Università degli Studi di Firenze Scuola di Ingegneria Corso di laurea in Ingegneria Civile Anno Accademico 2013 - 2014 RISPOSTA SISMICA LINEARE DI UN EDIFICIO IN CEMENTO ARMATO ISOLATO ALLA BASE Relatore: Andrea Pisacane Prof. Luca Facchini Lorenzo Rigutini Firenze, 2 Marzo 2015

Obbiettivo della tesi Studiare il comportamento di un edificio in cemento armato soggetto ad azione sismica: Base fissa con setti Base isolata Valutazione dei modi di vibrare e delle risposte dinamiche Confronto tra i due tipi di sistemi antisismici

Procedimento Modellazione in SAP2000 dell’edificio di base senza nessun accorgimento sismico Modellazione in SAP2000 dell'edificio inserendo i setti in cemento armato Dimensionamento e Modellazione degli isolatori elastomerici Analisi sui modelli Confronto dei dati ottenuti nei differenti casi e computo estimativo dei costi di realizzazione

Analisi ANALISI SUI MODELLI - Modale - Statica Lineare - Dinamica Lineare con Spettro di Risposta - Dinamica Lineare con Time History - Vento (base isolata)

Analisi ACCELEROGRAMMI individuano la storia temporale del sisma e quindi la variazione dell'accelerazione nel tempo SPETTRI DI RISPOSTA individuano i valori dell’ accelerazione efficace in funzione del periodo dell’oscillatore

Edificio in esame Edificio adibito a civile abitazione(Napoli) Ogni piano è composto da un appartamento quadrilocale e due trilocali 5 piani fuori terra di altezza 3,3 metri ciascuno Copertura piana e praticabile

ANALISI MODALE base fissa Prima forma modale Seconda forma modale Terza forma modale T1 = 0,81s Ux = 4,3% Uy = 67,3% Rz = 10,6% T1 = 0,72s Ux = 37,8% Uy = 12,4% Rz = 31,8% T1 = 0,51s Ux = 1% Uy = 0% Rz = 43,6%

Edificio con setti in c.a. 2 setti trasversali 2 setti longitudinali

ANALISI MODALE edifico con setti Prima forma modale Seconda forma modale Terza forma modale T1 = 0,54s Ux = 0,7% Uy = 72,7% Rz = 0,2% T2 = 0,50s Ux = 71,5% Uy = 0,8% Rz = 0,3% T3 = 0,44s Ux = 0,3% Uy = 0,8% Rz = 72%

ANALISI MODALE edifico con setti

Confronto tra spostamenti DINAMICA CON SPETTRO DI RISPOSTA BASE FISSA DINAMICA CON SPETTRO DI RISPOSTA BASE FISSA SETTI

Confronto tra sollecitazioni DINAMICA CON SPETTRO DI RISPOSTA BASE FISSA DINAMICA CON SPETTRO DI RISPOSTA BASE FISSA SETTI

Isolatori Sismici I terremoti sono essenzialmente dei fenomeni energetici,nelle quali, enormi quantità di energia vengono rilasciate in tempi brevissimi. Approccio progettuale: - Dissipazione passiva di energia consiste nell’impiego di appositi dispositivi meccanici inseriti in posizioni strategiche per dissipare energia - Diminuzione dell’energia all’ingresso del sistema disaccoppiamento della massa della struttura dalle fondazioni per minimizzare l'energia in ingresso nella struttura CARATTERISTICHE FONDAMENTALI: - funzione di appoggio - deformabilità elevata - capacità dissipativa - capacità di ricentraggio OBIETTIVO PRESTAZIONALE: - MINIMIZZARE il taglio alla base della struttura - LIMITARE lo spostamento alla base della struttura - MINIMIZZARE le accelerazioni di piano

Isolatori Sismici Alla luce di quanto detto si individuano due tipi di isolatori: ISOLATORI ELASTOMERICI (basso smorzamento,alto smorzamento,inserto in piombo) ISOLATORI A SCORRIMENTO TIPI DI ISOLATORE VANTAGGI SVANTAGGI   Basse accelerazioni di piano spostamenti elevati elastomerici Costo ridotto basso smorzamento facilità di montaggio moderato-alto smorzamento alta accelerazione di piano a scorrimento resistenza carico di servizio costo più elevato Gli isolatori elastomerici basano il loro comportamento sulla deformazione della gomma impiegata. Gli strati di elastomero sono alternati da lamierini di acciaio che consentono di confinare l’elastomero limitandone la deformabilità verticale a pochi millimetri (1-3 mm).

Predimensionamento Isolatori Stima sul periodo che vogliamo ottenere T=0,8sT=2,5s troviamo la rigidezza totale equivalente necessaria alla nostra struttura isolata per avere il suddetto periodo, ovvero Ktot, is, e dividendolo per il numero di isolatori troviamo la rigidezza per il singolo isolatore, Kis,i.

Scelta degli Isolatori

Posizionamento Isolatori Strategia mantenere il centro di rigidezza vicino al centro di massa dell'edificio. La norma ci impone che tale limite non superi il 5% della lunghezza dell'edificio nelle rispettive direzioni Nel nostro caso: Y = 19,4 m X = 13,3 m dunque Δy,max = 0,97m Δx,max = 0,665 m

Posizionamento Isolatori Distanza tra il centro di massa e il centro di rigidezza è: Δx = 0,22 m<0,97 m Δy = 0,26 m<0,667m Possiamo perciò assumere che il centro di massa e di rigidezza sono quasi coincidenti.

Modellazione degli Isolatori l sistema di isolamento è rappresentato da un modello lineare, pertanto si fa riferimento ad un modello globale in cui gli elementi della struttura operano in campo elastico lineare, inoltre anche gli elementi del sistema di isolamento operano in campo lineare. Di seguito si riportano le tabelle tratte da Sap2000 relative ai parametri da impostare per i link rispettivamente in direzione verticale U1 e in direzione orizzontale U2 ed U3:

ANALISI MODALE edificio isolato Prima forma modale Seconda forma modale Terza forma modale T3 = 2,14 Ux = 0% Uy = 0% Rz = 99,8% T1 = 2,48s Ux = 0% Uy = 99,5% Rz = 0% T2 = 2,46s Ux = 99% Uy = 0% Rz = 0%

ANALISI MODALE edificio isolato

CONFRONTO spostamenti DINAMICA LINEARE BASE ISOLATA DINAMICA LINEARE BASE FISSA SETTI

CONFRONTO sollecitazioni DINAMICA CON SPETTRO DI RISPOSTA BASE FISSA SETTI DINAMICA CON SPETTRO DI RISPOSTA BASE ISOLATA

CONCLUSIONI Riduzione delle sollecitazioni Riduzione degli spostamenti interpiano

Confronto SPOSTAMENTI BASE FISSA SETTI BASE ISOLATA

Confronto ACCELERAZIONI BASE FISSA SETTI BASE ISOLATA

WIND Reaction Il programma permette di definire direttamente a quale normativa fare riferimento, e quali coefficienti usare. Abbiamo condotto la nostra analisi in tre direzioni: –  lungo x, impostando un angolo pari a 0° –  lungo y, impostando un angolo uguale a 90° –  lungo entrambe, con angolo 45°

WIND Reaction

Computo estimativo COSTI Vogliamo concludere la nostra analisi con una nota estimativa espressa in percentuali dei costi di produzione dei singoli edifici, partendo da quello a “base fissa”. Partendo dalla stessa base di costi, riferiti unicamente ai materiali usati - BASE FISSA-SETTI: +27% - BASE ISOLATA: +32%

Grazie per l'attenzione