ISOLAMENTO SISMICO DI EDIFICI E PONTI

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1 Corso di aggiornamento professionale dott. ing. Giulio Pandini 21 Novembre 2003 L INGEGNERIA E LA SICUREZZA SISMICA ISOLAMENTO SISMICO DI EDIFICI E PONTI Mauro DOLCE Membro Commissione riclassificazione sismica e normativa DPC Professore Ordinario di Costruzioni in zona Sismica, Università della Basilicata. Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n 3274 del 20 marzo 2003 Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione ione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica ALLEGATO 1: CRITERI PER L'INDIVIDUAZIONE DELLE ZONE SISMICHE INDIVIDUAZIONE, FORMAZIONE E AGGIORNAMENTO DEGLI ELENCHI NELLE MEDESIME ZONE ALLEGATO 2: NORME TECNICHE PER IL PROGETTO, LA VALUTAZIONE E L ADEGUAMENTO SISMICO DEGLI EDIFICI ALLEGATO 3: NORME TECNICHE PER IL PROGETTO SISMICO DEI PONTI ALLEGATO 4: NORME TECNICHE PER IL PROGETTO SISMICO DI OPERE DI FONDAZIONE E DI SOSTEGNO DEI TERRENI

2 ALLEGATO 2: NORME TECNICHE PER IL PROGETTO, LA VALUTAZIONE E L ADEGUAMENTO SISMICO DEGLI EDIFICI INDICE D.M OGGETTO DELLE NORME 2. REQUISITI DI SICUREZZA E CRITERI DI VERIFICA 3. AZIONE SISMICA 4. CRITERI GENERALI DI PROGETTAZIONE 5. EDIFICI CON STRUTTURA IN CEMENTO ARMATO 6. EDIFICI IN ACCIAIO 7. EDIFICI IN STRUTTURA COMPOSTA ACCIAIO-CALCESTRUZZO CALCESTRUZZO 8. EDIFICI CON STRUTTURA IN MURATURA 9. EDIFICI CON STRUTTURA IN LEGNO 10. EDIFICI ISOLATI 11. EDIFICI ESISTENTI ALLEGATO 3: NORME TECNICHE PER IL PROGETTO SISMICO DEI PONTI INDICE 1. CAMPO DI APPLICAZIONE 2. OBIETTIVI DEL PROGETTO 3. CRITERI GENERALI DI PROGETTAZIONE 4. LIVELLI DI PROTEZIONE ANTISISMICA 5. AZIONE SISMICA 6. MODELLO STRUTTURALE PER ANALISI LINEARI 7. METODI DI ANALISI 8. DIMENSIONAMENTO E DETTAGLI COSTRUTTIVI DEGLI ELEMENTI 9. PONTI CON ISOLAMENTO SISMICO

3 INDICE 10 EDIFICI ISOLATI 10.1 Scopo 10.2 Definizioni e simboli 10.3 Requisiti generali e criteri per il loro soddisfacimento 10.4 Caratteristiche e criteri e criteri di accettazione di accettazione dei dispositivi dei dispositivi Indicazioni progettuali 10.5 Indicazioni Isolatori elastomerici progettuali Azione Sismica Isolatori a scorrimento Modellazione Azione Indicazioni Sismica riguardanti i dispositivi Dispositivi ausiliari e analisi a strutturale comportamento non lineare Controllo di movimenti indesiderati Verifiche Modellazione Spettri di progetto Controllo Dispositivi degli ausiliari e spostamenti analisi a comportamento strutturale viscoso sismici differenziali del terreno Aspetti Impiego Dispositivi costruttivi, di accelerogrammi ausiliari manutenzione, a comportamento sostituibilità Verifiche Proprietà Controllo del degli sistema spostamenti di isolamento relativi al lineare terreno o e quasi alle costruzioni lineare circostanti Collaudo Stato Modellazione limite di danno (SLD) Metodi Stato limite di analisi ultimo (SLU) Analisi statica lineare Analisi dinamica lineare Analisi dinamica non lineare 10.1 Scopo Il presente capitolo fornisce criteri e regole per il progetto degli edifici con isolamento sismico, nei quali un sistema d'isolamento sismico è posto al disotto della costruzione medesima, o sotto una sua porzione rilevante, allo scopo di migliorarne la risposta nei confronti delle azioni sismiche orizzontali.

4 D.M B. CRITERI GENERALI DI PROGETTAZIONE. B.1. Disposizioni preliminari.. Le costruzioni nelle quali sia prevista l'introduzione di isolatori ori sismici, di qualunque tipo, possono essere realizzate previa dichiarazione di idoneità del Presidente del Consiglio superiore dei lavori pubblici, su conforme c parere dello stesso Consiglio. Analoga dichiarazione deve essere richiesta per i sistemi costruttivi ttivi contenenti dispositivi di dissipazione dell energia trasmessa dal l sisma. Circ. N. 65/AA.GG AA.GG.. / 1997: Sia l utilizzazione degli isolatori che quella dei dissipatori i hanno origini relativamente recenti e, fino a quando non sarà emanata una specifica normativa a d uso, l adozione dei dispositivi richiede,, che il complesso struttura-dispositivi venga progettato ed eseguito nel rispetto di alcune regole peculiari legate sia alla tipologia a strutturale adottata che alle caratteristiche proprie degli apparecchi utilizzati. Ciò rende necessaria n la preventiva approvazione del progetto, riguardante il sistema edificio-dispositivi, dispositivi, da parte del Consiglio Superiore dei LL.PP. Andamento delle applicazioni delle tecniche di isolamento sismico su edifici in Italia Andamento delle applicazioni delle tecniche di dissipazione di energia su edifici in Italia

5 10.1 Scopo Le prescrizioni del presente capitolo non si applicano ai sistemi di protezione sismica basati sull'impiego di elementi dissipativi distribuiti a vari livelli, all'interno della costruzione. Dunque gli edifici dotati di sistemi dissipativi si progettano applicando criteri, regole e metodi di analisi validi per edifici convenzionali. Sono necessari manuali e codici di pratica 10. Ponti con isolamento sismico ALL. 3 Ponti 9.1 Scopo Il presente capitolo fornisce criteri e regole per il progetto dei d ponti con isolamento sismico, nei quali un sistema d'isolamento sismico viene posto tra l impalcato e le pile/spalle,, allo scopo di migliorarne la risposta nei confronti delle azioni sismiche orizzontali.

6 Perché l isolamento sismico viene trattato nelle norme? Lunga fase di applicazione sperimentale (Linee Guida, CSLP) Maturità raggiunta da tecnica e tecnologia dell isolamento Numerose applicazioni in Italia e nel mondo Vasta sperimentazione con esiti positivi (compresi edifici reali) Più elevati livelli di sicurezza delle costruzioni Posizione d avanguardia dell industria italiana nel mondo Presenza nell EC8, parti 1 (edifici) e 2 (ponti) CONSEGUENZA: Progetti con isolamento sismico soggetti alle stesse (eventuali) forme di controllo esistenti per progetti convenzionali. Facilità di applicazione. ISOLAMENTO SISMICO DI STRUTTURE NUOVE A BASSA DUTTILITÀ a g = 0.78 g a\g = 0.78 Isolator type: SMA-WIRE COMPLETE (centering + dissipating) - B accelerations of 2nd storey vs. acceleration of table Accelerations (m/sec2) time (sec) a\g = 0.78 Isolator type: SMA-WIRE COMPLETE (centering + dissipating) - B Displacement (mm) time (sec)

7 ADEGUAMENTO STRUTTURE ESISTENTI: SPERIMENTAZIONE ISOLAMENTO ALLA BASE GOMMA+SLITTE Colfioritox3 1.50g FISSO ALLA BASE Colfioritox3 0.75g DiSGG - Università della Basilicata - Potenza EDIFICIO REALE Slitta acciaio- teflon Isolatori in gomma Panoramica Slitte + Dispositivi SMA DiSGG - Università della Basilicata - Potenza

8 Perché un capitolo specifico (e ponderoso)? Specificità degli obiettivi del progetto (obiettivi diversi per SLD e SLU) Particolarità del comportamento delle strutture isolate (metodi di analisi) Progetto e controllo dei dispositivi di isolamento (sperimentazione) Progetto e controllo della struttura OBIETTIVI: Mettere il normale progettista delle strutture in grado di progettare e calcolare correttamente e facilmente una struttura con isolamento sismico. Fornire gli strumenti necessari alla D.L. e al collaudatore (in corso d opera) Aspetti innovativi rispetto alle Linee Guida: 1) Semplificazione delle procedure di analisi 2) Più chiara definizione del ruolo dei diversi dispositivi di isolamento 3) Modifiche per congruenza con le altre parti della norma 4) Congruenza con EC8-1 1 e EC8-2

9 Documenti di riferimento nella redazione della norma: Linee Guida CSLLPP EC8 part 1 edifici cap.10 isolamento sismico EC8 part 2 ponti Cap. 7 isolamento sismico CEN TC 340 Dispositivi Antisismici (in corso di redazione) 10.1 Scopo Strategie d'isolamento (anche in combinazione): a) incremento del periodo fondamentale della costruzione per portarlo nel campo delle minori accelerazioni di risposta; b) Limitazione della massima forza orizzontale trasmessa; c) Dissipazione di una consistente aliquota dell'energia meccanica trasmessa alla costruzione.

10 ISOLAMENTO ALLA BASE incremento del periodo fondamentale Accelerazione Shift del Periodo Spostamento Shift del Periodo Periodo Periodo ISOLAMENTO ALLA BASE Incremento del periodo e dissipazione energia Accelerazione Aumento dello smorzamento Spostamento Aumento dello smorzamento Periodo Periodo

11 ISOLAMENTO ALLA BASE Limitazione della forza Accelerazione Spostamento Periodo Periodo 10.3 Requisiti generali e criteri per il loro soddisfacimento Gli edifici con isolamento sismico debbono soddisfare i requisiti generali di sicurezza e i criteri di verifica riportati i nel capitolo 2 di queste norme. In particolare valgono integralmente le prescrizioni riguardanti la sicurezza nei confronti della stabilità (SLU), della limitazione dei danni (SLD), i terreni di fondazione. Il soddisfacimento è assicurato dal rispetto delle condizioni espresse in 2.3,, salvo condizioni particolari specifiche degli edifici con isolamento sismico, per i quali vale, in aggiunta o in sostituzione, quanto contenuto nei successivi paragrafi. La sovrastruttura la sottostruttura si devono mantenere sostanzialmente in campo elastico.. Per questo la struttura potrà essere progettata con riferimento alle prescrizioni relative alle strutture con bassa duttilità (DC B ).

