UTILIZZO DI DISPOSITIVI INNOVATIVI PER IL CONTROLLO DELLE VIBRAZIONI DELLE STRUTTURE IN ZONA SISMICA

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1 Benevento, 24 aprile 2008 UTILIZZO DI DISPOSITIVI INNOVATIVI PER IL CONTROLLO DELLE VIBRAZIONI DELLE STRUTTURE IN ZONA SISMICA Maria Gabriella CASTELLANO Ufficio Ricerca e Sviluppo

2 Sommario Dispositivi antisismici (isolatori, dissipatori, ecc.) e relativi esempi applicativi, sia in edifici che in ponti e viadotti 2

3 DISPOSITIVI ANTISISMICI FIP INDUSTRIALE ISOLAMENTO SISMICO ISOLATORI ELASTOMERICI DISPOSITIVI ELASTICI (BUFFERS) CONTROLLO PASSIVO ISOLATORI A SCORRIMENTO con elementi dissipativi in acciaio ISOLATORI ELASTOMERICI CON NUCLEO IN PIOMBO I N G E G N E R I A S I S M I C A INCREMENTO DI RESISTENZA DISSIPAZIONE DI ENERGIA TEMPORANEO PERMANENTE PROGETTO STRUTTURALE DISSIPATORI VISCOSI DISSIPATORI VISCOSI RICENTRANTI DISSIPATORI ISTERETICI IN ACCIAIO DISSIPATORI VISCOELASTICI ELASTOMERICI DISPOSITIVI IN LEGA A MEMORIA DI FORMA DISPOSITIVI DI VINCOLO DINAMICO (shock transmitters) GUIDE E RITEGNI CONTROLLO SEMI-ATTIVO DISPOSITIVI SEMI-ATTIVI 3

4 Isolamento sismico - cenni storici : Viadotto Somplago, Autostrada Udine- Tarvisio: prima struttura sismicamente isolata in Italia, primo ponte sismicamente isolato in Europa 4

5 Isolamento sismico - cenni storici 1969, Scuola Pestalozzi, Skopje; ; costruita a seguito del terremoto del 1963, progettata da un ingegnere svizzero: isolatori elastomerici non rinforzati+elementi a rottura 1972, edificio per uffici, Atene, progettata da A.S. Ikonomou: : appoggi in gomma da ponte + elementi a rottura 1973, Motu bridge, NZ , 1984, centrali nucleari EDF a Kroeberg, Sud Africa, e in Iran (queste ultime mai completate): isolatori EDF , 1981, William Clayton Building, Wellington, NZ: isolatori LRB 5

6 Viadotto Somplago 6 Dispositivi elastici longitudinali F = 3000 kn S = ± 66 mm 6

7 Dispositivi elastici o buffers (NE) Dispositivi elastici longitudinali (su una spalla) Forza [kn] Spostamento [mm] Dispositivi elastici longitudinali e trasversali 7

8 Rosario - Victoria Argentina 181 Dispositivi elastici Forza = 550 kn Spostamento = ± 55 mm 8

10 Isolatori elastomerici Strati alternati di gomma e lamierini d acciaio, vulcanizzati 10

11 Isolatori elastomerici bassa rigidezza orizzontale, alta rigidezza verticale gomma ad alto smorzamento: coeff. di smorzamento viscoso equivalente ξ = % Forz a (kn ) Spostamento (mm)

12 Prove dinamiche di qualificazione: possono essere estese a tutti i dispositivi geometricamente simili (rapporti di scala geometrica compresi tra 0,5 e 2, fattore di forma primario S1 uguale, con tolleranza del ±10%, fattore di forma secondario S2 uguale o maggiore) e prodotti con gli stessi materiali di quelli provati. Isolatori elastomerici La validità delle prove di invecchiamento potrà essere estesa a tutti i dispositivi realizzati con la stessa mescola, indipendentemente dai rapporti di forma. 12

13 Isolatori elastomerici Forza 2H [kn] Diagramma sperimentale Forza deformazione di taglio (prove dinamiche a f=0.5 Hz) ad ampiezza crescente 13

14 Isolatori elastomerici Forza 2H [kn] G din (γ) / G din (γ=1) γ Curve adimensionalizzate rispetto al valore a γ=1 14 Variazione del modulo G dinamico con la deformazione di taglio (prove dinamiche a f=0.5 Hz)

