La vulnerabilità: come si comportano gli edifici in caso di terremoto

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1 La vulnerabilità: come si comportano gli edifici in caso di terremoto Sergio Castenetto DPC - Ufficio Rischio sismico e vulcanico Angelo Masi Univ. della Basilicata e Reluis

2 Cosa succede alla casa durante un terremoto??

3 COSA E IL TERREMOTO? Sforzo Sforzo Sforzo Deformazione Sforzo Rottura Quando le rocce, si fratturano liberano quasi istantaneamente l energia elastica sino ad allora accumulata. L energia si propaga in tutte le direzioni sotto forma di onde sismiche, provocando così quei movimenti del suolo che costituiscono il terremoto.

4 ONDE MECCANICHE onde trasversali onde sismiche S onde longitudinali onde sismiche P / onde acustiche Le onde trasversali non si propagano nei gas e nei liquidi perché le forze trasversali sono troppo piccole Aria Acqua Legno Acciaio Crosta Terrestre 340 m/s 1400 m/s 5000 m/s 5000 m/s ~ 6000 m/s

5 PERCHE LE ROCCE SONO SOTTOPOSTE A SFORZI? La Terra è un pianeta a strati nucleo mantello crosta Solo lo strato più superficiale, detto litosfera (crosta e parte esterna del mantello superiore), è sede di attività sismica

6 PERCHE LE ROCCE SONO SOTTOPOSTE A SFORZI? La litosfera è divisa in 10 grandi parti (placche o zolle) che si muovono l una rispetto all altra

7 E L ITALIA? E tra due zolle, quella Africana e quella Europea. 80 milioni di anni fa lo scontro tra Africa ed Europa diede inizio alla formazione della catena alpina La catena appenninica nasce successivamente, in seguito alla subduzione della zolla africana sotto quella europea (da Mantovani, 1991)

8 GLI SFORZI COSA PROVOCANO? Il punto all interno della terra dove si genera la rottura si chiama ipocentro del terremoto; il punto corrispondente sulla superficie terrestre è l epicentro. La rottura genera onde sismiche che dall ipocentro si propagano in tutte le direzioni. Giunte in superficie determinano lo scuotimento dl suolo

9 LA FAGLIA

10 COME E FATTA UNA CASA

11 COME E FATTA UNA CASA muro portante tetto solaio solaio fondazioni

12 COME E FATTA UNA CASA copertura pilastri tamponature travi fondazione nodi

13 DURANTE UN TERREMOTO. Forza sismica

14 DURANTE UN TERREMOTO. spinte da una parte e dall altra!

15 MA COME INFLUISCONO LE ONDE SISMICHE SUL COMPORTAMENTO DELLE STRUTTURE?

16 IL PENDOLO

17 IL PENDOLO Una cosa che oscilli liberamente appesa a un punto fisso è un pendolo. L'esempio tipico è il pendolo degli orologi, usato per registrare il tempo. I movimenti del pendolo sono oscillazioni (movimenti alternati tra estremi definiti).

18 IL PENDOLO Tac 2 s Tic 1 s Oscillazione completa (Tic-Tac): 2 secondi Periodo T = 2 s Numero di oscillazioni in 1 secondo: ½ Frequenza f = ½ cicli/s = 1/T

19 L OSCILLATORE SEMPLICE

20 L OSCILLATORE SEMPLICE Lo spostamento v dipende da: Massa M (serbatoio pieno o vuoto) Altezza H Materiale E Forma del fusto I Accelerazione del sisma a E, I M v(t) H a Il periodo T dipende solo dalle caratteristiche meccaniche e di vincolo del modello. T cresce al crescere della massa M e diminuisce al crescere della rigidezza K(EI/H)

21 L OSCILLATORE SEMPLICE

22 RISONANZA Ogni oggetto possiede una frequenza naturale alla quale vibra quando viene sollecitata. Quando viene applicata una ulteriore vibrazione pari alla sua frequenza naturale, l oggetto Inizia a vibrare con ampiezza crescente, in altre parole entra in risonanza

23 RISONANZA Spinta 5 Spinta 4 Spinta 3 Spinta 2 Spinta in fase Oscillazione in aumento

24 SEMPRE PIÙ IN ALTO

25 TROPPO IN ALTO!!! Risonanza dell altalena

26 RISONANZA Un bicchiere può rompersi se colpito da onde sonore della stessa frequenza delle vibrazioni naturali del bicchiere.

