Prof. Paolo Riva Dipartimento di Progettazione e Tecnologie Università degli Studi di Bergamo paolo.riva@unibg.it

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1 Dispositivi antisismici Verifica ed Milano, interventi 30Aprile ti sugli 2010 edifici i esistenti ti Bergamo, 17 Febbraio 2011 Criteri di scelta degli interventi Interventi globali e interventi locali -Utilizzo di pareti perimetrali et -Inserimento di controventi -Principi di isolamento sismico Prof. Paolo Riva Dipartimento di Progettazione e Tecnologie Università degli Studi di Bergamo paolo.riva@unibg.it

2 Criteri di intervento 2/196 L edificio subisce notevoli deformazioni orizzontali Danneggiamenti localizzati ai nodi Possibile collasso dei pilastri (no capacity design) Il rinforzo degli elementi spesso non è sufficiente Spesso non è possibile organizzare telai tridimensionali

3 Interventi sulle strutture esistenti 3/196 Ristabilire, se possibile, la regolarità in pianta. Ristabilire, se possibile, la regolarità in elevazione. Evitare o ridurre brusche variazioni a di rigidezza dei singoli elementi. Risolvere irregolarità locali.

4 Edifici esistenti in c.a. in zona sismica 4/196 VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA Analisi del danno Analisi delle carenze strutturali locali o globali: (Rilievo geometrico, Materiali, Configurazione strutturale) Modello di calcolo e verifica della struttura esistente al terremoto t di progetto PROGETTO DELL INTERVENTO Criteri per la definizione del tipo di intervento Progetto dell intervento: LOCALE/GLOBALE Modello di calcolo e verifica della struttura dopo l intervento di rinforzo al terremoto t di progetto

5 Analisi dei danni e delle carenze strutturali 5/196 Irregolarità in pianta Irregolarità in elevazione

6 Analisi dei danni e delle carenze strutturali 6/196 Irregolarità in elevazione

7 Analisi dei danni e delle carenze strutturali 7/196 Irregolarità in elevazione

8 Analisi dei danni e delle carenze strutturali 8/196 Tamponatura parziale

9 Analisi dei danni e delle carenze strutturali 9/196 Interazione telaio tamponamenti: Positiva o Negativa

10 Analisi dei danni e delle carenze strutturali 10/196 Presenza di tamponature all interno odi campi di teao telaio l interazione potrebbe essere dannosa

11 Analisi dei danni e delle carenze strutturali 11/196 Telaio antisismico Telai in una sola direzione

12 Analisi dei danni e delle carenze strutturali 12/196 Telaio antisismico Telai in una sola direzione

13 Analisi dei danni e delle carenze strutturali 13/196 Telai in c.a.: piano debole

14 Analisi dei danni e delle carenze strutturali 14/196 Telai in c.a.: piano debole

15 Analisi dei danni e delle carenze strutturali 15/196 Telai in c.a.: piano debole

16 16/196 Cerniere plastiche estremità pilastri: Insufficiente armatura nodi

17 Analisi dei danni e delle carenze strutturali 17/196 Interasse eccessivo tra le staffe scarso confinamento del nucleo di cls scarso contenimento dei ferri longitudinali scarsa resistenza a taglio con rottura fragile

18 Analisi dei danni e delle carenze strutturali 18/196 Interasse eccessivo tra le staffe scarso confinamento del nucleo di cls scarso contenimento dei ferri longitudinali scarsa resistenza a taglio con rottura fragile

19 Analisi dei danni e delle carenze strutturali 19/196 Interasse eccessivo tra le staffe scarso confinamento del nucleo di cls scarso contenimento dei ferri longitudinali scarsa resistenza a taglio con rottura fragile Ancoraggio insufficiente delle staffe

20 Analisi dei danni e delle carenze strutturali 20/196 Interasse eccessivo tra le staffe scarso confinamento del nucleo di cls scarso contenimento dei ferri longitudinali scarsa resistenza a taglio con rottura fragile Ancoraggio insufficiente delle staffe Inadeguata armatura trasversale nel nodo Rotture a taglio nelle travi i tradizionali ionali ferri piegati assorbono lo sforzo o di taglio in un solo verso Travi a spessore non ben concepite non consentono un adeguata trasmissione degli sforzi nei pilastri

21 Criteri per la scelta dell intervento 21/196 Tipo, tecnica, entità e urgenza dell intervento dipendono dall esito della valutazione, tenendo inoltre conto degli aspetti seguenti: Errori grossolani devono essere eliminati Per edifici fortemente irregolari (in resistenza e/o rigidezza) l intervento deve correggere tale sfavorevole situazione Sono sempre opportuni interventi volti a migliorare la duttilità locale E necessario verificare che l introduzione di rinforzi locali non riduca la duttilità globale della struttura

22 Tipo di intervento 22/196 forza AUMENTO DELLA DUTTILITA resistenza invariata domand da C d1 = Capacità di spostamento prima dell intervento C d2 = Capacità di spostamento dopo l intervento C d1 C d2 spostamento

23 Tipo di intervento 23/196 forza AUMENTO DELLA RESITENZA duttilità invariata C f2 C f1 do omanda C f1 = Capacità resistente prima dell intervento C f2 = Capacità resistente dopo l intervento spostamento

24 Tipo di intervento 24/196 Intervento t localel su componenti strutturali tt Obiettivo: aumentare la capacità di deformazione degli elem. strutturali per passare da modi di rottura fragili a duttili Intervento globale sul sistema strutturale Obiettivo: limitare la domanda di def. nei componenti fragili aumentando la rigidezza laterale, riducendo la massa, introducendo d isolatori o dissipatori

25 Tipo di intervento 25/196 Intervento t localel su componenti strutturali tt Intervento globale sul sistema strutturale Obiettivo: aumentare la capacità di deformazione degli elem. strutturali per passare da modi di rottura fragili a duttili Il rinforzo dei nodi è raramente percorribile Obiettivo: limitare la domanda di def. nei componenti fragili aumentando la rigidezza laterale, riducendo la massa, introducendo d isolatori o dissipatori

26 Tipo di intervento 26/196 Intervento t localel su componenti strutturali tt Intervento globale sul sistema strutturale Obiettivo: aumentare la capacità di deformazione degli elem. strutturali per passare da modi di rottura fragili a duttili Il rinforzo dei nodi è raramente percorribile Obiettivo: limitare la domanda di def. nei componenti fragili aumentando la rigidezza laterale, riducendo la massa, introducendo d isolatori o dissipatori

27 Tipo di intervento 27/196 Intervento t localel su componenti strutturali tt Intervento globale sul sistema strutturale Obiettivo: aumentare la capacità di deformazione degli elem. strutturali per passare da modi di rottura fragili a duttili Il rinforzo dei nodi è raramente percorribile Obiettivo: limitare la domanda di def. nei componenti fragili aumentando la rigidezza laterale, riducendo la massa, introducendo d isolatori o dissipatori

