MADE expo 5-8 ottobre 2011 CONTROLLO DELLE VIBRAZIONI SISMICHE MEDIANTE DISSIPATORI INTELLIGENTI: N. Caterino, G. Maddaloni, A. Occhiuzzi Università degli studi Università di Napoli degli studi di Parthenope Napoli
TECNICHE DI CONTROLLO DELLE VIBRAZIONI SISMICHE danno limitato danno severo Controllo PASSIVO Controllo ATTIVO Controllo SEMI-ATTIVO 1
CONTROLLO PASSIVO DELLE VIBRAZIONI SISMICHE ISOLAMENTO o Elevata rigidezza e resistenza verticale dei dispositivi o Rigidezza orizzontale ridotta Struttura a base fissa Struttura isolata Riduzione drastica accelerazioni strutturali ( protezione elementi strutturali, contenuti) 2
CONTROLLO PASSIVO DELLE VIBRAZIONI SISMICHE DISSIPAZIONE ENERGETICA o Dispositivi viscosi, viscoelasitici, elastoplastici, ecc. o Aiutano a dissipare energia del terremoto in ingresso, proteggendo le strutture Riduzione della domanda sismica imposta alla struttura: spostamenti, velocità, accelerazioni (riduzione del danneggiamento) 3
CONTROLLO PASSIVO DELLE VIBRAZIONI SISMICHE PASSIVO: in che senso? o Le caratteristiche dei dispositivi (isolatori, dissipatori, ecc.) sono stabilite, una volta per tutte, in sede di progetto. o I dispositivi sono dimensionati per fornire le migliori prestazioni durante la fase più violenta del terremoto di progetto previsto al sito di costruzione. Terremoto di progetto Calibrazione dispositivi Il comportamento potrebbe essere non ottimale per terremoti differenti da quello di progetto. Di intensità maggiore, ma anche di intensità minore. Aspetto particolarmente importante per strutture strategiche (es. ospedali, ponti, caserme, ecc.) o con contenuti di elevato valore (es. musei, ecc.) 4
CONTROLLO NON PASSIVO DELLE VIBRAZIONI SISMICHE: ATTIVO E SEMI-ATTIVO SCOPO: dotare l edificio di senso dell equilibrio, simulando quello umano (sensi cervello muscoli) 5
CONTROLLO NON PASSIVO DELLE VIBRAZIONI SISMICHE: ATTIVO E SEMI-ATTIVO Controllo ATTIVO o Mediante attuatori idraulici, generalmente o Utilizzo di forze esterne o di masse inerziali Massa Attuatore Sul tetto, sistema di attuatori idraulici che spostano masse sostenute da carrucole: forze di inerzia di controbilanciamento Kyobashi Seiwa Building, 11 piani, Tokyo (1989) Active Mass Driver - AMD 6
CONTROLLO NON PASSIVO DELLE VIBRAZIONI SISMICHE: ATTIVO E SEMI-ATTIVO Controllo ATTIVO o Mediante attuatori idraulici, generalmente o Utilizzo di forze esterne o di masse inerziali o Algoritmi di controllo: logica fisico-matematica con lo scopo di ottimizzare la risposta strutturale sotto azioni dinamiche (vento, sisma) [Analogia riflessi istintivi umani: equilibrio]..limiti.. o Necessaria considerevole potenza elettrica o Tempi: attivazione attuatori, apertura-chiusura servovalvole, spostamento pesanti masse inerziali. Kyobashi Seiwa Building, Tokyo (1989) Active Mass Driver - AMD 7
CONTROLLO NON PASSIVO DELLE VIBRAZIONI SISMICHE: ATTIVO E SEMI-ATTIVO Controllo SEMI-ATTIVO o Forze di controllo rese disponibili dal terremoto stesso o Controventi in acciaio tra piano e piano o Uso di dissipatori di energia a comportamento variabile, pressoché istantaneamente Vantaggi applicativi o Non occorre produrre forze di controllo esterne o Richiesta modesta potenza elettrica o Garanzia funzionamento passivo in caso di black-out elettrico 8
CONTROLLO NON PASSIVO DELLE VIBRAZIONI SISMICHE: ATTIVO E SEMI-ATTIVO Controllo SEMI-ATTIVO o Esempio: DISSIPATORI MAGNETOREOLOGICI (MR) pistone accumulatore fluido MR bobina elettromagnetica 9
Caratterizzazione sperimentale di dissipatori MR di Maurer Sohne (Germania) 30 20 10 2.7 A F [kn] 0-10 -20 0 A -30-20 -10 0 10 20 x [mm] 30 20 10 2.7 A F [kn] 0-10 -20 0 A -30-200 -100 0 100 200 v [mm/s] 10
CONTROLLO SEMI-ATTIVO: algoritmi di controllo ALGORITMO 11