12 10.3 Requisiti generali e criteri per il loro soddisfacimento Un affidabilità superiore è richiesta al sistema di isolamento per il ruolo critico che esso svolge. Tale affidabilità si ritiene conseguita se il sistema di isolamento è progettato e verificato sperimentalmente secondo quanto stabilito nel punto 10.8 e negli allegati 10.A, 10.B... I dispositivi saranno accompagnati da una relazione che illustri il comportamento meccanico sia di insieme che dei singoli componenti, così da minimizzare la possibilità del verificarsi di d comportamenti non previsti Requisiti generali e criteri per il loro soddisfacimento La definizione del comportamento meccanico del dispositivo sotto azioni orizzontali (sisma, vento, ecc.), sia ai fini della risposta del sistema strutturale che lo contiene che ai fini del dimensionamento del dispositivo stesso, sarà basata su: un modello strutturale sufficientemente realistico (ove necessario non lineare, dipendente dallo sforzo assiale, ecc.) prove di laboratorio effettuate in condizioni più aderenti possibile alle condizioni reali in termini di accelerazione, velocità e spostamento. Eventuali modifiche di tale comportamento,, sono ammesse solo con adeguate giustificazioni e verifiche,.

13 10.3 Requisiti generali e criteri per il loro soddisfacimento Nell ambito del progetto si dovrà redigere un piano di qualità riguardante sia la progettazione del dispositivo, che la costruzione, la messa in opera, la manutenzione e le relative verifiche analitiche e sperimentali. I documenti di progetto indicheranno i dettagli, le dimensioni e le prescrizioni sulla qualità, come pure eventuali dispositivi di d tipo speciale e le tolleranze concernenti la messa in opera. Elementi di elevata importanza, che richiedano particolari controlli durante le fasi di costruzione e messa in opera, saranno indicati negli elaborati grafici di progetto, insieme alle le procedure di controllo da adottare Requisiti generali e criteri per il loro soddisfacimento Tutte le condutture degli impianti che attraversano i giunti intorno alla struttura isolata dovranno non subire danni e rimanere funzionanti per i valori di spostamento corrispondenti allo SLD.

14 10.3 Requisiti generali e criteri per il loro soddisfacimento Quelle del gas e di altri impianti pericolosi che attraversano i giunti di separazione dovranno essere progettati per consentire gli spostamenti relativi della sovrastruttura isolata corrispondenti allo SLU, con lo stesso livello di sicurezza adottato per il progetto del sistema di isolamento Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Ai fini delle presenti disposizioni, i dispositivi facenti parte di un sistema di isolamento si distinguono in: Isolatori Gli isolatori sono dispositivi che svolgono fondamentalmente la funzione di sostegno dei carichi verticali, con elevata rigidezza in direzione verticale e bassa rigidezza o resistenza in direzione orizzontale, permettendo notevoli spostamenti orizzontali.. dispositivi ausiliari I dispositivi ausiliari svolgono fondamentalmente la funzione di dissipazione di energia e/o di ricentraggio del sistema e/o di vincolo laterale sotto carichi orizzontali di servizio (non sismici), rispetto alle azioni orizzontali. zontali.

15 10.4 Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Tra gli isolatori si individuano: isolatori in materiale elastomerico ed acciaio \ \ NRB HDRB LRB 10.4 Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi SLB isolatori a scorrimento

16 10.4 Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi dispositivi a comportamento non lineare, indipendente dalla velocità di deformazione, dispositivi a comportamento viscoso, dipendente dalla velocità di deformazione, dispositivi a comportamento lineare o quasi lineare 10.4 Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Un sistema di isolamento può essere costituito: (i) unicamente da isolatori elastomerici,, eventualmente realizzati con elastomeri ad alta dissipazione o comprendenti inserti di materiali dissipativi (ad es. piombo), (ii) unicamente da isolatori a scorrimento o rotolamento, che inglobano funzioni dissipative o ricentranti per la presenza di elementi capaci di svolgere tali funzioni, (iii) da un opportuna combinazione di isolatori e dispositivi ausiliari. I dispositivi di isolamento possono essere basati su materiali e meccanismi diversi... L idoneità all impiego deve essere accertata mediante le prove sui materiali e sui dispositivi descritte nell allegato 10.B eseguite e certificate da laboratori ufficiali.

17 10.4 Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Isolatori elastomerici Gli isolatori elastomerici sono costituiti da strati di materiale elastomerico (gomma naturale o materiali artificiali idonei) alternati a piastre di acciaio, aventi prevalente funzione di confinamento dell elastomero, e vengono disposti nella struttura in modo da sopportare le azioni e deformazioni orizzontali di progetto mediante azioni parallele alla giacitura degli strati di elastomero ed i carichi verticali mediante azioni perpendicolari agli strati stessi... Gli isolatori debbono avere pianta con due assi di simmetria ortogonali Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Isolatori elastomerici Le piastre di acciaio saranno conformi alla CNR o equivalente con un allungamento minimo a rottura del 18% e spessore minimo pari a 2 mm per le piastre interne e a 20 mm per le piastre esterne. Per gli effetti di azioni perpendicolari agli strati, valgono le dimensioni delle piastre in acciaio (area A ), Per gli effetti delle azioni parallele alla giacitura degli strati ti si vale la sezione intera dello strato di gomma (area A)..

18 10.4 Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Isolatori elastomerici Fattori di forma: Fattore di forma primario S 1 =A /L A = area della singola piastra d acciaio L = area laterale libera del singolo strato di elastomero; Fattore di forma secondario S 2 = D/t e D = dimensione in pianta D della singola piastra in acciaio, t e = spessore totale degli strati di elastomero. Parametri sintetici di progetto: Rigidezza equivalente K e = F/d = G din A/t e Smorzamento viscoso equivalente ξ e = W d /(2π π F d) 10.4 Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Isolatori elastomerici Le caratteristiche meccaniche (K( e e ξ e ) dei dispositivi reali, valutate in corrispondenza dello spostamento massimo di progetto d 2, dovranno avere variazioni limitate come segue: Per variabilità nella fornitura: : massimo ± 15%, medio ± 5%, rispetto al valore di progetto; Per invecchiamento dell elastomero: 15% del valore iniziale; Per fattori ambientali (temperatura( ): ± 20%; Per variazioni del carico verticale: : 15%; Per velocità di deformazione (frequenza( ): ± 10%, valutate in un intervallo di ±30% del valore di progetto...

19 10.4 Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Isolatori elastomerici Gli isolatori elastomerici devono inoltre essere in grado di sostenere almeno 10 cicli con spostamento massimo impresso pari a 1,2 d 2. L esito è positivo se: I diagrammi forza-spostamento mostrano un incremento di carico al crescere dello spostamento; K e(i) - K e(3) (3) / /K e(3) < 0,15 (i 1); ξ e(i) -ξ e(3) (3) / /ξ e(3) < 0,15 (i 1). Progetto Piena funzionalità d 2 1,2 d Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Isolatori a scorrimento Gli isolatori a scorrimento sono costituiti da appoggi a scorrimento (acciaio( acciaio-ptfe) ) caratterizzati da bassi valori del coefficiente di attrito (f),, compreso tra 0 e 3 %. Il coefficiente di attrito, valutato in corrispondenza dello spostamento massimo di progetto d 2, dovrà avere variazioni limitate come segue: Per variabilità nella fornitura: : massimo ± 50%, medio ± 15%, rispetto al valore di progetto; Per invecchiamento: : 15% del valore iniziale; Per fattori ambientali (temperatura( ): ± 20%; Per variazioni del carico verticale ( ): 30%; Per velocità di deformazione (frequenza( ): ± 10%, valuta- te in un intervallo di ±30% del valore di progetto.

20 10.4 Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Isolatori a scorrimento Gli isolatori a scorrimento devono inoltre essere in grado di sostenere almeno 10 cicli con spostamento massimo impresso pari a 1,2 d 2. L esito è positivo se: f (i) -f (3) /f (3) (3) < 0,15, (i 1). Gli isolatori a scorrimento debbono essere in grado, inoltre, di garantire la loro funzione di appoggio fino a spostamenti pari ad 1,5 d 2. Progetto Piena funzionalità Appoggio d 2 1,2 d 2 1,5 d Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Dispositivi ausiliari a comportamento non lineare Trasmettono, in generale, solo azioni orizzontali ed hanno rigidezza trascurabile rispetto alle azioni verticali. Possono realizzare comportamenti meccanici diversi, ad elevata o bassa dissipazione di energia, con riduzione o incremento della rigidezza al crescere dello spostamento, con o senza spostamenti residui all azzeramento della forza. Sono individuati da un comportamento meccanico schematizzabile con delle curve bilineari,, definite dalle coordinate (F( 1, d 1 ) corrispondenti al limite teorico del comportamento elastico lineare del dispositivo, e dalle coordinate (F( 2, d 2 ) corrispondenti al valore di progetto allo SLU dello spostamento.

21 10.4 Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Dispositivi ausiliari a comportamento non lineare Il ciclo bilineare teorico è definito dai seguenti parametri: (i) d el = spostamento, nel primo ramo di carico, entro il quale il comportamento ortamento è sostanzialmente lineare. In generale può assumersi un valore pari a d 2 /20; (ii) F el = Forza corrispondente a d el. (iii) d 1 = ascissa del punto d intersezione della linea retta congiungente l origine con il punto (d el, F el ) e la linea retta congiungente i punti (d 2 /4, F(d 2 /4)) and (d 2, F 2 ) nel terzo ciclo; (iv) F 1 = Forza corrispondente a d 1 nel terzo ciclo sperimentale; (v) d 2 = Spostamento massimo di progetto allo SLU; (vi) F 2 = forza corrispondente allo spostamento d 2, ottenuta al terzo ciclo sperimentale Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Dispositivi ausiliari a comportamento non lineare Ciclo teorico da assumere per l esecuzione delle analisi non lineari per la progettazione della struttura: Rigidezza elastica K 1 = F 1 /d 1 Rigidezza post-elastica K 2 = F 2 /d 2 Rami di scarico e ricarico coerenti con il comportamento reale, Energia dissipata in un ciclo differente da quella dissipata nel terzo ciclo di carico della prova sperimentale di non più del 10%.

22 10.4 Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Dispositivi ausiliari a comportamento non lineare Le curve caratteristiche nel terzo ciclo di carico,, valutate in termini di forza F(d 1 ) e F(d 2 ) e di rigidezza K 2, dovranno avere variazioni limitate come segue : Per variabilità nella fornitura: : massimo ± 15%, medio ± 5%, rispetto al valore di progetto; Per invecchiamento dei materiali: 15% del valore iniziale; Per fattori ambientali (temperatura( ): ± 20%; Per velocità di deformazione (frequenza( ): ± 10%, valuta- te in un intervallo di ±30% del valore di progetto Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Dispositivi ausiliari a comportamento non lineare I dispositivi a comportamento non lineare devono inoltre essere in grado di sostenere almeno 10 cicli con spostamento massimo impresso pari a 1,2 d 2. L esito è positivo se: I diagrammi forza-spostamento mostrano un incremento di carico al crescere dello spostamento; Sia per (d=d 1 ) che per (d=d 2 ) : F (i) - F (3) /F (3) < 0,15, (i 1); K 2(i) K 2(3) /K 2(3) < 0,15, (i 1). Progetto Piena funzionalità d 2 1,2 d 2

23 10.4 Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Dispositivi ausiliari a comportamento viscoso Trasmettono solo azioni orizzontali ed hanno rigidezza trascurabile rispetto alle azioni verticali. non contribuiscono alla rigidezza del sistema. Il loro comportamento è caratterizzato dalla massima forza sviluppata F max e dall energia dissipata E d in un ciclo, per una prefissata ampiezza e frequenza, ossia dalle costanti C e α. L identificazione di tali parametri va fatta con riferimento al terzo ciclo di carico. La differenza tra valore teorico e sperimentale di F max e E d (C e α) ) deve essere inferiore al 10% Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Dispositivi ausiliari a comportamento viscoso Le caratteristiche meccaniche F max e E d valutate per frequenze di carico pari a quelle di progetto, dovranno avere variazioni limitate come segue : Per variabilità nella fornitura: : massimo ± 15%, medio ± 5%, rispetto al valore di progetto; Per invecchiamento dei materiali: 15% del valore iniziale; Per fattori ambientali (temperatura( temperatura): ): ± 20%...