15 Isolatori elastomerici Forza 2H [kn] ξ(γ) / ξ(γ=1) Curve adimensionalizzate rispetto al valore a γ= γ 15 Variazione dello smorzamento viscoso equivalente con la deformazione di taglio (prove dinamiche a f=0.5 Hz)

16 Isolatori elastomerici con vincolo a bulloni 16

17 Isolatori elastomerici Isolatore con vincolo a bulloni Isolatore con vincolo ad incasso Filmati gentilmente concessi da ENEA - Bologna Vincolo ad incasso: deformazioni massime < che con il vincolo a bulloni 17

18 Ospedale del Mare, Napoli 500 posti letto, 15 sale operatorie e 2 sale parto. Nella zona periferica orientale di Napoli. Tra i primi casi in Italia di appalto in regime di concessione-project- finance nel settore dell edilizia edilizia ospedaliera. 18

19 Ospedale del Mare, Napoli Edificio con significative irregolarità in pianta ed elevazione. 144 x 144 m (pianta) 13 m & 29 m (altezza) 19

20 Ospedale del Mare, Napoli a g =0.25 g (ULS), suolo B, γ I =1.4 q=1.5 per la sovrastruttura T x =2.74 s, T q =2.50 s, T y =2.32 s s=1.2*d 2 =204 mm 327 Isolatori elastomerici di 3 tipi: SI-N N 600/150 (K e = 1.51 kn/mm) SI-H H 650/156 (K( e = 2.98 kn/mm) SI-H H 800/144 (K( e = 4.89 kn/mm) ξ =15% L uso dell isolamento ha consentito un risparmio del 40% sulle armature della sovrastruttura 20

21 Ospedale del Mare, Napoli prove di qualificazione su isolatori in scala 1:2 prove di accettazione sul 20 % dei pezzi, in accordo con OPCM 3431, 31, c/o laboratorio FIP Industriale SpA con la supervisione dell Università degli Studi di Padova e c/o laboratorio dell Università degli Studi della Basilicata a Potenza [MPa] t e t e

22 Ospedale Gervasutta- Udine 52 isolatori ξ=10% diametro da 600 a 800 mm 22

23 Ospedale Espirito Santo, Lisbona 315 isolatori ξ=15% diametro da 400 a 1000 mm 23

24 Ospedale Espirito Santo, Lisbona 315 isolatori ξ=15% diametro da 400 a 1000 mm 24

25 Edifici IACP, Solarino (SR) Prima e dopo l adeguamento 25

26 Edifici IACP, Solarino (SR) isolatori elastomerici isolatori a scorrimento ISOLATORI ISOLATORI ISOLATORI ISOLATORI 26

27 ISOLATORI A SCORRIMENTO (APPOGGI A DISCO ELASTOMERICO CONFINATO) Consistono in un disco di gomma non armata entro un basamento ed un pistone metallici. Il disco consente rotazioni relative ed è molto poco deformabile grazie al confinamento. Questo tipo di appoggio può essere fisso o mobile: nel primo caso il sistema si comporta come una cerniera sferica; nel secondo caso ammette delle componenti di spostamento, in una o due direzioni. rotazioni < 1% 27

28 28 Edifici IACP, Solarino (SR)

29 29 Edifici IACP, Solarino (SR)

30 Isolatori elastomerici (SI) Adeguamento sismico di due edifici IACP, Solarino (SR) Prove di rilascio di un edificio (collaudo dinamico del sistema di isolamento) Luglio 2004 edificio 30

31 Edifici IACP, Solarino (SR) 31 Prova di rilascio dallo spostamento di progetto (130 mm)

32 Edifici IACP, Solarino (SR) Vista da telecamera fissata alla sovrastruttura 32

33 Isolamento sismico di serbatoi a sfera 33

34 Prove su tavola vibrante su modello di serbatoio a sfera isolato alla base 34

37 Predimensionamento del sistema di isolamento (1/2) Scelta del periodo obbiettivo una volta scelto il periodo obbiettivo della struttura isolata, nota la massa, è individuata la rigidezza complessiva del sistema di isolamento noto il numero di pilastri e quindi di isolatori, è individuata anche la rigidezza del singolo isolatore (nell ipotesi che siano tutti uguali) 37