28 Tipo di intervento 28/196 Intervento t localel su componenti strutturali tt Intervento globale sul sistema strutturale Obiettivo: aumentare la capacità di deformazione degli elem. strutturali per passare da modi di rottura fragili a duttili Il rinforzo dei nodi è raramente percorribile Obiettivo: limitare la domanda di def. nei componenti fragili aumentando la rigidezza laterale, riducendo la massa, introducendo d isolatori o dissipatori

29 Intervento locale 1. Tecniche di Riparazione - Iniezioni delle fessure - Sostituzione delle armature - Sostituzione del cls degradato con malte a ritiro compensato 29/196

30 Intervento locale 30/ Tecniche di Rinforzo - Incamiciature in c.a. - Incamiciature in acciaio - Rinforzi in FRP (Istruzioni CNR DT 200/04)

31 Intervento locale 31/ Tecniche di Rinforzo - Incamiciature in c.a. - Incamiciature in acciaio - Rinforzi in FRP (Istruzioni CNR DT 200/04)

32 Intervento locale 32/ Tecniche di rinforzo - Rinforzo estremità travi - Rinforzo di solai

33 Intervento globale 33/196 Introduzione di un sistema strutturale aggiuntivo che resista per intero all azione sismica di progetto Modifica organismo strutturale aggiunta di nuovi elementi resistenti: pareti di controvento in c.a. o acciaio Trasformazione di elem. non strutturali in elementi strutturali; ad es: incamiciatura in c.a. di pareti in laterizio Introduzione di una protezione passiva (strutture di controvento dissipative e/o isolamento alla base) eliminazione di elementi vulnerabili eliminazione di eventuali piani deboli.

34 Criteri di intervento 34/196 Occorre introdurre dei vincoli per gli spostamenti ti orizzontali Bloccati gli spostamenti, al telaio sono affidati i soli carichi verticali

35 Criteri di intervento 35/196 Fondazioni!

36 Tecniche di intervento 36/196 Inserimento di nuove pareti in c.a. e diaframmi di piano Effetti: Riduzione della domanda di deformazione in tutti gli elementi Possibile incremento delle domande di forza a livello locale Interventi in fondazione necessari Particolari precauzioni: Connessione tra parete e struttura esistente Trasferimento dei carichi in fondazione

37 Tecniche di intervento 37/196 Pareti in c.a. realizzate tra due pilastri adiacenti o esterne all edificio. Pareti realizzate con incamiciatura delle tamponature

38 38/196 Rinforzo o di pareti esistenti in c.a. progettate per soli carichi verticali 1500 Stress [MPa] Impiego di cls ad altissime prestazioni 1000 F A δl 500 σ = F / A ε = δl / L L 0 Strain

39 39/196 Rinforzo o di pareti esistenti in c.a. progettate per soli carichi verticali 1500 Stress [MPa] Impiego di cls ad altissime prestazioni 1000 F A δl 500 σ = F / A ε = δl / L L 0 Strain

40 40/196 Rinforzo o di pareti esistenti in c.a. progettate per soli carichi verticali 1500 Stress [MPa] Impiego di cls ad altissime prestazioni 1000 F A δl 500 σ = F / A ε = δl / L L 0 Strain

41 41/196 Rinforzo o di pareti esistenti in c.a. progettate per soli carichi verticali 1500 Stress [MPa] Impiego di cls ad altissime prestazioni 1000 F A δl 500 σ = F / A ε = δl / L L 0 Strain Steel fibres: d0.16 mm; L=6mm 195 kg/mc, Vf = 2.5% Concrete: self levelling fc, CUBE = 180 MPa

42 Tecniche di intervento 42/196 Problemi di fondazione Interventi: Incremento delle dimensioni in pianta della nuova fondazione Collegamento degli elementi in fondazione Inserimento di micropali o ancoraggi di altro tipo

43 Tecniche di intervento 43/196 Problemi di fondazione Interventi: Incremento delle dimensioni in pianta della nuova fondazione Collegamento degli elementi in fondazione Inserimento di micropali o ancoraggi di altro tipo

44 Isolatori 44/196 Un particolare ringraziamento al prof. A. Meda per la collaborazione alla redazione della dispensa

45 45/196 INTERVENTO DI RIPARAZIONE POST SISMA E ADEGUAMENTO TRAMITE L INSERIMENTO DI PARETI PERIMETRALI IN C.A.

46 46/196 Introduzione Descrizione del fabbricato Stato di danneggiamento Criteri di adeguamento e procedimento Conclusioni

47 Introduzione 47/196 Adeguamento sismico mediante pareti in c.a. Per piccole costruzioni in muratura o c.a Scuola materna - Pilzone (Iseo BS) Danneggiata durante il terremoto di Iseo 13 novembre, 2003 Edificio residenziale - Salò (BS) Danneggiata durante il terremoto di Salò 24 novembre, 2004

48 Descrizione del fabbricato 48/196 Scuola materna - Pilzone (Iseo BS) 2 piani i

49 Descrizione del fabbricato 49/196 Edificio residenziale - Salò (BS) Piano terra Sezione 19 th April Sustainable Development Analisi sismica di Strategies edifici esistenti for Bergamo, Constructions 17 Febbraio 2011 in Europe and China 5/14

50 Stato di danneggiamento 50/196 Scuola materna - Pilzone (Iseo BS) Carenza nella capacità di trasferire i carichi sismici dall impalcato di copertura alle pareti in

51 Stato di danneggiamento 51/196 Edificio residenziale - Salò (BS) rotture per taglio a 45 Divisori interni Perdita di ortogonalità

52 Criteri di adeguamento e procedimento 52/196 Scuola materna - Pilzone (Iseo BS) Maschi murari perimetrali con sufficiente resistenza nel-plane, ma scarsa capacità fuori-piano La lunghezza di alcune pareti (12m) porta a una maggiore deformabilità out-of-plane Schema di adeguamento: 1. Riduzione della lunghezza dei maschi murari perimetrali 2. Aumento della rigidezza fuori-piano dei muri perimetrali 3. Rinforzo dei collegamenti tra le pareti e le travi perimetrali e tra le pareti e le fondazioni. Non è stato modificato il sistema strutturale di trasferimento dei carichi verticali Edificio residenziale - Salò (BS) Scarsa capacità strutturale per azioni orizzontali Schema di adeguamento: 1.Creazione di un nuovo sistema strutturale che si faccia carico dell intera azione

53 Criteri di adeguamento e procedimento 53/196 Scuola materna - Pilzone (Iseo BS) Scavi nel terreno Taglio delle pareti Fondazioni

54 Criteri di adeguamento e procedimento 54/196 Creazione di setti in c.a. Intervento t concluso

55 Criteri di adeguamento e procedimento 55/196 Edificio residenziale - Salò (BS) ,95 2,80 1,00 vrapposizione 4+4+4Ø16 lt:2,43m 0,50 0,15 B2 2 2,80 1,00 vrapposizione 6+6Ø12 lt:2,43m Ø16 l30cm Ø foro 20mm resina 0,20 2 1,00 4+4Ø16 l:4,10m +6Ø12 l:4,10m 1,00 sov sov Ø16 l30cm 3,10 2,90 1,00 sovrapposizione 1,00 sovrapposizione B 1, Ø foro 20mm resina Pos A 4Ø , Ø16 l:4,40m 1, ,20 1,02 6+6Ø12 l:4,40m A 1,00 1,00 Pos B 6Ø ,18 1,00 sovrapposizione 4+4+4Ø20 l:? 1,00 sovrapposizione 6+6Ø12 l:? 2,40 2,15 A 2,15 fondazioni ,18 Pos A 4Ø16 Pos B 6Ø12 Pos A 4Ø16 var. var.