24 10.4 Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Dispositivi ausiliari a comportamento viscoso I dispositivi viscosi devono inoltre essere in grado di sostenere almeno 10 cicli con spostamento massimo impresso pari a 1,2 d 2. L esito è positivo se, in corrispondenza di d=d 1 e d=d 2 : F max(i) - F max E d(i) - E d(3) max(3) /F max(3) (3) / /E d(3) (3) < 0,15, (i 1); < 0,15, (i 1). Progetto Piena funzionalità d 2 1,2 d Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Dispositivi ausiliari a comportamento lineare Trasmettono solo azioni orizzontali ed hanno rigidezza trascurabile rispetto alle azioni verticali. Parametri sintetici di progetto: (i) Rigidezza equivalente K e = F/d (ii) Smorzamento viscoso equivalente ξ e = W d /(2π π F d)

25 10.4 Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Dispositivi ausiliari a comportamento lineare Le caratteristiche meccaniche K e e ξ e valutate in corrisponden- za dello spostamento massimo di progetto d 2, e per una frequenza di carico pari a quella di progetto, dovranno avere variazioni limitate come segue : Per variabilità nella fornitura: : massimo ± 15%, medio ± 5%, rispetto al valore di progetto; Per invecchiamento dei materiali: 15% del valore iniziale; Per fattori ambientali (temperatura( ): ± 20%; Per velocità di deformazione (frequenza( ): ± 10%, valuta- te in un intervallo di ±30% del valore di progetto Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Dispositivi ausiliari a comportamento lineare I dispositivi a comportamento visco-elastico devono inoltre essere in grado di sostenere almeno 10 cicli con spostamento massimo impresso pari a 1,2 d 2. L esito è positivo se: I diagrammi forza-spostamento mostrano un incremento di carico al crescere dello spostamento; K e(i) - K e(3) (3) / /K e(3) < 0,15, (i 1); ξ e(i) -ξ e(3) (3) / /ξ e(3) < 0,15, (i 1). Progetto Piena funzionalità d 2 1,2 d 2

26 10.4 Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi Dispositivi Elastomerici A scorrimento Non lineari Viscosi Lineari Parametri sintetici di progetto K e, ξ e f K 1 (=F 1 /d 1 ) K 2 (=F 2 /d 2 ) C, α K e, ξ e Fornitura Max ± 15% Med ± 5% Max ± 50% Med ± 15% Max ± 15% Med ± 5% Max ± 15% Med ± 5% Max ± 15% Med ± 5% Variabilità di comportamento (d=d 2 ) Invecchiamento Temperatura Carico verticale 15% ± 20% 15% 15% ± 20% 30% 15% ± 20% - 15% ± 20% - 15% ± 20% - Frequenza ± 10% ± 10% ± 10% - ± 10% Verifica in condizioni estreme (10 d=1.2d 2 ) K e < 15% ξ e < 15% f < 15% F 1 < 15% F 2 < 15% K 2 < 15% F max max < 15% E d < 15% K e < 15% ξ e < 15% 10. Ponti con isolamento sismico ALL. 3 Ponti Isolatori elastomerici Isolatori a scorrimento Dispositivi ausiliari a comportamento non lineare Dispositivi ausiliari a comportamento viscoso Dispositivi ausiliari a comportamento lineare o quasi lineare le variazioni dovute a fattori ambientali (temperatura), valutate per le condizioni estreme di progetto dei fattori stessi e con riferimento al valore misurato in condizioni medie di tali fattori, non dovranno superare il ± 35%;

27 ALLEGATO 10.A Verifica allo SLU degli Isolatori elastomerici 1. Tensione negli inserti in acciaio La tensione massima σ s agente nella generica piastra in acciaio deve risultare inferiore alla tensione di snerva- mento dell acciaio f yk : σ s = 1.3 V (t 1 + t 2 )/(A r t s ) < f yk dove V è lo sforzo normale massimo, A r è l area ridotta efficace dell isolatore, t 1 e t 2 sono gli spessori dei due strati di elastomero direttamente a contatto con la piastra e t s è il suo spessore (t( s 2 mm). ALLEGATO 10.A Verifica allo SLU degli Isolatori elastomerici 2. Deformazione di taglio massima degli isolatori Devono risultare soddisfatte le condizioni: γ t 5 γ s γ*/1.5 2 dove γ t = γ c + γ s + γ α è la deformazione di taglio totale di progetto, γ s è la deformazione di taglio dell elastomero per lo spostamento sismico totale, γ α è la deformazione di taglio dovuta alla rotazione angolare, γ c è la deformazione di taglio dell elastomero prodotta dalla compressione, γ* è il valore massimo della deformazione di taglio raggiunto nelle prove di qualificazione relative all efficacia della aderenza elastomero- acciaio, senza segni di rottura.

28 ALLEGATO 10.A Verifica allo SLU degli Isolatori elastomerici 3. Instabilità Il carico massimo verticale agente sul singolo isolatore dovrà essere inferiore al carico critico V cr diviso per un coefficiente di sicurezza 2.5: V < Vcr/2.5 ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Isolatori in materiale elastomerico ed acciaio Isolatori a scorrimento Dispositivi a comportamento non lineare e lineare Dispositivi a comportamento viscoso

29 ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento 10.B.1 Isolatori in materiale elastomerico ed acciaio Prove di accettazione sui materiali Prove di qualificazione sui dispositivi Prove di accettazione sui dispositivi ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Prove di qualificazione sui dispositivi Le prove di qualificazione sui dispositivi devono essere effettuate su almeno 4 dispositivi (rapporti di scala compresi tra 0,5 e 2, fattore di forma primario S1 uguale, fattore di forma secondario S2 uguale o maggiore), 2 per le prove senza invecchiamento e 2 per le prove con invecchiamento, a temperature di 23 C ± 3 C, ed a non meno di due giorni di distanza dalla vulcanizzazione.

30 ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Prove di qualificazione sui dispositivi DiSGG - Università della Basilicata - Potenza ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Prove di qualificazione su dispositivi elastomerici 1. Determinazione statica della rigidezza a compressione tra il 30% e il 100% del carico verticale V di progetto in presenza di sisma, 250 carico assiale (KN) abbassamento (mm)

31 ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Prove di qualificazione su dispositivi elastomerici 2. Determinazione statica, sotto compressione costante e pari a 6 MPa,, del modulo statico di taglio G, definito come il modulo secante tra le deformazioni di taglio corrispon- denti agli spostamenti 0,27t e e 0,58t e (*) (*) t e = somma dello spessore dei singoli strati di elastomero 10 forza tagliante (KN) spostamento (mm) ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Prove di qualificazione su dispositivi elastomerici 3. Determinazione dinamica, sotto compressione costante e pari a 6 Mpa,, del modulo dinamico di taglio G din e dello smorzamento ξ mediante prove cicliche sinusoidali alla frequenza di 0,5 Hz ed in corrispondenza del 3 ciclo, valutando G din =Ft e /(Ad) come modulo secante in corrispondenza di d/t e =1, forza tagliante (KN) spostamento (mm) forza tagliante (KN) spostamento (mm)

32 ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Prove di qualificazione su dispositivi elastomerici 4. Determinazione delle caratteristiche di creep mediante prove di compressione sotto carico costante e pari a V, della durata di almeno 7 giorni, abbassamento assiale (mm) tempo (giorni) La deformazione verticale per creep deve essere inferiore al 20% della deformazione statica sotto il carico V. ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Prove di qualificazione su dispositivi elastomerici 5. Determinazione delle curve G- γ e ξ- γ mediante prove dinamiche cicliche per valori di γ pari a 0.05, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0, 2.0, effettuando almeno 5 cicli per ciascuna ampiezza. modulo G dinamico (MPa) deformazione gamma smorzamento csi (%) 20% 15% 10% 5% 0% deformazione gamma

33 ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Prove di qualificazione su dispositivi elastomerici 6. Valutazione della stabilità del dispositivo sotto compressione e taglio, effettuata accertandosi che il dispositivo rimanga stabile se assoggettato ad uno spostamento orizzontale pari ad 1,8 t e in presenza di un carico verticale pari sia ad 1,5 V max che a 0,5 V min. Prova di stabilità - carico assiale di 302,5 KN (1,5 Vmax) Prova di stabilità - carico assiale di 100,8 KN (0,5 Vmin) azione tagliante (KN) V max V min spostamento trasversale (mm) spostamento trasversale (mm) azione tagliante (KN) ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Prove di qualificazione su dispositivi elastomerici 7. Valutazione della capacità di sostenere, sotto compressione costante e pari a 6 Mpa,, almeno 10 cicli con spostamento massimo impresso almeno pari a 1.2 d

34 ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Prove di qualificazione su dispositivi elastomerici 8. Valutazione di efficacia dell aderenza elastomero- acciaio, effettuata sottoponendo l isolatore ad una deformazione γ 2.5, sotto compressione costante e pari a 6 Mpa. ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Prove di qualificazione su dispositivi elastomerici 9. Determinazione delle variazioni di rigidezza verticale ed orizzontale (sia statica che dinamica), conseguenti ad un invecchiamento artificiale ottenuto mantenendo i dispositivi di prova per 21 giorni a 70 C. carico assiale (KN) abbassamento (mm) spostamento (mm) I valori di G dopo l invecchiamento non devono superare di 1,15 volte i valori di G prima dell invecchiamento. forza tagliante (KN)

35 ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Prove di qualificazione su dispositivi elastomerici ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Prove di accettazione sui dispositivi Le prove di accettazione sui dispositivi si riterranno superate se il modulo statico G non differisce da quello delle prove di qualificazione di oltre il ± 10%. Le prove di accettazione devono essere effettuate su almeno il 20% dei dispositivi, e comunque non meno di 4.

36 ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Prove di accettazione sui dispositivi 1. Misura della geometria esterna che dovrà rispettare le tolleranze prescritte dalla CNR 10018; 2. Determinazione statica della rigidezza verticale tra il 30% e il 100% del carico V; 3. Determinazione statica del modulo G con le modalità specificate per le prove di qualificazione; 4. Valutazione di efficacia dell aderenza elastomero-acciaio, acciaio, con le modalità specificate per le prove di qualificazione, ma adottando per la deformazione γ il valore corrispondente allo spostamento d2. ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Prove di accettazione sui dispositivi Modulo G (MPa) Prove di 0.15 accettazione Prova di qualificazione Prove di accettazione Isolatore No.