38 Predimensionamento del sistema di isolamento (2/2) il carico verticale per isolatore che serve per la scelta dell isolatore è quello in condizioni sismiche; se non fornito dal progettista, puo essere assunto pari al carico massimo (che in un edificio solitamente corrisponde alla situazione di esercizio verifica EN ) lo spostamento corrispondente al periodo scelto ed allo smorzamento degli isolatori selezionati (10 o 15 % se elastomerici) viene calcolato dallo spettro di spostamento 38

39 Predimensionamento del sistema di isolamento Gli isolatori vengono quindi dimensionati ad hoc, o scelti tra gli isolatori standard elencati in catalogo, sulla base di: * rigidezza orizzontale * spostamento orizzontale * carico verticale * rotazione 39

40 Esempio: edificio in c.a. A con isolatori elastomerici B Massa 2867 t T is =1.9 s K TOT =31.34 kn/mm n pilastri 24 k i 1.30 kn/mm 40 C D E F

41 Esempio: edificio in c.a. con isolatori elastomerici SPETTRO DI PROGETTO ELASTICO IN SPOSTAMENTO 250 Spostamento ( mm ) CATEGORIA SUOLO B: S = 1,25 Tb = 0,15 sec Tc = 0,5 sec Td = 2,5 sec Zona 2 a g = 0,25 g T ISO = 1,9 secondi Spostamento = 150 mm ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 Periodo ( Sec ) d2 = Max ( [(dex ) + ( 0, 3 dey ) ], [( 0, 3 dex ) + (dey ) ] ) d2 = = 192 cm 1 cm

42 Esempio: edificio in c.a. con isolatori elastomerici PILASTRO Sforzo Normale ( KN ) PILASTRO Sforzo Normale ( KN ) A4 1560,34 D4 2422,9 A3 1967,801 D3 2617,802 A2 1787,793 D2 2560,729 A1 1774,132 D1 2069,143 B4 2012,888 E4 2016,057 B3 2755,199 E3 2754,929 B2 2599,681 E2 2589,881 B1 1817,751 E1 1815,916 C4 2431,417 F4 1558,597 C3 2849,735 F3 1967,641 C2 2569,56 F2 1787,081 C1 2077,145 F1 1771,424 Carico verticale V kn 42

43 Esempio: edificio in c.a. con isolatori elastomerici k i 1.30 kn/mm K TOT =31.34 kn/mm d mm V kn 43 Troppo rigidi Catalogo FIP per spostamento 200 mm SI-S 40±3 Shore kn kn/mm mm mm mm mm mm SI-S 300/ , SI-S 400/ , SI-S 500/ , SI-S 600/ , SI-S 700/ , SI-S 800/ , SI-S 900/ , SI-S 1000/ , SI-S 1100/ , SI-S 1200/ , ±3 Shore kn kn/mm mm mm mm mm mm SI-N 300/ , SI-N 400/ , SI-N 500/ , SI-N 600/ , SI-N 700/ , SI-N 800/ , SI-N 900/ , SI-N 1000/ , SI-N 1100/ , SI-N 1200/ , SI-H V K e D t e H SI-N V K e D t e H h Z V K e D t e H 75±3 Shore kn kn/mm mm mm mm mm mm SI-H 300/ , SI-H 400/ , SI-H 500/ , SI-H 600/ , SI-H 700/ , SI-H 800/ , SI-H 900/ , SI-H 1000/ , SI-H 1100/ , SI-H 1200/ , h h Z Z

44 Esempio k i 1.30 kn/mm K TOT =31.34 kn/mm d mm V kn Catalogo FIP per spostamento 250 mm SI-S S 700/ SI-S S 800/130 K TOT TOT =16*1.18+8*1.54 =31.2 kn/mm SI-S 40±3 Shore kn kn/mm mm mm mm mm mm SI-S 300/ , SI-S 400/ , SI-S 500/ , SI-S 600/ , SI-S 700/ , SI-S 800/ , SI-S 900/ , SI-S 1000/ , SI-S 1100/ , SI-S 1200/ , ±3 Shore kn kn/mm mm mm mm mm mm SI-N 300/ , SI-N 400/ , SI-N 500/ , SI-N 600/ , SI-N 700/ , SI-N 800/ , SI-N 900/ , SI-N 1000/ , SI-N 1100/ , SI-N 1200/ , SI-H V K e D t e H SI-N V K e D t e H h Z V K e D t e H 75±3 Shore kn kn/mm mm mm mm mm mm SI-H 300/ , SI-H 400/ , SI-H 500/ , SI-H 600/ , SI-H 700/ , SI-H 800/ , SI-H 900/ , SI-H 1000/ , SI-H 1100/ , SI-H 1200/ , h h Z Z

