi numeriche che, usando modelli più o meno appropriati, vengono abitualmente svolte dagli ingegneri. Del resto, è ben noto quanto questo aspetto sia importante [12, 13, 14], sebbene anch'esso non sempre sia tenuto nella giusta considerazione. Le descrizioni dei danni prodotti dai terremoti lo sottolineano sempre. Quando si progetta una struttura isolata, il problema delle scelte architettoniche acquista un peso ancora più importante.

22 Recenti sviluppi dell'isolamento sismico in Italia Nel decennio dal 1983 al 1993 l'isolamento sismico è stato largamente usato in Italia per la protezione dei ponti stradali. Fra le nuove realizzazioni e l'adeguamento delle strutture esistenti, più di 100 ponti autostradali sono stati dotati di un sistema di isolamento [9, 10, 11]. Tenuto conto delle configurazioni tipiche di queste strutture, è stato generalmente preferito l'impiego dei dispositivi dissipativi a comportamento elasto-plastico. Si è perseguito cioè l'obiettivo di tagliare le forze trasmesse dall'impalcato alle strutture sottostanti (pile, spalle e relative fondazioni) prefissando il valore della soglia plastica e dissipando al contempo grandi quantitativi di energia. Nello stesso decennio, nonostante un significativo numero di proposte progettuali, un numero piuttosto limitato di realizzazioni ha riguardato l'isolamento alla base delle costruzioni diverse dai ponti, come gli edifici residenziali o commerciali. Negli anni successivi, mentre negli altri paesi sismici il numero delle applicazioni è andato aumentando sempre più rapidamente, in Italia l'isolamento sismico è stato quasi dimenticato. Ciò è avvenuto sia per l'improvvisa riduzione dei lavori nel settore delle costruzioni stradali, ma anche per un certo atteggiamento poco convinto nei confronti del sistema, assunto spesso dai progettisti, dagli amministratori e dagli stessi enti proprietari degli immobili (talvolta occorre un certo tempo per rimuovere i pregiudizi e rendere applicabili i risultati delle ricerche scientifiche). Inoltre, molti pensano che l'isolamento sismico comporti costi elevati per raggiungere poi livelli di sicurezza neppure richiesti dalle norme (sic!). In effetti, la carenza di una chiara normativa di riferimento ed il particolare iter richiesto per le approvazioni hanno contribuito a scoraggiare molte iniziative. Oggi, due eventi tendono a rimuovere questa situazione. In primo luogo, i terremoti che hanno colpito l'italia centrale tra le fine del 1997 e l'inizio del 1998 hanno riproposto l'argomento con maggiore efficacia, suscitando nuovi interessi nelle amministrazioni regionali. In particolare il Governo della Regione Umbria, comprendendo l'importanza del problema, ha avviato un impegnativo programma dimostrativo allo scopo di promuovere l'uso dell'isolamento sismico. Allo stesso tempo, il Ministero del Lavori Pubblici ha recentemente emanato le istruzioni per il progetto delle costruzioni dotate di sistemi di isolamento sismico. Le due iniziative forniscono l'opportunità per alcuni commenti. Affidabilità delle procedure di progetto La novità del criterio su cui si basa l'isolamento sismico ha prodotto alcune erronee e sospettose credenze che hanno contribuito a scoraggiarne l'impiego. Per esempio, si tende a credere che il progetto di una struttura isolata sia più complicato e meno affidabile di quello di una normale struttura a base fissa. Questo falso timore induce a richiedere procedimenti di calcolo e metodi di verifica più complessi con più lunghe procedure di approvazione. Al contrario, occorre sottolineare la maggiore affidabilità degli abituali procedimenti di calcolo quando questi siano applicati al progetto delle costruzioni con isolamento alla base, anziché a quello delle costruzioni a base fissa. Si considerino le applicazioni riguardanti gli edifici multipiano di tipo corrente, nelle quali il sistema di protezione più semplice e più economico consiste nel realizzare un isolamento alla base mediante appoggi di gomma multistrato. Poiché in questo caso l'obiettivo consiste nel forte aumento del periodo di oscillazione, un vero miglioramento delle prestazioni sismiche si ottiene, come è noto, quando i seguenti parametri sono portati a valori elevati. Periodo di oscillazione della strutture isolata. Questo dovrebbe raggiungere almeno 2 secondi per trovarsi certamente al di fuori del campo delle frequenze tipiche dei terremoti. Rapporto fra il periodo di riferimento della struttura isolata (struttura indeformabile sopra gli isolatori) e quello della struttura a base fissa. Questo rapporto dovrebbe essere pari almeno a 3 per essere certi di ottenere un vero disaccoppiamento fra il moto della struttura e quello del terreno.

23 0.625 EC.8 (soil B) typical shape of local response spectra T [s] 3.0 Fig. 2 - Andamento tipico degli spettri locali in Umbria a confronto con lo spettro di progetto dell'eurocodice 8. Inoltre, è opportuno che gli elementi resistenti della struttura non subiscano significative deformazioni plastiche sotto l'azione del massimo terremoto di progetto (per esempio, dell'evento cinquecentennale). Il primo requisito, fra l'altro, rende l'isolamento alla base particolarmente efficace in molte regioni, come nella maggior parte del territorio umbro, dove i terremoti tendono a manifestarsi con trasporto di energia che avviene quasi tutto nel campo delle alte frequenze (Fig. 2). Ciò è quanto è risultato dalle registrazioni ottenute durante il recente periodo di crisi sismica e dalle analisi di microzonazione eseguite per la ricostruzione. Entrambi i requisiti suddetti, soprattutto il secondo, esaltano l'importanza del concetto di deformabilità strutturale rispetto a quello consueto di resistenza. Le conseguenze di questo aspetto possono influenzare i criteri per la definizione della configurazione architettonica di un edificio. Del resto, è noto che il rispetto dei requisiti ora ricordati conduce alle prestazioni tipiche degli edifici isolati alla base, che si ricordano qui di seguito. Il primo modo è configurato quasi come quello di un corpo rigido che si muove lentamente sopra un letto di dispositivi deformabili, con accelerazioni molto basse, con scorrimenti di piano modesti e con una partecipazione delle masse superiore al 90%. Questo modo identifica in maniera quasi totale la risposta della struttura in fase di sisma. La partecipazione dei modi superiori, che maggiormente solleciterebbero le strutture, è molto ridotta e poco efficace per quanto riguarda sia le deformazioni interne che le accelerazioni trasmesse.

24 ? >95% Fig. 3 - Forme modali degli edifici a base fissa ed isolati alla base. Queste sono le prestazioni che rendono l'isolamento alla base efficace ed in più, per quel che qui interessa, rendono più veritiere, quindi più affidabili, le analisi numeriche sulle quali si basa il progetto delle strutture. Poiché la configurazione deformata del primo modo riproduce quasi totalmente la risposta della costruzione, i modelli numerici usati in fase di progetto sono più aderenti alla realtà di quanto lo siano quelli per i quali si debbano combinare più modi significativi secondo criteri aleatori (Fig. 3). La presenza di un primo modo quasi rigido rende anche più significativa la valutazione degli effetti dissipativi da attribuire ai vari modi, risultando questi attribuibili quasi per intero alla capacità dissipativa dei dispositivi posti alla base del fabbricato. In aggiunta alle considerazioni teoriche ora fatte, la risposta tipica delle costruzioni isolate alla base consente di superare altre ambiguità di natura pratica che sono presenti nelle abituali analisi di progetto. In primo luogo, per quanto si è visto, la valutazione del periodo di oscillazione delle strutture isolate, quindi la valutazione delle accelerazioni spettrali di progetto, dipende essenzialmente dalle caratteristiche meccaniche dei dispositivi di isolamento. Questi sono prodotti con procedimenti industriali e le loro caratteristiche sono valutate direttamente sui prototipi mediante prove di laboratorio. Al contrario, il comportamento sismico effettivo delle costruzioni intelaiate di cemento armato dipende dal comportamento, più difficilmente valutabile, dei singoli elementi strutturali. In tal caso infatti, le elaborazioni numeriche risentono di un certo numero di fattori di indeterminazione. Molti di essi, abitualmente trascurati, sono presenti già nella fase di comportamento elastico (modulo di elasticità del calcestruzzo, rigidezza delle zone fessurate, effetto di "tension hardening", ecc.). Più significative ancora sono le indeterminazioni che si presentano quando siano mobilitati comportamenti non lineari (effettivo comportamento e dimensione delle cerniere plastiche, degradazioni cicliche, ecc.). Da questi ultimi fattori dipende fra l'altro la duttilità attribuita al sistema resistente; duttilità che dovrebbe giustificare l'abbattimento delle accelerazioni spettrali di progetto. Per tutti questi motivi perciò, gli abituali procedimenti di calcolo forniscono informazioni molto più attendibili quando siano applicati alle strutture isolate alla base anziché a quelle a base fissa. Nelle strutture intelaiate, ulteriori fattori di incertezza derivano dall'interazione degli elementi non strutturali, in particolare dai fenomeni di interazione prodotti dalle tamponature. Queste sono presenti quasi sempre; tuttavia, con il consenso delle norme, la loro influenza viene trascurata ai fini delle verifiche di resistenza. Ciò può rendere la risposta reale della struttura notevolmente differente da quella sulla quale sono basate le analisi di progetto. Le differenze possono risultare sfavorevoli quando vengano innescati effetti indesiderati, come quello di piano flessibile o le deformazioni torsionali. Nelle strutture isolate alla base invece, la predominanza delle deformazioni del primo modo, poco influenzata dalla presenza o meno delle tamponature, rende le valutazioni di progetto sicuramente più aderenti alla realtà.

25 Oltre alla maggiore affidabilità delle analisi di progetto, vi è ancora un altro aspetto favorevole quando l'isolamento alla base venga applicato per la protezione sismica delle costruzioni ordinarie. Per valutarne correttamente l'importanza occorre tenere presenti tutti i requisiti che dovrebbero essere richiesti alle costruzioni antisismiche, non soltanto quelli relativi alla resistenza delle sezioni sui quali abitualmente, come è richiesto dalle norme, si basano i progetti delle strutture. Infatti le norme prescrivono il controllo della resistenza degli elementi strutturali e pongono alcuni limiti alla loro deformabiltà, ma non prendono in considerazione le accelerazioni trasmesse (per esempio, le accelerazioni di piano). Se però si presta attenzione ai danni effettivamente prodotti dai terremoti, questo aspetto appare realmente come un fattore critico della progettazione antisismica, perché si presenta spesso come la causa di gravi danni indotti, dai quale dipendono molti dei costi di riparazione. Nonostante ciò, la pratica progettuale corrente non tiene in alcun conto il valore delle accelerazioni di piano. ===================================================================== Tab. A (registrazioni) N334E N064E U-D Accelerazioni max (gal) trasversale longitudinale verticale Fondazione 274 [1.00] 262 [1.00] 233 [1.00] 1 piano 145 [0.53] 251 [0.96] 268 [1.15] 3 piano 196 [0.72] 270 [1.03] 336 [1.44] Edificio adiacente (*) 3 piano 971 [3.54] 674 [2.57] 372 [1.60] ===================================================================== (*) edificio non isolato, di uguale altezza, posto a 2 m di distanza. [..] amplificazioni rispetto al basamento. Le accelerazioni di piano sono fortemente ridotte dall'isolamento alla base, soprattutto quelle che si manifestano ai piani più alti dei fabbricati, dove possono scendere anche a meno del 20% del valore che si avrebbe nella costruzione a base fissa. I valori riportati nella Tabella A si riferiscono alla risposta di un edificio isolato registrata a Kobe e ad quella di un edificio adiacente non isolato [2, 3]. D'altra parte, la ricerca di una maggiore sicurezza mediante l'aumento della resistenza meccanica degli elementi strutturali può rendere sì la struttura più resistente agli attacchi sismici, ma allo stesso tempo tende ad aumentare il valore delle accelerazioni trasmesse. Pertanto, una strategia basata solo sul criterio di ricercare la resistenza degli elementi strutturali può non risultare la più efficace da tutti i punti di vista. In aggiunta a quanto ora detto, la riduzione delle accelerazioni trasmesse rende meno probabile il collasso delle tamponature sia nel loro piano che fuori di esso, migliorando le sinergie associate alla loro interazione con i telai, risultando così ancora meglio garantita la predominanza della forma del primo modo di oscillazione, come è mostrato dai risultati numerici riportati nella Tabella B. La struttura di riferimento "A", priva di tamponature, è stata dimensionata in funzione del terremoto di progetto indicato dall'eurocodice 8 [15] per un suolo tipo B, accelerazione del terreno PGA = 0.25g, assumendo un fattore di riduzione q = 5. I confronti sono fatti considerando come riferimento il massimo scorrimento fra i piani. Se un terremoto con PGA = 0.25g si manifesta realmente, per questa struttura si calcolano deformazioni plastiche corrispondenti ai criteri di progetto (duttilità di piano richiesta = 4.8). La stessa struttura non appare però in grado di resistere a terremoti di maggiore intensità (PGA = 0.35g), come però non le viene richiesto. Nelle stesse condizioni, un sistema di isolamento alla base che porti il periodo di oscillazione a T = 2 secondi è in grado di assicurare la protezione totale della struttura ed è ancora efficace per il terremoto di

26 maggiore intensità (duttilità di piano richiesta = 1.7). Se si considera l'interazione delle tamponature, assumendo che queste siano soggette a collasso totale quando la duttilità di piano supera il valore 2, l'effetto può essere perfino negativo per la costruzione non isolata (peraltro potrebbe innescare anche rotture locali per taglio dei pilastri), mentre l'isolamento assicura il comportamento elastico dell'intero sistema anche per il terremoto più intenso di quello di progetto Tabella B Esempio dell'effetto di interazione delle tamponature con i telai di cemento armato. Duttilità di interpiano richiesta e danneggiamento delle tamponature (azione nel piano) Terremoto di progetto (EC.8) PGA = 0.25g PGA = 0.35g duttilità risposta duttilità risposta Criterio di progetto [EC.8] di piano muratura di piano muratura "A"=telaio semplice (PGA=0.25g, q=5) 4.8 (---) [7.0] (---) "B" = "A" + isolamento alla base elastico (---) 1.7 (---) "AM" = "A" + tamponatura 3.3 danni [8.0] collasso "BM" = "B" + tamponatura elastico elastico elastico elastico i valori fra parentesi quadre [ ] indicano che la domanda è da considerare superiore alla capacità Infine, è da considerare il fatto che l'isolamento alla base è capace di ridurre l'importanza degli effetti negativi di molte irregolarità strutturali, lasciando ai progettisti una maggiore libertà compositiva. In particolare, consente di ridurre, fino ad eliminarle, le deformazioni torsionali alla base e, grazie alla predominanza del primo modo, delle strutture in elevazione. Già questo fatto, da solo, riduce in maniera consistente le sollecitazioni massime nei pilastri degli edifici in cui siano presenti distribuzioni eccentriche delle rigidezze. Isolamento sismico e progetto architettonico Il progetto architettonico costituisce un aspetto critico della progettazione antisismica. Sebbene non vi siano dubbi sulla sua importanza [12, 13, 14], il problema non è stato ancora oggetto di studi sufficientemente approfonditi. Questo aspetto appare ancora più critico quando si debba progettare un edificio dotato di un sistema di isolamento sismico. I requisiti ed i comportamenti tipici di queste costruzioni dovrebbero indurre gli architetti e gli ingegneri strutturisti a dare maggiore importanza a questo aspetto fino dal primo momento in cui si definisce la configurazione globale della costruzione. Specialmente nelle realizzazioni di tipo corrente invece, l'importanza ai fini sismici della morfologia architettonica e della configurazione strutturale, che dalla prima è fortemente condizionata, viene frequentemente sottostimata. Eppure tutte le descrizioni dei danni prodotti dai terremoti individuano spesso nella configurazione del sistema resistente il principale fattore (favorevole o sfavorevole) che definisce le modalità di risposta delle costruzioni. L'isolamento alla base modifica l'importanza di alcuni requisiti richiesti al progetto architettonico. L'armonizzazione della configurazione architettonica e strutturale con i requisiti dell'isolamento sismico appare come il problema più significativo da affrontare, perché questa tecnica di protezione sismica possa assicurare le sue prestazioni nella maniera più efficace. Del resto, un'appropriata configurazione strutturale costituisce il principale fattore che consenta di ridurre i costi di realizzazione. Soltanto quando le esigenze dell'isolamento siano state tenute in