56 Criteri di adeguamento e procedimento 56/196 Connessione nuovi setti in c.a. maschi murari esistenti sezione B-B muratura esistente nuovo getto in c.a. previa scarifica della Parete del piano cantinato 1,21 1,63 0,20 0,30 0,30 0,15 0,15 0,20 marciapiede 1,03 0,18 0, ,1 0,60 0 0,42 0,30 muro esistente 2,10 2 0, ,2 0,18 0,40 0,30 0,18 0,30 1,63 Ø20 l30cm Ø foro 24mm resina 0,30 0,10 B 1, ,2 B 0,30 Ø20 l30cm Ø foro 24mm resina 0,30 alutare 0,18 0,42 da v 0,60 0,10 fondazione esistente 0,18 0,42 0,60

57 Conclusioni 57/196 Adeguamento sismico con pareti perimetrali in c.a Adeguato per piccoli edifici con struttura in c.a. o muratura Diaframmi di piano in grado di trasferire le azioni sismiche alle nuove pareti perimetrali; in caso contrario sarà necessario un rinforzo degli stessi Vantaggi Bassi costi: Scuola matera a Pilzone => costo totale dell adeguamento /m 3 Edificio resienziale a Salò => costo totale adeguamento /m 3 Semplicità di realizzazione: non è richiesta manodopera specializzata Semplicità di progettazione: la metodologia adottata è parte del know-how base di ingegneri professionisti

58 58/196 I CONTROVENTI DISSIPATIVI

59 59/196 I CONTROVENTI DISSIPATIVI CRITERI DI PROGETTAZIONE E TIPOLOGIE La progettazione di un sistema di protezione passiva mediante dissipazione è in generale un processo iterativo complesso, che riguarda: la disposizione in pianta e in elevazione dei controventi la forma dei controventi la rigidezza dei controventi le caratteristiche dei dissipatori.

60 60/196 Disposizione in pianta e in elevazione Deve garantire le proprietà di regolarità in elevazione e un adeguata rigidezza a torsione. Deve sottostare a vincoli di carattere architettonico.

61 61/196 Disposizione in pianta e in elevazione Deve garantire le proprietà di regolarità in elevazione e un adeguata rigidezza a torsione. Deve sottostare a vincoli di carattere architettonico.

62 62/196 Configurazione dei controventi

63 63/196 Esempio sistema a 1 g.d.l. controventato

64 64/196 Controventi elastici

65 65/196 Controventi dissipativi

66 66/196 Progettazione dei controventi dissipativi La progettazione deve essere iterativa: 1. Definizione i i delle proprietà strutturali tt dell edificio difi i e analisi i strutturale tt sia per carichi verticali che per forze sismiche 2. Scelta della capacità di dissipazione (in termini di fattore di smorzamento) che si vuole conferire al sistema 3. Scelta della disposizione dei controventi dissipativi compatibilmente con i vincoli architettonici 4. Scelta delle caratteristiche meccaniche dei singoli dissipatori (in termini di legame forza-deformazione ) in modo da ottenere la capacità di dissipazione desiderata 5. Verifica delle reali prestazioni del sistema strutturale.

67 67/196 I DISPOSITIVI

68 68/196 Dispositivi di dissipazione energetica

69 69/196 Dispositivi a dissipazione dipendente dallo spostamento Piatti in acciaio i sagomati ad X (Whittaker 1991) Piatti in acciaio sagomati a V (Tsai & Hong 1992)

70 70/196 Dispositivi a dissipazione dipendente dallo spostamento Coprigiunti dissipativi (Dolce e Marnetto 2000)

71 71/196 Dispositivi a dissipazione dipendente dallo spostamento Dissipatori a telaio

72 72/196 Dispositivi a dissipazione dipendente dallo spostamento E un pistone ricoperto da cuscinetti frenanti in rame che scorre all interno di un cilindro in acciaio Dissipatori ad attrito (Aiken & Kelly 1990)

73 73/196 Dispositivi a dissipazione dipendente dalla velocità Dissipatori viscosi (Harris & Crede 1976)

74 74/196 Dispositivi a dissipazione dipendente dalla velocità Dissipatori visco-elastici (strato di materiale visco-elastico fra due profilati a T)

75 75/196 INTERVENTO DI ADEGUAMENTO SISMICO TRAMITE L INSERIMENTO DI PARETI IN C.A. E CONTROVENTI A X ELASTICI

76 76/196 Analisi Documentazione tecnica. Studio della documentazione disponibile consistente in: elaborati grafici di progetto, redatto per l edificazione originaria dell istituto scolastico, particolarmente esaustiva per i blocchi principali (blocchi 1 e 2) ma deficitaria o del tutto assente soprattutto per il corpo officine; i rilievo in formato digitale dell intero complesso edilizio fornito dall ente appaltante.

77 77/196 Rilievi Verifica degli elaborati grafici (tavole di progetto ove disponibili e rilievo) con particolare riferimento agli elementi strutturali e non strutturali (tamponamenti) finalizzata alla individuazione del sistema resistente. I sopralluoghi eseguiti presso il plesso scolastico hanno avuto inoltre la finalità di cercare ed individuare le criticità di maggiore rilievo cui il progetto di adeguamento deve dare risposta e soluzione.

78 78/196 Campagna Diagnostica (riferita alle sole US1-2-3). oper p l esatta determinazione dei carichi permanenti: endoscopie o scassi localin. 4 per la verifica dei dettagli costruttivi, per il rilievo dell armatura e del copriferro: saggi esplorativi (rimozione copriferro) N. 16 indagini magnetometriche N. 54 oper la valutazione dell omogeneità e la caratterizzazione delle proprietà meccaniche dei materiali: indagini sclerometriche N. 240 indagini ultrasoniche su calcestruzzo N. 40 elaborazioni con metodo son-reb N. 40 prove di Pull-Out N. 24 prove di carbonatazione N. 40 prove di compressione su carote di calcestruzzo N. 20 prove a trazione su barre d armatura N. 12

79 79/196 Progetto Simulato Nei casi in cui la documentazione non si è dimostrata sufficiente per la determinazione delle armature degli elementi primari si è redatto progetto simulato in accordo con le normative vigenti all epoca della costruzione originaria.