46 Isolatori elastomerici con nucleo in piombo la dissipazione è data dalla plasticizzazione del nucleo in Pb coeff. di smorzamento viscoso equivalente ξ 30 % 46

47 Isolatori elastomerici con nucleo in piombo (LRB) Rigidezza gomma 344 Snervamento piombo ξ 30 % Rigidezza gomma+rigidezza elastica piombo Ke 47

48 Isolatori elastomerici con nucleo in piombo Prove dinamiche su tavola vibrante presso il laboratorio del Politecnico di Atene 48

49 Scuola di Bojano (CB) Parte già costruita 49

50 Scuola di Bojano (CB) B B B B B B B B B B B B A A A A C C C A A A B A A A A C C C A A A B A A D D C C D D D B T=2.25 s A A A A A A A B A A 41 LRB (diametro 700 e 600 mm): tipi A e B 13 appoggi a scorrimento multidirezionali: tipi C e D 50

51 Scuola di Bojano (CB) 51

52 52 Scuola di Bojano (CB)

53 53 Scuola di Bojano (CB)

54 Viadotto Roggia Borgogna 40 LRB s = ±70 mm 54

56 Dissipatori viscosi Cerniera Cilindro Pistone Cerniera 56

57 Dissipatori viscosi Legame costitutivo Forza-Velocità F = C v α α = Performance Verification / Constant Velocity Test F= *V 0.15 OTP 50/300 Upper bound Limit (+15%) Lower Bound Limit (-15%) Design Constitutive Law T= -25 C T= 40 C Velocity [mm/s] Load [kn]

58 Stroke [mm] Dissipatori viscosi Legame costitutivo sperimentale Forza-Spostamento Load [kn] Coefficiente di smorzamento viscoso equivalente ξ 60% 58

59 Rion-Antirion Main Bridge, Grecia 59 Prove di qualifica c/o Univ. California a San Diego 5 cicli; s = ± 300 mm; velocità = 800 mm/s

60 Chiesa Dives in Misericordia,, Roma Arch. Richard Meier H=26.7 m PGA =0.11 g 32 dissipatori viscosi, F=5 kn,, s=±60 mm 60

61 Chiesa Dives in Misericordia, Roma 61

62 Taipei 101, Taipei Financial Center,, Taiwan Dal 2004 è l edificio più alto del mondo (508 m) 62

63 Taipei 101, Taipei Financial Center,, Taiwan 8 dissipatori viscosi per il Tuned Mass Damper (il( più grande al mondo di tipo passivo-660 t) F=Cv 2 (0 1 m/s); F=Cv 0.1 F=1000 kn s=±750 mm 0.1 (1 (1 2.3 m/s) 63

64 Taipei 101, Taiwan 64 Già attivato da un terremoto nel 2005 e vari tifoni

65 Taipei 101, Taiwan 65 Tifone nel 2005

66 St. Francis Towers, Manila, Filippine altezza 210 m 60 piani uso residenziale dissipatori viscosi usati soprattutto per ridurre la risposta al vento sono stati risparmiati 2 milioni di dollari per ciascuna torre 66

67 St. Francis Towers, Manila, Filippine sistema costruttivo brevettato da Arup 67

68 St. Francis Towers, Manila, Filippine sistema costruttivo brevettato da Arup 68

69 St. Francis Towers, Manila, Filippine 32 dissipatori viscosi F=2600 kn, s=±220 mm 69

70 St. Francis Towers, Manila, Filippine 70

71 Nuovo Palazzo di Giustizia, Perugia (edificio ex-enel ENEL) Sventramento e ricostruzione della struttura interna in acciaio I dissipatori viscosi collegano la struttura in acciaio all involucro in muratura 71