37 ALLEGATO 10.B Modalità di prova dei dispositivi di isolamento Prove di accettazione sui dispositivi Variabilità del comportamento meccanico di isolatori elastomerici con la temperatura Differenza (%) Rigidezza equivalente Smorzamento equivalente Temperatura ( C) -20 Ref. Report HITEC/12-98 Highway Innovative Technology Evaluation Center Evaluation Findings for Skellerup Base Isolation Elastomeric Bearings, 1998

38 Variabilità del comportamento meccanico di isolatori elastomerici con la frequenza di carico (T = 23 C, P = 5 MPa) Laboratorio di Strutture, Università della Basilicata, Potenza. -40% +28% f = 0.3 Hz f = 0.5 Hz f = 0.7 Hz KN K = kn/mm -2% K = kn/mm +1% K = kn/mm ξ = 5.82% -11% ξ = 6.54% +6% ξ = 6.98% Variabilità del comportamento meccanico di appoggi scorrevoli acciaio- PTFE con la pressione (f = 0.5Hz, T = 20 C) Laboratorio di Strutture, Università della Basilicata, Potenza. P = 9.3 MPa P = 18.7 MPa P = 28.1 MPa ( KN) (mm) ( KN) (mm) ( KN) (mm) % -20% µ = 2.39% µ = 1.74% µ = 1.38%

39 Variabilità del comportamento meccanico di appoggi scorrevoli acciaio- PTFE con la frequenza (T = 20 C, P = 18.7 MPa) Laboratorio di Strutture, Università della Basilicata, Potenza. -60% +50% f = 0.2 Hz f = 0.5 Hz f = 1 Hz (K N) (mm) (mm) (KN) ( KN) (mm) % +13% µ = 1.65% µ = 1.74% µ = 2% Variabilità del comportamento meccanico di dispositivi basati su LMF con la temperatura (f = 0.5Hz) Laboratorio di Strutture, Università della Basilicata, Potenza. T = 0 C T = 20 C T = 40 C Force (kn) 0 Force (kn) 0 Force (kn) Displacement (mm) Displacement (mm) Displacement (mm) F1 = 5.43 kn F2 = 9.57 kn K2 = 0.69 kn/mm -12% -6% +4% F1 = 6.23 kn F2 = kn K2 = 0.66 kn/mm +19% +13% -9% F1 = 7.45 kn F2 = 11.6 kn K2 = 0.60 kn/mm

40 Variabilità del comportamento meccanico di dispositivi basati su LMF con la frequenza di carico (T = 20 C) Laboratorio di Strutture, Università della Basilicata, Potenza. f = 0.2 Hz f = 1 Hz f = 2 Hz Force (kn) Force (kn) Force (kn) Displacement (mm) F1 = 7.68 kn F2 = 12.1 kn K2 = 0.83 kn/mm -6% -6.3% -6.7% Displacement (mm) F1 = 8.17 kn F2 = kn K2 = 0.89 kn/mm +3.1% +4% +5.7% Displacement (mm) F1 = 8.43 kn F2 = kn K2 = 0.94 kn/mm Variabilità del comportamento meccanico di dispositivi viscoelastici con frequenza di carico e temperatura

41 10.5 Indicazioni progettuali Indicazioni riguardanti i dispositivi L alloggiamento dei dispositivi d isolamento ed il loro collegamento alla struttura devono essere concepiti in modo da assicurarne l accesso e rendere i dispositivi stessi ispezionabili e sostituibili. È necessario anche prevedere adeguati sistemi di contrasto, idonei a consentire l eventuale ricentraggio dei dispositivi qualora, a seguito di un sisma, si possano avere spostamenti residui incompatibili con la funzionalità dell edificio e/o con il corretto comportamento del sistema d isolamento. Ove necessario, gli isolatori dovranno essere protetti da possibili effetti derivanti da attacchi del fuoco, chimici o biologici. In alternativa, occorre prevedere dispositivi che, in caso di distruzione degli isolatori, siano idonei a trasferire il carico verticale alla sottostruttura. Accesso e Ispezionabilità Contrasto per ricentraggio Protezione dal fuoco e altro 10.5 Indicazioni progettuali Indicazioni riguardanti i dispositivi I materiali utilizzati nel progetto e nella costruzione dei dispositivi dovranno essere conformi alle corrispondenti norme in vigore. Gli isolatori soggetti a forze di trazione o a sollevamento durante l azione sismica dovranno essere in grado di sopportare la trazione o il sollevamento senza perdere la loro funzionalità strutturale. Tali effetti andranno debitamente messi in conto nel modello di calcolo ed il comportamento degli isolatori a trazione dovrà essere verificato sperimentalmente Materiali Trazione negli isolatori Calcolo

42 10.5 Indicazioni progettuali Controllo di movimenti indesiderati Per minimizzare gli effetti torsionali, la proiezione del centro di massa dell edificio sul piano degli isolatori ed il centro di rigidezza dei dispositivi di isolamento debbono essere, per quanto possibili, coincidenti. Nei casi in cui il sistema di isolamento affidi a pochi dispositivi le sue capacità dissipative e ricentranti rispetto alle azioni orizzontali, occorre che tali dispositivi siano, per quanto possibile, disposti perimetralmente e siano in numero staticamente ridondante. Effetti torsionali Disposizione perimetrale dispositivi principali 9. Ponti con isolamento sismico ALL. 3 Ponti 9.5 Indicazioni progettuali Controllo di movimenti indesiderati Per minimizzare gli effetti torsionali, la proiezione del centro di massa dell impalcato sul piano degli isolatori ed il centro di rigidezza dei dispositivi di isolamento debbono essere, per quanto possibili, coincidenti. nei casi in cui il sistema di isolamento affidi a pochi dispositivi le sue capacità dissipative e ricentranti rispetto alle azioni orizzontali, occorre che tali dispositivi siano, per quanto possibile, disposti perimentralmente e siano in numero staticamente ridondante. Effetti torsionali Disposizione perimetrale dispositivi principali

43 10.5 Indicazioni progettuali Controllo di movimenti indesiderati Per minimizzare le differenze di comportamento degli isolatori, le tensioni di compressione a cui lavorano devono essere per quanto possibile uniformi. Per evitare o limitare azioni di trazione negli isolatori, gli interassi della maglia strutturale dovranno essere scelti in modo tale che il carico verticale V di progetto agente sul singolo isolatore sotto le azioni sismiche e quelle concomitanti, risulti essere sempre di compressione o, al più, nullo. Tensioni isolatori Maglia strutturale per limitazione trazione isolatori 10.5 Indicazioni progettuali Controllo degli spostamenti sismici differenziali del terreno reno Le strutture del piano di posa degli isolatori e del piano su cui appoggia la sovrastruttura devono essere Rigidezza dimensionate in modo da assicurare un comportamento strutture rigido nel piano suddetto, così da limitare gli effetti di interfaccia spostamenti sismici differenziali; isolamento La condizione precedente si considera soddisfatta se un diaframma rigido costituito da un solaio in c.a. Requisiti oppure da un grigliato di travi progettato tenendo conto di possibili fenomeni di instabilità è presente sia al di strutture sopra che al di sotto del sistema di isolamento e se i all interfaccia dispositivi del sistema di isolamento sono direttamente isolamento fissati ad entrambi i diaframmi, oppure attraverso elementi verticali il cui spostamento orizzontale in condizioni sismiche sia minore di 1/40 dello spostamento relativo del sistema di isolamento. Tali elementi dovranno essere progettati per rispondere in campo rigorosamente elastico,.

44 9. Ponti con isolamento sismico ALL. 3 Ponti 9.5 Indicazioni progettuali Controllo degli spostamenti sismici differenziali del terreno La variabilità spaziale del moto del terreno dovrà essere messa in conto secondo quanto specificato in Moto asincrono 9. Ponti con isolamento sismico ALL. 3 Ponti 9.5 Indicazioni progettuali Controllo degli spostamenti relativi al terreno e alle costruzioni circostanti I giunti di separazione tra le diverse porzioni di impalcato e tra l impalcato e la sottostruttura dovranno essere dimensionati in modo da permettere il corretto funzionamento del sistema di isolamento, senza impedimenti al libero spostamento delle parti isolate.. Giunti

45 10.5 Indicazioni progettuali Controllo degli spostamenti relativi al terreno e alle costruzioni circostanti Adeguato spazio dovrà essere previsto tra la sovrastruttura isolata e il terreno o le costruzioni circostanti, per consentire liberamente gli spostamenti sismici in tutte le direzioni. Le eventuali connessioni, strutturali e non, fra la struttura isolata e il terreno o le parti di strutture non isolate devono essere progettate in modo tale da assorbire, con ampio margine di sicurezza, gli spostamenti relativi previsti dal calcolo. Particolare attenzione, a tale proposito, deve essere posta negli impianti. Libertà di movimento Connessioni con terreno o strutture limitrofe Occorre anche attuare adeguati accorgimenti affinchè l eventuale malfunzionamento delle connessioni a Malfunzionamenti cavallo dei giunti non possa compromettere l efficienza connessioni dell isolamento Azione Sismica Ai fini della progettazione l azione sismica è fondamentalmente definita, nel capitolo 3 delle presenti norme, in termini di: intensità, ovvero accelerazione massima del terreno, forme spettrali, durata degli accelerogrammi, salvo quanto prescritto in modo specifico per la progettazione di edifici con isolamento sismico in questo paragrafo.

46 10.6 Azione Sismica Spettri di progetto In generale gli spettri elastici definiti al punto verranno adottati come spettri di progetto, assumendo: TD = 2,5 s. ordinate spettrali per T>4s pari all ordinata a T=4s. spettri di progetto SLD pari agli spettri SLU / Le ordinate di tali spettri, in corrispondenza dei periodi propri di interesse per il sistema, non potranno essere assunte inferiori alle ordinate dello spettro elastico standard applicabile, in relazione al profilo di suolo Azione Sismica Spettri di progetto Euro Code 8 EC 8 Soil A EC 8 Soil B EC 8 Soil C EC 8 Soil D EC 8 Soil E Italian Code IC2003 Soil A IC2003 Soil B-C-E IC2003 Soil D Fattori di struttura (riduzione sollecitazioni di progetto) EC8 q = 1.5 IC2003 q=1.15 ( ) ) = IBC-2000 q 2 Prof.