80 80/196 Analisi i di Vulnerabilità L analisi di vulnerabilità è stata svolta sia a livello globale che locale (meccanismi duttili e fragili). Si è fatto ricorso ad analisi non lineari di tipo push-over ritenute maggiormente significative per la comprensione della risposta del sistema strutturale sotto evento sismico, nonché più affidabili per la quantificazione numerica della sicurezza.

81 81/196 Progetto di adeguamento A valle delle verifiche sismiche, e sulla base del comportamento sismico da queste indagato, sono state elaboratele l le proposte progettuali finalizzate: all abbattimento delle vulnerabilità riscontrate; alla minimizzazione dei costi; alla ricerca della minor invasività possibile ed alla contestuale riduzione dei tempi di intervento.

82 82/196 Relazione Tecnica di Sintesi Predisposizione della relazione di sintesi. In particolare sono stati riportati e sintetizzati i seguenti dati: PGA DS accelerazione stimata di danno severo; α u = PGA DS / PGA 10% (indicatore di rischio di collasso); ove PGA 10% rappresenta l accelerazione al suolo con probabilità di superamento del 10% nel periodo di riferimento della costruzione. le curve di push-over che forniscono la risposta del sistema (in termini di spostamento del nodo di controllo e del taglio alla base) ed indicazioni, oltre che quantitative, anche qualitative in merito alla regolarità della risposta del fabbricato. i contour dai quali sarà possibile desumere le modalità di collasso degli elementi strutturali.

83 83/196 UNITA STRUTTURALI (INDIVIDUATE DAI GIUNTI ESISTENTI)

84 84/196 Relativamente al primo corpo di fabbrica (US1), esso presenta uno schema delle strutture verticali perimetrali ben identificabile dalla sola osservazione del prospetto R TO O COR A STRO PILA

85 SOLAIO DI COPERTURA Solaio in laterocemento tipo SAP Peso Proprio: copertura SAP kg/m 2 Totale Peso proprio 175 kg/m 2 Sovraccarico Permanente: manto in coppi ed impermeabilizzazione 80 kg/m 2 Totale Sovraccarico Permanente 80 kg/m 2 Sovraccarico Accidentale: neve 150 kg/m 2 Totale Sovraccarico Accidentale 150 kg/m 2 IMPALCATO SOTTOTETTO Solaio in precompresso Peso Proprio: precompresso kg/m 2 Ttl Totale Peso proprio 230 kg/m 2 ANALISI DEI CARICHI (US1) IMPALCATO PIANO TIPO Solaio in laterocemento tipo SAP 25+3cm Peso Proprio: H:25+3cm (SAP) 300 kg/m 2 Totale Peso proprio 300 kg/m 2 Sovraccarico Permanente: Pavimentazione 40 kg/m 2 Sottofondo 110 kg/m 2 Intonaco/controsoffitti 30 kg/m 2 Tramezze 160 kg/m 2 Totale Sovraccarico Permanente 580 kg/m 2 Sovraccarico Accidentale: Accidentale 300 kg/m 2 Totale Sovraccarico Accidentale 300 kg/m 2 85/196 Sovraccarico Accidentale: manutenzione e ispezione 50 kg/m 2 Totale Sovraccarico Accidentale 50 kg/m 2

86 86/196 Definizione degli spettri S d [g] 0.7 Componente orizzontale Componente verticale 0.6 a g 0,142 g F 0 2,389 T * c 0,295 s S s 1,800 C c 2,302 S t 1,00 S 1,800 n 1,000 T B 0,226 s T c 0,679 s 2,169 s T D T [s]

87 87/196 I MATERIALI calcestruzzo con resistenza cubica caratteristica ti Rck 250 Kg/cm²; acciaio da carpenteria AQ 50 Materiali comunemente impiegati nella prassi costruttiva dell epoca. A questi corrispondono le seguenti proprietà meccaniche: calcestruzzo Rck 250 fck = 20,00 MPa resistenza caratteristica a compressione fcd = 13,33* MPa resistenza di progetto a compressione E = MPa Modulo di Young *si assume a cc =1 essendo oggetto di studio il comportamento della struttura sottoposta a carichi sismici, quindi di breve durata. acciaio AQ 50 f yk = 315 MPa f yd = MPa E = MPa

88 88/196 Definizione del modello 3D e assegnazione delle proprietà non lineari agli elementi (lumped plasticity) Cerniere plastiche (definizione EC8) Modello 3D dell US1 Cerniera a taglio Cerniera flessionale

89 89/196 VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA ATTUALE US1 VERIFICA IN DIREZIONE +X SPETTRO ADSR

90 90/196 CONTOUR DEGLI SPOSTAMENTI VISUALIZZATI IN CORRISPONDENZA DELLA RICIHIESTA DEL TERREMOTO SAFETY VERIFICATION (MECCANISMI DUTTILI E FRAGILI NON VERIFICATI) Al fine di valutare importanti effetti locali di interazione tamponamenti-struttura, sono stati introdotti irrigidimenti di estremità (beam end offset) nei pilastri interessati. In questo modo si è valutata l influenza dei possibili collassi fragili dei pilastri corti e la conseguente risposta sismica del fabbricato. Si sono infatti riscontrati numerosi elementi che vanno in crisi per taglio lungo i telai perimetrali proprio a causa della presenza dei tamponamenti pesanti

91 91/196 VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA ATTUALE US1 VERIFICA IN DIREZIONE +Y SPETTRO ADSR

92 92/196 CONTOUR DEGLI SPOSTAMENTI VISUALIZZATI IN CORRISPONDENZA DELLA RICIHIESTA DEL TERREMOTO SAFETY VERIFICATION (MECCANISMI DUTTILI E FRAGILI NON VERIFICATI)

93 93/196 CARENZE STRUTTURALI PRINCIPALI: PILASTRO CORTO LUNGO LE PARETI PERIMETRALI (Lv = luce di taglio ridotta) ASSENZA DI TELAI RESISTENTI IN DIREZIONE TRASVERSALE Lv Lv Zon na deform mabile Lv Lv Zone indeformabili

94 94/196 SOLUZIONI ADOTTATE: l inserimento di controventi elasto-plastici ad instabilità impedita (Buckling-Restrained Axial Dampers BRAD) in direzione trasversale di setti in calcestruzzo sul perimetro esterno in direzione longitudinale

95 95/196 I controventi dissipativi utilizzano dissipatori a comportamento elasto- plastico, i dissipatori isteretici assiali ad instabilità impedita (Buckling- Restrained Axial Dampers BRAD), che dissipano energia in trazionecompressione. Questi dispositivi sono costituiti da un nucleo interno in acciaio, una parte del quale è progettato per dissipare energia in campo plastico, da un tubo in acciaio e da un riempimento in calcestruzzo, i quali evitano che il nucleo interno si instabilizzi. Tra il calcestruzzo ed il nucleo interno è interposto uno strato di speciale materiale distaccante, allo scopo di impedire la trasmissione di tensioni tangenziali tra i due componenti e permettere al nucleo interno di allungarsi o accorciarsi liberamente, dissipandoi d energia.