72 Nuovo Palazzo di Giustizia, Perugia (edificio ex-enel ENEL) 48 dissipatori viscosi F = 100 kn / 36 kn S = ± 30 mm 72

73 Nuovo Palazzo di Giustizia, Perugia (edificio ex-enel ENEL) 73

74 Controventi dissipativi: prove su tavola vibrante Dissipatori viscosi Dissipatori viscoelastici Dissipatori isteretici assiali ad instabilità impedita 74

75 Prove con dissipatori viscosi Force [kn] Ed = J PGA=0.41 g Dissipatore 2 piano Displacement [mm] PGA=0.30 g general view 75

76 Prove con dissipatori viscosi I dissipatori viscosi dissipano fino al 95 % dell energia di ingresso La maggior parte dell energia è dissipata dai dispositivi del 1 piano, tranne che nella prova a maggiore intensità (PGA=0.493g.493g) L energia di ingresso non aumenta significativamente, rispetto al a telaio nudo Energy [J] PGA=0.240 g Ed/Ei=95 % Ei Ed (Total) Energy [J] PGA=0.493 g Ed/Ei=83 % Ei Ed (Total) 9000 Ed (floor1) Ed (floor1) Time [s] Time [s] 76

77 Prove con dissipatori viscosi I dissipatori viscosi riducono gli spostamenti: lo spost. max al 1 piano è il 24 40% 40% di quello nel telaio nudo Displacement [mm] Frame with FVD, 1st series test Frame with FVD, 4th series test Bare frame 1, 5th series test Spostamento d interpiano (1 piano) PGA 0.2 g Time [s] 77

78 Prove con dissipatori viscosi I dissipatori viscosi riducono gli spostamenti d interpiano (i.d.):.): per PGA<0.2g, i.d.. <5 (limite dato dalla normativa per evitare danni alle tamponature per terremoti di bassa intensità - SLD) Interstorey drift [%] Frame with FVD, 1st series test Frame with FVD, 4th series test Bare frame 1, 5th series test Bare frame 2 i.d. at 1st floor vs PGA PGA [g] 78

79 Results Floor acceleration I dissipatori viscosi riducono le accelerazioni di piano Floor Acceleration [g] Frame with FVD, 1st series test Frame with FVD, 4th series test Bare frame 1, 5th series test Bare frame Acceleration [g] Frame with FVD, 1st series test Frame with FVD, 4th series test Bare frame, 5th series test PGA [g] Acceleration at 2nd floor vs PGA 79

80 80 Rion-Antirion Main Bridge, Grecia

81 Rion-Antirion Main Bridge, Grecia sono i dissipatori più lunghi mai costruiti F max =3500 kn, S max =±1750 mm/±2600 mm Prove di accettazione c/o laboratorio FIP Ind. 81

82 Rion-Antirion Main Bridge Grecia 82

83 Rion-Antirion Bridge Viadotti di accesso 83

85 Dissipatori viscosi ricentranti Load [kn] Ampiezza +/- 50 mm 1200 F=F o +Kx+Cv α dove: α = 0.15 F o rappresenta la forza di precarica Stroke [mm] Kx rappresenta la reazione elastica del dispositivo allo spostamento x Cv α rappresenta la forza di reazione viscosa dovuta alla laminazione del fluido siliconico attraverso un idoneo circuito idraulico 85

86 SSV Cilento var. SS18 V.tti vari 58 Dissipatori viscosi ricentranti Forza = kn Spostamento = ± 270 mm 86

87 SSV Cilento - variante SS 18 V.tti Mingardo, Lambro, Serrapotamo, Mascale e La Bonifica 58 Dissipatori viscosi ricentranti Forza = kn 87 Spostamento = ± 270 mm

88 Duomo di Siena Dissipatori viscosi ricentranti per evitare il ribaltamento della facciata Situazione attuale Situazione di progetto Immagini gentilmente fornite dallo Studio Tosti, Perugia 88

89 89 Duomo di Siena

91 Dissipatori isteretici in acciaio Diagramma Forza-Spostamento indipendente dalla velocità Modellabili con una bilineare Dy = 5-15% Dmax K /K = 0,03-0,05 Coefficiente di smorzamento viscoso equivalente ξ 35 45% 91