27 RISONANZA Tacoma Narrows Bridge 07/11/1940

28 3 TELAI IN RISONANZA H1 < H2 < H3 T1 < T2 < T3 f1 > f2 > f3 v1 < v2 < v3

29 EDIFICIO A 2 PIANI u 2 2 F 2 H2 u 1 1 F 1 H1

30 EDIFICIO A 2 PIANI 1 modo di vibrare 2 modo di vibrare φ 2,1 φ 2,2 2 2 φ 1,1 φ 1,2 1 1 Oscillazioni Periodo T1 > T2 Frequenza f1<f2

31 EDIFICIO A 2 PIANI u 2 2 u 1 1 La deformazione effettiva sarà una combinazione dei vari modi di vibrare

32 RISONANZA Dunque se la frequenza delle onde simiche è uguale alla frequenza di vibrazione della struttura si ha la risonanza. Ma il suolo che ruolo ha?

33 EFFETTI DI SITO Messico 1985 M = 7.0 circa morti L epicentro si trovava a 200 km da Città del Messico, costruita sui terreni soffici di un antico lago.

34 AMPLIFICAZIONE IPOCENTRO

35 LO SMORZAMENTO

36 LO SMORZAMENTO

37 ISOLAMENTO SISMICO

38

39 ISOLAMENTO SISMICO La prima applicazione di cui si ha notizia è in Giappone, in un edificio del tempio di Sanjusangendo (Kyoto) contenente 1001 statue Non ha subito danni a seguito del terremoto di Kobe del 1995 (solo 4 statue sono state leggermente danneggiate) L edificio definito Rengeoin di dimensioni in pianta pari a 118x18 m è stato costruito nel 1164, distrutto da un incendio è stato ricostruito nel Poggia su una base di materiali sciolti finissimi agenti a guisa di sistema di isolamento

40 ISOLAMENTO SISMICO Brevetto di un sistema basato sull uso di sfere interposte tra la base della sovrastruttura e la fondazione. (Jules Touaillon, 1870)

41 ISOLAMENTO SISMICO Brevetto Italiano di isolatore sismico con utilizzo di sfere (Domenico Lodà, 1911) Double Concave Friction Pendulum (Hyakuda et alii)

42 ISOLAMENTO SISMICO Sistema di costruzione di un edificio sospeso brevettato in Italia. (1909) Torre ENEL I centro Direzionale Napoli (altezza 122 m, fine costruzione 1990)

43 EDIFICIO A BASE FISSA il terreno trasmette energia alla costruzione, deformandola Spostamenti interpiano Accelerazioni sulla struttura Accelerazioni alla base

44 EDIFICIO ISOLATO ALLA BASE Riduzione delle accelerazioni e degli spostamenti tra i piani Spostamenti interpiano Accelerazioni sulla struttura Accelerazioni alla base

45 EDIFICIO RINFORZATO CON CONTROVENTI DISSIPATIVI Riduzione degli spostamenti tra i piani. L energia viene dissipata attraverso dispositivi in grado di farlo senza rompersi Spostamenti interpiano Accelerazioni sulla struttura Accelerazioni alla base

46 LE ONDE P POSSONO CONTRIBUIRE A:

47 LE ONDE P POSSONO CONTRIBUIRE A: a) Inflessione concorde dei paramenti. b) Inflessione discorde dei paramenti. trazione compressione trazione trazione trazione compressione

48 SCHIACCIAMENTO

49 LE ONDE TRASVERSALI (S, L) Azioni nel piano Azioni fuori del piano

50 MECCANISMO FUORI PIANO (Da de Felice)

51 MECCANISMO FUORI PIANO Moldavia, 1986 Perdita di connessione tra le pareti esterne ribaltamento

52 MECCANISMO FUORI PIANO

53 MECCANISMO FUORI PIANO

54 MECCANISMO NEL PIANO

55 SI POSSONO EVITARE QUESTI DANNI? A. Giuffré - Sicurezza e Conservazione dei centri Storici Effetto scatola

56 SI POSSONO EVITARE QUESTI DANNI?

57 MECCANISMO FUORI PIANO Struttura in c. a.

58 MECCANISMO NEL PIANO Struttura in c. a. Piano soffice Meccanismo nel piano

59 MECCANISMO NEL PIANO CANSATESSA (L AQUILA) (VI-VII MCS)

60 RISPETTARE LE REGOLE E importante come si costruiscono le case!!! Ma anche come si riparano!!!