27 conto fin dalle prime fasi progettuali, le prestazioni sismiche potranno essere veramente elevati con costi contenuti o nulli (quando non si riesca perfino ad ottenere un risparmio). Al contrario, se il progetto architettonico viene elaborato senza riferimento all'impiego di uno specifico sistema di protezione sismica, la successiva decisione di inserire l'isolamento può diventare problematica; le soluzioni da adottare possono dar luogo ad arrangiamenti che richiedono maggiori costi, con l'eventualità di non poter neppure sfruttare in pieno la potenzialità del sistema di protezione. Sfortunatamente, il clima di affari che governa il progetto delle costruzioni ordinarie incoraggia modi di procedere poco favorevoli da questo punto di vista. L'isolamento sismico applicato agli edifici in muratura Si è visto che con l'isolamento alla base il concetto di rigidezza acquista un'importanza relativamente maggiore rispetto a quello di resistenza degli elementi strutturali. Ciò dovrebbe tendere a modificare qualche valutazione relativa alla capacità sismica di alcune soluzioni progettuali. Per esempio, l'isolamento alla base è da considerare con interesse per la protezione sismica di edifici di non grandi dimensioni, come del resto sono molti degli edifici residenziali in Italia. Ciò significa anche che l'isolamento alla base si può applicare convenientemente agli edifici in muratura, rendendoli capaci di resistere bene agli attacchi dei terremoti più severi. Benché la resistenza e la duttilità delle pareti murarie non sia molto grande, queste posseggono una grande rigidezza quando siano sollecitate da azioni taglianti agenti nel loro piano. Pertanto l'isolamento sismico può rivalutare l'uso delle murature nelle zone sismiche, dando loro un nuovo impulso per le realizzazioni negli zone rurali o di interesse ambientale; così come appare promettente per la salvaguardia dell'edilizia storica e monumentale. Sa [g] 0,625 0,500 T = 0.2 s T = 0.6 s EC.8 (soil B - 5%) PGA = 0.25 g 0,375 0,250 0,125 0,000 0 µ 4 56 Sd[mm] damping 10% (1st mode) BI 168 T = 2.29 s Fig. 4 - Isolamento alla base applicato alle costruzioni in muratura La Figura 4 riproduce lo spettro di progetto dell'eurocodice 8, rappresentato in funzione degli spostamenti spettrali di risposta. Anche per questo esempio sono stati considerati i seguenti dati di input: intensità PGA = 0.25g (valore valido per la maggior parte del territorio sismico italiano), suolo tipo B, 5% di smorzamento. Prevedendo l'impiego di isolatori di gomma del tipo HDRB, le accelerazioni sono state ridotte nel campo delle basse frequenze in funzione dello di smorzamento dei dispositivi (10% nel primo modo). Allo scopo di valutare risultati generali, sono state considerate le caratteristiche medie di edifici in muratura alti tre piani (peso, densità e distribuzione dei maschi murari, ecc.). Assumendo un fattore di riduzione q=5, l'accelerazione spettrale di progetto diventerebbe pari a 0.125g (valore ancora compatibile con le caratteristiche di resistenza a taglio di una buona muratura). Poiché questi edifici hanno un periodo di oscillazione nettamente inferiore a 0.6 secondi, la richiesta di duttilità attesa sarebbe però anch'essa dell'ordine di µ=5 o maggiore (valore certamente superiore alla capacità di risposta della muratura). Se però la struttura è disposta sopra un sistema di isolamento che ne porti il periodo di oscillazione a T=2 secondi, le

28 riduzioni spettrali indicano che la stessa non dovrebbe neppure sopportare deformazioni plastiche sotto l'azione dello stesso terremoto, mentre lo spostamento richiesto ai dispositivi sarebbe di 168 mm. I valori ottenuti sono compatibili con l'impiego di semplici dispositivi di gomma multistrato HDRB del diametro Ø = 400 mm da disporre sotto il solaio del piano terra, lungo le murature portanti, ad una distanza media di metri. Questi risultati dimostrano la fattibilità dell'uso dell'isolamento alla base per un'efficace protezione delle costruzioni in muratura. Quando, come in Umbria, la reale configurazione delle forme spettrali differisce favorevolmente rispetto a quelle dell'eurocodice, la sicurezza effettiva che può essere raggiunta con l'isolamento alla base migliora ulteriormente. Configurazioni speciali: l'edificio sospeso Un sistema di isolamento passivo può rendere sismicamente efficace qualche particolare configurazione architettonica altrimenti non idonea per le zone sismiche. Un esempio è quello dell'edificio sospeso (Fig. 5), costituito da un pacco di piani oscillanti sostenuto da tiranti ancorati alla testa di un nucleo centrale di cemento armato. lateral osccillation without rotation dissipating devices Fig. 5 - Configurazione dell'edificio sospeso dotato di dissipatori. Le oscillazioni laterali indotte dal sisma sono controllate mediante dispositivi dissipativi di tipo elasto-plastico interposti fra la parte mobile ed il nucleo centrale. Uno specifico relativo al progetto ed alla realizzazione di questo schema è stato a suo tempo svolto con un finanziamento del Ministero della Ricerca Scientifica [16]. Benché i risultati siano stati molto interessanti, la crisi economica intervenuta all'inizio degli anni '90 non ha consentito di arrivare ad una realizzazione. Il sistema strutturale in questione si presta ad essere realizzata mediante procedimenti industrializzati. Dal punto di vista architettonico risolve la richiesta di disponibilità degli spazi al piede del fabbricato senza ricorrere allo schema del piano debole. Dal punto di vista sismico la configurazione sospesa elimina gli scorrimenti relativi fra i piani. Le oscillazioni laterali sono controllate dai dispositivi dissipativi. Lo studio svolto ha indicato che le prestazioni ottimali si ottengono nelle seguenti condizioni: Il pacco delle strutture sospese è costituito da un numero di piani compreso fra 8 e 12. I piani sono rigidamente collegati fra loro, per esempio mediante irrigidimenti incrociati periferici. I dispositivi di isolamento sono disposti agli estremi superiore ed inferiore del pacco dei piani sospesi.

29 Il progetto della Regione Umbria Dopo la recente attività sismica che ha interessato la regione, il Governo regionale dell'umbria ha avviato un vasto programma di realizzazioni, attribuendo ad esso anche uno scopo dimostrativo per l'impiego di tecniche innovative di protezione sismica. I progetti sono portati avanti da gruppi di architetti e di ingegneri che l'autore di queste note coordina per quanto riguarda gli aspetti strutturali. Il programma comprende varie iniziative. L'obiettivo consiste nello sviluppare progetti di costruzioni di medie dimensioni e di vario tipo (edifici residenziali, edifici per uffici, caserme, magazzini, autoparchi, ecc.) dotandoli ciascuno, ove ciò sia riconosciuto conveniente, di un appropriato sistema di isolamento. L'intenzione è di progettare gli assetti architettonici tenendo conto dei requisiti richiesti dall'eventuale applicazione di un sistema di isolamento sismico. Le iniziative comprendono: Il progetto e la costruzione di un edificio residenziale con 34 alloggi, negozi ed autorimesse, che lo IERP (Istituto per l'edilizia Residenziale Pubblica) di Perugia sta realizzando a Città di Castello (territorio della regione nel quale sono attesi i terremoti di maggiore intensità). Il progetto e la costruzione del complesso del nuovo Centro della Protezione Civile per l'italia centrale, da realizzare a Foligno, comprendente vari fabbricati, fra i quali: L'edificio principale della Protezione Civile, con relativi corpi annessi, contenente gli uffici, le sale operative, i locali destinati alle attività formative, una sala conferenze ed i servizi. La stazione dei Vigili del Fuoco, con gli alloggi, un centro di formazione, l'officina ed un'autorimessa (il progetto e l'appalto sono gestiti dal Provveditorato per le Opere Pubbliche di Perugia). I magazzini ed i laboratori con i relativi uffici del Ministero per il Beni Culturali. Gli edifici per il corpo delle Guardie Forestali. Un autoparco comunale. Gli uffici ed i magazzini del centro regionale della Croce Rossa (il progetto e l'appalto sono gestiti direttamente dall'ufficio regionale della Croce Rossa). Altri edifici minori di servizio. Il progetto e la costruzione di un nuovo padiglione dell'ospedale Silvestrini di Perugia (edificio di 9 piani, di circa m 3 ), da realizzare a fianco di un edificio gemello già costruito senza isolamento alla base. E' previsto di dotare entrambi gli edifici di un sistema di monitoraggio permanente. residenze parete passaggio garage negozi HDRB Fig. 6 - Sezione trasversale dell'edificio dello IERP a Città di Castello.

30 Si illustra brevemente lo stato di avanzamento di questo programma che era stato già descritto nelle sue linee generali nella riunione del GLIS di Perugia, nel Il progetto degli edifici dello IERP (Fig. 6) è stato avviato riprendendo un precedente progetto che la stessa Regione Umbria aveva cercato di realizzare già prima dei recenti terremoti. Questo esempio intende dimostrare la semplicità delle soluzioni progettuali e la bassa incidenza di costo dell'isolamento alla base nelle costruzioni residenziali di tipo ordinario. Il costo in opera dei dispositivi di isolamento è risultato di circa lire per metro cubo di fabbricato. Trattandosi di una applicazione dimostrativa, a fianco del progetto sono state eseguite alcune sperimentazioni presso il Centro Comunitario di Ricerca di Ispra. Mediante prove pseudo-dinamiche, condotte su un modello ibrido dell'edificio isolato, sono state controllate le caratteristiche meccaniche dei dispositivi in base alle quali sono state svolte le analisi di progetto, convalidando anche i risultati delle analisi stesse. La costruzione del complesso è stata appaltata all'inizio di quest'anno. Il Centro della Protezione Civile di Foligno costituisce il complesso più rappresentativo delle iniziative in questione. Il progetto viene sviluppato con la collaborazione dell'ing. Simin Naaseh dello studio Forell-Elsesser di San Francisco. Questa attività è considerata come un laboratorio di progettazione per sperimentare l'applicabilità e la validità di differenti soluzioni, studiate ciascuna in funzione delle particolarità architettoniche e della destinazione d'uso di ogni fabbricato. L'esempio più significativo è costituito dall'edificio della Protezione Civile (Fig. 7); un fabbricato a pianta circolare con un diametro di 30 metri, alto 22 metri il cui progetto merita di essere esaminato con qualche dettaglio. La struttura portante è formata da dieci archi prefabbricati, alla chiave dei quali è sospeso un nucleo cilindrico di cemento armato, precompresso assialmente, dove si svolgono i percorsi verticali (scale, ascensori ed impianti). Il nucleo sostiene al centro i solai circolari; questi, alla loro periferia, riportano il carico su travi di correa circolari, collegate direttamente agli archi. L'intera costruzione è appoggiata su dieci isolatori del tipo HDRB, del diametro di 800 mm, disposti a terra lungo la periferia di un basamento percorribile, in corrispondenza degli archi. La configurazione architettonica consente di pervenire ad uno schema strutturale che soddisfa bene a vari requisiti significativi dal punto di vista sismico e si armonizza con il funzionamento del sistema di isolamento. La costruzione possiede evidenti requisiti di regolarità e ripartisce in maniera uniforme le azioni sismiche fra tutti gli elementi resistenti. Sotto l'azione del massimo terremoto di progetto (PGA = 0.25g) l'insieme isolato risponde con spostamenti orizzontali di 20 cm ed un periodo di oscillazione di 2.2 secondi, mentre di per sé, la struttura in elevazione è molto rigida. Il periodo di oscillazione della costruzione a base fissa sarebbe di 0.25 secondi, per cui la massa partecipante al primo modo laterale è quasi del 99%. Le caratteristiche elastiche (massa e rigidezza) si riducono gradualmente verso l'alto. Il baricentro complessivo è basso; risultano così ridotti gli effetti di "rocking", sicché la risposta degli oscillatori e delle strutture è poco influenzata dalle variazioni di forza assiale indotte dal sisma. L'ubicazione degli isolatori lungo la periferia di una base larga, senza appoggi centrali, ottimizza la sensibilità della costruzione a qualunque eventuale effetto torsionale. Gli archi ricevono i carichi nella maniera più congeniale, perhé sono prevalentemente compressi dai carichi verticali e, grazie ai collegamenti orizzontali dei solai di piano, rimangono praticamente tali anche sotto le sollecitazioni sismiche. Nella direzione verticale, nonostante la considerevole distanza fra gli appoggi, essendo però sostenuta dalle strutture compresse degli archi, la struttura è molto rigida. In ogni caso, le corrispondenti frequenze di oscillazione sono fuori dai valori critici per il disturbo degli occupanti. La configurazione dell'intera costruzione si integra con la presenza degli isolatori anche dal punto di vista compositivo; questi ultimi infatti fanno parte dell'architettura del sistema. Per quanto riguarda gli aspetti distributivi e funzionali, l'edificio risolve la richiesta di libera percorribilità al livello del terreno senza ricorrere allo schema, sismicamente pericoloso, del piano "pilotis". I dispositivi, opportunamente protetti, sono lasciati in vista ad una quota leggermente superiore a quella del basamento. Questo costituisce anche la suola di fondazione, eliminando così il problema del giunto tecnico che altrimenti sarebbe stato necessario disporre intorno al fabbricato per lasciare avvenire liberamente gli spostamenti richiesti dal sistema di isolamento.

31 suspended central core cast in site structures prefabricated element kiosk free passage provisional support Fig. 7 - Schema dell'edificio centrale del Centro della Protezione Civile di Foligno. Infine, la struttura si presta ad essere realizzata con procedimenti industrializzati, secondo lo schema costruttivo riportato nella stessa Fig. 7. Per quanto riguarda l'ospedale Silvestrini, è in corso di progettazione l'isolamento alla base del nuovo corpo di fabbrica, da realizzare sulla base del progetto precedente. La decisione di non modificare le strutture in elevazione del progetto già elaborato deriva dalla circostanza che, in aggiunta alla rilevanza che l'intervento possiede per se le sue dimensioni e per la sua destinazione d'uso, è presente al suo fianco un identico corpo di fabbrica non isolato già costruito. Questa realizzazione costituisce pertanto un'interessante opportunità di mettere in opera una strumentazione di monitoraggio permanente in entrambi gli edifici. Il sistema di monitoraggio sarà progettato e posto in opera in collaborazione con il Servizio Sismico Nazionale. La costruzione di questo edificio è stata finanziata nel mese di Marzo di quest'anno. Conclusione Ancora oggi i terremoti, producono danni e sconvolgimenti sproporzionati rispetto alle possibilità offerte dalla tecnica delle costruzioni. Una parte consistente degli insuccessi è da attribuire alla presenza di costruzioni non progettate con criteri antisismici. Si tratta sia delle vecchie costruzioni in muratura, ma anche di edifici di cemento armato di tipo ordinario costruiti nella seconda metà di questo secolo prima che il territorio di appartenenza fosse classificato sismico. Oltre a ciò, più volte le cause sono da ricercare in una certa grossolanità progettuale ed esecutiva, troppo spesso presente nel campo delle costruzioni civili ordinarie; ma anche lo sviluppo dei procedimenti industrializzati è stato più spesso rivolto a soddisfare gli interessi imprenditoriali piuttosto che le esigenze di sicurezza sismica. A questo punto occorre stimolare un atteggiamento dei tecnici del settore più disponibile e più attento ai tutti i nuovi modi in cui oggi è possibile affrontare il problema della sicurezza sismica, sia da parte dei progettisti strutturali che degli architetti, ma anche da parte degli imprenditori e degli amministratori protagonisti delle decisioni. Al momento, una delle vie più promettenti, pur non essendo l'unica, è certamente quella dell'isolamento sismico. Per gli edifici di tipo corrente, l'isolamento alla base è la soluzione più semplice e più economica, a patto che se ne considerino e

32 se ne sfruttino tutte le potenzialità attraverso progettazioni strutturali ed architettoniche ben coordinate. In definitiva, gli aspetti progettuali da approfondire sono: Riconoscere le morfologie architettoniche e le configurazioni strutturali in relazione alla funzionalità dell'edificio ed alle prestazioni dei sistemi di protezione sismica adottati in modo che, riducendo i costi di costruzione, possano realmente essere assicurate le prestazioni ottimali. Individuare e perfezionare le strategie riguardanti la scelta dei sistemi di protezione e le loro modalità di inserimento nei sistemi strutturali. Fornire regole opportune per facilitare il progetto dei sistemi di isolamento delle realizzazioni di tipo ordinario, considerando la maggiore affidabilità delle abituali procedure di progetto rispetto al caso delle costruzioni a base fissa. Eliminare la persistenza di erronei pregiudizi che al momento tendono a scoraggiare ancora molte iniziative. Il programma di attività portato avanti dalla Regione Umbria può essere considerato come un passo significativo ed efficace in questa direzione. Riferimenti bibliografici [1] G. Bonacina, M Indirli, P. Negro - "Il Terremoto di Northridge, Los Angeles, 17 Gennaio 1994" - Rapporto GLIS 01/94 [2] Dipartimento per i Servizi Tecnici Nazionali - "Il Terremoto di Kobe del 17 Gennaio 1995" - Rapporto del Servizio Sismico Nazionale - Roma, Marzo [3] A. Parducci, A. Castellani - "La Lezione del Terremoto di Kobe del 17 Gennaio 1995 (The Great Hanshin Earthquake)" - Ingegneria Sismica, Anno XII, N. 3 - Settembre-Dicembre [4] Fulita T. - "Progress of Application and Development in Seismic Isolation for Civil and Industrial Structures in Japan" - International Post-SMiRT Conference Seminar - Cheju (Korea) - August [5] Regione dell'umbria - "Kobe dopo il Terremoto del RIcostruzione di una Città" - Risultati di una missione di studio, a cura di A. Parducci - Perugia, Settembre [6] M. Mezzi, A. Parducci: "Base Isolation in Retrofitting Historic Buildings" - Workshop on Seismic Performance of Monuments - Lisboa (Portugal) - November [7] A. Parducci: "Seismic Prevention of the Historic Heritage Using the Seismic Isolation Approach" - 12 WCEE (World Conference on Earthquake Engineering) - Auckland (New Zealand) - January 31 - February 4. [8] M. Garevski - "Earthquake Hazard Reduction of Historical Buildings using Seismic Isolation" - Report No. UCB/EERC - 95/04 - University of California, Berkeley (California) - June, [9] A. Parducci, M. Mezzi: "Seismic Isolation of Bridges in Italy" - Bulletin of the New Zealand Society of Earthquake Engineering - September 1991 (paper presented at the Pacific Conference on Earthquake Engineering - Auckland, New Zealand, November [10] R. I. Skinner, W. H. Robinson, G. H. McVerry - "An Introduction to Seismic Isolation" - DSIR Physical Sciences, Wellington (New Zealand) - John Wiley & Sons, [11] Parducci A. - "Application of Seismic Isolation and Passive Energy Dissipation to Italian Bridges". International post-smirt Conference Seminar - Capri (Italy), 1993.

