ESPERIENZA INSEGNA 2017: l AMBIENTE
DUE AMBIENTI A CONFRONTO : L AMBIENTE VULCANICO E L AMBIENTE SISMICO La parola ambiente rimanda a mille significati differenti. Per ambiente, in generale, si intende la situazione, "l'intorno" in cui o con cui un elemento, fisico o virtuale, si rapporta e si relaziona. Noi intendiamo parlare di ambienti naturali, scenari diversi che ritroviamo in varie aree del mondo e che rendono unico un determinato luogo. Quest anno, ad Esperienza insegna, parleremo in particolare di due ambienti naturali estremi: l ambiente vulcanico e l ambiente/territorio sismico. Vulcani e Ambiente propone quindi: 1. Simulazione di un sisma confrontando due edifici molto diversi: - il primo, realizzato non tenendo conto di come poter attenuare le onde sismiche (e che quindi non resisterà alle sollecitazioni); -il secondo, realizzato con accorgimenti antisismici e che tenterà di resistere alle scosse. 2. Simulazione del comportamento degli isolatori sismici durante un terremoto. Modellino dell Isola di Vulcano, completo di tutti gli elementi che caratterizzano questo tipo di ambiente e molto didattico. Ma parlare di ambiente oggi vuol dire anche, ahinoi, parlare di riscaldamento globale. E per questo che durante la manifestazione, in determinati giorni, avranno luogo seminari (tenuti dai nostri esperti) sul tema Effetti dei cambiamenti globali sull ecosistema marino
L AMBIENTE SISMICO L Italia è uno dei Paesi a maggiore rischio sismico del Mediterraneo a causa della sua particolare posizione geografica, nella zona di convergenza tra la zolla africana e quella eurasiatica. La sismicità più elevata si concentra nella parte centro-meridionale della Penisola, lungo la dorsale appenninica (Val di Magra, Mugello, Val Tiberina, Val Nerina, Aquilano, Fucino, Valle del Liri, Irpinia), in Calabria, Sicilia, ed infine in alcune aree settentrionali come il Friuli, parte del Veneto e la Liguria occidentale. Ma cos e un terremoto?
L AMBIENTE SISMICO Un TERREMOTO è prodotto dalla rottura di blocchi di roccia nel sottosuolo; infatti, sottoposte ad un qualche sforzo, le rocce si comportano elasticamente, deformandosi progressivamente fino a raggiungere il limite di rottura. Si crea così una superficie detta faglia lungo la quale le rocce scorrono l una contro l altra.
L AMBIENTE SISMICO I terremoti sono causati principalmente da movimenti tettonici che avvengono in zone in cui si accumula troppa energia elastica. Tale energia viene in parte liberata sotto forma di calore prodotto dall attrito, e in parte convertita in energia cinetica e propagata a distanza sotto forma di onde sismiche. 1. Situazione a riposo 2. Accumulo di energia elastica, la bacchetta comincia a deformarsi (il terreno si deforma) 3. Superamento del limite elastico della bacchetta e sua conseguente rottura (propagazione di onde sismiche) 4. L energia è stata liberata e si è raggiunta una nuova fase di equilibrio (il movimento lungo la faglia cessa)
L AMBIENTE SISMICO FAGLIA: superficie lungo la quale si ha il movimento relativo di due blocchi rocciosi; IPOCENTRO: punto della crosta terrestre da cui partono le Onde Sismiche di Volume (P, S); EPICENTRO: proiezione verticale dell ipocentro sulla superficie terrestre, da cui si propagano le Onde Sismiche Superficiali (L, R); Epicentro Linea di faglia Ipocentro
TIPI Di onde SISMICHE
Come si registra un terremoto? Le onde sismiche vengono registrate tramite l impiego di uno strumento chiamato sismografo, in cui un pennino scrivente appeso ad una molla registra il movimento del suolo lasciando una traccia su un rullo di carta, che ruota a velocità costante. Questa traccia viene chiamata sismogramma. Esistono due tipologie di sismografi: quelli che misurano i movimenti verticali del suolo e quelli che misurano i movimenti orizzontali. Dallo studio dei sismogrammi dei diversi tipi di onde sismiche, possiamo dedurre la potenza e la durata del terremoto, la posizione dell epicentro, la profondità dell ipocentro e anche dati sulla struttura interna della Terra.
scale sismiche Scala Mercalli: ideata a fine 800. Misura l intensità di un terremoto, ossia gli effetti provocati dal sisma in una certa zona. NON è una scala quantitativa, ma una scala di danno. Scala Richter: nel 1935 il sismologo Richter propone di classificare i terremoti misurando l energia sprigionata dall evento, in termini di ampiezza delle onde sismiche. Essendo una scala logaritmica, un terremoto di magnitudo 8 è 100 volte più forte di un terremoto di grado 6 e libera una quantità di energia 900 volte maggiore. La scala Richter è una scala quantitativa strumentale. N.B. Magnitudo e intensità, quindi, NON sono sinonimi. Fonte: INGV
Localizzazione dell epicentro e aree a rischio Fonte: Dipartimento della Protezione Civile e INGV
Effetti di un terremoto EFFETTI PRIMARI: 1 danni agli edifici 2 fratture nel terreno 3 sollevamento o abbassamento del suolo (deviazione del corso dei fiumi) 4 tsunami EFFETTI SECONDARI: 1 oscillazione del suolo (vistosa nell epicentro) 2 variazione del livello d acqua nei pozzi 3 rombo EFFETTI DI SITO: 1 amplificazione morfologica 2 amplificazione dovuta a sedimenti
Danni agli edifici I danni agli edifici sono provocati soprattutto dai movimenti orizzontali del suolo. Dipendono soprattutto da: durata delle oscillazioni tipologia di costruzione natura geologica del terreno. Durante un sisma possono inoltre modificarsi le caratteristiche fisiche di certi terreni: le sabbie sature d acqua, ad esempio, subiscono il fenomeno della liquefazione. I terreni sabbiosi perdono consistenza, comportandosi come un liquido e facendo sprofondare gli edifici che vi poggiano sopra. I movimenti del suolo si amplificano ancora di più quando le onde sismiche, risalendo in superficie, passano da un basamento roccioso rigido a sedimenti non consolidati (ad esempio i depositi di un fiume).