CONTROLLO SEMI-ATTIVO: algoritmi di controllo Velocità impalcato ON OFF ON ON OFF 12
CONTROLLO SEMI-ATTIVO: algoritmi di controllo ON ON ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF OFF Forza nel dispositivo Velocità relativa del piano 13
CONTROLLO SEMI-ATTIVO: sperimentazione su tavola vibrante Parete di contrasto in c.a. Masse aggiuntive Attuatore dinamico Dissipatore MR Controvento metallico Binari 14
CONTROLLO SEMI-ATTIVO: sperimentazione su tavola vibrante 15
CONTROLLO SEMI-ATTIVO: sperimentazione su tavola vibrante Riduzione della risposta strutturale spostamento relativo 1 piano 8 6 4 2 0-2 -4-6 -8 Andamento ON/OFF corrente nei dispositivi Telaio non controllato Telaio controllato 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 tempo [s] 16
CONTROLLO SEMI-ATTIVO: applicazioni non di ingegneria civile Sospensioni automobili Tutori per emiplegici Macchine per rifinitura ottica a controllo numerico Giubbotti antiproiettile liquidi 17
CONTROLLO SEMI-ATTIVO: applicazioni di ingegneria civile 2001 - prima implementazione di dissipatori MR in ingegneria civile Tokyo National Museum of Emerging Science and Innovation n. 2 dissipatori MR da 30 tonnellate installati tra 3 e 5 piano. [dissipatori: Sanwa Tekki fluido MR: Lord Corporation, USA] 18
CONTROLLO SEMI-ATTIVO: applicazioni ai PONTI 2002 - prima implementazione di dissipatori MR sui ponti strallati Ponte sul lago Dongting, Hunan, Cina Problema di risonanza dei cavi (basso smorzamento intrinseco) sotto azioni di vento e pioggia: ridotta vita utile di cavi e connessioni per fatica, deterioramento protezione anticorrosione n. 2 dissipatori MR (Lord Corporation, USA) installati su ogni cavo 19
CONTROLLO SEMI-ATTIVO: applicazioni ai PONTI Possibile alimentazione autonoma Dissipatore MR (Maurer Sohne, Germany) alimentato da pannello solare 20
CONTROLLO SEMI-ATTIVO: applicazioni ai PONTI Ponte di Eilandbrug, Olanda Dispositivi 40 kn, ± 60 mm (Maurer Sohne) 21
CONTROLLO SEMI-ATTIVO: applicazioni ai PONTI Sutong bridge, Cina 22
CONTROLLO SEMI-ATTIVO: applicazioni ai PONTI Passerella pedonale, Forchheim Germania (MR + TMD) Maurer Sohne Dubrovnik, Croazia 20 dissipatori MR, 40 kn, ± 80 mm (Maurer Sohne) 23
CONTROLLO SEMI-ATTIVO per i PONTI: USO COMBINATO CON EARLY WARNING SISMICO Cosa è l Early Warning? Allarme sismico precoce : tutte le azioni che possono essere intraprese tra il momento in cui si ha ragionevole certezza del verificarsi di un evento catastrofico in una data località ed il momento in cui l evento avviene. 24
CONTROLLO SEMI-ATTIVO per i PONTI: USO COMBINATO CON EARLY WARNING SISMICO Applicazioni nel mondo:- Ponte Lions Gate (Vancouver, Canada) - Linea ferroviaria alta velocità Shinkansen (Tokyo, Giappone) - Centrale nucleare di Fukushima (Giappone) In Italia: - Campania Centro elaborazione dati Area monitorata 25
CONTROLLO SEMI-ATTIVO per i PONTI: USO COMBINATO CON EARLY WARNING SISMICO L Early Warning sismico può fornire in anticipo (decine di secondi) informazioni relativi all intensità del terremoto in arrivo IDEA INNOVATIVA EARLY WARNING SISMICO CONTROLLO SEMIATTIVO CON DISSIPATORI MR Onde sismiche Stima predittiva intensità sismica (~3.5 km/s) attesa (PGA) Epicentro Rete sismica Idea innovativa: cambiare le proprietà meccaniche dei dissipatori magnetoreologici (MR) in funzione dell intensità del terremoto in arrivo, come prevista dal sistema di Early Warning sismico. Struttura controllata con dispositivi MR Corrente ottimale per dissipatori MR i=i(pga) 26
CONTROLLO SEMI-ATTIVO per i PONTI: USO COMBINATO CON EARLY WARNING SISMICO Applicazione numerica ad un caso studio: ponte autosradale 91/5 (California del Sud) 27
MADE expo 5-8 ottobre 2011 Grazie per la cortese attenzione! Domande?