33 [12] A. Parducci: "Seismic Isolation: Why, Where, When - Design Options for Ordinary Isolated Structures" - International Post-Smirt Conference Seminar on Isolation, Energy Dissipation and Control of Vibration of Structures - Cheju (Korea), August 23 25, [13] C. Arnold, R. Reitherman - "Building Configuration and Seismic Design" - John Wiley & Sons [14] C. Arnold - "Architectural Considerations" - Seismic Design Handbook - F. Naeim editor - Von Nostrand, New York, [15] Eurocode 8 - "Design Provisions for Earthquake Resistance of Structures" ENV Seismic Actions and General Requirements of Structures; ENV General Rules for Buildings; ENV Specific Rules for various Materials and Elements. [16] A. Parducci, M. Mezzi: "Il Sistema ESSI - Edifici Sospesi Sismicamente Isolati" 6 Convegno dell'associazione Nazionale Italiana di Ingegneria Sismica "L'ingegneria Sismica In Italia" - Perugia, Ottobre 1993.

34 A. Marioni BEHAVIOUR OF LARGE BASE ISOLATED PRESTRESSED CONCRETE BRIDGES DURING THE RECENT EXCEPTIONAL EARTHQUAKES IN TURKEY The recent earthquakes occurred in Turkey on 17 August and 12 November 1999, ranking Richter s scale grades 7,6 and 7,4 respectively and causing over 50,000 fatalities, had their epicentres near the Anatolian Motorway between Düzce and Bolu. In this Motorway Section, two major viaducts incorporating base isolators and energy dissipators were strongly hit by both earthquakes. On the 17 August earthquake the peak ground acceleration was similar to the design one and the response of the viaduct was more than satisfactory, so that no repair was needed.. During the 12 November earthquake the peak ground acceleration has been much higher than the design one but in spite of that one of the structures survived without any damage whilst the other, although seriously damaged didn t collapse. The paper describes the seismic design of the structures and the base isolators and energy dissipators utilised. The effects of the earthquakes are analysed and compared with the results of the non linear analysis. The urgent remedial works to secure the structure from the effects of possible aftershocks are described. In the conclusion the experience that may be transferred to future projects is emphasised. INTRODUCTION There are many ways to verify the behaviour of a structure subject to an earthquake: mathematical models are available to simulate the seismic action and the structure, taking into account even non linear behaviour; structures and antiseismic devices can also be tested, in full or reduced scale, under earthquake conditions utilising even the records of real earthquakes. None of these systems however can validate the behaviour of a structure like a real earthquake. The earthquakes occurred on 17 August and 12 November 1999 in Turkey give us a unique possibility to verify the behaviour of structures incorporating antiseismic devices after a very strong earthquake: in fact it is the first time that such a strong earthquake hits such important structures incorporating antiseismic devices without producing the collapse. It is very important to get out from this event as much as possible experience and lessons for future projects. THE DESIGN OF THE STRUCTURES There are three bridges of the Istanbul Ankara Motorway, Gumusova Gerede section, that have been designed utilising antiseismic devices: Viaduct N. 1 consisting of 100 spans of 39,2 m; at the time of the earthquakes the structural works of the bridge were completed although it was not yet opened to the traffic (see Fig. 1). Bridge N. 2 consisting of 5+5 spans of 39,2 m; at the time of the earthquakes was completed and opened to the traffic. Viaduct N. 2 consisting of 150 spans of 39,2 m; at the time of the earthquakes the structural works was just started and only some of the foundations were completed.

35 In complex this may be considered one of the biggest base isolation project of the world. All structures have been designed utilising similar static schemes and antiseismic devices as described below. STATIC SCHEME OF THE STRUCTURES All bridges are made of simply supported, prefabricated pretensioned box beams of 36 metre length. There are 7 beams for each span. The spans are connected up to a maximum of 10 through the concrete slab that is cast in situ over the prefabricated beams. In this way the bridge act as simply supported spans for the traffic load and as continuous up to 10 spans for slow effects (temperature, creep and shrinkage) and earthquake. All the beams are simply supported by free sliding bearings with PTFE and stainless steel sliding surfaces designed in order to accommodate all movements due to slow effects and earthquake. The horizontal loads due to wind, braking, differential friction of the sliding bearings and earthquake are transferred to the piers through the antiseismic devices as will be described below (see Fig. 2). Fig. 1 Viaduct N. 1 Fig. 2 Detail of the pier top ANTISEISMIC DEVICES The antiseismic devices are of the hysteretic type, dissipating energy through the cyclic yield of steel elements. Each device is based on the utilisation of C-shaped steel elementary hysteretic dampers. Each elementary damper consist of a steel circular arch of variable depth in order to get uniform resistance and therefore uniform plasticization of all sections after yield. There is a device on top of every pier or abutment. Four types of devices, all based on the described C-shaped elements, have been utilised in the structures: EP-Type - This device consist of the combination of 16 C-shaped elements with radial symmetry, allowing a uniform behaviour for earthquake acting in any direction (see Fig. 3). In normal service conditions this device is designed to transfer the horizontal loads due to

36 wind, braking and differential friction of the sliding bearings to the pier, not exceeding the allowable stresses in the hysteretic dampers. For each bridge section between two expansion joints there is always only one EP device placed on the centre pier or on the pier nearest to the centre in order to minimise the effect of the friction of the sliding bearings. In case of earthquake the device is stressed over the yield point and can assure the following performance: Force at the yield limit 1550 kn Displacement at the yield limit 38 mm Displacement with design ±320 mm earthquake Force with design earthquake 1860 kn Ultimate displacement ±480 mm Since the mass of a bridge span is equal to 1400 ton it may be seen that, with the design earthquake, the horizontal load transferred from the bridge to the piers is limited to 13% of the dead load. Fig. 3 Multidirectional EP device in neutral position and at maximum deflection Fig. 4 The EP device under full scale testing

37 VP Type - This device is similar in concept and performance to the EP one but with the addition of 2 hydraulic shock transmission units in parallel to the hysteretic damper. The shock transmission units are parallel to the longitudinal axis of the bridge and allow the slow movements due to creep, shrinkage and temperature variations with negligible resistance. In case of earthquake they become rigid and the device behaves like the EP one. For each bridge section the VP types are placed on the piers aside the centre one. VPJ Type - This type is placed on the piers at the expansion joints. It is similar to the VP type but is designed in such a way to transfer the transversal earthquake force equally to both adjoining spans; the longitudinal earthquake force to a span only. EP on abutments. - It is a simplified version of the EP on piers, acting in transverse direction only. SEISMIC DESIGN OF THE BRIDGES Each bridge section, up to 10 spans, has been individually analysed, since the height of the piers and the soil characteristics were different from span to span. The structure has been modelled by finite element system, considering the actual masses and stiffness in uncracked conditions. The soil has been modelled through elastic springs (both for rotation and translation) with stiffness in accordance with the field test results. The hysteretic dampers between pier tops and deck have been modelled through truss elements with non linear material properties in accordance to the full scale test results (see Fig. 4 & 5); the friction of the bearings has been taken into account. Fig. 5 Load deflection plot of an EP device Fig. 6 Response spectrum and comparison with the artificial accelerograms The design seismic forces and displacements have been determined by means of time-history non linear analysis performed with artificial accelerograms matching the appropriate response spectrum as defined in AASHTO Guide Specification for Seismic Design of Highways and Bridges. In accordance with the data provided by the Owner and the Engineer the Peak Ground Acceleration has been considered 0,4g (see Fig. 6). The analysis has been repeated for 7 different artificial accelerograms. The design values for forces and displacements have been assumed as the mean values of the maxima obtained in the 7 simulations. After the earthquakes the time-history non linear analysis has been repeated for a limited number of cases considering a Peak Ground Acceleration of 0,6g in order to have suitable data to enable further considerations. The maximum relative displacements between deck and piers or abutments obtained by the analysis are summarised in the following table N. 1 and compared with the values observed after the earthquake. Table 1 - Relative displacements pier deck (mm)

38 Structure N. of Theoretical 17/08/99 Earthquake 12/11/99 Earthquake spans Pge=0,4g Pge=0,6g Maximum Residual Maximum Residual Viaduct N.1 2x Viaduct N Bridge N. 2 2x THE EARTHQUAKES The 17/08/99 earthquake, ranking grade 7,6 of the Richter scale, had its epicentre near Kocaely, around 120 km far from the bridges. However very high ground accelerations have been measured even very far from the epicentre along the direction of the Main Anatolian Fault, nearly W E. The measured Peak Ground Acceleration in Düzce, approximately 15 km far from Viaduct N. 1, has been 0,38 g, very near to the design value of 0,4 g. The 12/11/99 earthquake had its epicentre near Kaynasly, only a.few kilometres far from Viaduct N.1. he accelerograms recorded in Düzce and Bolu, 25 km far from Viaduct 1 and 5 km far from Bridge 2 are shown in the figures 7 to 10. From the vectorial composition of the accelerograms the peak ground acceleration results 0,90g in Düzce and 0,55 g in Bolu. In addition to that Viaduct 1 has been involved in a surface soil fracture. This fracture was extended around 40 km in direction E W and soil slips reached up to 500 cm. Under Viaduct N. 1 however the slips were limited to 120 cm approximately. Fig. 7 Düzce L West 12/11/99 accelerogram Fig. 8 Düzce T South 12/11/99 accelerogram Fig. 9 Bolu Nord T 12/11/99 accelerogram Fig. 10 Bolu Nord L 12/11/99 accelerogram

39 THE BEHAVIOUR OF THE STRUCTURES After the 17/08/99 earthquake an inspection of Viaduct N. 1 was immediately started. In fact, even if the structure didn t show any visible damage, the shock was quite strong and some of the prefabricated beams in stock and some of the equipment of the construction site were damaged. The effects of the earthquake could be evaluated by measuring the tracks of the displacements left by the bearings on the stainless steel sliding plates. The maximum displacement that could be measured was 90 mm. This value implies that the hysteretic dampers were stressed over the yield value and dissipated energy as they were designed for. The maximum design displacement of 320 mm however was not reached, showing that the actual earthquake was smaller than the design one. No significant residual displacement could be observed: all the hysteretic dampers after the earthquake gained again their initial position with a maximum difference of around 1 mm. The effects of the 12/11/99 earthquake of course have bee much greater, due to the proximity to the epicentre and the presence of large surface fractures. We start analysing the behaviour of Bridge N. 2. Bridge N. 2 is near Bolu and was open to the traffic. The earthquake left very evident tracks of the maximum relative displacement between the deck and the piers or abutments on the stainless steel plates of the free sliding bearing. The maximum displacement evaluated, adding to the length of the tracks the elastic deformation of the bearings, was 360 mm. Comparing this value to the theoretical values at 0,4 and 0,6g (see Table 1) it can be estimated that the Peak Ground Acceleration has been approximately 0,65g. The only significant damage suffered by the bridge was the failure of some elements of the expansion joints but they were designed for a movement of 100 mm only, correspondent to the earthquake with return period of 50 years. The bridge after the earthquake shows a residual displacement in longitudinal direction of 45 mm and in transversal direction varying from 60 to 100 mm. The bridge will be repositioned by mean of hydraulic jacks in accordance with the relevant method statement, deforming the hysteretic dampers. Apparently the hysteretic dampers didn t suffer any damage and are suitable to resist further earthquakes. However their efficiency will be checked by laboratory tests. For Viaduct N. 1 the effect of the earthquake has been much worst. First of all the slips along the surface fracture caused several piers to move. In particular two piers were forced to rotate up to 4 around their vertical axe by the movements of the soil in the two opposite directions along the fracture line (see fig. 11 & 12). The rotated piers are nearly 50 meter high, the foundation includes 25 m of 1,8 m diameter piles and a concrete plinth of 5 m thickness. Apparently the pier is not cracked but a more accurate inspection requires excavating 8 m of soil and will be done in the near future. An accurate survey of all the bridge is in progress in order to evaluate the absolute displacements of the piers. The 4 rotation of the piers caused the pier caps to move ±50 cm at the edges so that the prefabricated beams at one side of the bridge have 1 meter support and at the other side are just at the edge of the cross beam and are supported by the cross beam only. In most of the other piers the bridge presents a longitudinal displacement up to 1 m, without rotation of the piers. Fig. 11 The effects of a rotation due to soil Fig. 12 The effects of a rotation due to soil

40 fracture on a foundation plinth fracture on a pier A preliminary inspection showed that this situation is extended to over 50% of the Viaduct. The following considerations can be drawn: The antiseismic devices have been stressed over the ultimate displacement of 480 mm. The ultimate horizontal load of the devices (2500 kn) and the ultimate horizontal load of the fixing anchors to the structure (3000 kn) have been reached, so that the devices and their fixing to the structure in most cases were broken. However there is the evidence that the hysteretic dampers and the shock transmitter behaved as foreseen up to the ultimate limit state. Since the maximum possible movement of the bearings was 500 mm, the movement of 1 meter caused most of them to be destroyed and to fall down from the bridge. Most of the beams therefore are laying directly on the concrete of the pier cap (see Fig. 13). The longitudinal concrete stopper that was foreseen on top of the piers and allowing a longitudinal movement of 500 mm in most cases have been destroyed. The end of the prefabricated beams that hit the concrete stopper are also seriously damaged. Where the longitudinal movement reached 1 meter the beams at one side are supported on the pier cap for a few centimetres only. In some cases the beams did fall down from the concrete plinths, although remaining inside the pier cap, causing large flexural cracks in the concrete slab of the deck (see Fig. 14). Comparing the effects of the earthquake on Viaduct N. 1 with those of bridge N. 2 it may be deducted that the Peak Ground Acceleration was much greater than 0,65 g, probably of the order of 0,8 to 1,0 g hence much much greater than the design value. Fig. 13 Detail of the beams supports after 1 meter displacement Fig. 14 Detail of the failure in the slab due to dropping of the beams from the plinths REPAIR AND URGENT REMEDIAL WORKS Viaduct N. 1, although severely damaged, surely may be repaired. A detailed repair project however must wait the final decision of the Owner about the seismic input to be considered. Since some of the beams are supported by the piers cap in a very dangerous way, laying only for a few centimetres on the concrete, it was decided to apply the following urgent safety measures in order to protect the structure from the effects of possible aftershocks. All the bridge sections ending in correspondence of an abutment have been secured to the abutments by means of prestressing cables (see Fig. 15). In order to assure the safety to the other spans where the beams are not suitably supported, in particular for piers N , will be applied to the pier caps an external steel structure that would support the beams in case an aftershock will move the bridge deck out of the support (see Fig.16). The conception of the steel structure and its installation procedure are based on the following principles in order to assure the safety of the workers:

41 To limit as much as possible operations to be performed by the workers on top of the bridge deck. For the execution of such operations that cannot be avoided the workers shall be secured through a crane external to the bridge. To avoid any operation to be performed immediately under the bridge deck before the bridge will be completely secured. To limit as much as possible operations to be performed under the bridge at ground level. This location however is considered relatively safe because will allow workers to escape in case of an aftershock. The proposed steel structure consists in a steel frame bracing the pier cap and fixed to it by means of post-tensioning cables. The steel structure shall be able to transfer to the pier cap the weight of a bridge span. The steel structure shall be secured to the pier cap by external posttensioning cables generating a total reaction force on the concrete of 2800 tons, sufficient to transfer the weight of one span by friction. The steel structure is already designed in such a way to allow the application in a second stage of suitable hydraulic jacks in order to re-position the bridge for the final repair. The installation phases of the steel structure are the following: 1. Pre-assembling of the steel structure at ground level, outside the bridge. 2. Moving the steel structure under the bridge at ground level. 3. Application to the steel structure of the post-tensioning cables and jacks. 4. Application to the bridge deck of suitable pulleys and ropes for the lifting of the steel structure. 5. Lifting of the steel structure. This operation can be performed from ground level, outside the bridge. 6. Stressing of the cables. This operation can be performed from ground level, outside the bridge. 7. From this moment the bridge deck is secured from dropping and further repair operations can be executed without risk. Fig. 15 Temporary ties in the abutments Fig. 16 Steel structure on pier caps CONCLUSION As a lesson from this earthquake the following considerations may be made: The design level of the earthquake for that area shall be carefully considered. Obviously it would be possible to design the structures for a higher ground acceleration but increasing the cost. The choice of the ground acceleration is a matter concerning the Owner of the structure that must evaluate the best cost/benefit ratio. It is confirmed that the choice of the hysteretic dampers is the best possible one in order to minimise the displacements in case of earthquake that in a different case would become excessive. In fact hysteretic dampers have the highest value of energy dissipated per cycle in comparison with other antiseismic devices. An improvement may be made to the failure chain of the system. It is preferable that, if the design earthquake is exceeded failure occurs in elements that may be easier repaired. So the

42 resistance of the fixation system of the antiseismic devices and the concrete stoppers should be increased and the failure could be better foreseen in the centre pin of the device. In conclusion, considering the exceptionality of the 12 th Nov. earthquake it may be assessed that the seismic design of the structures and the hysteretic dampers performed more than satisfactorily, saving Bridge N. 2 from any major damage and Viaduct N. 1 from the collapse even if the earthquake has been much greater than the design one. As far as the author knows it is the first time that a bridge subject to such shakes didn t collapse. Instead many important bridges during the recent earthquakes in California and Japan did collapse as it was evident to everybody from the information given by the media. AKNOWLEDGEMENTS The work was the result of the co-operation of: Owner: KGM Turkish Ministry of Roads Design: Prof. Ing. Giorgio Macchi Dott. Ing. Stefano Macchi STUDIO TECNICO Detailed design: TESCON S.r.l. Pile design: Prof. Ing. Vincenzo Pane Engineer: YUKSEL-RENDEL Contractor: ASTALDI S.p.A. Seismic devices: ALGA S.p.A.

43 M.Gabriella Castellano PROTEZIONE SISMICA DELLA BASILICA DI SAN FRANCESCO AD ASSISI La Basilica Superiore di San Francesco ad Assisi, che subì gravissimi danni durante il terremoto del 1997, è stata inaugurata lo scorso 28 novembre, a poco più di due anni dalla prima scossa. Tra i numerosi e complessi interventi di restauro strutturale e miglioramento sismico della Basilica, due hanno fatto uso di due tipologie di dispositivi antisismici: gli innovativi dispositivi in lega a memoria di forma, sviluppati nell ambito del progetto di ricerca ISTECH, e i dispositivi di vincolo dinamico o shock transmitters. I dispositivi in lega a memoria di forma sono stati utilizzati per collegare i due timpani del transetto al tetto. E da segnalare che questa applicazione, insieme a quella al Campanile della Chiesa di San Giorgio a Trignano (San Martino in Rio, RE), è la prima in cui le leghe a memoria di forma sono usate in un edificio per migliorarne la sua resistenza sismica. I dispositivi di vincolo dinamico sono stati invece impiegati per collegare le diverse parti della travatura reticolare installata lungo le pareti perimetrali della navata della Basilica. INTRODUZIONE Come purtroppo è ben noto, la Basilica Superiore di San Francesco in Assisi subì gravissimi danni durante il terremoto del I successivi interventi di restauro strutturale e miglioramento sismico della Basilica sono stati numerosi, complessi, e in molti casi basati sull impiego di tecnologie e materiali innovativi. Tra questi interventi, se ne segnalano qui in particolare due, caratterizzati entrambi dall utilizzo di dispositivi antisismici, sebbene di due diverse tipologie. Il primo intervento consiste nell applicazione di dispositivi antisismici in lega a memoria di forma ai due timpani dei transetti. E da segnalare che, a ns. conoscenza, questa è la prima volta al mondo che le leghe a memoria di forma sono applicate in un edificio per migliorarne la sua resistenza al terremoto. Il secondo intervento prevede l utilizzo di dispositivi di vincolo dinamico per collegare le diverse parti della travatura reticolare installata lungo le pareti perimetrali della navata della Basilica. Può essere interessante notare che il costo complessivo dei dispositivi antisismici in lega a memoria di forma e dei dispositivi di vincolo dinamico è stato significativamente inferiore all 1 % del costo totale degli interventi di restauro della Basilica. DISPOSITIVI ANTISISMICI IN LEGA A MEMORIA DI FORMA PER LA PROTEZIONE SISMICA DEI TIMPANI DEI TRANSETTI Il danneggiamento del timpano del transetto sinistro della Basilica, iniziato per effetto della prima scossa del 26 settembre 1997, si incrementò con le scosse successive, e particolarmente con quella del 7 ottobre che provocò il distacco di numerosi elementi lapidei creando così un enorme foro nel timpano stesso. Ciò destò forti preoccupazioni, in quanto il collasso completo del timpano avrebbe potuto distruggere il sottostante tetto della Basilica Inferiore. Fortunatamente le ardite operazioni di messa in sicurezza di questa struttura, eseguite in pochi giorni, evitarono ulteriori danni. Il timpano del transetto destro fu anch esso danneggiato, ma meno di quello sinistro. Fu subito evidente che il danno era stato causato dalla mancanza di un efficace collegamento tra la parete muraria ed il tetto (il cui martellamento contro la parete aveva peggiorato la situazione), oltre che dalla cattiva qualità della muratura (muratura a sacco, con i paramenti in pietra indeboliti dal degrado dei giunti di malta). L utilizzo dei dispositivi in lega a memoria di forma per la protezione sismica dei timpani (e delle facciate dei transetti nel loro complesso) fu proposto dal Prof. Giorgio Croci, membro della Commissione per il Restauro della Basilica di San Francesco, fin dai primi mesi successivi al

44 terremoto, ed è stato successivamente approvato dalla Commissione, sulla base dei risultati del Progetto ISTECH. Questo è un progetto di ricerca iniziato nel marzo 1996 e conclusosi nel giugno 1999, parzialmente finanziato dalla Commissione Europea (DG XII - Directorate for Science, Research and Development) nell ambito del programma Environment and Climate del IV Programma Quadro. Il progetto è stato svolto dalla FIP Industriale (coordinatore) in collaborazione con l ENEA, l Università La Sapienza di Roma, il Centro Comune di Ricerca della Commissione Europea situato ad Ispra (VA), l Università Aristotele di Salonicco, e l Istituto Superiore Tecnico di Lisbona. Obbiettivo del progetto è lo sviluppo di tecnologie innovative per il restauro strutturale ed il miglioramento sismico del patrimonio architettonico. Alla base di tali tecnologie è l utilizzo di leghe metalliche (dette a memoria di forma ) con particolarissime proprietà, tra cui la superelasticità, ovvero la capacità di subire grandi deformazioni (almeno 10 volte maggiori di quelle di un metallo convenzionale) senza che a queste si accompagnino sforzi crescenti. Proprio quest ultima proprietà è stata quella giudicata più utile ai fini della protezione sismica delle strutture monumentali, in quanto consente di realizzare dispositivi limitatori di forze oltre che dotati della capacità di dissipare parte dell energia accumulata anziché restituirla completamente. I dispositivi in lega a memoria di forma (SMAD = Shape Memory Alloy Device) applicati ad Assisi realizzano il collegamento tra le pareti murarie dei due timpani (rinforzate ed in parte ricostruite) e le testate di falda del tetto, opportunamente rinforzate con un cordolo (Fig. 1). Tali SMAD sono dispositivi assiali di vincolo caratterizzati da rigidezza variabile al variare dello spostamento imposto, secondo una curva forza-spostamento caratterizzata da uno o più plateaux, ovvero tratti in cui la forza rimane quasi costante all aumentare dello spostamento, come mostrato in Fig. 2. Ciò consente ai dispositivi di limitare sensibilmente il carico massimo trasmesso alla struttura a cui sono connessi. La maggiore efficacia dei dispositivi in lega a memoria di forma rispetto ai tradizionali tiranti in acciaio nell evitare il collasso per ribaltamento delle pareti fuori dal loro piano è stata dimostrata attraverso analisi numeriche e prove sperimentali svolte nell ambito del progetto di ricerca ISTECH. Per quanto riguarda le prove sperimentali, sono state effettuate prove su tavola vibrante su due modelli di pareti murarie collegati agli orizzontamenti rispettivamente con SMAD e con tiranti in acciaio. Sono stati simulati diversi terremoti ad intensità crescente. Nel caso di collegamento con tiranti in acciaio, il primo meccanismo di collasso (verificatosi nella prova caratterizzata da accelerazione massima alla base pari a circa 0.6 g) è stato il ribaltamento della parte di muratura soprastante il collegamento (ovvero la parte che simulava il timpano); il meccanismo di collasso finale è stato per flessione, ad un altezza intermedia tra la base della muratura e l orizzontamento (prova con accelerazione massima alla base pari a circa 0.9 g). Nel caso di collegamento con SMAD, la parete muraria non ha subito alcun danno visibile, pur avendo subito la stessa sequenza di prove sismiche. Questa sensibile differenza di comportamento è perfettamente comprensibile dall esame della Fig. 3, che mostra i valori di picco delle accelerazioni misurate a diverse altezze nei due modelli; si può notare che le accelerazioni sono molto più basse nel caso di utilizzo dei dispositivi in lega a memoria di forma. I suddetti risultati sperimentali consentono dunque di affermare che l utilizzo di dispositivi in lega a memoria di forma consente di incrementare almeno del 50 % la capacità di una parete muraria di sopportare azioni sismiche al di fuori del suo piano. La FIP Industriale ha progettato, costruito ed installato i dispositivi in lega a memoria di forma nella Basilica Superiore, sulla base dei dati forniti dal Prof. Croci e dai suoi collaboratori. I dispositivi sono in totale 47, e sono suddivisi in tre tipologie che si differenziano per i valori di forze e spostamenti per cui sono stati progettati.

45 Fig. 1: Schema del collegamento tra tetto e parete mediante dispositivi in lega a memoria di forma. Forza Spostamento Fig. 2: Tipica curva forza-spostamento di un dispositivo in lega a memoria di forma del tipo utilizzato nella Basilica di San Francesco ad Assisi. 5 4 Altezza (m) SMAD tiranti in acciaio Accelerazione (g) Fig. 3: Valori massimi delle accelerazioni misurate a diverse altezze, durante la prova sismica che ha provocato il collasso della parte superiore del muro collegato mediante tiranti in acciaio (si noti che i collegamenti con l orizzontamento sono ad un altezza di 3.4 m).

46 Fig. 4: Installazione di un dispositivo in lega a memoria di forma (SMAD). Fig. 5: Particolare di uno SMAD. Fig. 6: Alcuni degli SMAD installati nella Basilica di S. Francesco ad Assisi. DISPOSITIVI DI VINCOLO DINAMICO PER IL RINFORZO DELLA NAVATA Uno degli interventi di miglioramento sismico della Basilica Superiore è stata la realizzazione di una travatura reticolare lungo il perimetro interno della Basilica Superiore, posizionata a circa 8 m di altezza dal pavimento, in corrispondenza di una risega della muratura. Questa travatura consente di migliorare il collegamento tra i vari campi delle pareti (finora collegati solo a livello della fondazione e del tetto) oltre che di diminuire la deformabilità orizzontale delle pareti, in cui tra

47 l altro sono presenti numerose lesioni verticali, spesso passanti, prodotte da terremoti del passato [1]. Per connettere le diverse porzioni di questa travatura reticolare (in particolare quelle posizionate sui due lati della navata e lungo la facciata) sono stati installati 34 dispositivi di vincolo dinamico progettati e prodotti dalla FIP Industriale (Figg. 7 e 8). Tali dispositivi sono suddivisi in due tipologie: 28 dispositivi sono progettati per trasmettere una forza di 22 tonnellate, mentre i rimanenti 6 dispositivi sono progettati per trasmettere una forza di 30 tonnellate. I dispositivi di vincolo dinamico (o Shock Transmitters o accoppiatori idraulici) sono dispositivi che consentono gli spostamenti delle travi dovute alle loro dilatazioni termiche, evitando così eccessivi sforzi nella struttura (in questo caso le pareti murarie), ma connettono rigidamente le travi stesse in caso di sollecitazioni dinamiche quali il terremoto. Data l importanza della struttura in cui i dispositivi sono inseriti, e le particolari necessità che ciò imponeva (ad esempio quelle di limitarne il più possibile le dimensioni, di evitarne la manutenzione, ecc.), essi sono stati realizzati in acciaio inox ad alta resistenza e con fluido ad altissima viscosità. BIBLIOGRAFIA [1] AA. VV., La Basilica di San Francesco in Assisi: verso la riapertura, Quaderno n 7, Ministero per i Beni e le Attività Culturali, Commissione per il Restauro della Basilica di San Francesco, Assisi, Settembre Fig. 7: Installazione dei dispositivi di vincolo dinamico nella Basilica Superiore. Fig. 8: Dispositivi di vincolo dinamico installati all angolo tra navata e transetto.

48 Maurizio Indirli APPLICAZIONE DEI DISPOSITIVI ANTISISMICI INNOVATIVI NEL CAMPANILE DELLA CHIESA DI SAN GIORGIO A TRIGNANO Il 19 novembre ha avuto luogo l'installazione dei dispositivi antisismici innovativi nel Campanile di San Giorgio a Trignano (Comune di San Martino in Rio, Provincia di Reggio Emilia, Figura 1), una delle strutture maggiormente colpite dal terremoto del 15 Ottobre 1996, scelta come obiettivo dell'applicazione pilota del progetto comunitario ISTECH, una collaborazione tra l'enea, la FIP Industriale S.p.A., le Università di Salonicco, Lisbona e La Sapienza" di Roma e il CCR di Ispra. Il campanile è stato infatti selezionato come struttura adatta per questo progetto, utilizzando anche il lavoro effettuato nell emergenza post-sisma da una squadra di esperti dell'unità Analisi e Progettazione Sismica dell ENEA di Bologna, che si sono messi a disposizione della Protezione Civile e hanno censito i danni, verificato l agibilità degli edifici ispezionati e indicato azioni per la messa in sicurezza ed il ripristino delle strutture in diversi comuni dell area epicentrale. I dispositivi, costituiti da leghe metalliche a memoria di forma (SMA, Shape Memory Alloy, materiali intelligenti già ampiamente impiegati in svariati settori dalla medicina all aeronautica), sviluppati nell'ambito del progetto ISTECH, sono costituiti da fasci di fili in Nickel-Titanio di piccolo diametro e trovano un'ottimale applicazione nel restauro antisismico del patrimonio storico e artistico. Le proprietà fondamentali delle leghe SMA riguardano la capacità di non plasticizzarsi (cioè di recuperare integralmente la forma originaria dopo essere stati sottoposti ad una deformazione) e la loro superelasticità (cioè, in particolari condizioni, di evidenziare un andamento costante della forza all aumentare della deformazione). Un edificio equipaggiato con dispositivi SMA, se sollecitato dinamicamente (come nel caso di un terremoto), subisce un carico sismico inferiore, può assorbire deformazioni e cedimenti, nonché dissipare una quantità maggiore di energia. I dispositivi SMA sono stati realizzati dalla FIP Industriale a seguito dei risultati ottenuti nel corso del progetto ISTECH, con un contributo importante dell ENEA, e grazie a diverse campagne sperimentali su modelli in muratura e numerose analisi numeriche (Figura 2). L intervento di restauro del Campanile di San Giorgio a Trignano si è articolato in due fasi: il ripristino convenzionale, finanziato dal piano di ricostruzione post-sisma della Regione Emilia- Romagna, progettato dall Università La Sapienza di Roma e con la consulenza tecnico-scientifica e l'assistenza dell'enea; questo ripristino è consistito nel consolidamento della muratura, nella ricucitura delle lesioni provocate dal terremoto, nel rifacimento di tutti i solai e nel restauro del sistema campanario. La fase successiva ha riguardato l intervento innovativo vero e proprio, finanziato con i fondi comunitari del progetto ISTECH, ovvero l inserimento di quattro tiranti verticali di acciaio negli angoli interni del campanile (Figura 3), per aumentarne la resistenza flessionale, e, in serie con essi, dei dispositivi SMA (Figura 4), per la riduzione dei carichi sismici, utilizzando i risultati ottenuti dalle analisi numeriche sofisticate per la valutazione del comportamento strutturale del campanile e dalla serie di prove in sito per la sua caratterizzazione dinamica. La FIP Industriale ha provveduto quindi alla collocazione dei tiranti verticali in acciaio e dei dispositivi SMA. I tiranti sono stati opportunamente messi in tensione, in modo da rimanere sempre in trazione durante le deformazioni cicliche di allungamento-accorciamento indotte da un terremoto. L intervento sul Campanile di Trignano, insieme a quello sui timpani laterali della Basilica Superiore di San Francesco di Assisi, avvenuto recentemente sulla base degli ottimi risultati del Progetto ISTECH, rappresentano le prime applicazioni al mondo di dispositivi antisismici innovativi basati sulle leghe a memoria di forma.