47 10.6 Azione Sismica Spettri di progetto Spettri di accelerazione normalizzati per strutture isolate - smorzamento 5% Sd / ag (sec 2 ) Spettri di spostamento normalizzati per strutture isolate - smorzamento 5% Suolo A Suolo B, C, E Suolo D Sa / ag Suolo A Suolo B, C, E Suolo D Periodo (sec.) Periodo (sec.) 10.6 Azione Sismica Spettri di progetto Spettro di Capacità Suolo D - a g = 3.5 m/s T=0,5 s ξ = 5% ξ = 10% T=1,0 s T=1,5 s Sa (m/s 2 ) 8 6 ξ = 20% ξ 28% T=2,0 s Sd (m) T=2,5 s T=3,0 s T=3,5 s T=4,0 s

48 10.6 Azione Sismica Impiego di accelerogrammi L impiego di accelerogrammi è regolato dalle prescrizioni del punto e dalle seguenti. parte pseudostazionaria preceduta e seguita da tratti ad intensità crescente da zero e decrescente a zero durata complessiva 25 s. Durata Coerenza con spettro di norma: Per 0,8T bf 1,2T is, media S dacc (T) 90% S dnorma (T) T bf = stima inferiore periodo struttura a base fissa T is = stima superiore periodo struttura isolata, Per 0,15 sec. e 4,00 sec., media S dacc (T) 80% S dnorma (T) Durata 25 s L impiego di accelerogrammi (analisi al passo) è obbligatorio nei casi previsti quando il sistema non è modellabile come lineare (v , ) 10.6 Azione Sismica Spettri di progetto Attenzione: le sollecitazioni 4.0 della struttura 3.5 isolata vanno 3.0 divise per q 2.5 Design spectra for regular LD R/C 2.0 frames Soil A design 1.5 Soil 1.5 B, C, E design 1.0 Soil D design Italian Code 2003 IC2003 Soil A IC2003 Soil B-C-E IC2003 Soil D

49 10 Edifici isolati 10.7 Modellazione e analisi strutturale Proprietà del sistema di isolamento Le proprietà meccaniche del sistema di isolamento da adottare nelle analisi di progetto, derivanti dalla combinazione delle proprietà meccaniche dei singoli dispositivi che lo costituiscono, o, saranno le più sfavorevoli che si possono verificare durante la sua vita utile. 10 Edifici isolati 10.7 Modellazione e analisi strutturale Proprietà del sistema di isolamento Esse dovranno tener conto, ove pertinente, dell influenza di: entità delle deformazioni subite in relazione allo stato limite per la verifica del quale si svolge l analisi, variabilità delle caratteristiche meccaniche dei dispositivi nell ambito della fornitura, velocità di deformazione (frequenza), in un intervallo di variabilità di ±30% del valore di progetto, entità dei carichi verticali agenti simultaneamente, entità dei carichi e delle deformazioni in direzione trasversale a quella considerata, temperatura, per i valori massimo e minimo di progetto cambiamento delle caratteristiche nel tempo (invecchiamento)

50 10 Edifici isolati 10.7 Modellazione e analisi strutturale Proprietà del sistema di isolamento.. Si dovranno, pertanto, eseguire più analisi per ciascuno stato limite da verificare, attribuendo ai parametri del modello i valori estremi più sfavorevoli ai fini della valutazione delle grandezze da verificare e coerenti con l entità delle deformazioni subite dai dispositivi... Nella progettazione degli edifici in categoria d importanza III, si possono adottare i valori medi delle proprietà meccaniche del sistema di isolamento, a condizione che i valori estremi (massimo oppure minimo) non differiscano di più del 20% dal valor medio. 9. Ponti con isolamento sismico ALL. 3 Ponti 9.7 Modellazione e analisi strutturale Proprietà del sistema di isolamento.. Nella progettazione dei ponti di categoria d importanza II,, si possono adottare i valori medi delle proprietà meccaniche del sistema di isolamento, a condizione che i valori estremi (massimo oppure minimo) non differiscano di più del 20% dal valor medio.

51 10 Edifici isolati Modellazione La sovrastruttura e la sottostruttura verranno modellate sempre come sistemi a comportamento elastico lineare. Il sistema di isolamento può essere modellato, in relazione alle sue caratteristiche meccaniche, come avente comportamento visco-elastico lineare oppure con legame costitutivo non lineare. La deformabilità verticale degli isolatori dovrà essere messa in conto quando il rapporto tra la rigidezza verticale del sistema di isolamento Kv e la rigidezza equivalente orizzontale Kesi è inferiore a Edifici isolati Modellazione Modello lineare equivalente del sistema di isolamento - condizioni di applicabilità: rigidezza equivalente > 50% rigidezza secante al 20% dello spostamento di riferimento; smorzamento < 30%; caratteristiche forza-spostamento del sistema di isolamento non variano di più del 10% per effetto di variazioni della velocità di deformazione, ( ±30%), e dell azione verticale sui dispositivi; incremento forza tra 0,5ddc e ddc 1,25% peso sovrastruttura.

52 10 Edifici isolati Modellazione Modello lineare equivalente del sistema di isolamento - modalità di applicazione: rigidezza secante riferita allo spostamento totale di progetto per p lo stato limite in esame, di ciascun dispositivo facente parte del d sistema di isolamento. rigidezza totale equivalente del sistema di isolamento, Kesi,, pari alla somma delle rigidezze equivalenti dei singoli dispositivi. L energia dissipata dal sistema d isolamento espressa in termini di coefficiente di smorzamento viscoso equivalente ξesi,, per cicli con frequenza nel range delle frequenze naturali dei modi considerati. 10 Edifici isolati Modellazione Modello lineare equivalente del sistema di isolamento - modalità di applicazione: Per i modi superiori della struttura, il rapporto di smorzamento del modello completo pari a quello della sovrastruttura nella condizione di base fissa. Quando la rigidezza e/o lo smorzamento equivalenti del sistema di isolamento dipendono significativamente dallo spostamento di progetto, dovrà applicarsi una procedura iterativa fino a che la differenza tra il valore assunto e quello calcolato non sia inferiore al 5%.

53 10 Edifici isolati Modellazione Modello non lineare del sistema di isolamento: Nel caso in cui si adotti un modello non lineare, il legame costitutivo dei singoli dispositivi del sistema di isolamento deve riprodurre adeguatamente il loro comportamento nel campo di deformazioni e velocità che si verificano durante l azione sismica, anche in relazione alla corretta rappresentazione dell energia dissipata nei cicli di isteresi. 10 Edifici isolati Metodi di analisi In relazione alle caratteristiche dell edificio e del sistema di isolamento possono essere utilizzati i seguenti metodi di analisi: 1. statica lineare 2. dinamica lineare 3. dinamica non lineare La maggior parte degli ingegneri hanno le conoscenze e l esperienza per applicare i metodi n. 1 or 2 Questi metodi richiedono che il sistema di isolamento sia modellabile come sistema a comportamento visco-elastico

54 10 Edifici isolati Analisi statica lineare Condizioni di applicabilità: Configurazione regolare in pianta, (punto 4.3) Sovrastruttura H 20 m e non più di 5 piani Massima dimensione sovrastruttura 20 m Sistema modellabile come lineare (punto ) Periodo equivalente 4 Tbf Tis 3.0 s Rigidezza verticale Kv 800 Kesi. Periodo in direzione verticale Tv 0,1 s Nessuno isolatore in trazione per azione sismica + carichi Eccentricità rigidezza-massa sistema di isolamento 3% 10. Ponti con isolamento sismico ALL. 3 Ponti Analisi statica lineare Condizioni di applicabilità: Lo schema statico regolare a impalcati appoggiati continui : - sostanziale rettilineità dell impalcato, - luci uguali, - rapporto massimo tra le rigidezze delle pile inferiore a 2, - lunghezza totale dell impalcato continuo inferiore a 150m. Sistema modellabile come lineare (punto 9 o ) Periodo equivalente 4 Tbf Tis 3.0 s; Massa della metà superiore delle pile < 1/5 massa impalcato; Le pile hanno altezza inferiore a 20 m Rigidezza verticale Kv 800 Kesi. Periodo in direzione verticale Tv 0,1 s; Nessuno isolatore in trazione per azione sismica + carichi; Eccentricità rigidezza-massa sistema di isolamento 3%.

55 is = 2π M K esi T / Analisi statica lineare L analisi statica lineare considera due traslazioni orizzontali indipendenti, cui sovrappone gli effetti torsionali. Si assume che la sovrastruttura sia un solido rigido che trasla al di sopra del sistema di isolamento, con un periodo equivalente di traslazione pari a: T is = 2π M/K esi M K esi = massa totale della sovrastruttura; = rigidezza equivalente orizzontale del sistema d isolamento. is = 2π M K esi T / Analisi statica lineare.. Spostamento del centro di rigidezza dovuto all azione sismica dc, in ciascuna direzione orizzontale, : d dc d dc = M Se (T K is esi,min, ξ esi ) S e (T is, ξ esi ) = accelerazione spettrale esi,min = rigidezza equivalente minima K esi,min

56 is = 2π M K esi T / Analisi statica lineare.. Le forze orizzontali da applicare a ciascun piano della sovrastruttura debbono essere calcolate, in ciascuna direzione orizzontale, mediante la seguente espressione: f j = m j S e (T is, ξ esi ) in cui m j è la massa del piano j-esimo. j 9. Ponti con isolamento sismico ALL. 3 Ponti Analisi statica lineare La forza orizzontale complessiva applicata al sistema d isolamento è pari a: F = M S e (T is, ξ esi ) Tale forza verrà ripartita tra gli elementi strutturali costituenti la sottostruttura in proporzione alle rigidezze dei corrispondenti dispositivi d isolamento.

57 is = 2π M K esi T / Analisi statica lineare. Gli effetti torsionali (accidentali( accidentali) ) sui singoli dispositivi di isolamento possono essere messi in conto amplificando gli spostamenti mediante i fattori δ xi e δ yi : etot,y etot,x δ xi = 1+ y 2 i δ yi = 1+ x 2 i r r y (x i, y i ) = coordinate del dispositivo rispetto al centro di rigidezza; e tot x, y = eccentricità totale nella direzione x, y; x, y = raggio torsionale del sistema di isolamento, dato da: r r x, y x = ( xi K yi + yi K xi )/ K yi ry ( xi K yi + yi K xi )/ K xi xi e K yi = rigidezze equivalenti dispositivo i-esimo i in x e y. x = K xi is = 2π M K esi T / Analisi statica lineare. Gli effetti torsionali (accidentali( accidentali) ) sulla sovrastruttura, ai fini della verifica degli elementi strutturali, saranno valutati come specificato in Ossia mediante un fattore amplificativo delle sollecitazioni pari a: δ = x / L e

58 10 Edifici isolati Confronto condizioni di applicabilità metodi di analisi Limitazioni su profili di terreno e sismicità Limitation on the site sismicity Ord. IC2003 N EC8 IBC-2000 Not required Distance from faults with magnitude M 6.5 >15 Km S 1 <0.6g Limitation of the soil class None None A, B, C or D Maximum eccentricity between mass and stiffness centres 8.0% 7.5% Not specified Plan regularity of building and symmetry Required Required Required Modellazione della sovrastruttura come massa rigida Maximum plan dimension 50 m 50 m Not required Maximum superstructure height 20 m Not specified 19.8 m Maximum number of storeys 5 Not specified 4 Period range of T eff 4T f 3.0s 3T f 3.0s 3T f 3.0s Vibrazioni nella direzione verticale Ratio between vertical and horizontal stiffness K v /K eff of isolating system Not required Maximum period in vertical direction T v 0.1 s 0.1 s Not required Tension in isolating devices Not allowed Allowed Allowed Qualitative check of the base rocking rotation Not required Required Not required Disposizioni su dispositivi e sottostruttura Qualitative check of substructure rigidity Not required Required Not required All devices have to be located above elements of substructure that support vertical load Not required Required Not required 10 Edifici isolati Confronto analisi statica 3274 vs. EC8 vs. IBC Se( Teff ( Keff, M ), ξeff ) Accelerazione 3274 spettrale EC8 ξ eff K eff M d dc M S ( T = K ξ ) e eff eff eff, min m j Se ( Teff ξeff ) f j = q Spostamento di progetto Distribuzione forze sismiche ai piani massa sovrastruttura d dc 2 1 T eff = S ( 2 e T B ( ξ ) 4π D eff ) Spostamento di progetto K eff max Vs = RI IBC-2000 F i d i = 1 dc h i w i = V S N w h i i Taglio totale alla base Distribuzione forze sismiche ai piani q and R I => Fattori di struttura, funzione del tipo di struttura ( )

59 DISTRIBUZIONE DELLE FORZE SISMICHE NELL ANALISI STATICA IBC-2000 EC8, IC2003 Progetto della sottostruttura con q=1 10 Edifici isolati Analisi dinamica lineare L analisi dinamica lineare è ammessa quando risulta possibile modellare elasticamente il sistema di isolamento, nel rispetto delle condizioni di cui al punto Si assume un comportamento elastico lineare per: sottostruttura, sistema d isolamento sovrastruttura. L analisi potrà essere svolta mediante: analisi modale con spettro di risposta integrazione con accelerogrammi integrazione con accelerogrammi delle equazioni modali.