92 Dissipatori isteretici in acciaio Deformazione elasto-plastica di elementi metallici ad elevata duttilità Caratteristiche principali: alta ripetitività dei cicli isteretici numero di cicli utili da 20 a 40 alta efficienza dissipativa 92

93 Dissipatori isteretici in acciaio Elemento a fuso (o piolo) 93

94 Dissipatori isteretici in acciaio Force (kn) Displacement (mm) 94 Cicli isteretici misurati su un elemento a fuso durante una prova su tavola vibrante

95 Dissipatori isteretici in acciaio Elementi a fuso (o piolo) 95

96 Centro Direzionale ENEL, Napoli 2 edifici a piani sospesi, con 33 piani fuori terra, di cui 29 sospesi ( m 3 ) H circa 120 m 96

97 Centro Direzionale ENEL, Napoli dissipatori isteretici in acciaio, ciascuno con 2 o 3 elementi a fuso forza massima da 70 a 105 kn spostamento ± 70 mm taglio e momento flettente alla base dei nuclei in c.a. < di circa il 30 % rispetto alla soluzione tradizionale 97

98 Dissipatori isteretici in acciaio Elementi a doppio fuso

99 Dissipatori isteretici in acciaio Elementi a doppio fuso F (kn) s (mm)

100 Bangabandhu Bridge (o Jamuna Multipurpose Bridge), Bangladesh

101 Bangabandhu Bridge (o Jamuna Multipurpose Bridge), Bangladesh è il primo ponte sul fiume Jamuna; è un ponte multiuso, per autostrada, ferrovia, elettrodotto, gasdotto è distante solo 30 km da una faglia attiva, PGA = 0.47 g lunghezza totale 4.9 km ponte continuo a moduli di 6 o 7 campate (ciascuna di luce 100 m), uniti mediante selle di tipo Gerber

102 Bangabandhu Bridge, Bangladesh schema statico classico in servizio: punti fissi per le azioni orizzontali (trasversali e longitudinali) e dispositivi di guida per consentire i movimenti longitudinali in condizioni sismiche, le forze orizzontali trasmesse alle pile (ed alle fondazioni) sono limitate da dissipatori isteretici in acciaio

103 Bangabandhu Bridge, Bangladesh gli isolatori a scorrimento (appoggi a vaso multi-direzionali) trasmettono i carichi verticali (fino a 3300 t) e consentono gli spostamenti i dissipatori sono di due tipologie, differenti solo per i carichi di servizio: il dissipatore nei punti mobili ha in più dei dispositivi di vincolo dinamico installati in serie agli elementi dissipativi

104 Bangabandhu Bridge (o Jamuna Multipurpose Bridge), Bangladesh Caratteristiche dei dissipatori: forza massima 4250 kn spostamento massimo ± 200 mm forza di snervamento 3500 kn spostamento allo snervamento 30 mm

105 Bangabandhu Bridge (o Jamuna Multipurpose Bridge), Bangladesh I dissipatori isteretici in acciaio sono costituiti da 42 elementi dissipativi del tipo a doppio fuso

108 Bangabandhu Bridge (o Jamuna Multipurpose Bridge), Bangladesh In questo caso l isolamento sismico è stato scelto soprattutto per limitare le forze orizzontali sulle fondazioni, e quindi ridurne il costo. Il costo del sistema di isolamento è risultato inferiore allo 0.4 % del costo totale dell opera.

109 109 Dissipatori isteretici assiali ad instabilità impedita (BRAD) Tipologia di dissipatori isteretici particolarmente adatta all utilizzo in controventi dissipativi per edifici intelaiati Sfruttano la plasticizzazione in trazione/compressione del nucleo interno in acciaio Il tubo esterno ed il calcestruzzo impediscono l instabilità

110 Università Politecnica delle Marche, Ancona 1 a applicazione in Europa di BRB edificio prefabbricato controventi a K 86 BRADs F max = kn s max = ± 15 mm 110