49 Fig. 1: Campanile della Chiesa di San Giorgio in Trignano (RE) Fig. 2: Modello agli elementi finiti calibrato in base a prove in sito Fig. 3: Schema dell'intervento di applicazione di 4 tiranti con inclusi i dispositivi SMA Fig. 4: Dispositivo SMA in serie con un tirante e post-tensionato ad un carico di 20 kn

50 R. Medeot 1.-Introduzione QUADRO DELLA NORMATIVA ITALIANA ED EUROPEA PER STRUTTURE ISOLATE Ogniqualvolta la crescita tecnologica in un nuovo settore dell ingegneria raggiunge un importante livello di sviluppo accompagnato da un sufficiente grado di maturità, nasce spontanea la necessità di predisporre una regolamentazione di base che definisca i principi di validità generale volti a fissare i criteri di progettazione, prova e collaudo di quanto verrà costruito o prodotto in detto settore. La suddetta regolamentazione viene consolidata attraverso documenti di importanza via via crescente, quali raccomandazioni, istruzioni, linee guida e Norme. A questo punto si possono verificare due situazioni ben distinte e precisamente: a- la Norma si limita a trattare le tecnologie ed i prodotti esistenti, fissando le regole per il loro dimensionamento e la verifica di corrispondenza con quanto prescritto. b- la Norma tende a definire le prestazioni richieste in relazione all uso previsto ed alle possibili condizioni di impiego, senza entrare nel merito di come dette prestazioni vengono ottenute Nel caso a- siamo in presenza di una cosiddetta Norma di prodotto, la cui concezione è storicamente nata in Germania, dove trova ancor oggi i suoi più convinti sostenitori, e che si è poi diffusa in molti altri paesi (Austria, Olanda e stati danubiani). Una Norma di prodotto assomiglia parecchio ad un buon manuale di progettazione e di questo presenta tutti gli indubbi vantaggi. Tuttavia presenta anche il grosso inconveniente di impedire di fatto l innovazione e scoraggiare l industria ad investire risorse in ricerca, soprattutto nei paesi come l Italia in cui le Norme hanno valore cogente. Nel caso b- siamo in presenza di una Norma di prestazione, la cui concezione viene contesa tra Francia e Regno Unito e che attualmente viene raccomandata dal Comité Européen des Normes (CEN). Lo svantaggio principale di un approccio prestazionale è quello di non offrire sufficienti garanzie di sicurezza, soprattutto a lungo termine, mentre il suo maggior pregio consiste senza dubbio nell incentivazione alla ricerca, all innovazione tecnologica e conseguentemente alla leale competizione tra le industrie. Al presente l approccio prestazionale gode dei favori della comunità tecnico-scientifica, ma va anche osservato che nella pratica nessuna Norma può essere concepita e redatta puramente in termini di di prestazione, ma di fatto è sempre necessario introdurre anche prescrizioni riconducibili alla concezione di prodotto. L importante è di non indulgere eccessivamente a queste ultime, pena il favorire l esistente a danno del futuribile. Per quanto sopra esposto si può affermare che per la sua stessa natura la Norma è un documento che, al giusto fine di salvaguardare la sicurezza e gli interessi della collettività, di fatto limita la libertà dei suoi destinatari o utilizzatori, siano essi progettisti, produttori o costruttori. Tuttavia, una buona Norma non deve frapporre ostacoli al progresso tecnologico nel suo campo di applicazione. Per evitare tale eventualità, il CEN fissa alcune regole per i Comitati Tecnici incaricati della redazione delle Norme. Le tre regole più importanti sono: a - Ove possibile, i requisiti vanno espressi in termini prestazionali

51 b - La Norma deve includere solo quelle caratteristiche che possono essere verificate con precisi metodi c - La Norma deve rappresentare un obiettivo stato dell arte e quindi non può escludere nessun sistema la cui validità sia stata provata da applicazioni coronate da successo. Per quanto attiene specificamente all isolamento sismico, è doveroso ricordare che questa strategia progettuale è stata probabilmente adottata sin dai tempi più remoti (es. il tempio di Diana ad Efeso), ma che la sua formulazione su basi razionali e scientifiche è relativamente recente ed ancora più recenti sono le realizzazioni pratiche, quasi tutte concentrate in quest ultimo quarto di secolo. Le cause sono molteplici, ma questo ritardo è principalmente dovuto alla mancanza di un affidabile hardware e di un adeguato software. Per hardware si intende il complesso di dispositivi meccanici (isolatori, ammortizzatori, ecc.) che consentono la pratica realizzazione di un sistema di isolamento antisismico. Per software si intendono sia i sofisticati metodi di calcolo per condurre le complicate analisi dinamiche, ma anche le leggi, i regolamenti e le Norme, che di fatto hanno reso difficile se non impossibile, almeno nel passato, l adozione di questa strategia progettuale. A conferma di quanto sopra vale la pena di citare un paradosso tutto italiano. All occorrenza del disastroso terremoto del Friuli del 1976 ci si accorse che il Viadotto Somplago, protetto con un sistema di isolamento sismico relativamente semplice ma molto efficace, era l unica opera tra quelle in costruzione nel tronco autostradale Udine-Carnia a non aver subito danni. Ciò convinse la Soc. Autostrade a prescrivere l adozione dell isolamento sismico, anche se in forme più avanzate, per tutti i ponti e viadotti del successivo tronco Carnia-Tarvisio. Quest ultimo divenne quindi la palestra in cui si esercitarono progettisti di ponti e costruttori di dispositivi antisismici, potendo dar sfogo a tutta la propria fantasia e creatività, in quanto non esistevano specifiche Norme che lo impedissero. Lo stesso si ripeté dopo il successivo disastroso terremoto dell Irpinia, quando fu avviato un importante programma di ripristino strutturale delle opere danneggiate. E così in pochi anni l Italia divenne il paese con il più ricco inventario al mondo di ponti protetti contro il rischio sismico non con il tradizionale rinforzo strutturale, ma mediante tecniche avanzate che ricorrono all impiego di dispositivi meccanici deliberatamente inseriti in punti strategici della struttura per modificarne positivamente la risposta in caso di attacco sismico. Nel 1991 si contavano in Italia 152 ponti e viadotti del tipo succitato, per un totale di circa metri lineari di impalcato. Si può tranquillamente affermare che questo invidiabile record, sottolineato in diverse pubblicazioni d oltre oceano, fu raggiunto grazie al fatto che allora non esistevano specifiche Norme sull isolamento sismico dei ponti. Va osservato che viceversa il nostro paese non si è finora particolarmente distinto nell applicazione dell isolamento sismico agli edifici. Sorge il dubbio che ciò possa esser dipeso da leggi e normative poco favorevoli alla sua adozione. Il soggetto delle Norme è piuttosto arido e poco si presta ad una presentazione in un Seminario, in quanto dovrebbe consistere essenzialmente in noiosi elenchi di documenti, della loro struttura, dei riferimenti legislativi ecc. Per rendere la presentazione un po più attraente l autore ha deciso di integrarla con commenti, osservazioni e, perché no, critiche. Queste ultime sono state rivolte anche agli aspetti formali, in quanto una Norma, per evitare dubbi interpretativi, dovrebbe essere ineccepibile anche sotto questo profilo.

52 2.- Le Norme sull isolamento sismico Storicamente agli Stati Uniti d America viene riconosciuto il merito di aver per primi adottato una Norma sull isolamento sismico. Si tratta delle: Guide Specifications for Seismic Isolation Design (giugno 1991), redatte ad integrazione delle: AASHTO Standard Specifications for the Seismic Design of Highway Bridges. Le suddette Guide Specifications hanno subíto un processo di revisione durato un paio d anni e nel 1996 è stata approvata la nuova versione aggiornata ed ampliata. Ė curioso osservare che l isolamento sismico dei ponti venne trattato per la prima volta in Italia qualche mese prima delle suddette Guide Specifications americane e precisamente nelle: Istruzioni per la progettazione antisismica dei ponti con l impiego di dispositivi isolatori/dissipatori-autostrade S.p.A.-gennaio1991, preparate dal prof. Dolce dell Università della Basilicata. Nel 1993 il Servizio Sismico Nazionale ha pubblicato le prime: Linee guida per il progetto di edifici con isolamento sismico. Nel 1996 vengono per la prima volta approvate dalla Prima Sezione de Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici le: Linee guida per la progettazione, esecuzione e collaudo di strutture isolate dal sisma, che al presente rappresentano il riferimento più importante per i progettisti italiani. Queste Linee guida, dopo un processo di revisione, sono state definitivamente approvate nell adunanza del 10 ottobre 1998 e saranno esaminate brevemente più avanti in questa memoria. L Europa si è mossa con un certo ritardo ed ha dedicato scarsa attenzione a questa moderna strategia progettuale. Questo spiega la necessità sentita nel nostro paese di sviluppare una normativa nazionale per regolamentare un settore in rapida espansione. L Eurocodice 8 Design provisions for earthquake resistance of structures (ora ENV 1998) si occupa infatti dell isolamento sismico solo nella Part 2: Bridges- (1994), dove a questa strategia strutturale, grazie all azione del prof. Pinto dell Università di Roma, vengono dedicate una decina di pagine nella: Clause 7: Bridges with isolating devices. In verità gli unici dispositivi trattati sono gli isolatori in gomma e nemmeno tanto estensivamente, ma è doveroso apprezzare questo lodevole intendimento. Al presente gli Eurocodici sono sottoposti al processo di revisione ed il Project Team incaricato di questa operazione si è già espresso in favore dell introduzione di un capitolo sull isolamento sismico degli edifici. Va ricordato tuttavia che al Project Team è stato concesso per il completamento della revisione un periodo di ben sei anni. Un discorso a sé meritano le Norme sui dispositivi antisismici. Dopo il tumultuoso sviluppo in Italia dell ingegneria sismica nel settore dei ponti durante gli anni 80, sorse la consapevolezza di dover regolamentare almeno la progettazione e la produzione dei dispositivi antisismici. Su iniziativa dei produttori italiani di dispositivi strutturali, riuniti nella loro associazione di categoria ACEDIS, l UNI nel 1990 insediò un Gruppo di Lavoro incaricato della redazione di una specifica Norma sui dispositivi antisismici. Il risultato di questa iniziativa si arrestò ad un Progetto di Norma (UT ):

53 Dispositivi di vincolo per le costruzioni in zona sismica in quanto sin dal settembre del 1992 lo stesso UNI, sempre su iniziativa di ACEDIS, aveva presentato formale richiesta al CEN di costituire un Sottocomitato Tecnico con l incarico di predisporre una Norma Europea con lo stesso contenuto, ma armonizzata con l Eurocodice 8. La richiesta fu accolta e l approvazione avvenne in tempi insolitamente brevi e nell ottobre del 1993 si insediò a Vienna il Sottocomitato Tecnico TC 167-SC1. Il titolo scelto per la Norma era ed è semplicemente: Anti-seismic devices Questo breve excursus storico sulle Norme attinenti l isolamento sismico può portare a concludere che al presente la situazione è piuttosto fumosa. D altro canto non ci si può attendere molta chiarezza in un settore in così rapida evoluzione. Qui di seguito verranno comunque illustrati alcuni punti certi, ai quali i progettisti potranno fare riferimento. 3.- Riferimenti legislativi in Italia Il Decreto relativo alle costruzioni in zona sismica (Gazzetta Ufficiale ) richiede che tutti i progetti di strutture sismicamente isolate siano approvati da un apposita Commissione del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici. Questo disposto non costituisce certo un incentivo per i progettisti ad adottare l isolamento sismico. A mitigare l impatto negativo del suddetto decreto, la legge N. 127 del (Suppl. G.U. N.113 del ), la cosiddetta Bassanini 2, stabilisce che le Amministrazioni dello Stato devono rispondere entro tempi fissati e che le eventuali risposte negative devono essere motivate nel dettaglio. Per il Ministero dei Lavori Pubblici, e quindi anche per la Commissione incaricata di approvare i progetti di strutture sismicamente isolate, il tempo massimo è fissato in giorni 45, con l estensione -nel caso venissero richiesti degli atti integrativi- di ulteriori 15 giorni dalla data di arrivo degli stessi. Inoltre la legge N. 127 stabiliva che, trascorsi i termini di cui sopra, il provvedimento si intendeva rilasciato, cioè veniva introdotto il principio del silenzio-assenso. Tuttavia una legge successiva, la N. 191 del (Suppl. G.U. N.142 del ), attualmente in vigore, precisa che, in caso di mancata risposta nei termini di legge, è consentito procedere, ma sotto la propria responsabilità. Per facilitare gli interventi di ripristino nelle zone colpite dal sisma nel centro Italia ed in deroga al Decreto relativo alle costruzioni in zona sismica di cui sopra, il Ministero Protezione Civile ha emesso l Ordinanza N. 61 del 1997, convertita successivamente in legge, che stabilisce per le Regioni Marche e Umbria un iter di approvazione così abbreviato: L Ente Principale convoca entro 7 giorni una Conferenza dei Servizi Entro 30 giorni le Conferenza dei Servizi esprime un parere di approvazione o delle osservazioni motivate In mancanza di risposta entro 30 giorni vale il silenzio-assenso 4.- Linee guida per la progettazione, esecuzione e collaudo di strutture isolate dal sisma