60 10 Edifici isolati Analisi dinamica lineare L analisi modale con spettro di risposta dovrà essere svolta secondo quanto specificato in 4.5.3, salvo diverse indicazioni fornite nel presente paragrafo. Le due componenti orizzontali dell azione sismica si considereranno in generale agenti simultaneamente, adottando, ai fini della combinazione degli effetti, le regole riportate in 4.6. La componente verticale dovrà essere messa in conto nei casi previsti in 4.6 e, in ogni caso, quando Kv / Kesi < 800. In tali casi si avrà cura che la massa eccitata dai modi in direzione verticale considerati nell analisi sia significativa. 10 Edifici isolati Analisi dinamica lineare METODO DELLO SPETTRO DI RISPOSTA lo spettro elastico definito in (come modificato in ) va ridotto per tutto il campo di periodi T 0,8 T is, assumendo per il coefficiente riduttivo η il valore corrispondente al coefficiente di smorzamento viscoso equivalente ξ esi del sistema di isolamento Spettro B-C-E per analisi con spettro di risposta, ξesi=10% T is T is va riferito alla situazione in esame o, più in generale, al suo valore minimo. Per η verrà assunto il valore corrispondente al coefficiente ξ esi adottato

61 10 Edifici isolati Analisi dinamica lineare ANALISI LINEARE CON INTEGRAZIONE AL PASSO Si può adottare un solo accelerogramma,, purché esso rispetti le condizioni di coerenza con lo spettro di partenza specificate, al a punto La messa in conto del corretto valore del coefficiente di smorzamento viscoso equivalente ξ si ottiene: quando si opera sulle singole equazioni modali disaccoppiate,, assegnando a ciascuna equazione il corrispondente valore modale di ξ, quando si opera sul sistema completo,, definendo in maniera appropriata la matrice di smorzamento del sistema. 10 Edifici isolati Analisi dinamica lineare Matrice di smorzamento per integrazione diretta C = αm + βk con: α = 4 π (ξ 2 T 2 - ξ 1 T 1 ) / (T 22 T 12 ) β = [(T 1 T 2 ) / π] ] [(ξ 1 T 2 - ξ 2 T 1 ) / (T 22 T 12 )] ξ = valore dello smorzamento che dei modi principali T1 e T2 periodi dei modi per cui si vuole fissare lo smorzamento

62 10 Edifici isolati Analisi dinamica lineare Matrice di smorzamento per integrazione diretta Diverse strategie per fissare i parametri ξ 1, T 1, ξ 2, T 2 : 1) T 1 periodo fondamentale della struttura a base fissa T 2 periodo fondamentale della struttura isolata (per modello 3D tre periodi di isolamento si sceglie il massimo o la media); 2) T 1 e T 2 estremi dell intervallo di periodi in cui si situano i tre periodi di isolamento del modello 3D. 10 Edifici isolati Analisi dinamica lineare Matrice di smorzamento confronto delle due strategie per: Smorzamento: isolamento = 10%, struttura = 5% Smorzamento 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Smorzamento in funzione del periodo T1 = 0.5 s, T2 = 2.5 s, smorz1 = 5%, smorz2 = 10% T1 = 2 s, T2 = 2.5 s, smorz1 = 10%, smorz2 = 10% Periodo Smorzamento altri modi : ξ i = 0.5 [(αt i )/(2π) ) + (2πβ)/(T i )]

63 10 Edifici isolati Analisi dinamica lineare Matrice di smorzamento confronto delle due strategie per: Smorzamento: isolamento = 20%, struttura = 5% Smorzamento 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Smorzamento in funzione del periodo T1 = 0.5 s, T2 = 2.5 s, smorz1 = 5%, smorz2 = 20% T1 = 0.5 s, T2 = 2 s, smorz1 = 20%, smorz2 = 20% Periodo Smorzamento altri modi : ξi = 0.5 [(αt i )/(2π) ) + (2πβ)/(T i )] )] 10 Edifici isolati Analisi dinamica non lineare L analisi dinamica non lineare può essere svolta in ogni caso. Essa è obbligatoria quando il sistema d isolamento non può essere rappresentato da un modello lineare equivalente, come stabilito in Le analisi dovranno essere svolte nel rispetto delle prescrizioni riportate in

64 10 Edifici isolati Analisi dinamica non lineare. Nel caso in cui sussistano le condizioni per l esecuzione di analisi statiche lineari specificate al punto ,, con la sola eccezione del comportamento del sistema d isolamento, si potrà utilizzare un modello semplificato icato del sistema strutturale. Si considera la struttura come massa rigida, collegata a terra tramite t elementi che riproducano correttamente il comportamento del sistema d isolamento risultante dal contributo di tutti i suoi dispositivi. Lo spostamento ottenuto dall analisi verrà assunto come spostamento di progetto del sistema d isolamento, l accelerazione massima sulla massa rigida sarà utilizzata per la valutazione delle forze d inerzia da applicare ai singoli piani nella formula a del par , in sostituzione di Se(Teff Teff, xeff). Gli effetti torsionali sul sistema d isolamento verranno valutati i come precisato in , adottando valori delle rigidezze equivalenti coerenti con gli spostamenti risultanti dall analisi. 10 Edifici isolati Analisi dinamica non lineare ANALISI NON LINEARE SEMPLIFICATA M massa sovrastruttura d f a dc max ; dc max j = m j a q dc max Time history Spostamenti e accelerazioni di progetto Distribuzioni delle forze d inerzia ai piani

65 9. Ponti con isolamento sismico ALL. 3 Ponti Analisi dinamica non lineare NON E PREVISTA L ANALISI SEMPLIFICATA 10.8 Verifiche Stato limite di danno (SLD) Il livello di protezione richiesto per la sottostruttura e le fondazioni nei confronti dello SLD è da ritenere conseguito se sono soddisfatte le relative verifiche nei confronti dello SLU, di cui al punto La verifica allo SLD della sovrastruttura verrà svolta controllando che gli spostamenti interpiano ottenuti dall analisi siano inferiori ai limiti indicati nel punto I dispositivi del sistema di isolamento non debbono subire danni che possano comprometterne il funzionamento nelle usuali condizioni di servizio e per il terremoto di progetto allo SLU. In caso di sistemi a comportamento fortemente non lineare, gli eventuali spostamenti residui al termine dell azione sismica debbono essere compatibili con la funzionalità della costruzione. SLD sottostruttura e fondazioni SLD sovrastuttura SLD sistema di isolamento

66 10.8 Verifiche Stato limite di danno (SLD) Il primo requisito si ritiene normalmente soddisfatto se sono soddisfatte le verifiche allo SLU. Il secondo requisito si ritiene normalmente soddisfatto quando lo spostamento corrispondente all azzeramento della forza nel ramo di scarico del ciclo di massima ampiezza forza-spostamento del sistema di isolamento è non maggiore di 10 mm.. Per sistemi di isolamento con isolatori elastomerici il livello di protezione richiesto è da ritenersi conseguito se sono soddisfatte le verifiche nei confronti dello SLU, di cui al successivo punto Le eventuali connessioni, strutturali e non, particolarmente quelle degli impianti, fra la struttura isolata e il terreno o le parti di strutture non isolate, devono assorbire gli spostamenti relativi massimi ottenuti dal calcolo senza alcun danno o limitazioni d uso. Requisiti SLD isolamento non lineare SLD isolatori elastomerici SLD connessioni 10.8 Verifiche Stato limite ultimo (SLU) Lo SLU della sottostruttura e della sovrastruttura dovranno essere verificati con i valori di γ M utilizzati per gli edifici non isolati. Gli elementi strutturali della sottostruttura dovranno essere verificati rispetto alle sollecitazioni prodotte dalle forze e i momenti trasmessi dal sistema d isolamento e dalle forze d inerzia direttamente applicate ad essa, assunte pari al prodotto delle masse della sottostruttura per l accelerazione del terreno ag. Le condizioni di resistenza degli elementi strutturali della sovrastruttura possono essere soddisfatte considerando gli effetti dell azione sismica divisi dal fattore q = 1,15 α u /α 1 = in cui α u /α 1 è specificato in 5.3.2, combinati con le altre azioni secondo le regole del punto 3.3. SLU struttura: coefficienti di sicurezza SLU sollecitazioni sottostruttura SLU sollecitazioni sovrastruttura fattore struttura q

67 Confronto tra tagli alla base su edifici a base fissa e a base isolata EDIFICI A BASE FISSA Alta duttilità (CD A ) e regolarità in elevazione (q = = 5.85) Bassa duttilità (CD B ) e irregolarità in elevazione (q = = 3.27) EDIFICI ISOLATI ALLA BASE q = = 1.49 ξ esi = 10% STATO LIMITE ULTIMO TAGLIO ALLA BASE SUOLO B-C-E, zona sismica 1 (a g =0.35g) BF: spettro di progetto => 0.85*Sd (T f, q) BI: spettro elastico => Se (T eff, ξ eff ) / q = Rapporti Accelerazioni spettrali Mass Acceleration Ratio Tf=0.5s Tf=0.7s Tf=1.0s Tf=1.5s Isolation Period (s) Mass Acceleration Ratio Tf=0.5s Tf=0.7s Tf=1.0s Tf=1.5s Isolation Period (s) Alta duttilità Bassa duttilità