96 96/196 I setti in calcestruzzo armato sono stati inseriti nella direzione dei telai esistenti. La loro superiore rigidezza infatti è necessaria per limitare quanto più possibile le deformazioni e quindi la richiesta in termini di drift. Controventi dissipativi a instabilità impedita (BRAD) Setti in c.a.

97 97/196 ADEGUAMENTO SISMICO RISULTATI DELLA ANALISI US1 Relativamente allo stato limite di salvaguardia della vita la richiesta in spostamento del punto di controllo (dc*) per il sistema ad un grado di libertà è inferiore a 6 cm; ad essa corrisponde una richiesta per il sistema reale pari a 7,30 cm. L interpretazione della curva di capacità mostra che l intervento proposto: p aumenta la rigidezza (aumento della pendenza del ramo elastico); aumenta la capacita di resistenza del sistema di circa il 30%: se l accelerazione spettrale massima in condizioni esistenti è di poco superiore a 0,15g, ora supera la soglia di 0,20g; il ramo plastico si mantiene perfettamente orizzontale senza subire alcun decadimento; richiede una minore capacità in termini di spostamento (da 8,42cm a 7,30cm)

98 98/196 CONTOUR DEGLI SPOSTAMENTI VISUALIZZATI IN CORRISPONDENZA DELLA RICIHIESTA DEL TERREMOTO SAFETY VERIFICATION (MECCANISMI DUTTILI NON VERIFICATI) TUTTI I MECCANISMI FRAGILI RISULTANO VERIFICATI. PER I MECCANISMI DUTTILI ANCORA NON VERIFICATI, SI PREVEDE UN INTERVENTO TRAMITE MATERIALI FIBRO- RINFORZATI

99 99/196 ADEGUAMENTO SISMICO RISULTATI DELLA ANALISI US1 Relativamente allo stato limite di salvaguardia della vita la richiesta in spostamento del punto di controllo (dc*) per il sistema ad un grado di libertà è circa pari a 7,5 cm; ad essa corrisponde una richiesta per il sistema reale pari a 10,29 cm. L interpretazione della curva di capacità mostra che l intervento proposto: p aumenta la rigidezza (aumento della pendenza del ramo elastico); aumenta la capacita di resistenza del sistema che circa il 300%: se l accelerazione spettrale massima in condizioni esistenti è di poco superiore a 0,10g, ora supera la soglia di 0,30g; richiede una minore capacità in termini di spostamento (da 23,24cm a 10,29cm)

100 100/196 CONTOUR DEGLI SPOSTAMENTI VISUALIZZATI IN CORRISPONDENZA DELLA RICIHIESTA DEL TERREMOTO SAFETY VERIFICATION (MECCANISMI DUTTILI NON VERIFICATI) TUTTI I MECCANISMI FRAGILI RISULTANO VERIFICATI. PER I MECCANISMI DUTTILI ANCORA NON VERIFICATI, SI PREVEDE UN INTERVENTO TRAMITE MATERIALI FIBRO- RINFORZATI

101 101/196 CONCLUSIONI I controventi dissipativi sono risultati un valido intervento laddove la struttura non presentava, o erano insufficienti, elementi sismoresistenti. Tuttavia, sebbene le strutture a telaio si prestino all inserimento di tali dispositivi, nel caso in esame si sono dovute adottare soluzioni alternative (setti in c.a.) per far fronte a problematiche specifiche (pilastri corti-rotturerotture fragili). Sta quindi alla sensibilità del progettista contestualizzare le problematiche di adeguamenti sismico così da ottenere il miglior risultato con l intervento più adatto. Si ricorda infatti che una delle priorità in questo ambito, è, oltre alla imprescindibile sicurezza strutturale, l economicità sia in termini di spesa sia in termini di tempo (basti pensare all adeguamento di una struttura pubblica ospedaliera)

102 102/196 ESEMPI DI APPLICAZIONI DI CONTROVENTI DISSIPATIVI scuola D. Viola a PZ

103 103/196 ESEMPI DI APPLICAZIONI DI CONTROVENTI DISSIPATIVI scuola D. Viola a PZ

104 104/196 ESEMPI DI APPLICAZIONI DI CONTROVENTI DISSIPATIVI scuola D. Viola a PZ Controventi dissipativi Coprigiunto dissipativo

105 105/196 ESEMPI DI APPLICAZIONI DI CONTROVENTI DISSIPATIVI scuola Gentile-Fermi a Fabriano

106 106/196 PRINCIPI DI ISOLAMENTO SISMICO

107 107/196 Riferimenti Normativi D.M. 14/01/08, Norme Tecniche per le Costruzioni [NTC-08, Capitoli 7.10 e 11.9] EN 1998, Eurocodice 8 [EC8, Capitolo 10] EN 1337 Structural Bearings ISO Elastomeric Seismic-Protection Isolators EN Anti-Seismic Devices (approvata il 18 Agosto 2009; sarà applicabile dal 1 Agosto 2010 e diverrà obbligatoria i dopo dal 1 Agosto Implica marcatura CE)

108 108/196 CENNI TEORICI

109 109/196 Azione sismica sulle strutture È rappresentata dalla spettro elastico di risposta, che indica l accellerazione subita da un oscillatore semplice elastico lineare in funzione di: Periodo di ritorno del terremoto

110 110/196 Azione sismica sulle strutture È rappresentata dalla spettro elastico di risposta, che indica l accellerazione subita da un oscillatore semplice elastico lineare in funzione di: ACCELERA AZIONE (g) SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO PER SUOLO A 1,000 0,900 0,800 0,700 0, ,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 PERIODO PROPRIO (s) Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona 4 Periodo di ritorno del terremoto 1,400 SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO ZONA 1 Coordinate geografiche (pericolosità ità sismica) Tipo di terreno ACCELERAZIONE E (g) 1, ,000 0,800 0,600 0,400 0, ,000 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 PERIODO (s) Suolo A Suolo B, C, E Suolo D Smorzamento viscoso equivalente (capacità dissipativa della struttura) ACCELERAZIONE (g) SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO ZONA 1 TERRENO A 1, ,900 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 PERIODO PROPRIO (s) Smorzamento 5% Smorzamento 10% Smorzamento 16% Smorzamento 28%

111 111/196 Metodi di progettazione antisismica 1) Progettazione convenzionale: la stabilità è conseguita aumentando la resistenza strutturale o aumentandone la duttilità, inibendo i meccanismi di collasso fragili e favorendo la formazione di meccanismi plastici caratterizzati da comportamento duttile e stabile Allo SLU il collasso è impedito, ma i danni strutturali sono ammessi Tecnica del muro Inca

112 112/196 Metodi di progettazione antisismica 2) Progettazione tecnologicamente avanzata: la stabilità è conseguita riducendo la risposta sismica Eventuali danni sono concentrati nei dispositivi La struttura tt ed il suo contenuto t sono protetti tti dal danneggiamento grazie a richieste di spostamento interpiano molto contenute COME? Aumentando il periodo proprio della struttura Aumentando la capacità dissipativa Combinazione di entrambe le strategie