54 Queste Linee guida rappresentano al presente l unico riferimento normativo per gli ingegneri italiani che progettano costruzioni in zona sismica. Data la loro natura, esse rappresentano un sussidio derogabile e quindi non sono cogenti, tant è che nella loro Premessa si legge:...è apparso utile fornire un orientamento ai progettisti ed agli operatori del settore mediante le seguenti Linee guida... Tuttavia, oltre a quanto previsto nel citato Decreto del , le stesse Linee guida, sempre nella loro importante Premessa, ricordano (o garbatamente ammoniscono) che: Allo stato attuale è...necessario che i progetti delle costruzioni dotate dei dispositivi sopra indicati (n.r. gli isolatori) siano trasmessi dai competenti organi preposti alla vigilanza sulle costruzioni in zona sismica a questo Consiglio Superiore dei LL.PP. per la preliminare valutazione della idoneità tecnica dei rispettivi sistemi costruttivi.... Si conclude che è quantomeno inopportuno derogare da queste Linee guida emanate dallo stesso Consiglio Superiore dei LL.PP.. Le Linee guida sono un documento ben strutturato e si articolano in 6 capitoli. Il primo è doverosamente dedicato a Definizioni e simboli. Il secondo, Metodi per ridurre la risposta sismica delle strutture,è di tipo descrittivo (cioè non fornisce prescrizioni o requisiti) e in maniera concisa ed efficace illustra lo stato dell arte e precisa che le stesse Linee guida trattano solamente le tecniche di protezione passiva, distinguendole in tre grandi categorie: tecniche di incremento del periodo proprio di oscillazione tecniche di dissipazione di energia tecniche miste Si abbozza anche una classificazione dei sistemi di isolamento sulla base delle metodologie costruttive e si individuano tre tipi: isolatori in materiale elastomerico ed acciaio isolatori elasto-plastici isolatori a scorrimento o a rotolamento In verità questa classificazione è imprecisa, in quanto gli elasto-plastici costituiscono una categoria di dissipatori che può combinarsi sia con gli isolatori in materiale elastomerico (vedi gli isolatori gomma-piombo) che con quelli a scorrimento (vedi isolatori in PTFE con dissipatori isteretici in acciaio). Curiosa la menzione agli isolatori a rotolamento, dei quali non esiste alcuna applicazione e che peraltro non sono contemplati nelle Norme europee sugli appoggi strutturali e quindi di fatto vietati. Circa la classificazione dei sistemi di dissipazione, si legge:...si individuano tre tipi di dissipatori.., (in verità se ne elencano quattro) e precisamente: dissipatori viscoelastici dissipatori elasto-plastici dissipatori ad attrito dissipatori viscosi Tuttavia le Linee guida trattano poi solamente la dissipazione di tipo elasto-plastico. Nel Capitolo 2 viene anche precisato che i ritegni antisismici non rientrano nell ambito di applicazione delle Linee guida, intendendo impropriamente per ritegni antisismici gli accoppiatori idraulici ovvero i trasmettitori di impulso (schock-transmitters). Il terzo capitolo, Isolamento degli edifici, è il più esteso ed articolato (occupa 26 delle 41 pagine delle Linee guida) e si compone di nove sottocapitoli: Requisiti di sicurezza, nel quale vengono definiti lo Stato Limite di Danno (SLD) e lo Stato Limite Ultimo Azione sismica, nel quale vengono definite e quantificate l intensità (in termini di accelerazione massima del terreno a g ), il coefficiente d importanza, il contenuto in frequenza

55 (ovvero lo spettro di risposta elastico), le categorie del sottosuolo ed infine i criteri d impiego degli accelerogrammi Combinazione dell azione sismica con le altre azioni, nel quale si stabiliscono le regole per combinare l azione sismica con i carichi permanenti e le azioni variabili Indicazioni progettuali, nel quale si elencano alcuni criteri di progetto. Importante segnalare che viene richiesta la sostanziale coincidenza tra la proiezione del centro di massa dell edificio sul piano degli isolatori ed il centro di rigidezza degli isolatori stessi Requisiti degli isolatori, che vengono distintamente definiti per l SLD e l SLU Caratteristiche e criteri di accettazione degli isolatori, nel quale per prima cosa si stabilisce che la conformità degli stessi ai requisiti delle Linee guida ricade sotto responsabilità del Produttore e che la stessa...sarà accertata attraverso un Certificato di Conformità del Prodotto rilasciato dal Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei LL.PP... Al Isolatori elasto-plastici, viene ripetuta l imprecisione segnalata più sopra a proposito dei sistemi d isolamento. Si legge infatti :...gli isolatori elasti-plastici non trasmettono, in generale, azioni verticali.... In verità gli isolatori sismici vengono definiti come quei dispositivi che assicurano le seguenti quattro funzioni fondamentali: trasmissione dei carichi verticali flessibilità laterale dissipazione di energia ricentraggio Nelle Linee guida non viene fatta menzione della capacità di ricentraggio dei sistemi d isolamento sismico. Questa funzione è importante non tanto per ridurre il rischio di rilevanti spostamenti residui dopo il sisma, dei quali peraltro si parla nelle Linee guida, quanto per evitare l accumulo progressivo degli spostamenti durante il sisma a causa di accidentali dissimmetrie nel sistema d isolamento (es. piani di scorrimento non perfettamente orizzontali negli isolatori con PTFE). Va poi evidenziato che, sempre al Isolatori elasto-plastici, viene riportata una prescrizione che rende di fatto improponibili questi tipi di dispositivi. Si legge infatti: I dispositivi di isolamento elasto-plastici devono inoltre essere in grado di sopportare, sotto spostamento massimo impresso pari a 1,5 d 2, almeno 10 cicli di carico e scarico. Nessuno degli isolatori attualmente prodotti in Italia ed appartenenti a questa categoria è in grado di superare questa prova. Naturalmente è sempre possibile ridimensionare gli elementi dissipatori per adeguarli a questo requisito, ma ciò produrrebbe i seguenti due effetti negativi: - una riduzione sensibile della loro capacità dissipativa (la componente elastica aumenta percentualmente) - un aumento sostanziale dei costi, tali da renderli non più competitivi Modello strutturale, nel quale vengono forniti i criteri per modellare la struttura ed il sistema isolante Metodi di analisi, nel quale vengono esposte le regole e le condizioni per poter procedere con l analisi dinamica lineare o con quella non-lineare L ultimi sottocapitolo (3.9.-) tratta delle Verifiche. Il quarto capitolo tratta dell Isolamento dei ponti stradali ed è strutturato alla stessa maniera del capitolo terzo. Il paragrafo dedicato all Analisi modale con spettro di risposta è piuttosto succinto e stabilisce solo due condizioni per poter condurre tale tipo di analisi, contro le cinque riportate nell analogo paragrafo della Parte 2: Ponti dell Eurocodice 8. Di queste cinque condizioni solo una è comune ai due documenti (β 10%). Il capitolo quinto, Aspetti costruttivi, manutenzione, sostituibilità, pur occupando una sola pagina, contiene precise ed utili disposizioni per assicurare la durabilità ai dispositivi stessi e per facilitare il compito di chi dovrà in futuro gestire la loro ispezione e manutenzione.

56 Si osserva che importanti prescrizioni, che dovrebbero apparire in questo capitolo, sono viceversa riportate altrove. Ad esempio, nel capitolo 3, al 3.4 si legge: É necessario anche prevedere adeguati sistemi di contrasto, idonei a consentire l eventuale ricentraggio degli isolatori stessi qualora, a seguito del sisma, si abbiano spostamenti residui Gli isolatori vanno protetti dall azione dell incendio... Il sesto ed ultimo capitolo tratta del Collaudo. 5.- Conclusioni Da questa breve trattazione si può evincere che il quadro della normativa italiana ed europea è ben lontano dall aver raggiunto un livello di ragionevole maturità e completezza. Alcune strategie progettuali e diverse categorie di dispositivi risultano per ora scoperte. Si pensi soltanto ai dispositivi idraulici (dissipatori ed accoppiatori), che stanno sempre più incontrando il favore dei progettisti e che al presente non sono contemplati in nessuna Norma italiana, europea o americana. É auspicabile che a questa ed altre carenze pongano rimedio la futura Norma europea sugli Anti-seismic devices e la prossima revisione degli Eurocodici.

57 M. Forni RECENTI APPLICAZIONI E RICERCHE DELLE TECNOLOGIE ANTISISMICHE INNOVATIVE IN ITALIA. 1. Introduzione Fino ai primi anni 90 l Italia è stata all avanguardia nel campo delle applicazioni di tecniche antisismiche innovative, non solo per quel che riguarda i ponti, con oltre 150 applicazioni [1], ma anche per le strutture civili, con 14 importanti realizzazioni per un totale di 15 edifici isolati (Figura 1.1, Tabella 1.1) e 6 dotati di sistemi a dissipazione energetica (Figura 1.2, Tabella 1.2) [2]. Ciò è stato il frutto dell attività di progettisti di strutture, produttori di dispositivi e di ricercatori (universitari e non) particolarmente attivi in questo settore e tutti appartenenti al GLIS. In quegli anni, importanti programmi di ricerca sono stati intrapresi dall ENEA, dall ENEL e dall ISMES; essi hanno portato alla realizzazione delle prime prove dinamiche su isolatori singoli (1989), su modelli di strutture isolate su tavola vibrante (1990) e prove in situ su edifici come il centro Telecom ad Ancona (1990, [3]) e la palazzina di Squillace (1991, [4]). Attività di ricerca erano svolte anche dalle Università di Ancona, L Aquila, Napoli Federico II, Perugia e Roma La Sapienza. Poi si è registrata una stasi di oltre 5 anni durante i quali, nel campo degli edifici civili, è stata effettuata una sola realizzazione (Università della Basilicata, [5]). Ciò è stato principalmente causato della carenza di normativa in materia di isolamento sismico e dalla mancanza di un chiaro iter procedurale relativo alla presentazione della domanda di realizzazione di un edificio isolato. Nel dubbio, proprietari e progettisti hanno preferito evitare rischi di bocciature del progetto ed hanno preferito realizzare strutture convenzionali. In realtà, già dal 1992 erano pronte linee guida di progetto per edifici isolati, preparate dal Servizio Sismico Nazionale con la collaborazione di esperti del GLIS [6], ma non sono mai diventate operative. Negli ultimi anni c è stata una ripresa nelle applicazioni di tecnologie antisismiche innovative grazie soprattutto: - ai positivi risultati forniti da progetti di ricerca sia nazionali che europei (in particolare BRITE 2 [7], ISTECH [8], REEDS [9], MANSIDE [10], HARIS [11], ECOEST2 [12], condotti tutti da membri del GLIS) che hanno dimostrato l efficacia dei dispositivi e dei sistemi di isolamento e dissipazione energetica: - alla ricostruzione delle zone colpite dal terremoto Umbro-marchigiano del 1997, in particolare in Umbria, dove le Amministrazioni Locali e Ricercatori dell ENEA e dell Università di Perugia hanno collaborato con successo per stimolare l applicazione delle nuove tecnologie antisismiche [13, 14]; - alla pubblicazione, avvenuta nel Dicembre del 1998 da parte del Servizio Tecnico Centrale della Presidenza del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, di linee guida di progetto per strutture isolate [15]. Infine, occorre sottolineare gli sforzi continui e proficui del GLIS e di tutti i suoi membri nella divulgazione delle informazione relative alle tecnologie antisismiche innovative e nella promozione della loro applicazione. L'elenco delle applicazioni italiane delle tecnologie antisismiche innovative dal 1981 ad oggi (escluse quelle relative ai ponti) è riportato nelle Tabelle In questo articolo saranno descritte, per quanto a conoscenza dell'autore, le applicazioni recentemente ultimate, oppure attualmente (Aprile 2000) in fase di realizzazione o di progettazione, delle tecniche d'isolamento sismico e dissipazione energetica. Saranno considerate solamente le applicazioni relative a edifici civili, escluse quelle in previste nella Regione dell'umbria, per le quali si rimanda al rif. [13].

58 Figura 1.1: Andamento delle applicazioni dell'isolamento sismico a edifici civili in Italia Figura 1.2: Andamento delle applicazioni della dissipazione energetica a edifici civili in Italia.

59 Tabella 1.2: Applicazioni Italiane dell'isolamento sismico a edifici civili N STRUCTURE Location Year Device N D (mm) 1 New Fire Station Headquarters 2 2 nd Fire Station Building 3 Civic Center at Monte d'ago 4-8 TELECOM Italia Centre of Marche Reg. 9 Apartment house (twin isolated & non-isolated houses) Napoli (Campania) Napoli (Campania) Ancona (Marche) Ancona (Marche) Squillace Marina (Catanzaro, Calabria) 10 Navy building Ancona (Marche) 11 Navy Medical Augusta Centre (Siracusa, Sicily) Apartment houses of the Italian Navy 16 Dept. of Mathematics of University of Basilicata Faculty of Agricolture of Univ. of Basilicata Campo Palma at Augusta (Siracusa, Sicily) Potenza (Basilicata) Potenza (Basilicata) 1981 Mech. dissip. & isolators 1985 Neoprene bear. & Oleod. restr Neoprene bearings High Damping Rubber Bearings Rubber bearings + HDRBs Not Av ailabl e H (mm) HDRBs HDRBs HDRBs HDRBs (square 750 section) (side) 1995 HDRBs (square section) (side) Apartment house Rapolla (Potenza) In HDRBs progress 21 Civic Center Soccavo (NA, In HDRBs N.A. (retrofit) Camp.) progress Emergengy Foligno (PG) Under HDRBs + N.A. - - Management Center (Umbria) design other systems 23 New Hospital Perugia (Umbria) " HDRBs N.A New Hospital Frosinone (Lazio) " HDRBs N.A Apartment houses Città di Castello (PG) " HDRBs N.A

60 Tabella 1.2: Applicazioni Italiane di dispositivi a dissipazione energetica a edifici civili N STRUCTURE Location Year Device N D (mm) 1 Hospital Siena (Tuscany) 1988 Friction N.A. - - dissip. 2 San Giovanni Avellino 1990 Oleodynamic Battista in Carife (retrofit) (Campania) restraints 3 CNR Laboratory Frascati (Lazio) 1990 Mech. Dissip. N.A New ENEL Headquarters Napoli (Campania) Mech. Dissip. & Oleod. rest. 142 N.A Sport Hall Rimini Complete Oleod.restrain N.A. - - (Romagna) d ts 6 Faculty of Brescia Complete Oleod.restrain N.A Engineering La Vista & Domiziano schools (retrofits) 9 San Francesco Basilica Superiore (retrofit) (Lombardia) Potenza (Basilicata) Assisi (PG) (Umbria) d ts 1999 Dissipative braces 1999 SMA devices + oleod. restraints 32 & 192 H (mm) - - N.A Bell tower (retrofit) Trignano (RE) 1999 SMA devices Gentile Fermi school (retrofit) Fabriano (AN) (Marche) In progress Viscoelastic dampers N.A. - - Tabella 1.3: Applicazioni Italiane di dispositivi antisismici innovativi a impianti industriali N STRUCTURE Location Year Device N D (mm) 1-2 FIAT industrial buildings 3 4 Airport Hangars 5 Turbine & Thermal Power Cycle Bldgs. 6 Large Water Supply Pipe 7 Gas Insulated Electric Substations Melfi (PZ) & Prato La Serra (CB) Bologna (Emilia) & Torino (Piemonte) Montalto Power Station (Lazio) San Giacomo 1993 Oleodynamic restraints Complete d Oleodynamic restraints Complete d Oleodynamic restraints Complete Oleodynamic (Abruzzo) d restraints ENEL Plants Designed HDRB / RBRL / Wire rope 173 N.A. N.A N.A H (mm) N.A. - - N.A Tabella 1.4: Applicazioni Italiane di isolamento sismico a manufatti o singoli componenti

61 N STRUCTURE Location Year Device N D (mm) 1 Brozes of Riace Museum of Reggio Calabria 2 Bronze Statue Museum of Perugia 1995 Multistage HDRB 1998 Multistage HDRB H (mm) 3x N.A. N.A. N.A. 2. Isolamento sismico. La Figura 2.1, disponibile e continuamente aggiornata sul sito Internet del GLIS, riporta la distribuzione degli edifici italiani dotati di isolamento sismico (Tabella 1.1, Figura 1.1), incluse le applicazioni attualmente in corso che saranno descritte nei prossimi paragrafi. 2.1 Gli edifici gemelli di Rapolla (Potenza) Sono in fase di realizzazione, nel comune di Rapolla a cura dell'azienda Territoriale per l'edilizia Residenziale (ATER) di Potenza, un edificio con struttura portante in cemento armato tradizionale (edificio B) ed uno isolato alla base (edificio A, Figura 2.2), progettati dal Prof. F. Braga con la collaborazione dell' Ing. Ester Giaracuni e dell'ing. Michelangelo Laterza. I due edifici sono perfettamente identici nella struttura in elevazione. Sono situati in zona sismica di prima categoria (coefficiente di sismicità S = 12) e destinati ad uso abitativo. Si tratta della seconda realizzazione italiana di edifici 'gemelli' dopo le palazzine di Squillace [4]. L edificio tipo, costituito da tre impalcati più la copertura, possiede una pianta di forma rettangolare con andamento regolare lungo l'elevazione; l altezza di interpiano è costante e vale 3.05 m. Il corpo scala, collocato in posizione centrale, ha una struttura costituita da travi a ginocchio con gradini a sbalzo. In particolare, per l edificio isolato, si riportano di seguito le caratteristiche del sistema di isolamento. Si sono considerati appoggi aventi portata verticale da 1500 kn e progettati per uno spostamento pari a 180mm, le cui rigidezze di progetto sono riportate nella Tabella 2.1. I 28 isolatori elastomerici, le cui dimensioni sono riportate in Tabella 2.2, sono stati realizzati dalla T.I.S. di Roma. Una volta terminato, l'edifico A sarà sottoposto ad una vasta ed interessante campagna sperimentale comprendente anche prove di rilascio. Tali prove, effettuate per la prima volta in Italia su uno degli edifici della Telecom di Ancona [3], consistono nell'applicazione di uno spostamento alla base dell'edificio, con lo scopo di studiare le oscillazioni libere seguenti all'istantaneo rilascio dell'edificio.

