EDIFICI CON ISOLAMENTO SISMICO La progettazione antisismica delle strutture è basata, come per altre condizioni di carico, sul soddisfacimento della disequazione CAPACITA' ≥ DOMANDA domanda = moto del terreno capacità = resistenza e deformabilità in campo non lineare della struttura La filosofia di progettazione basata sull'aumento della capacità porta a: aumentare la resistenza della struttura aumentare la duttilità globale

Attualmente si stanno sviluppando tecniche di protezione sismica passiva delle strutture, tese a ridurre la domanda Tali tecniche sono essenzialmente basate su due principi: forte dissipazione di energia, concentrata in particolari dispositivi isolamento sismico: abbatte drasticamente l'energia trasmessa dal suolo alla struttura

L'isolamento sismico consiste nel disaccoppiare il moto del terreno da quello della struttura, introducendo una sconnessione lungo l'altezza della struttura alla base, negli edifici fra pile e impalcato, nei ponti La sottostruttura, rigidamente connessa al terreno, e la sovrastruttura sono collegate attraverso particolari apparecchi d'appoggio - ISOLATORI - dotati di: notevole rigidezza in direzione verticale elevata deformabilità e/o bassa resistenza al moto in direzione orizzontale

Generalmente, il periodo proprio delle normali strutture cade nell'intervallo 0.2-0.8 sec In tale intervallo, gli spettri di risposta in termini di accelerazione della maggior parte dei terremoti presentano il massimo dell'amplificazione Per gli edifici muniti di isolatori: la sottostruttura, generalmente è molto rigida, perciò subisce all'incirca la stessa accelerazione del terreno la sovrastruttura, grazie alla presenza dei dispositivi di isolamento, risulta molto più deformabile, quindi il periodo proprio cade in una zona dello spettro a minore amplificazione

Di conseguenza, le accelerazioni prodotte dal sisma sulla struttura isolata risultano molto ridotte la struttura può essere progettata per resistere a terremoti violenti senza dover subire danni alle parti strutturali (progettazione in campo elastico) La sovrastruttura si comporta quasi come un corpo rigido, con spostamenti di interpiano molto contenuti si riducono o si eliminano anche i danni agli elementi non strutturali

L'aumento del periodo comporta anche un incremento degli spostamenti, che però si concentrano nel sistema di isolamento

Per evitare eccessivi spostamenti del sistema di isolamento, che risulterebbero condizionanti nella progettazione degli impianti a terra o dei giunti di separazione, il sistema di isolamento può essere dotato di elevata capacità dissipativa: rapporti di smorzamento 10 – 30%

Vantaggi degli edifici isolati: abbattimento delle forze d'inerzia e quindi delle sollecitazioni riduzione degli spostamenti di interpiano no danni agli elementi non strutturali, piena funzionalità anche successivamente al terremoto elevata protezione del contenuto bassa percezione del sisma da parte degli occupanti Dal punto di vista economico, l'eventuale maggior costo (massimo +10%), è compensato dall'annullarsi dei costi di riparazione

kb, cb dell'isolamento sismico ks, cs della sovrastruttura BASI TEORICHE DELL'ISOLAMENTO SISMICO sistema strutturale: sistema elastico lineare rigidezza e smorzamento kb, cb dell'isolamento sismico ks, cs della sovrastruttura massa mb del basamento della struttura, direttamente vincolata a terra attraverso il sistema di isolamento m della sovrastruttura (esclusa la massa di base)

ug spostamento del terreno modello a due gradi di libertà dinamici: spostamenti orizzontali delle due masse us, ub ug spostamento del terreno si studia in termini di spostamenti relativi degli isolatori vb vb = ub - ug d'interpiano vs vs = us - ub

equazioni del moto del sistema: rapporto di massa rapporto delle pulsazioni rapporti critici di smorzamento

equazioni del moto del sistema: wb, Tb, xb oscillatore semplice costituito dall'intera massa vincolata dal sistema di isolamento ws, Ts, xs oscillatore semplice costituito dalla sola sovrastruttura assunta come fissa alla base rapporto di isolamento

per la soluzione del sistema, si assume e << 1, cioè sovrastruttura molto più rigida degli isolatori risolvendo il problema agli autovalori, si ottiene: forme modali:

determinati i modi di vibrare della struttura, la risposta del sistema si esprime come combinazione lineare delle forme modali f1 e f2 attraverso due coefficienti q1 e q2, funzione del tempo: introdotte nelle equazioni del moto, consentono di disaccoppiare il sistema: coefficienti di partecipazione modale

rapporti di smorzamento associati ai due modi di vibrare assumendo un generico spettro di risposta, in termini di spostamento, Sd(w,x), o accelerazione, Sa(w,x), è possibile calcolare i massimi modali della risposta della struttura:

utilizzando, ad es., la legge di combinazione SRSS, si ottiene il valore massimo dello spostamento degli isolatori: e il valore massimo del drift interpiano: si possono scrivere:

può essere trascurato, per cui: per spettri di risposta usuali, risulta Sd(w2,x) << Sd(w1,x) ed il termine può essere trascurato, per cui: il coefficiente di taglio (valore dell'accelerazione che moltiplicato per la massa dà il valore del taglio alla base della sovrastruttura): rapporto delle pulsazioni

avendo assunto che e << 1, si ha che: Per piccoli valori di e e per gli spettri di risposta usuali, il sistema di isolamento può essere progettato per uno spostamento massimo pari a e la sovrastruttura per un coefficiente di taglio pari a lo spostamento interpiano risulta proporzionale ad e ed allo spostamento massimo alla base ; pertanto si riduce al diminuire del rapporto fra il periodo della struttura a base fissa e quella isolata ed all'aumentare dello smorzamento del sistema di isolamento

Gli spettri di risposta possono essere utilizzati direttamente per la progettazione sia della struttura che del sistema di isolamento. Spettri della normativa per strutture isolate: sono identici a quelli delle strutture non isolate, salvo che cambia il valore di TD: da 2,0 s a 2,5 s

Nell'intervallo fra TB e TC, in cui ricadono la maggior parte delle strutture fisse alla base, l'accelerazione è costante e lo spostamento cresce con il quadrato del periodo. Fra TC e TD, in cui ricadono la maggior parte delle strutture isolate, l'accelerazione decresce con l'inverso del periodo e lo spostamento è proporzionale al periodo. Oltre TD, in cui ricadono le strutture con isolamento molto spinto, lo spostamento è costante e l'accelerazione decresce ancor più rapidamente.

Riferimenti bibliografici M. Dolce, D. Cardone, F.C. Ponzo, A. Di Cesare: "Progetto di edifici con isolamento sismico", Ed. IUSS Press

APPLICAZIONE AL NUOVO PLESSO SCOLASTICO COMUNE DI GALLICANO - LUCCA Progetto del nuovo plesso scolastico, Comune di Gallicano ISOLAMENTO SISMICO APPLICAZIONE AL NUOVO PLESSO SCOLASTICO COMUNE DI GALLICANO - LUCCA Prospetto lato ingresso Prospetto lato auditorium PROSPETTI

Progetto del nuovo plesso scolastico, Comune di Gallicano CENTRALI TECNOLOGICHE CENTRALI TECNOLOGICHE AUDITORIUM PIANTA PIANO INTERRATO

Progetto del nuovo plesso scolastico, Comune di Gallicano AULA AULA AULA AULA AULA SEGRETERIA AL PUBBLICO AULA AULA MECCANICA TECNOLOGICA SALA INSEGNANTI SERVIZI SERVIZI AULA AULA PIANTA PIANO TERRA

Progetto di un nuovo complesso scolastico, Comune di Gallicano VISTE 3D Vista lato ingresso

CONTROVENTI DISSIPATIVI E LORO APPLICAZIONI È UNA TECNICA DI PROTEZIONE PASSIVA CHE NASCE PER LE STRUTTURE NUOVE MA SI ADATTA MOLTO BENE (FORSE MEGLIO) ALLE STRUTTURE ESISTENTI . CIÒ AVVIENE RACCOGLIENDO, ATTRAVERSO ELEMENTI DI RIGIDEZZA PREVALENTE RISPETTO A QUELLA DELLA STRUTTURA (I CONTROVENTI) L’ENERGIA SISMICA IN ECCESSO E INDIRIZZANDOLA SU APPOSITI ELEMENTI DESTINATI A DISSIPARLA (I DISSIPATORI). A DIFFERENZA DELL’ISOLAMENTO ALLA BASE, CHE PUNTA A RIDURRE L’ENERGIA SISMICA CHE ENTRA NELLA STRUTTURA, I CONTROVENTI DISSIPATIVI LASCIANO TALE ENERGIA IMMUTATA (POSSONO ADDIRITTURA FARLA CRESCERE) MA PUNTANO AD AUMENTARE IN MODO DRASTICO LA DISSIPAZIONE DI ENERGIA

LA DISSIPAZIONE DI ENERGIA NON È CONSEGUITA ATTRAVERSO IL DANNEGGIAMENTO DELLA STRUTTURA (DUTTILITÀ) ANZI LA PRINCIPALE FINALITÀCHE CI SI PONE È PROPRIO QUELLA DI PROTEGGERE LA STRUTTURA. L’IDEA È DUNQUE DI FRENARE MANTENENDO ELASTICA LA STRUTTURA (CHE SIA IN C.A. O ACCIAIO) “BRAKING RATHER THAN BREAKING”