111 111 Università Politecnica delle Marche, Ancona

112 Liceo Perticari di Senigallia Adeguamento sismico 112

113 Liceo Perticari di Senigallia n 23 BRAD 14/30 n 22 BRAD 21/30 n 8 BRAD 41/30 113

114 Scuola di Giarre (CT) Adeguamento sismico 114 n 4 BRAD 21/40

116 116 Isolatori a scorrimento con elementi dissipativi in acciaio

117 Isolatori a scorrimento con elementi dissipativi in acciaio e dispositivi di vincolo dinamico 117

118 Viadotto Coltano, Aut. Livorno-Civitavecchia 548 isolatori a scorrimento con dissipatori isteretici Prof. Parducci

119 Viadotto Coltano, Aut. Livorno-Civitavecchia 119

120 120 Marquam Bridge Oregon USA

121 Marquam Bridge Oregon USA 4 Isolatori in acciaio fissi 4 Isolatori in acciaio mobili Forza = kn Spostamento = ± 127 mm Carico verticale kn 121

122 122 Marquam Bridge Oregon USA

123 Isolatori a scorrimento con elementi dissipativi in acciaio ( VEP) Ferrovia Caracas - Tuy Medio, Venezuela 123

124 Ferrovia Caracas - Tuy Medio Venezuela 1150 Isolatori in acciaio Forza fino a 6800 kn Spostamento = ± 200 mm Carico verticale fino a kn 124

126 Isolatori a scorrimento con elementi dissipativi in acciaio 126

127 Isolatori a scorrimento con elementi dissipativi in acciaio 127

129 Viadotto Crescenza - G.R.A. (Roma) n. 2 Isolatori in acciaio fissi (VEL) 6 Isolatori in acciaio mobili (VELOT) Forza = kn Spostamento ± 100 mm Carico verticale kn 129

130 Santuario Madonna delle Lacrime, Siracusa Cupola Altezza: 74.3 m Diametro: 71.4 m Peso: t Costruzione : (cripta); Adeguamento sismico: 2006 (proff. E. Pinto e R. Giannini, ing. Valenzi) Capienza: persone 130 Archh. M. Andrault P. Parat Strutture R. Morandi

131 Santuario Madonna delle Lacrime - Siracusa Sollevamento dell intera cupola mediante 114 martinetti azionati contemporaneamente e sostituzione degli appoggi esistenti con 22 isolatori a scorrimento con elementi dissipativi in acciaio 131

132 Santuario Madonna delle Lacrime - Siracusa 5 o 6 martinetti per appoggio (2 esterni e 3 o 4 interni) 132

133 Santuario Madonna delle Lacrime - Siracusa V: kn S tangenziale: ± 150 mm H max tang.: 1050 kn S radiale: ± 200 mm 133

134 Chirag 1 Oil Platform (Retrofit), Azerbaijan 134 Adeguamento sismico

135 Piattaforma petrolifera Chirag 1, Azerbaijan ADEGUAMENTO SISMICO 21 isolatori a scorrimento con elementi dissipativi in acciaio (a falce di luna) F = 1750 kn S = ± 350 mm V = kn 135

136 Chirag 1 Oil Platform (Retrofit), Azerbaijan 136 Adeguamento sismico

137 Isolatori a scorrimento con elementi dissipativi in acciaio e dispositivi di vincolo dinamico 137

138 Sa-Chun Bridge - Corea del Sud 6 Isolatori in acciaio fissi (VEL) 30 Isolatori in acciaio mobili (VELOT) 138 Forza kn Spostamento = ± 150 mm Carico verticale kn

140 Dissipatori viscoelastici elastomerici la dissipazione è data dalla deformazione a taglio di gomma ad alto smorzamento (ξ 20 %) Small device 50%, 100% & 200% strain Load (kn) LVDT displacement (mm)

141 Scuola Media Gentile-Fermi, Fabriano 33 dissipatori F=30 80 kn 141 Controventi dissipativi

142 Scuola Media Gentile-Fermi, Fabriano 18 dissipatori viscoelastici tipo 1 F 80 kn K = 19.8 kn/mm (s.s. 100%) 7 dissipatori viscoelastici tipo 2 F 60 kn K = 14.8 kn/mm (s.s. 100%) 8 dissipatori viscoelastici tipo 3 F 30 kn K = 7.4 kn/mm (s.s. 100%) 142