68 STATO LIMITE ULTIMO TAGLIO ALLA BASE SUOLO B-C-E, zona sismica 1 (a g =0.35g) BF: spettro elastico SLD => Se (T f, ξ eff =5%)/2.5 Mass = acceleration BI: spettro elastico SLD => Se (T eff, ξ eff =10%)/2.5 ratio Mass Acceleration Ratio Tf=0.5s Tf=0.7s Tf=1.0s Tf=1.5s Isolation Period (s) Per strutture con Tf ~ 0.5s (5-6 piani), un periodo di isolamento con T eff =2 s può ridurre le azioni SLD fino 5 volte 10.8 Verifiche Stato limite ultimo (SLU).. I giunti tra strutture contigue devono essere dimensionati secondo quanto previsto al punto Lo spostamento massimo di un eventuale costruzione contigua esistente potrà essere stimato in 1/100 dell altezza solo se la costruzione non è isolata. I tubi per la fornitura del gas o che trasportano altri fluidi pericolosi, al passaggio dal terreno o da altre costruzioni all edificio in esame, dovranno sopportare senza rotture gli spostamenti relativi cui sono sottoposti. Negli edifici di categoria d importanza I, le eventuali connessioni, strutturali e non, particolarmente quelle degli impianti, fra la struttura isolata e il terreno o le parti di strutture non isolate devono assorbire gli spostamenti relativi previsti dal calcolo, senza danni. SLU giunti di separazione SLU condutture fluidi pericolosi (gas gas ) SLU Connessioni edifici categoria I

69 9. Ponti con isolamento sismico 9.8 Verifiche Stato limite ultimo (SLU) I giunti di separazione tra strutture contigue devono essere dimensionati con riferimento agli spostamenti valutati per il sistema d isolamento e degli spostamenti differenziali determinati dalla variabilità spaziale del moto. Eventuali condotte che trasportano fluidi pericolosi per l ambiente dovranno sopportare senza rotture gli spostamenti relativi cui sono sottoposti. Nei ponti di categoria d importanza I, le eventuali connessioni, strutturali e non, fra la tra diverse parti strutturali che si muovono con moto disaccoppiato devono assorbire gli spostamenti relativi previsti dal calcolo, senza danni. ALL. 3 Ponti SLU giunti di separazione SLU condutture fluidi pericolosi SLU Connessioni ponti categoria I 10.8 Verifiche Stato limite ultimo (SLU) I dispositivi del sistema d isolamento debbono essere in grado di sostenere, senza rotture, gli spostamenti d 2, valutati per un terremoto avente probabilità di arrivo inferiori a quello di progetto allo SLU, ottenuto amplificando quest ultimo ultimo del 20%. Nel caso di sistemi di isolamento a comportamento modellabile come lineare,, è sufficiente maggiorare del 20% lo spostamento ottenuto con il terremoto di progetto. Nel caso di sistemi a comportamento non lineare,, occorre ripetere le analisi per l azione sismica maggiorata. Per tutti gli isolatori deve essere, in generale, soddisfatta la condizione: V 0 (assenza di trazione). Nel caso in cui dall analisi risultasse V<0 in condizioni sismiche, occorrerà dimostrare, attraverso adeguate prove sperimentali,, che l isolatore è in grado di sostenere tale condizione oppure predisporre opportuni dispositivi in grado di assorbire integralmente la trazione. SLU dispositivi spostamento di progetto Sistemi lineari Sistemi non lineari Trazione negli isolatori

70 10.8 Verifiche Stato limite ultimo (SLU) Nelle condizioni di massima sollecitazione le parti dei dispositivi non impegnate nella funzione dissipativa devono rimanere in campo elastico, nel rispetto delle norme relative ai materiali di cui sono costituite, e comunque con un coefficiente di sicurezza almeno pari a 1,5. Gli isolatori elastomerici debbono soddisfare le verifiche riportate nell allegato 10.A. Le modalità di effettuazione delle prove sperimentali sui dispositivi, atte a verificare la rispondenza dei dispositivi alle ipotesi progettuali e alle condizioni da rispettare agli stati limite sono riportate nell allegato 10.B SLU dispositivi spostamento di progetto Verifiche isolatori elastomerici Prove sperimentali STUDIO SUGLI EFFETTI DELLA VARIABILITÀ DELLE CARATTERISTICHE MECCANICHE E SUI METODI SEMPLIFICATI Edificio di riferimento 5 piani + copertura

71 Suolo / Zona sismica Periodo di progetto Struttura // Fissa Isolata Sistema LD Isolata Sistema HD Tipo di analisi Dinamica e Statica Dinamica e Statica Dinamica e Statica per max sollecitaz. e spostamenti sovrastruttura (SLU/SLD) STUDIO SULLA VARIABILITÀ DELLE CARATTERISTICHE MECCANICHE E SUI METODI SEMPLIFICATI B-C-D/ Zona 1 T=2,5 sec. T=2,0 sec. Isolata Sistema LB Is. Sistema LD Is.Sistema HD Dinamica e Statica Dinamica e Statica Dinamica e Statica Variazioni per max spostamenti sistema di isolamento // // (K e,ξ e )= medi (K e,ξ e )=medi K e =+20%, ξ e = 20% K e = 20%, ξ e = 20% K e =+35%, ξ e = 35% K e = 30%, ξ e = 35% K e =+50%, ξ e = 50% K e = 35%, ξ e = 50% (K e,ξ e )= medi (K e,ξ e )=medi K e =+20%, ξ e = 20% K e = 20%, ξ e = 20% K e =+35%, ξ e = 35% K e = 30%, ξ e = 35% K e =+50%, ξ e = 50% K e = 35%, ξ e = 50% (F 1, F 2, K 2 )=medi (F 1, F 2, K 2 )=medi (F 1, F 2, K 2 )=+20% (F 1, F 2, K 2 )= 20% (F 1, F 2, K 2 )=+35% (F 1, F 2, K 2 )= 30% (F 1, F 2, K 2 )=+50% (F 1, F 2, K 2 )= 35% (K e,ξ e )= medi (K e,ξ e )=medi (K e,ξ e )= medi (K e,ξ e )=medi Spettri di progetto della struttura a base fissa e a base isolata

72 Studio degli effetti della variabilità delle caratteristiche meccaniche dei sistemi di isolamento su: verifica dell ipotesi di valori medi per variazioni < 20%; conseguenze sulla progettazione per variazioni > 20%; correttezza analisi statica equivalente, per sistemi quasi lineari, correttezza analisi non lineare semplificata, per sistemi non lineari, confronto tra gli esiti della progettazione (quantitativi di armatura, atura, entità degli spostamenti interpiano e alla base) con: - analisi statica equivalente e analisi dinamica lineare - analisi non lineare semplificata e analisi non lineare completa - smorzamento 10% e 30%. analisi dei costi della struttura per i diversi casi Periodi della struttura isolata: T=2.5 sec e T=2,0 sec Zona 1, Spettro per suoli B-C-E B Edificio di categoria di importanza III (abitazioni) RISULTATI Analisi statica (o non lineare semplificata) vs. dinamica Sistema a basso smorzamento (10%) Armatura travi: Differenze < 1 % Armatura pilastri: Differenze % Sistema ad alto smorzamento (30%) Le differenze si riducono Sistema non lineare Le differenze si riducono ulteriormente CONCLUSIONE L analisi statica fornisce risultati affidabili. Le differenze sono s dovute ad una sottostima degli effetti torsionali d insieme, dovuti alle eccentricità accidentali (spostamento centro di massa 5%L)

73 RISULTATI Differenze sui parametri meccanici Sistema a basso smorzamento (10%) Armatura travi: Differenze < 5 % Differenze < 10 % Armatura pilastri: Differenze < 8 % Differenze < 35 % Sistema ad alto smorzamento (30%) Le differenze si riducono Sistema non lineare Le differenze si riducono ulteriormente per =20% per =50% per =20% per =50% CONCLUSIONE L assunzione di valori medi appare accettabile per <20%. Le differenze per grosse variabilità vanno tenute in conto. RISULTATI Differenze Base fissa Base isolata (pilastri più piccoli) Tenuto conto anche della presenza del grigliato di travi (50x50) al di sopra del sistema di isolamento si ha: Riduzione dell acciaio 10-20% per la struttura isolata Quantità di calcestruzzo simili CONCLUSIONE La progettazione con isolamento sismico comporta risparmi significativi sulla progettazione delle strutture in elevazione. Ulteriori risparmi potrebbero scaturire dalla progettazione delle fondazioni

74 10.9 Aspetti costruttivi, manutenzione, sostituibilità Il progetto dei dispositivi di qualsiasi tipo comprende la redazione di un piano di qualità,, che prevede, fra l'altro, la descrizione delle loro modalità di installazione durante la fase di costruzione dell'opera da isolare, nonché il programma dei controlli periodici e degli interventi di manutenzione durante la vita di progetto della struttura, la cui durata deve essere specificata nei documenti di progetto e che, comunque, non deve risultare minore di 60 anni. Ai fini della durabilità sono rilevanti le differenti proprietà di invecchiamento degli elastomeri (gomme) e dei polimeri termoplastici (teflon), l'azione degradante esercitata dall'ossigeno atmosferico sulle superfici degli elementi di acciaio, le caratteristiche fisiche e chimiche degli adesivi, utilizzati per incollare le lamiere di acciaio alla gomma, e quelle dei polimeri organici del silicio a catena lineare (olii( e grassi siliconici), utilizzati nei dispositivi viscosi. Piano di qualità Durabilità 10.9 Aspetti costruttivi, manutenzione, sostituibilità Ai fini della qualità della posa in opera, gli isolatori devono essere installati da personale specializzato, sulla base di un disegno planimetrico recante le coordinate e la quota di ciascun dispositivo, l'entità e la preregolazione degli eventuali dispositivi mobili a rotolamento, le dimensioni delle eventuali nicchie predisposte nei getti di calcestruzzo per accogliere staffe o perni di ancoraggio, le caratteristiche delle malte di spianamento e sigillatura. Ai fini della sostituzione degli isolatori, il progetto delle strutture di c.a. deve prevedere la possibilità di trasferire temporaneamente i carichi verticali dalla sovrastruttura alla sottostruttura per il tramite di martinetti oleodinamici, adiacenti all'isolatore da sostituire. A tale scopo il progetto delle strutture può prevedere nicchie per l'inserimento dei martinetti tra la sottostruttura e la sovrastruttura ovvero altre disposizioni costruttive equivalenti (per es. mensole corte che aggettano dalla base della sovrastruttura e che appoggiano su due martinetti ai lati dell'isolatore). Installazione Sostituzione

75 10.9 Aspetti costruttivi, manutenzione, sostituibilità Anche i percorsi, che consentono al personale addetto di raggiungere e di ispezionare gli isolatori, devono essere previsti e riportati sul progetto esecutivo delle strutture portanti e su quello delle eventuali murature di tamponamento, in modo da garantire l'accessibilità al dispositivo da tutti i lati. Le risultanze delle visite periodiche di controllo devono essere annotate su un apposito documento, che deve essere conservato con il progetto della struttura isolata durante l'intera vita di utilizzazione della costruzione. Ispezionabilità Visite periodiche Collaudo Il collaudo statico deve essere effettuato in corso d'opera; al riguardo si segnala che di fondamentale importanza è il controllo della posa in opera dei dispositivi,, nel rispetto delle tolleranze e delle modalità di posa prescritte dal progetto. Il collaudatore deve avere specifiche competenze, acquisite attraverso precedenti esperienze,, come progettista, collaudatore o direttore dei lavori di struttura con isolamento sismico, o attraverso corsi universitari o di specializzazione universitaria. Collaudo sempre in corso d opera Visite periodiche