113 113/196 Metodi di progettazione antisismica: Progettazione avanzata COME? Aumentando il periodo proprio della struttura Aumentando la capacità dissipativa Si inserisce tra la struttura e le fondazioni un oscillatore a bassa rigidezza che forza la struttura ad oscillare prevalentemente secondo il periodo proprio dell oscillatore stesso Molla di costante K Pendolo con raggio di curvatura l T = 2π M K T = 2π l g

114 114/196 Metodi di progettazione antisismica: Progettazione avanzata COME? Aumentando il periodo proprio della struttura Aumentando la capacità dissipativa Snervamento dei metalli: le forze sismiche si indirizzano su elementi metallici capaci di dissipare per isteresi elevate quantità di energia (Dolce & Marnetto, 2000)

115 115/196 Metodi di progettazione antisismica: Progettazione avanzata COME? Aumentando il periodo proprio della struttura Aumentando la capacità dissipativa Attrito: si sfruttano gli spostamenti imposti dalla sollecitazione sismica per attivare lo scorrimento relativo tra due componenti di un dispositivo (Aiken & Kelly, 1990)

116 116/196 Metodi di progettazione antisismica: Progettazione avanzata COME? Aumentando il periodo proprio della struttura Aumentando la capacità dissipativa Viscosità di fluidi o gomme: si ha una conversione in calore dell energia meccanica fornita da un pistone che costringe un fluido viscoso a trafilare attraverso degli orifizi (Harris & Crede, 1976)

117 117/196 Metodi di progettazione antisismica: Progettazione avanzata COME? Aumentando il periodo proprio della struttura Aumentando la capacità dissipativa Dispositivi visco-elastici: si impone la deformazione a taglio di strati di materiali polimerici o vetrosi

118 118/196 Sistemi di isolamento/dissipazione comunemente impiegati Isolatori in gomma ad elevata dissipazione di energia [HDRB] Isolatori in gomma piombo [LRB] Isolatori a pendolo scorrevole [SP] Dispositivi non lineari isteretici, combinati con appoggi scorrevoli [HY] Ammortizzatori viscosi, combinati con appoggi scorrevoli e sistemi elastici per il ricentraggio [VD] HDRB LRB SP HY VD

119 119/196 NORMATIVE: Classificazione dispositivi antisismici NTC-08, Paragrafo11.9 EN Dispositivi di vincolo temporaneo - Dispositivi a fusibile - Dispositivi dinamici (Accoppiatori viscosi) Dispositivi dipendenti dallo spostamento - Dispositivi lineari - Dispositivi non lineari Dispositivi dipendenti dalla velocità o viscosi Rigid connection devices - Permanent connection devices - Fuse restrains - Temporary (dynamic) connection devices Displacement dependent devices - Linear devices - Non linear devices Velocity dependent devices Dispositivi di isolamento Isolators - Isolatori elastomerici - Elastomeric - Isolatori a scorrimento - Curved surface sliders - Flat surface sliders

120 120/196 NORMATIVE: Modellazione e analisi strutturale di edifici progettati con dispositivi antisismici Condizioni per la modellazione del sistema di isolamento mediante un sistema lineare equivalente (per analisi statiche/dinamiche lineari) NTC-08, Par ; EC8, Par Sia realizzato mediante appoggi elastomerici i laminati, oppure con comportamento t isteretico ti bilineare se il sistema è costituito da tipologie di dispositivi elastoplastici Rigidezza effettiva del sistema di isolamento K eff in corrispondenza dello spostamento di progetto sia almeno il 50% della rigidezza in corrispondenza del 20% dello spostamento Smorzamento viscoso equivalente ξ (%) 30% Variazione delle caratteristiche Forza-Spostamento 10%,per effetto di variazioni di frequenza/velocità di deformazione e di carico verticale (in un campo del ±30% dei rispettivi valori di progetto) Incremento forza fra il 50% e il 100% dello spostamento di progetto pari almeno al 2.5% del peso della struttura

121 121/196 NORMATIVE: Modellazione e analisi strutturale di edifici progettati con dispositivi antisismici Condizioni per la progettazione e verifica del sistema di isolamento mediante ANALISI LINEARE STATICA NTC-08 Par ; EC8 Par DISP OSITIV I E D I F I C I O Il periodo T del sistema isolato sia tale che 3T f T 3.0 secondi, dove T f è il periodo fondamentale della sovrastruttura con base fissa (stimata attraverso un espressione semplificata, come T = 3/4 1 C 1 H ) Il rapporto tra la rigidezza verticale K V e orizzontale K eff del sistema isolato sia 800 Periodo verticale del sistema isolato sia T V 0.1 secondi, calcolato secondo la relazione Nessun isolatore in trazione Geometria regolare, lato 50 metri Altezza 20 metri, numero di piani 5 Sottostruttura considerabile come infinitamente rigida (periodo proprio 0.05 secondi) T V = 2π Eccentricità tra il centro di massa della sovrastruttura e il centro di taglio del sistema di isolamento, escludendo l eccentricità accidentale, minore del 3% delle dimensioni in pianta dell edificio M K V

122 122/196 ESEMPI APPLICATIVI: (a) Telaio di riferimento: soluzione a base fissa, classe di duttilità CD B (b) Telaio di riferimento isolato con dispositivi HDRB (c) Telaio di riferimento isolato con dispositivi LRB (d) Telaio di riferimento isolato con dispositivi a PENDOLO SCORREVOLE (e) Procedura di progettazione mediante tecnica di progettazione passiva a CONTROVENTI DISSIPATIVI

123 123/196 perché fare un confronto con una struttura non isolata a bassa duttilità? Dalle NTC-08, Paragrafo , in riferimento alle strutture isolate: La sovrastruttura e la sottostruttura si devono sostanzialmente mantenere in campo elastico. Per questo la struttura può essere progettata con riferimento ai particolari costruttivi della zona 4 ( ) Dalle NTC-08, Introduzione al Capitolo 7: Le costruzioni da edificarsi in siti ricadenti in zona 4 possono essere progettate e verificate applicando le sole regole valide per le strutture non soggette all azione sismica, alle condizioni di seguito enunciate: ( ); gli elementi strutturali devono rispettare le limitazioni, in termini di geometria e quantitativi d armature, relativi alla CD B ( ) In virtù delle sopracitate prescrizioni, al fine di condurre un confronto effettivamente significativo tra richieste di resistenza e di spostamento (in condizioni sismiche) per una struttura realizzata a base fissa o protetta mediante dispositivi antisismici, si è scelto di fare riferimento alla sola classe di duttilità CD B. In questo modo le varie soluzioni i illustrate, paragonabili in termini i di prescrizioni i i e costi per la cura dei particolari costruttivi della sovrastruttura, risulteranno effettivamente confrontabili dal solo punto di vista delle prestazioni richieste alla struttura. Inoltre la scelta della classe di duttilità bassa è anche finalizzata ad offrire un esempio più rappresentativo nell ambito dell adeguamento sismico di strutture esistenti.