62 Figura 2.1: Distribuzione degli edifici dotati di isolamento sismico in Italia Inoltre, gli isolatori sono dotati, a scopo di ricerca sperimentale, di un dispositivo che permette il loro bloccaggio (Figura 2.3). In questo caso entra in funzione un secondo sistema antisismico composto da dispositivi a slittamento e dissipatori d'energia realizzati in leghe d'acciaio a memoria di forma (SMA). Tale sistema sarà a sua volta provato sperimentalmente. Una volta conclusa la campagna sperimentale, i dissipatori SMA saranno tolti, gli isolatori in gomma sbloccati e l'edificio resterà definitivamente isolato alla base.

63 TIPO (CAR.VERT.) MAX TIPO (CAR.VERT.) MIN Tabella Rigidezze degli isolatori. RIGID.ORIZZONTALE RIGID.VERTICALE MINIMA kn kn kn/m kn/m Tabella Dimensioni degli isolatori. Isol. Dg Ds Tg Ng Hg Ts Te Tc H Tipo Legenda: Dg = diametro degli strati di gomma (mm) Ds = diametro degli strati di acciaio (mm) Tg = spessore del singolo strato di gomma (mm) Ng = numero strati di gomma Hg = altezza totale di gomma (mm) Ts = spessore delle lamine di acciaio (mm) Te = spessore delle piastre di acciaio di estremità (mm) Tc = spessore delle contropiastre (mm) H = altezza totale dell'isolatore escluse le contropiastre (mm) Figura 2.2: Fondazione dell edificio isolato e prospetto laterale dell edificio tradizionale Figura 2.3: Isolatore elastomerico bloccato accoppiato con il dispositivo a scorrimento.

64 2.2 Il Centro Polifunzionale 'Rione Traiano' di Soccavo, Napoli. Nello scorso numero di GLISnews è già stato pubblicato un articolo che descrive questo importante intervento di retrofit [16]. Da allora, il lavoro di progettazione è proseguito ed è ormai giunto nella fase finale. L'attrezzatura e la relativa procedura per il taglio di 314 pilastri, e la contemporanea installazione degli isolatori sismici, è già stata definita. Oltre ai pilastri, dovranno essere tagliate anche larghe porzioni di muri portanti. Gli isolatori, il cui diametro varia da 300 a 400 mm, sono stati progettati sulla base dei risultati di analisi numeriche condotte su di un modello tridimensionale dell'intero edificio e saranno realizzati dall'alga di Milano con una mescola medio-rigida di gomma naturale. Il numero totale di isolatori necessari a completare l'intervento, arriva a quasi 500, facendo del Centro Polifunzionale di Soccavo il più grande edificio isolato in Italia ed uno dei maggiori al mondo. Il lavori dovrebbero iniziare entro i prossimi mesi. 2.3 Il nuovo ospedale di Frosinone. Anche per questa importante realizzazione sono già state fornite alcune note informative sullo scorso numero di GLISnews [17]. Il nuovo ospedale di Frosinone sarà composto da 3 edifici contigui di 8 piani (3650 m 2 ciascuno) realizzati in c.a. L'ospedale, che sorge in un sito a media sismicità (2 categoria, S=9), ha come requisito di progetto la completa funzionalità e operatività fino a sismi caratterizzati da un periodo di ritorno di 300 anni. Attualmente il progetto definitivo, comprendente l'isolamento alla base, è stato ultimato e presentato per l'approvazione. 3. Dissipazione energetica. 3.1 Scuole 'La Vista' e 'Domiziano Viola', Potenza L 'adeguamento sismico di questi 3 edifici (la scuola Domiziano Viola è composta da due corpi distinti) è stato ottenuto mediante l'inserimento di controventi realizzati con normali aste in acciaio collegate alla struttura mediante coprigiunti che incorporano la funzione dissipativa (Figura 3.1). L'energia viene dissipata attraverso la plasticizzazione di un acciaio dolce (S235JO) sottoposto a deformazioni di 1-2 mm, con relative forze di reazione variabili fra 58 e 262 kn (Figure ). I cicli di isteresi (Figura 3.3) risultano stabili ed evidenziano l'elevata efficacia di questo tipo di dispositivi. La soglia di plasticizzazione è stata scelta in modo tale da limitare gli sforzi trasmessi dai controventi al calcestruzzo, facendolo restare in campo elastico fino alla completa plasticizzazione dei coprigiunti. Le corrispondenti deformazioni di interpiano della struttura, che è piuttosto rigida, sono dell'ordine di 3-6 mm. Gli oltre 200 dispositivi, coperti da brevetto (Dolce- Marnetto), sono stati forniti dalla T.I.S. S.p.A. e testati presso il Dipartimento di Strutture dell'università della Basilicata. 3.2 Scuola 'Gentile Fermi', Fabriano La scuola media Gentile Fermi di Fabriano è un edificio costruito negli anni 50 con struttura in c.a. e rappresenta uno dei pochi espressivi esempi d architettura razionalista a Fabriano. Nel terremoto Umbro-marchigiano del 1997 ha subito seri danni sia alle strutture sia al portato, come già riferito nel numero di GLISnews [18]. L'Amministrazione Comunale ha deciso di impostare un progetto di recupero e d adeguamento sismico, che è in fase di realizzazione e prevede l'utilizzo di dissipatori energetici viscoelastici del tipo di quelli sviluppati dalla TARRC nell'ambito del progetto REEDS (Figura 3.6, [7]). Tali dispositivi, progettati congiuntamente dalla TARRC e dalla FIP-Industriale, sono formati da un singolo strato di gomma naturale ad elevato smorzamento direttamente vulcanizzata su due piastre d'acciaio. L'inserimento nella struttura avviene attraverso comuni controventi rigidi (a forma di 'Λ') che trasmettono ai dispositivi le deformazioni di interpiano. Nell'edificio saranno installate 26 coppie di dispositivi, disposti in posizione verticale per evitare la trasmissione di momenti flettenti al telaio.

65 Figura 3.1: Controventi utilizzati per l'adeguamento sismico delle scuole Domiziano Viola e La Vista di Potenza - Dettaglio dell'elemento dissipativo in acciaio S235JO Forza (kn) ,00-1,50-1,00-0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 Spostamento (mm) Figura 3.2: Prove sui controventi dissipativi effettuate dal Dipartimento di Strutture dell'università della Basilicata. Figura 3.3: Diagramma forza-spostamento durante la prova ciclica per duttilità maggiore di 20 di una coppia di coprigiunti. Figura 3.4: Modello agli elementi finiti e deformata dei coprigiunti dissipativi. Figura 3.5: Coprigiunto doppio al termine della prova ciclica.

66 mm Figura 3.6: Dispositivo viscoelastico (e corrispondente ciclo d'isteresi) sviluppato nell'ambito del progetto REEDS e sperimentato su di un edificio in c.a. in scala reale (prove pseudo-dinamiche eseguite dall'elsa) e su di un telaio metallico in scala ridotta (prove su tavola vibrante eseguite dall'enea) [7]. Tale dispositivo è simile a quelli utilizzati per l'adeguamento sismico della scuola Gentile Fermi di Fabriano danneggiata dal terremoto Umbro-marchigiano del RINGRAZIAMENTI La preparazione di questo articolo è stata resa possibile dalla collaborazione dei progettisti delle strutture e dei dispositivi citati, cui vanno i ringraziamenti dell'autore. In particolare, hanno cooperato attivamente: Prof. R. Antonucci, Facoltà di Ingegneria dell'università di Ancona ( 3.2). Prof. M. Dolce, Dipartimento di Strutture dell' Università della Basilicata ( 3.1). Ing. A. Dusi, ALGA S.p.A ( 2.2). Ing. R. Marnetto, T.I.S. S.p.A ( 2.1, 3.1). Ing. T. Sanò, ANPA ( 2.3). BIBLIOGRAFIA [1] A. Parducci, Application of seismic isolation and passive energy dissipation to Italian bridges, Proceedings of the International Post SMiRT Conference Seminar on Isolation, Energy Dissipation and Control of Vibration of Structures, Capri, Italy, GLIS Ed., 1993, pp [2] F. M. Mazzolani, G. Serino, Most recent developments and applications of seismic isolation of civil buildings in Italy, Proceedings of the International Post SMiRT Conference Seminar on Isolation, Energy Dissipation and Control of Vibration of Structures, Capri, Italy, GLIS Ed., 1993, pp [3] M. Forni, A. Martelli et al., Most recent results of R&D studies in progress in Italy on seismic isolation, Proceedings of the Post SMiRT Conference Seminar on Seismic Isolation of Nuclear and Non-nuclear Structures, Tokyo, Japan, Shimizu Corp. Ed., [4] M. Forni, F. Vestroni et al., Analysis of in-situ forced vivration tests of twin isolated and nonisolated Buildings, Proceedings of the 1993 ASME-PVP Conference, Denver, Colorado, USA.

67 [5] F. Braga, M. Dolce, The isolated buildings of the University of Basilicata Potenza - Italy, Proceedings of the International Post SMiRT Conference Seminar on Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control of Seismic Vibration of Structures, Taormina, Italy, GLIS Ed., 1997, pp [6] M. Dolce, Design guidelines for isolated buildings in Italy, Proceedings of the International Post SMiRT Conference Seminar on Isolation, Energy Dissipation and Control of Vibration of Structures, Capri, Italy, GLIS Ed., 1993, pp [7] K.N.G. Fuller, M. Forni et al., Optimization of high damping rubber bearings and development of rolling-ball rubber-layer systems for base isolation, Proceedings of the International Post SMiRT Conference Seminar on Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control of Seismic Vibration of Structures, Taormina, Italy, GLIS Ed., 1997, pp [8] M.G. Castellano, M. Indirli, A. Martelli, J.J. Azevedo, G.E. Sincraian, D. Tirelli, V. Renda, G. Croci, M. Biritognolo, A. Bonci, and A. Viskovic, "Seismic Protection of Cultural Heritage Using Shape Memory Alloy Devices An EC Funded Project (ISTECH), Proceedings of the International Post-SMiRT Conference Seminar, Cheju, Korea, August 23 to 25, [9] Fuller, K.N.G., Ahmadi, H.R., Muhr, A.H., Bettinali, F., Dusi, A., Forni, M. et al., 1999, Optimisation of Visco-elastic, Elato-plastic and Viscous Dampers, Shock Transmitters and Rolling-Ball Systems in the framework of the EC-funded REEDS Project", Proceedings, International Post-SMiRT Conference Seminar on Seismic Isolation, Passive Energy, Dissipation and Active Control of Vibrations of Structures, Cheju, Korea, August 23-25, 1999 [10] M. Nicoletti, F. Braga, M. Dolce et al., Memory alloys for new seismic isolation and energy dissipation devices First achievement of the MANSIDE Project, Proceedings of the International Post SMiRT Conference Seminar on Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control of Seismic Vibration of Structures, Taormina, Italy, GLIS Ed., 1997, pp [11] A. Dorfmann, M. G. Castellano, K. Bergamaister, Effects of steel reinforcing plate inclination on elastomering isolation bearing systems, Proceedings of the International Post SMiRT Conference Seminar on Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control of Seismic Vibration of Structures, Taormina, Italy, GLIS Ed., 1997, pp [12] F. Braga, E. Coelho, M. Dolce, F.C. Ponzo, "Comportamento sperimentale di strutture in calcestruzzo armato rafforzate con controventi dissipativi". Atti del 9 Convegno Nazionale ANIDIS, L'Ingegneria Sismica in Italia, Torino, [13] A. Parducci, "Problemi progettuali per l'impiego dell'isolamento sismico nelle costruzioni civili", GLISnews [14] G. B. Arato, A. Martelli, "Protocolli d Intesa fra ENEA e Regioni per Applicazioni Pilota delle Tecnologie Antisismiche Innovative", GLISnews [15] Presidenza del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici - Servizio Tecnico Centrale, "Linee Guida per Progettazione, Esecuzione e Collaudo di Strutture Isolate dal Sisma", Roma, [16] R. Sparacio, F, Cavuoto, "L adeguamento sismico mediante isolamento alla base del Centro Polifunzionale di Soccavo -Napoli", GLISnews [17] T. Sanò, G. Di Pasquale, "Il nuovo ospedale di Frosinone dotato di isolamento alla base", GLISnews [18] R. Antonucci, " Adeguamento sismico della scuola media Gentile Fermi di Fabriano (AN) mediante l'uso di dissipatori d'energia viscoelastici", GLISnews

68 M.Gabriella Castellano ISOLAMENTO SISMICO DEL BANGABANDHU BRIDGE (BANGLADESH) Il Bangabandhu Bridge è il primo ed unico ponte sul fiume Jamuna in Bangladesh, inaugurato nel L infrastruttura si trova a circa 120 km a nord della capitale Dhaka, e a circa 30 km da una faglia attiva, ed è costituita nel suo elemento principale da un viadotto lungo circa 5 km. Il ponte è sismicamente protetto mediante dispositivi dissipativi di tipo isteretico, studiati in modo da limitare a 425 t per pila le azioni orizzontali in caso di sisma (con accelerazione massima pari a 0.47 g). Il sistema di isolamento comprende anche apparecchi d appoggio multidirezionali, shock transmitters installati in alcuni dei dispositivi dissipativi, nonché alcuni particolari parabordi di gomma espansa, tutti realizzati dalla FIP Industriale. La scelta di isolare sismicamente il ponte è stata effettuata essenzialmente con l obiettivo di ridurre i carichi sismici sulle fondazioni, e quindi ridurne i costi. Il fiume Jamuna divide il Bangladesh secondo un asse Nord-Sud prima di confluire nel Gange, ed impedisce, a causa della larghezza dell alveo che in alcuni casi arriva a 40 Km, il veloce collegamento e scambio delle merci tra le due aree Est ed Ovest del Paese. Numerosi studi sulla fattibilità tecnico-economica di un ponte sul Jamuna si sono succeduti sin dal 1964, e solo le tecnologie più moderne hanno permesso la costruzione di un ponte multiuso (per autostrada, ferrovia, elettrodotto, gasdotto). L infrastruttura si trova a circa 120 km a nord della capitale Dhaka, ed è costituita nel suo elemento principale da un viadotto lungo circa 4.9 km, ad andamento planimetrico curvilineo a raggio costante molto ampio. Lo schema statico è quello di ponte continuo a moduli consecutivi di 6 o 7 campate di luce pari a m, uniti mediante selle tipo Gerber. La struttura è a cassone a sezione variabile (larghezza pari a 18.5 m, altezza variabile da 2.75 a 5.5 m) ottenuta mediante il collegamento in opera di conci prefabbricati in CAP. I progettisti richiedevano un sistema di isolamento capace di: 1. garantire uno schema statico classico di funzionamento a servizio, provvedendo dei punti fissi per le azioni orizzontali (trasversali e longitudinali) e dei dispositivi di guida per consentire i movimenti longitudinali dell impalcato rispetto alle pile; 2. garantire un adeguata capacità dissipativa mediante una serie di dissipatori multidirezionali, tali da trasmettere a ciascuna pila una forza orizzontale inferiore a 4250 kn, e limitare allo stesso tempo lo spostamento relativo tra pila ed impalcato entro ± 200 mm, durante il terremoto di progetto con PGA=0.47 g. Questo duplice obbiettivo è stato raggiunto dalla FIP Industriale mediante la combinazione di dispositivi dissipatori di due diversi tipi, che hanno la funzione di controllare i carichi orizzontali, e di dispositivi di appoggio multidirezionali del tipo a vaso (VASOFLON ), che hanno la funzione di trasmettere i carichi verticali (fino a kn ciascuno) e permettere gli spostamenti orizzontali in tutte le direzioni. In Fig. 1 sono mostrati gli schemi di vincolo di una tipica trave, in condizioni di servizio (A) e in condizioni sismiche (B). Nel punto fisso in condizioni di servizio (pila 38 in Fig.1), è installato un dispositivo dissipatore del tipo MEP, costituito da 42 elementi dissipatori a doppio fuso in acciaio speciale (Fig. 2). Nei punti mobili, ci sono invece dispositivi dissipatori del tipo MEPOT (Fig. 3), che consentono gli spostamenti longitudinali dell impalcato dovuti a dilatazioni termiche, ritiro, creep, ecc., grazie alla presenza di dispositivi di vincolo dinamico o Shock Transmission Units (OT ) montati in serie con gli elementi dissipativi. La differenza di comportamento tra i due tipi di dispositivi, dovuta alla presenza di Shock Transmission Units nei dispositivi installati in corrispondenza dei punti mobili, scompare nel caso di un terremoto, quando il dispositivo di vincolo dinamico si blocca a causa dell elevata velocità delle azioni sismiche, trasmettendo le forze orizzontali agli elementi dissipativi, che si plasticizzano dissipando gran parte dell energia trasmessa dal moto del terreno alla struttura. In tal modo le forze orizzontali trasmesse alle pile vengono limitate, e si evita il danneggiamento delle pile stesse.