76 10.10 Collaudo Oltre a quanto indicato nelle norme tecniche emanate ai sensi dell'art.21 della legge n.1086n.1086,, per le opere in c.a.,., in c.a.p. ed a struttura metallica, devono osservarsi le prescrizioni di minima di seguito riportate : devono essere acquisiti dal collaudatore i documenti di origine, forniti dal produttore, unitamente ai certificati relativi alle prove sui materiali ed alla qualificazione dei dispositivi, nonché i certificati relativi alle prove di accettazione in cantiere disposte dalla Direzione dei Lavori; la documentazione ed i certificati sopraindicati devono essere esposti nella relazione a struttura ultimata del Direttore dei Lavori cui spetta, ai sensi delle vigenti norme, il preminente compito di accertare la qualità dei materiali impiegati nella realizzazione dell'opera ; della costruzione corrispondano a quelle attese. Documentazione dispositivi Relazione a struttura ultimata Collaudo Il collaudatore, nell'ambito dei suoi poteri discrezionali, potrà estendere i propri accertamenti, ove ne ravvisi la necessità. In tale senso il collaudatore potrà disporre l'esecuzione di speciali prove per la caratterizzazione dinamica del sistema di isolamento atte a verificare, nei riguardi di azioni di tipo sismico, che le caratteristiche della costruzione corrispondano a quelle attese. Prove di collaudo

77 11. Edifici esistenti 11.1 Generalità Gli edifici esistenti si distinguono da quelli di nuova progettazione per gli aspetti seguenti: Il progetto riflette lo stato delle conoscenze al tempo della loro costruzione. Il progetto può contenere difetti di impostazione concettuale e di realizzazione non immediatamente visibili. Possono essere stati soggetti a terremoti passati o di altre azioni accidentali i cui effetti non sono manifesti. Possono esserci stati errori o negligenze nell esecuzione. il grado di incertezza è diverso da quello degli edifici di nuova progettazione. coefficienti di sicurezza e metodi di analisi e verifica appropriati alla completezza e all affidabilità dell informazione. e. 11. Edifici esistenti 11.1 Generalità È fatto obbligo eseguire valutazioni di sicurezza sismica e di effettuare interventi di ADEGUAMENTO,, nei seguenti casi: sopraelevare o ampliare l edificio apportare variazioni di destinazione che comportino, incrementi dei carichi originari superiori al 20%; effettuare interventi strutturali volti a trasformare l edificio io in un organismo edilizio diverso dal precedente; effettuare interventi strutturali che implichino sostanziali alterazioni del comportamento globale dell edificio stesso.

78 11. Edifici esistenti 11.1 Generalità MIGLIORAMENTO È consentito procedere senza dar luogo alle analisi e verifiche, se si dimostra che l insieme delle opere previste è comunque tale da far conseguire all edificio un maggior grado di sicurezza nei confronti delle azioni sismiche. ADEGUAMENTO CON MIGLIORAMENTO CONTROLLATO: È consentito alle Regioni, tenuto conto della specificità delle tipologie costruttive del proprio territorio, consentire, per gli interventi di adeguamento, un miglioramento controllato della vulnerabilità, riducendo i livelli di protezione sismica e quindi l entità delle azioni sismiche da considerare per i diversi stati limite sopra definiti. 11. Edifici esistenti 11.1 Generalità MONUMENTI: Per gli edifici di speciale importanza artistica, di cui all art.. 16 della legge 2 febbraio 1974, n. 64, è consentito derogare da quanto prescritto nelle presenti norme, in quanto incompatibile con le esigenze di tutela e di conservazione del bene culturale. In tal caso peraltro, è richiesto di calcolare i livelli di accelerazione del suolo corrispondenti al raggiungimento di ciascuno stato limite previsto per la tipologia strutturale dell edificio, nella situazione precedente e nella situazione successiva all eventuale intervento.

79 11. Edifici esistenti 11.2 Valutazione della sicurezza Requisiti di sicurezza La valutazione della sicurezza degli edifici esistenti con struttura in c.a. richiede la considerazione di uno stato limite aggiuntivo (per carenza di duttilità). I requisiti di sicurezza fanno pertanto riferimento ai seguenti tre Stati Limite (SL): SL di Collasso (CO) SL di Danno Severo (DS) SL di Danno Limitato (DL) Gli SL di DS e di DL corrispondono agli stati limite SLU e SLD definiti per gli edifici di nuova costruzione. Lo SL di CO corrisponde ad un azione di progetto più elevata, caratterizzata da una più bassa probabilità di superamento. 11. Edifici esistenti 11.2 Valutazione della sicurezza Requisiti di sicurezza. SL di Collasso (CO): struttura fortemente danneggiata appena in grado di sostenere i carichi verticali. elementi non strutturali distrutti fuori piombo significativo SL di Danno Severo (DS): danni importanti significative riduzioni di resistenza e rigidezza. elementi non strutturali danneggiati. deformazioni residue riparazione non conveniente; SL di Danno Limitato (DL): danni strutturali di modesta entità senza significative escursioni plastiche. resistenza e rigidezza non compromesse riparazioni non necessarie. elementi non strutturali con fessurazioni diffuse riparazioni di modesto impegno economico.

80 11. Edifici esistenti 11.2 Valutazione della sicurezza Dati necessari per la valutazione Livelli di conoscenza LC1: Conoscenza Limitata; LC2: Conoscenza Adeguata; LC3: Conoscenza Accurata. Gli aspetti che definiscono i livelli di conoscenza sono: Geometria: : caratteristiche geometriche degli elementi strutturali Dettagli strutturali: : armature (c.a( c.a.),.), collegamenti (acciaio), collegamenti tra elementi strutturali diversi, elementi non strutturali collaboranti, Materiali: : proprietà meccaniche dei materiali. Il livello di conoscenza acquisito determina il metodo di analisi,, i valori caratteristici da adottare per le proprietà dei materiali e i valori dei coefficienti parziali di sicurezza. 11. Edifici esistenti 11.2 Valutazione della sicurezza Dati necessari per la valutazione Livelli di conoscenza LC1 LC2 LC Geometria (carpenterie) Da disegni di carpenteria originali con rilievo visivo a campione oppure rilievo ex-novo completo Dettagli strutturali Progetto simulato in accordo alle norme dell epoca epoca e limitate verifiche in-situ Disegni costruttivi incompleti + limitate verifiche in situ oppure estese verifiche in-situ Disegni costruttivi completi + limitate verifiche in situ oppure esaustive verifiche in-situ Proprietà dei materiali Valori usuali per la pratica costruttiva dell epoca epoca e limitate prove in-situ Dalle specifiche originali di progetto + limitate prove in-situ oppure estese prove in-situ Dai certificati di prova originali + limitate prove in situ oppure esaustive prove in-situ Metodi analisi Analisi lineare statica o dinamica Tutti Tutti Coeffic. Materiali Aumentati Invariati Diminuiti

81 11. Edifici esistenti Definizione dei livelli di rilievo e prove per edifici in c.a. Verifiche limitate Verifiche estese Verifiche esaustive Rilievo (dei dettagli costruttivi) Prove (sui materiali) Per ogni tipo di elemento primario (trave, pilastro ) La quantità e disposizione dell armatura è 1 provino di cls. per piano dell edificio, 1 verificata per almeno il 15% degli elementi campione di armatura per piano dell edificio La quantità e disposizione dell armatura è 2 provini di cls. per piano dell edificio, 2 verificata per almeno il 35% degli elementi campioni di armatura per piano dell edificio La quantità e disposizione dell armatura è 3 provini di cls. per piano dell edificio, 3 verificata per almeno il 50% degli elementi campioni di armatura per piano dell edificio 11. Edifici esistenti 11.2 Valutazione della sicurezza Coefficienti parziali di sicurezza Livello di conoscenza LC1 LC2 LC3 Acciaio da c.a. o da carpenteria metallica 1.15γ s γ s 0.85γ s Conglomerato 1.25γ c γ c 0.80γ c

82 11. Edifici esistenti MURATURA Livello di conoscenza LC1 LC2 LC3 Coefficiente 1.5γ m γ m 0.70γ m 11. Edifici esistenti Azione sismica Per gli SL di DS e DL l azione sismica da adottare per la valutazione è quella definita nel capitolo 3. Le accelerazioni di ancoraggio dello spettro elastico per lo SL di CO si ottengono moltiplicando per 1,5 i valori indicati per lo SL di DS.

83 11. Edifici esistenti 11.3 Edifici in cemento armato Criteri per la scelta dell intervento Indicazioni generali. nel caso di edifici fortemente irregolari (in termini di resistenza enza e/o rigidezza) l intervento deve mirare a correggere tale sfavorevole situazione; una maggiore regolarità può essere ottenuta tramite il rinforzo di un ridotto numero di elementi o con l inserimento di elementi aggiuntivi; sono sempre opportuni interventi volti a migliorare la duttilità locale; è necessario verificare che l introduzione di rinforzi locali non n riduca la duttilità globale della struttura. 11. Edifici esistenti 11.3 Edifici in cemento armato Criteri per la scelta dell intervento Tipo di intervento L intervento può appartenere a una delle seguenti categorie generali o a particolari combinazioni di esse: rinforzo o ricostruzione di tutti o parte degli elementi; modifica dell organismo strutturale: aggiunta di nuovi elementi resistenti come, ad esempio, pareti in c.a.,., pareti di controvento in acciaio, cordoli di incatenamento in c.a. per strutture murarie modifica dell organismo strutturale: saldatura di giunti tra corpi fabbrica, ampliamento dei giunti, eliminazione di elementi particolarmente vulnerabili, eliminazione di eventuali piani deboli

84 11. Edifici esistenti 11.3 Edifici in cemento armato Criteri per la scelta dell intervento Tipo di intervento... introduzione di un sistema strutturale aggiuntivo in grado di resistere per intero all azione sismica di progetto; eventuale trasformazione di elementi non strutturali in elementi strutturali, ad esempio con incamiciatura in c.a. di pareti in laterizio; introduzione di una protezione passiva mediante strutture di controvento dissipative e/o isolamento alla base; riduzione delle masse; limitazione o cambiamento della destinazione d uso dell edificio; demolizione parziale o totale. 11. Edifici esistenti 11.3 Edifici in cemento armato Progetto dell intervento Il progetto dell intervento deve comprendere i seguenti punti: scelta motivata del tipo di intervento; scelta delle tecniche e/o dei materiali; dimensionamento preliminare dei rinforzi e degli eventuali elementi strutturali aggiuntivi; analisi strutturale considerando le caratteristiche della struttura tura post-intervento; le verifiche della struttura post-intervento saranno eseguite: per gli elementi esistenti, riparati o rinforzati in accordo con quanto indicato ai punti successivi, per gli elementi di nuova costruzione in accordo alle prescrizioni valide per tali strutture; re; nel caso in cui l intervento consista in un isolamento alla base si seguiranno, sia per l analisi che per le verifiche, le prescrizioni di cui al capitolo 10.