124 124/196 (a) Edificio a base fissa S 13.85m 6m 7,2m A 6m 6m 6m 6m 6m A 7,2m 3,5m 3,5 5m B 13.85m B 3,5m 6m 3,5m 17,5m C 30.65m C 3,5m S' SEZIONE S-S'

125 125/196 (a) Edificio a base fissa Caratteristiche edificio Destinazione d uso: Categoria B2: Uffici aperti al pubblico Vita nominale V N : Coefficiente d uso C U : Edificio regolare in pianta e in elevazione: Strutture in elevazione (*): Organizzazione strutturale nei confronti delle azioni sismiche: 100 anni 1.5 Pianta fabbricato: 13.85m x 30.65m Interasse allineamenti A-B-C: 7.2m, 6m Interasse allineamenti : 6m Altezza complessiva 17.5m: 5 orizzontamenti con 3.5m di interpiano A B 7,2m m 6m 6m 6m 6m 3 5 di i t i Pilastri in c.a. 65cm x 65cm Travi fuori-spessore in c.a. 40cm x 60cm Solai in latero-cemento Telai tridimensionali costituiti da pilastri e travi fuori-spessore in c.a. Solai considerati come diaframmi infinitamente rigidi Localizzazione Località Avellino (Campania) a g = 0.279g Categoria di sottosuolo Categoria topografica C T1 (*) Dimensioni del telaio governate dalle verifiche allo SLD C 6m 5m 3,5 3,5m 3,5m 3,5m 3,5m 30.65m S S' 13.85m 6m 7,2m SEZIONE S-S' 17,5m m 13 A B C

126 126/196 (a) Edificio a base fissa ANALISI DEI CARICHI Sli Solaio Piano tipo (CtB) (Cat. Sli Solaio Copertura accessibile (CtH2) (Cat. Azioni Permanenti [G 1 + G 2 ] sol. Azioni Permanenti [G 1 + G 2 ] cop. P.P. Solaio H=28+5cm 3.80 kn/m 2 P.P. Solaio H=28+5cm 3.80 kn/m 2 Massetto (s = 5cm) 100kN/m Pendenza (h = 10cm) 200kN/m Pavimento 0.40 kn/m 2 Pavimento 0.80 kn/m 2 Intonaco (s = 2cm) 0.40 kn/m 2 Intonaco (s = 2cm) 0.40 kn/m 2 Divisori interni 150kN/m TOT. [G +G] 700kN/m cop TOT. [G 1 + G 2 ] sol kn/m 2 Azioni Variabili Q k 3.00 kn/m 2 Azioni Variabili Q k 3.00 kn/m 2 Tamponamenti esterni [G 2 ] tamp. Elementi strutturali telaio [G 1 ] telaio Intonaco (2cm + 3 cm) 1.00 kn/m 2 di parete PP. Pilastri (65cm x 65cm) kn/m Semipieni (12 cm) 1.90 kn/m 2 di parete PP. Travi (40cm x 60cm) 6.00 kn/m Forati (6cm) 0.70 kn/m 2 di parete Masse sismiche G 1 + G 2 + Σ j ψ 2j Q kj Coibente 0.40 kn/m 2 di parete Copertura 420 tonn TOT. [G 2 ] tamp kn/m 2 di parete Piano tipo 566 tonn H netta tamp. = 2.90m 30% di apertura 8.12 kn/m di parete MASSA SISMICA TOTALE 2718 tonn

127 127/196 (a) Edificio a base fissa Fattore di struttura: Struttura in c.a. a telaio, a più piani e più campate Classe di duttilità CD B Edificio regolare in altezza q = q 0 K R = 3.9 q 0 = 3.0 α u / α 1 =3.9 K R = 1 [NTC-08 Eq ] [NTC-08 Tab. 7.4.I] [NTC-08 Par. 7.3.I]

128 128/196 (a) Edificio a base fissa ANALISI DINAMICA LINEARE L analisi dinamica lineare della struttura è stata eseguita utilizzando un modello ad elementi finiti tridimensionale dell orditura principale del telaio dell edificio, mediante il software Midas GEN 2010 (v.1.2). Il modello è stato sviluppato con le seguenti ipotesi: 1 - Travi e pilastri: elementi beam tridimensionali; ;per l analisi allo SLV, la rigidezza del telaio è stata ridotta per tener conto della fessurazione (70% per i pilastri; 50% per le travi); 2 Impalcati: infinitamente rigidi nel piano; 3 - Massa di piano: distribuita, attribuendo al baricentro delle masse un eccentricità accidentale (assunta costante per entità e direzione su tutti gli orizzontamenti) pari al 5% della dimensione dell edificio misurata perpendicolarmente alla direzione di applicazione dell azione sismica [NTC-08, Par ]; 4 - Vincoli: incastro perfetto dei pilastri in fondazione.

129 129/196 (a) Edificio a base fissa Modi di vibrare propri p della struttura (SLD: rigidezza flessionale al 100%) Modo Frequenza f [Hz] Periodo T [s] Trasl. in X Trasl. in Y Rot. in Z Mass % Sum % Mass % Sum % Mass % Sum % Modi di vibrare propri della struttura (SLV: rigidezza flessionale ridotta) Modo Frequenza f [Hz] Periodo T [s] Trasl. in X Trasl. in Y Rot. in Z Mass % Sum % Mass % Sum % Mass % Sum %

130 130/196 (a) Edificio a base fissa

131 131/196 (a) Edificio a base fissa I risultati ti dell analisi li i modale mostrano come i modi di vibrare siano: Puramente traslatori per una perturbazione in direzione Y Roto-traslatori per una perturbazione in direzione X A Y 30.60m 30m Centro di massa Centro di taglio Eccentricità X C.M. Y C.M. X C.T. Y C.T. e X e Y ,16m B,4m 0, C.M. C.T. 56m 13,2m 13.80m C 6, 6, X

132 132/196 (a) Edificio a base fissa Verifica di deformabilità allo SLD A Y E X E Y con -δ ACC.X e +δ ACC.Y 5% di 30.65m B C Ex CM 0.3Ey CM CT 5% di 13.85m X % 0.50% OK 0.27% 0.50% OK 0.37% 0.50% OK 0.40% 0.50% OK 0.25% 0.50% OK

133 133/196 (a) Edificio a base fissa Verifica di deformabilità allo SLD A Y E Y E X con -δ ACC.X e +δ ACC.Y 5% di 30.65m B C 0.3Ex CM CM CT Ey 5% di 13.85m X % 0.50% OK 0.36% 0.50% OK 0.48% 0.50% OK 0.50% 0.50% OK 0.31% 0.50% OK