Costruire in zone sismiche Il 70% degli edifici sul territorio nazionale non sono costruzioni antisismiche: non sono stati realizzati seguendo criteri di sicurezza rigorosi, e non sono nemmeno progettati per resistere a quella che in gergo viene definita scossa di riferimento. Ma cosa significa realizzare costruzioni antisismiche? Per prima cosa il progettista deve valutare il rischio sismico che distingue la zona in cui si costruisce l edificio e le caratteristiche geologiche del terreno. In secondo luogo è fondamentale rispettare rigorosi criteri di sicurezza e utilizzare materiali di ottima qualità.
Costruire in zone sismiche IL CEMENTO ARMATO Le costruzioni antisismiche in cemento armato sono realizzate da barre di acciaio al carbonio oppure inossidabile con un diametro minimo di 5 mm, annegate in calcestruzzo normale o precompresso. La resistenza del calcestruzzo deve essere più o meno elevata, in base alla zona sismica dell intervento edile. Inoltre vi sono rapporti dimensionali tra travi e pilastri che vanno rispettati in maniera accurata per garantire la stabilità dell edificio. LA MURATURA Anche la tradizionale muratura può essere impiegata per realizzare costruzioni antisismiche, ma la stabilità è garantita dalla qualità dei materiali usati, dei leganti e dei collegamenti. E questo il motivo per cui alcuni monumenti antichi hanno resistito, nel tempo, a tanti terremoti, anche distruttivi. Tuttavia è necessario valutare con cura gli spessori massimi e minimi dei muri portanti. L ACCIAIO Duttile, riciclabile e flessibile, l acciaio consente di costruire strutture antisismiche molto resistenti. IL LEGNO Non bisogna dimenticare il legno tra i materiali antisismici: leggero e flessibile, si può assemblare con giunti meccanici oppure con adesivi. Negli ultimi tempi si sono diffuse tra le costruzioni antisismiche le strutture prefabbricate in legno: possono essere di diversi piani e danno il vantaggio aggiuntivo di garantire alte prestazioni dal punto di vista energetico e di essere soluzioni ecosostenibili.
Costruire in zone sismiche Dalla fine degli anni 80, la ricerca si è indirizzata verso lo studio e lo sviluppo di nuove tecniche di protezione sismica, volte a minimizzare la trasmissione dell energia dal terreno alla struttura. Questo risultato può essere raggiunto attraverso l isolamento sismico. L isolamento sismico consiste nel separare il movimento del terreno da quello della struttura: fra l edificio in elevazione e la sua fondazione, vengono inseriti dei dispositivi chiamati isolatori sismici, i quali hanno il compito di impedire alla struttura di vibrare con le stesse frequenze delle onde sismiche, smorzando le oscillazioni e scongiurando il crollo.
Simulare un terremoto Il terremoto sarà riprodotto grazie ad una tavola vibrante in legno, sulla quale poggeranno le strutture da testare. La struttura che intendiamo realizzare sarà simile a quella in figura: l unica differenza starà nell utilizzo di un motorino elettrico al posto del trapano, che garantirà il movimento della tavola simulando, così, il sisma.
MATERIALI UTILIZZATI - alimentatore - motorino elettrico - modulatore di velocità - ingranaggio Simulare un terremoto
Realizzazione modelli edifici MATERIALI UTILIZZATI - tavola in legno - polistirene - cannucce - stuzzicadenti
Spiegazione dell esperimento Realizzeremo due strutture: la prima sarà in grado di resistere al terremoto, mentre la seconda sarà più rigida e vulnerabile alle sollecitazioni. STRUTTURA NON ANTISISMICA: La nostra struttura poggerà direttamente sul terreno (tavola di legno) per cui risentirà totalmente dell effetto del terremoto. STRUTTURA ANTISISMICA: La nostra struttura non poggerà direttamente sul terreno (tavola di legno), ma su un altra tavola che verrà collegata alla prima per mezzo di molle. Queste ultime simuleranno gli isolatori sismici e permetteranno all edificio di resistere alle scosse.
PrImo esperimento Accendiamo il motorino elettrico della struttura non antisismica: il nostro palazzo comincia ad ondeggiare visibilmente, fin quando le sollecitazioni a cui è sottoposto sono talmente forti da abbatterlo. Adesso accendiamo il motorino elettrico della struttura antisismica: le molle (isolatori sismici) assorbono parte dell energia elastica delle onde sismiche, e l edificio può quindi resistere senza collassare.
Analizziamo ancora il comportamento degli isolatori sismici con un secondo esperimento. In questo modellino il terreno sarà una cassettina di legno (dimensioni 25 x 25 cm), mentre al suo interno posizioneremo delle biglie di vetro che simuleranno gli isolatori sismici. Sopra le biglie posizioneremo una piccola tavoletta di compensato su cui poggerà il nostro edificio. Produrremo manualmente una scossa sismica agitando la cassettina, la quale muovendosi trasferirà il movimento alle biglie, e di conseguenza all edificio soprastante. L edificio asseconderà il movimento delle biglie, rispondendo in modo elastico alle sollecitazioni e dissipando l energia del sisma, evitando in tal modo il crollo della struttura. Secondo esperimento