143 Scuola Media Gentile-Fermi, Fabriano I dissipatori viscoelastici dissipano il 50 % dell energia di ingresso Energy (dancm) Input Energy Modal Energy Kinetic Energy Potential Energy Energy (dancm) Input Energy Damped Energy Modal Damped Energy Kinetic Energy Potential Energy Time (s) Time (s) Struttura originale Struttura adeguata con dissipatori viscoelastici 143

145 Il materiale: le leghe a memoria di forma Effetto superelastico Effetto memoria di forma

146 Il materiale: le leghe a memoria di forma a comportamento superelastico Stress [MPa] Strain [%] 146

147 Il materiale: le leghe a memoria di forma a comportamento superelastico 1250 Stress (MPa) Strain (%)

148 Dispositivi in lega a memoria di forma per tiranti orizzontali I dispositivi in lega a memoria di forma possono essere utilizzati in serie con tiranti orizzontali, per evitare il ribaltamento e/o il martellamento di pareti perimetrali (es. facciate di chiese) 148

149 Dispositivi in lega a memoria di forma multi-plateau (usati come tiranti orizzontali) Force (kn) Hz 4 Hz Displacement (mm) 149

150 Dispositivi in lega a memoria di forma 150

151 Basilica di San Francesco, Assisi 47 SMADs F max =17 52 kn s max =± 8 25 mm 151

152 152 Basilica di San Francesco, Assisi

153 Basilica di San Francesco, Assisi Prima dell intervento Dopo l intervento con gli SMAD Tensioni principali massime durante il sisma

155 Dispositivi di vincolo dinamico Dispositivi di vincolo assiale che: permettono gli spostamenti a bassa velocità (es. indotti dalle variazioni di temperatura o dal creep) opponendo una forza di reazione molto bassa impediscono gli spostamenti ad alta velocità (es. indotti dal terremoto o dal vento) opponendo la forza di reazione di progetto 155

156 Marin County Civic Center Hall of Justice,, San Rafael, California Arch. Frank Lloyd Wright Adeguamento sismico, 2000

157 Marin County Civic Center Hall of Justice,, San Rafael, California inserimento di dispositivi di vincolo dinamico in corrispondenza dei giunti, ai vari piani 29 dispositivi di vincolo dinamico, di cui: 20 dispositivi con F= 450 kn, s= ±75 mm 7 dispositivi con F= 900 kn, s= ±75 mm 2 dispositivi con F=2000 kn, s= ±75 mm 157

158 Ospedale Santa Maria della Misericordia, Udine 39 dispositivi di vincolo dinamico F= 250 kn, s= ± 25 mm 158

159 MAXXI, Roma Arch. Zaha Hadid parziale adeguamento sismico in corso d opera per la modifica della classificazione sismica di Roma 159

160 MAXXI, Roma 98 dispositivi di vincolo dinamico F= 100, 250, 500 kn s= ±25 mm 160

161 161 Ospedale di Mestre

162 Ospedale di Mestre 680 posti letto 120 m x 250 m; parte centrale 40 m x 160 m GIUNTO 162

163 Ospedale di Mestre adeguamento all OPCM 3274 (da zona non sismica a zona 4) senza i dispositivi di vincolo dinamico, il giunto in copertura sarebbe dovuto essere di 40 cm 163

164 Ospedale di Mestre 72 dispositivi di vincolo dinamico: F max =300 kn, d max = ± 30 mm Da 5 a 14 dispositivi per piano 164

165 Storebaelt East Bridge, Danimarca dispositivi di vincolo dinamico (shock transmitters) F max (meccanica)=15000 kn F max (idraulica) = 5000 kn S max = ± 1100 mm

166 Storebaelt East Bridge, Danimarca 166

167 4 shock transmission units: F = 8000 kn (SLS) F u =24000 kn (ULS) s =± 400 mm Stonecutters cable-stayed bridge, Hong Kong

168 Stonecutters Cable-Stayed Bridge Hong Kong 168

169 Conclusioni La tecnologia dell isolamento sismico è ormai matura L isolamento sismico è insostituibile per mantenere la funzionalità degli edifici strategici I dispositivi di isolamento e dissipazione possono essere impiegati non solo per strutture nuove, ma anche per l adeguamento sismico di strutture esistenti 169

170 170 grazie dell attenzione