134 134/196 (a) Edificio a base fissa Piano Rigidezza torsionale [knm] Rigidezza flessionale X [knm] Verifica di deformabilità torsionale Rigidezza flessionale Y [knm] r X [m] r Y [m] l s [m] r/l s [m] Deformabilità torsionale 4F NO 3F NO 2F NO 1F NO Sisma Ex Ey Piano h [mm] P [kn] V [kn] Verifica P- Δ allo SLV d r da analisi [mm] d r * = d r q [mm] θ Limite accettato Cop F F F F Cop F F F F /(1-θ)

135 135/196 (a) Edificio a base fissa Sollecitazioni allo SLV [Momenti flettenti Telaio A] E X E Y con -δ ACC.X e +δ ACC.Y

136 136/196 (a) Edificio a base fissa Sollecitazioni allo SLV [Momenti flettenti Telaio 1] E Y E X con -δ ACC.X e +δ ACC.Y

137 137/196 (b) Edificio con isolatori HDRB (High Dissipation Rubber Bearing) Caratteristiche generiche di un isolatore HDRB Legame isteretico Dispositivo di isolamento in grado di dissipare, a seconda della mescola della gomma utilizzata, fino a ξ (%) = 10%

138 138/196 (b) Edificio con isolatori HDRB Periodo della struttura isolata: Scelta del progettista (entro il limite 3T f T 3.0 secondi, se si progetta mediante analisi statica lineare) Caratteristiche meccaniche della gomma: Funzione degli isolatori scelti dal progettista; tali caratteristiche variano a seconda della mescola della gomma utilizzata Stato limite considerato: Progettazione degli isolatori HDRB: Dati di progetto In questa sede, pur facendo utilizzo di analisi dinamiche lineari, ci si attiene al limite prescritto per le analisi statiche: 3T =3 H f C 1 3/4 = 1.92 secondi T=2.8s 3.0 secondi Modulo di elasticità tangenziale G=0.4 MPa Modulo di compressibilità volumetrica E b =2000MPa E d Smorzamento viscoso equivalente: ξ(%) = 4πE W=10% I dispositivi antisismici si progettano allo SLC [NTC-08, Par ] (probabilità 2% in 50 anni, periodo di ritorno 2475 anni)

139 139/196 (b) Edificio con isolatori HDRB Procedura di progettazione: 1) Si approssima il sistema isolato come un oscillatore semplice di massa pari alla massa totale dell edificio M=2718 tonn; quindi si stima la rigidezza a traslazione K H,TOT richiesta al sistema di isolamento: 2 2 M 4π 4π kn T = 2π K H, TOT = M = 2718tonn = K T (2.8s) m H, TOT (Se l eccentricità tra centro di massa e centro di taglio è maggiore del 3% della dimensione in pianta trasversale alla direzione del sisma, tale rigidezza va spartita in maniera differenziale tra gli appoggi al fine di ridurre/annullare l eccentricità). ESEMPIO: Malgrado per questo esempio l eccentricità sia 3%, si impone a titolo di esempio C.T. C.M. Sapendo che C.M. (15.00m ; 6.56m); si può per esempio imporre agli allineamenti A, B e C che: Y K K C. T. H, A = i + K = K i K H, B H, i K H, B H, C y H, i + K i = H, C K H, A = m + K H, B 6 m + K H, kn m kn M C 0 m = 6.56 m K K K H, A H, B H, C = = = kn m kn m kn m K K H, A, i H, B / C kn = 796 m kn, i = 742 m

140 140/196 (b) Edificio con isolatori HDRB Procedura di progettazione: 2) Si calcola lo spostamento orizzontale di progetto per il C.T. del sistema S.D.O.F. precedentemente t definito, it Se, SLC ( T ) T 2.8s SDe, SLC ( T ) = = Se, SLC ( T ) g = m 2 = ω 2π 2π 2 2 quindi la richiesta di spostamento per gli isolatori più esterni, per i quali gli effetti torsionali (eccentricità accidentale) risultano più rilevanti; si può in via semplificata utilizzare il fattore amplificativo δ: δ = x = 1.3 d bd = m = L e 0.423m

141 141/196 (b) Edificio con isolatori HDRB Procedura di progettazione: 3) Una delle verifiche di deformazione degli isolatori richiede che la deformazione a taglio associata al solo spostamento t orizzontale di progetto d bd sia inferiore i a 2.5; invertendo tale relazione di verifica si può imporre che: dbd dbd 423mm ε q, E = 2.5 Tq = = 169mm T q dove Tq rappresenta lo spessore totale della sola gomma. Cautelativamente optiamo per uno spessore totale dell elastomero pari a: T q = 175mm tr = 7mm n r = 25 strati

142 142/196 (b) Edificio con isolatori HDRB Procedura di progettazione: 4) Si definisce quindi la sezione degli isolatori (in questo esempio si sceglie per una geometria circolare): kn G A K T mm A, i kn H, A, i q m 2 KH, A, i = = 796 AA, i = = = mm DA, i = 665 mm T m G N q mm kn G A K T mm B/ C, i kn H, B/ C, i q K A m 2 H, B/ C, i = = 742 A, i = = = mm DB / C, i = 645mm T m G N q mm Alternativamente è possibile, fissato il diametro D per tutti gli isolatori, imporre agli allineamenti A e B/C altezze T q differenti.

143 143/196 (b) Edificio con isolatori HDRB Procedura di progettazione: 5) Si calcola lo spessore dei lamierini d acciaio interni [EN :2005, Eq ]: t s = K p N ( tr,1 + tr,2 ) K h m ts, A = 0.46mm ts = 3mm 2mm A t = mm r f y s, B / C 0.49 ns = nr 1 = 24 strati Ed, max γ dove: - K p è un fattore di correzione della distribuzione di sforzi pari a K p = 1.3 p - N Ed,max è l azione verticale massima N Ed,max =2100kN (per i pilastri B2 e B5) - t r,1 e t r,2 sono rispettivamente gli spessori della gomma sui due lati del lamierino t r,1/2 = t r =7mm - K h fattore correttivo pari a 1 se l elastomero non ha fori, altrimenti pari a 2 K h =1 - γ m fattore di sicurezza legato alle prescrizioni nazionali, genericamente considerato pari a γ m =1 - A r è la superficie piana ridotta a causa delle azioni non sismiche; genericamente si assume pari all area dei lamierini d acciaio interni, il cui diametro è pari a D =D-10 mm - tensione di snervamento dell acciaio utilizzato: f y = 245 MPa [ISO :2007 ; Tabella 11] p

144 144/196 (b) Edificio con isolatori HDRB Procedura di progettazione: 5) Si calcolano il diametro dei bulloni d ancoraggio e lo spessore delle piastre d acciaio esterne [ISO :2007, Annex I; EC3 Eq ]

145 145/196 (b) Edificio con isolatori HDRB (*) In questo esempio gli isolatori sono stati progettati e dimensionati ad hoc. Nella pratica progettuale invece, vanno scelti gli isolatori a catalogo più prossimi alle esigenze di progetto in termini di rigidezza orizzontale, di spostamento orizzontale e carico verticale massimo previsti in fase di predimensionamento. Caratteristiche lineari equivalenti degli isolatori