69 Fig. 1: Schema di vincolo di una tipica trave del Bangabandhu Bridge, in condizioni di servizio (A) e in condizioni sismiche (B). Le caratteristiche prestazionali degli elementi a fuso, richieste dal capitolato e verificate mediante prove di laboratorio, sono: n 15 cicli isteretici completi a ± 200 mm con carico massimo di 4200 kn (prove cicliche a spostamento imposto); spostamento a rottura superiore a 250 mm, al 16 ciclo (prova monotona a spostamento imposto, fino a rottura). Anche tutti gli altri dispositivi strutturali forniti (Shock Transmission Units, appoggi, ecc.) sono stati sottoposti a prove di collaudo. Sulle selle Gerber sono stati installati appoggi a vaso del tipo VASOFLON unidirezionali e multidirezionali nonché alcuni particolari parabordi di gomma espansa a rigidezza stabilita, atti ad evitare l eventuale martellamento e quindi il danneggiamento delle sezioni verticali delle selle. E interessante notare che il costo del sistema d isolamento sismico è stato inferiore allo 0.4 % del costo totale del ponte. Per di più, l adozione dell isolamento sismico ha consentito significativi risparmi nel costo strutturale, soprattutto per quanto riguarda le fondazioni.

70 Fig. 2: Un elemento dissipatore a doppio fuso durante una prova preliminare presso il laboratorio della FIP Industriale (prova con spostamento imposto pari a 350 mm). Fig. 3: Il dispositivo MEPOT 350/200.

71 G. F. Panza LA MEDAGLIA 'BENO GUTENBERG' La medaglia Beno Gutenberg è stata istituita dall'european Geophysical Society per ricordare le conquiste scientifiche di Beno Gutenberg, quali la scoperta del Nucleo terrestre, la definizione della magnitudo di un terremoto (insieme a Richter), l'individuazione del canale astenosferico che contribuisce alla deriva dei continenti, l'identificazione delle proprietà frattali della sismicità. Tale onoreficenza è assegnata, su scala mondiale, in riconoscimento di contributi eccezionali in Sismologia. Il lavoro fondamentale di Beno Gutenberg ha ispirato e guidato una gran parte degli sviluppi della sismologia moderna, sia da un punto di vista sperimentale che teorico. Giuliano Francesco Panza, ordinario di Sismologia presso la Facoltà di Scienze del nostro Ateneo, membro dell'accademia Nazionale dei Lincei, dell'accademia Europea e della Third World Academy of Sciences, ha dato eccezionali contributi allo studio del canale a bassa velocità presente nell'astenosfera, alla determinazione accurata della magnitudo, misurata delle onde di superficie, ed ha proposto l'uso a scala variabile della legge frattale di Gutenberg e Richter. Allo scopo di raggiungere una determinazione, il più accurata possibile dal punto di vista statistico, della pericolosità sismica, G. F. Panza, in collaborazione con scienziati dell'international Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical Geophysics dell'accademia delle Scienze Russa di Mosca, ha dimostrato che una singola legge di Gutenberg e Richter non è applicabile globalmente, mentre un modello di sismicità a scala variabile è in grado di riprodurre le osservazioni e di conciliare due paradigmi solo apparentemente in conflitto: il meccanismo della Self-Organized Criticality ed il concetto di Characteristic Earthquake. Tale risultato ha notevoli implicazioni nello sviluppo della previsione a medio termine dei terremoti, attività svolta, per la regione italiana, da Giuliano Panza sempre in collaborazione con scienziati dell'international Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical Geophysics di Mosca. Col Gruppo di Sismologia del Dipartimento di Scienze della Terra del nostro Ateneo, ha messo a punto uno strumento teorico-numerico molto efficace per la costruzione di modelli in Sismologia, il calcolo di sismogrammi sintetici completi, ovvero la simulazione realistica del moto del suolo, dovuto al passaggio delle onde sismiche. Con tale strumento ha fornito una solida base teorica per la curva di calibrazione utilizzata nella misura della magnitudo usando onde superficiali, determinata in modo empirico da Gutenberg negli anni quaranta. Successivamente, nell'ambito del Progetto Realistic Modelling of Seismic Input for Megacities and Large Urban Areas, promosso da UNESCO-IUGS-IGCP, ha messo a disposizione della comunità scientifica internazionale la metodologia per la simulazione del moto del suolo che tiene in conto dell'intero fenomeno, dalla sorgente sismica fino al costruito. Tale metodologia è attulamente in fase di avanzata applicazione per la definizione deterministica della pericolosità sismica in numerosi grandi centri urbani distribuiti su tutto il globo. Nell'ambito di un vasta collaborazione internazionale, G. F. Panza ha formulato un modello alquanto rivoluzionario per il sistema litosfera-astenosfera dell'area Europea. Tale modello prevede l'esistenza di radici litosferiche situate al di sotto della maggior parte delle catene montuose che interrompono il canale astenosferico a bassa velocità identificato per la prima volta da Beno Gutenberg nel Il modello proposto da G. F. Panza per la prima volta nel 1980 e sottoposto a successivi raffinamenti e verifiche, ha stimolato una notevole quantità di progetti di ricerca internazionali, i quali hanno confermato le caratteristiche principali del modello originario, per il quale, nel 1990, ha ricevuto il Premio Linceo dell'accademia Nazionale dei Lincei. Attualmente la subduzione di litosfera continentale nella collisione tra continenti è generalmente accettata nelle Scienze della Terra, anche se contraddice uno dei dogmi fondamentali della formulazione iniziale della tettonica a zolle, secondo il quale solo la litosfera di tipo oceanico può essere subdotta. Il modello proposto da G. F. Panza per la zona Alpina ed Appenninica costituisce un riferimento nuovo ed unificante per l'interpretazione del magmatismo Quaternario, generalmente accettato da petrologi e geochimici.

72 M. Forni IMMAGINI DEL TERREMOTO DELLA CALABRIA DEL 1783 Oggi bastano pochi click, eseguiti rapidamente col mouse del nostro computer, comodamente seduti in ufficio, in aeroporto o in treno, per navigare tranquillamente nello sconfinato mare di immagini che le Rete ci offre. Il sismologo e l ingegnere interessati ad esaminare i danni provocati da terremoti in regioni lontane, non hanno che da scegliere fra decine di link per avere a disposizione, in tempo praticamente reale, accelerogrammi, mappe e immagini di strutture danneggiate. A pochi giorni dal disastro, possono così iniziare dibattiti, seminari e tavole rotonde in tutto il mondo, aiutando gli esperti a studiare, confrontare, esaminare e correlare dati, e quindi a capire sempre meglio il terremoto. Ma come avveniva in passato la raccolta di queste preziose informazioni? Un interessante esempio ci viene fornito dall Istoria dè Fenomeni del Tremoto avvenuto nelle Calabrie, e nel Valdemone nell anno 1783 posta in luce dalla Reale Accademia delle Scienze, e delle Belle Lettere di Napoli, e dall Atlante iconografico ad essa allegato. L Istoria fu pubblicata a Napoli nel 1784 quando la crisi sismica, iniziata il 5 Febbraio 1783, non era ancora del tutto terminata (perfino oggi, in un caso simile, potremmo usare l espressione a tempo di record ), a cura dell Impressore Giuseppe Campo. L Atlante consiste in una raccolta di 69 tavole eseguite dagli architetti Pompeo Schiantarelli ed Ignazio Stile durante la spedizione organizzata dall Accademia e guidata da Michele Sarconi (redattore dell Istoria) che, partita da Napoli il 5 Aprile 1783 (a soli due mesi dalla prima catastrofica scossa), si concluse a Messina, nel mese di Settembre dello stesso anno. Si tratta della prima ricognizione ufficiale post-terremoto organizzata da un istituto scientifico in Italia. Le tavole riportate in questo articolo, sono state tratte da una ristampa dell Atlante [1]. La crisi sismica conosciuta come Terremoto della Calabria del 1783 durò quasi 3 anni e fu caratterizzata da 5 scosse catastrofiche dell XI grado della scala Mercalli (5, 6 e 7 Febbraio, 1 e 28 Marzo 1783) e da varie centinaia di scosse minori (alcune delle quali del IX grado, come quella del 26 Aprile 1783) [2]. Le scosse interessarono l intera Calabria meridionale e, in parte, la Sicilia orientale (Messina). Fu senza dubbio uno dei terremoti più catastrofici che abbiano mai colpito il nostro Paese: centinaia furono i paesi completamente distrutti; i morti per cause dirette furono quasi (6,7% della popolazione), ai quali se ne dovettero aggiungere altri per malattie e stenti negli anni successivi. Il territorio subì drammatici cambiamenti morfologici e idro-geologici (es. Tav. XLV): frane, smottamenti e crolli cambiarono la geografia della regione, il corso dei fiumi e la morfologia delle coste, e nacquero oltre duecento nuovi laghi, alcuni dei quali di notevoli dimensioni (una descrizione dettagliata del terremoto e dei suoi effetti esula dagli scopi di questo breve articolo; maggiori informazioni possono essere trovate nel Catalogo [2] e in molti libri di fine Ottocento, come ad esempio nei riferimenti [3-6], appartenenti alla collezione privata dell autore). Fu in questo clima di morte e distruzione che Schiantarelli e Stile eseguirono il loro lavoro. La drammaticità dell evento traspare da ogni tavola, anche se a volte, un osservatore distratto, potrebbe pensare di trovarsi di fronte a idilliaci paesaggi settecenteschi. Ciò rende l esame dell Atlante un esperienza, a suo modo, unica (occorre purtroppo dire che la forte riduzione in dimensioni e numero delle tavole, necessaria per rispettare gli spazi di questo articolo, fanno perdere molto del fascino originale dell' Atlante). Dal punto di vista più strettamente tecnico, occorre ricordare che le tavole in esso riportate hanno costituito, per decenni, materiale di studio e didattico per intere scuole di sismologi. Esse si trovano spesso pubblicate in testi posteriori anche di 100 anni (es. Tavv. XX, XXI, XXX e molte altre), spesso senza che ne sia riconosciuta la paternità (come ad esempio in [4, 6]). Famosa è la Tav. XXI, relativa al Claustro della Certosa di San Bruno, dove la rotazione dei blocchi delle due gugliette terminali della facciata della chiesa è stata spesso citata a dimostrazione dell esistenza dè moti vorticosi del tremuoto [4]. Anche la copertina del Catalogo [2] riporta un particolare della famosa veduta di Monteleone (Vibo Valentia) in cui appare lo stesso Schiantarelli all opera, tratto dalla serie acquerellata dell' Atlante realizzata da Pietro

73 Fabris (Tav. V). Nel suo trattato sul terremoto Calabro-Messinese del 1908 [6], il Baratta fa continui riferimenti al sisma del 1783 per effettuare confronti e valutazioni, ma le numerose immagini dello Schiantarelli e dello Stile riportate nel testo, tristemente simili alle fotografie del 1908 (Figure 1 2), vengono definite semplicemente Tavole dell epoca, quasi che i due architetti Napoletani fossero stati anch essi semplici macchine fotografiche. Oltre al dolore e al senso di rovina, le Tavole dell Atlante ci mostrano anche la grande voglia di ricominciare di quelle popolazioni: a pochi mesi dal sisma, il paese di Polistina è già in fase di ricostruzione (Tav. XXVIII) in una posizione geologicamente più sicura, secondo un preciso schema urbano e con costruzioni in legno realizzate secondo una prescritta tecnologia antisismica descritta da Vivenzio pochi anni dopo [7]. Purtroppo Polistina resterà un'eccezione che conferma la regola dei ritardi e delle inefficienze nella ricostruzione, in questo caso dovuti soprattutto all'arretratezza e alla miseria della vita sociale ed economica della Calabria dell'epoca, soggetta ad un regime ancora di tipo feudale in più dell'80% del territorio. Infine, vale la pena di ricordare il lavoro svolto da Padre Eliseo della Concezione, il cartografo della spedizione che, con l'ausilio di una 'macchina equatoriale' dal lui stesso concepita (rappresentata dallo Schiantarelli in un fatigatissimo disegno allegato all' Atlante) elabora la prima carta geografica della Calabria Ulteriore realizzata su basi astronomiche. Fu lo stesso presidente della Reale Accademia a volere che nella spedizione fatta a fine di esplorare i fenomeni dè tremuoti, si desse opera a formare una carta topografica della desolata Calabria, perchè in un colpo d'occhio potesse vedersene il soqquadro in cui fu posta. La nuova carta, non solo corregge gli errori di latitudine e longitudine presenti nelle vecchie mappe, ma riporta anche la distribuzione dei danni del terremoto classificando quasi 200 centri abitati in 'in parte lesionati', 'in parte distrutti ed in parte resi inabitabili' e 'interamente distrutti'. Essa costituisce il primo esempio di carta sismica in Italia ed ha fornito un contributo importantissimo allo studio della crisi sismica del La prima edizione della carta [8], in formato 1416 x 1144 mm, venne data alla stampa nel mese di Settembre del 1783, a soli quattro mesi dall'inizio della spedizione. Quelle terre di Calabria e Sicilia, che già 90 anni prima avevano subito un terremoto catastrofico che aveva causato oltre 50,000 vittime [2], furono nuovamente sconvolte 125 anni più tardi dalla catastrofe Calabro-Messinese, che pretese un tributo ancora maggiore (oltre 60,000 vittime). Le già citate fotografie del trattato del Baratta [6], se osservate dopo l esame dell Atlante, danno un inquietante sensazione di deja vu. (confronta Fig. 1 con Tav. LVIII e Fig2. con Tav. LXIV). Evidentemente, la Storia ci sta insegnando qualcosa. O almeno ci sta provando. BIBLIOGRAFIA [1] M. Sarconi, Istoria dè Fenomeni del Tremoto avvenuto nelle Calabrie, e nel Valdemone nell anno 1783 posta in luce dalla Reale Accademia delle Scienze, e delle Belle Lettere di Napoli, Atlante Iconografico, in Napoli 1784, presso Giuseppe Campo Impressore, ristampa in fac-simile, Mario Giuditta Editore, Roma-Catanzaro 1987, Introduzione di Emilia Zinzi. [2] Istituto Nazionale di Geofisica, Catalogo dei forti terremoti in Italia dal 461 a.c. al 1980, SGA Editore, Bologna, 1995 [3] L. Gatta, L Italia sua formazione, suoi vulcani e terremoti, Hoepli Editore, Milano, [4] G. Negri, A. Stoppani, G. Mercalli, Geologia d Italia Parte Terza: Vulcani e Fenomeni Vulcanici, Francesco Vallardi Editore, Milano, [5] S. Meunier, La terre qui tremble, Paul Brodard Imprimerie, Paris, [6] M. Baratta, La catastrofe sismica Calabro-Messinese (28 Dicembre 1908), SGI, Roma, [7] G. Vivenzio, Istoria dè tremuoti avvenuti nella provincia di Calabria Ulteriore, e nella città di Messina nell anno 1783, e di quanto nelle Calabrie fu fatto per il suo risorgimento fino al Preceduta da una teoria, ed istoria generale dè tremuoti, Napoli, [8] Padre Eliseo della Concezione, Teresiano Accademico Pensionario della Reale Accademia delle Scienze e delle Belle Lettere, Carta Corografica della Calabria Ulteriore, Acquaforte, 1416 x 1144, Napoli, 1783.

74 Tav. V. Monteleone (particolare)

75 Tav. XX. Fenditure di terreno nel distretto di Jerocarne Tav. XXI. Claustro della Certosa di San Bruno

76 Tav. XXVIII. Polistina nascente Tav. XLV. Porzione del lago formato in Cumi. Monti nuovi di creta. Rivolgimento di terreni

77 Tav. LVIII. Messina, Palazzo Reale Figura 1. Il Palazzo Reale di Messina dopo il sisma del 1908 [6]

78 Tav. LXIV. Messina, Duomo Figura 2. Il Duomo di Messina dopo il sisma del 1908 [6]

79 Carta corografica della Calabria Ulteriore realizzata da Padre Eliseo della Concezione

80 Macchina equatoriale per rilievi geodetici realizzata ed utilizzata da Padre Eliseo