Isolamento sismico

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L’anno seguente, 1994, è la volta di Messina, con l’applicazione degli isolatori sismici al Centro Radar per il controllo del traffico sullo stretto.

Nel 1995, a Potenza, si concluse un periodo ricco di interventi per l’isolamento sismico con l’installazione di dispositivi elastomerici per l’Università della Basilicata. Braga, Grimaldi e Dolce (nella veste di consultente per l’isolamento sismico) progettarono sia la facoltà di agraria che il dipartimento di matematica. La prima consisteva di 5 edifici, di cui 4 isolati sismicamente; di questi 2 erano di 5 piani ed altri 2 erano di 6 piani, per aree di 54×18 e 41.4×18 m (15200 m² totali per i 4 blocchi isolati). Per il complesso, realizzato in cemento armato, furono impiegati in totale 132 isolatori elastomerici ad elevato smorzamento, di lato pari a 500 e 800 mm, con 350 mm di altezza totali, di cui 190 di sola gomma. Lo spostamento di progetto era di 170 mm, con il 90% di deformazione a taglio e 400 kN di carico verticale di progetto. Ad occuparsi del progetto degli isolatori fu Mauro Dolce per la TIS S.p.A. di Roma.

La seconda struttura, il dipartimento di matematica, era ancora in cemento armato e furono impiegati 89 isolatori elastomerici HDRB di lato 500 e 750 mm, per un’altezza totale di 350 mm, di cui 190 di sola gomma. Anche in questo caso ad occuparsi degli isolatori fu Mauro Dolce.

Con il 1995, come detto, si concluse un periodo molto positivo per l’isolamento sismico, con l’Italia che nel frattempo aveva assunto la leadership mondiale nel settore.

Passarono 5 anni, però, prima di vedere una nuova applicazione: nel 2000 fu commissionata dalla ATER (Azienda Territoriale per l’Edilizia Residenziale) la costruzione di due edifici a Rapolla, Potenza il cui progetto era risalente al 1995. Dei due edifici uno era di tipo tradizionale ed un altro isolato alla base. I due edifici erano situati in zona sismica di prima categoria ed erano contigui e perfettamente identici. L’isolamento sismico ha previsto l’adozione di dispositivi posti tra il reticolo di fondazione – costituito da travi rovesce 120x120x60x40 cm – ed un grigliato superiore – formato da travi 70×80.

Tutto intorno all’edificio, tra fondazione ed opere di contenimento, fu previsto un cunicolo che permettesse l’ispezione dei dispositivi.

E’ interessante mettere a confronto le sezioni dei due edifici per valutare le differenze tra la soluzione a base fissa e quella a base isolata:

Fig. 2.25
Sezione dell’edificio a base fissa

Fig. 2.26
Sezione dell’edificio a base isolata

Interessante anche la visione delle piante delle fondazioni nelle figure seguenti;

Fig. 2.27
Pianta delle fondazioni della struttura a base fissa

Fig. 2.28
Pianta delle fondazioni della struttura a base isolata

La struttura isolata fu prevista con 28 isolatori cilindrici in neoprene armato ad alto smorzamento (HDRB). Il diametro degli strati di gomma era di 500 mm, mentre quello degli strati di acciaio era di 480 mm, con un’altezza totale di 242 mm con 136 mm di gomma. La massima deformazione tangenziale di progetto era pari al 134%, per uno spostamento di 180 mm, mentre la massima portata verticale era pari 1500 kN.

Per quanto riguarda il periodo si ottenne:

  • T = 2.0 sec per struttura a base isolata;
  • T = 0.8 sec per struttura a base fissa.

Il fattore di riduzione delle accelerazioni, direttamente collegato alle forze d’inerzia agenti, è dato dal rapporto tra le ordinate spettrali in corrispondenza dei 2 periodi e vale 1.84

Ma non solo, perché bisogna considerare le capacità dissipative della mescola impiegata per il calcolo, la quale era in grado di fornire uno smorzamento equivalente pari ad almeno il 10%, quindi una riduzione della risposta quantificabile in un 20÷40%. Volendo essere cautelativi, si ottenne una riduzione complessiva di 1.84*1.20 = 2.20.

Nonostante la notevole riduzione applicabile, però, si scelse di mantenere la struttura nelle sue dimensioni originarie, uguali a quella a base fissa, in modo da avere un ampio margine di sicurezza nei confronti del sisma.

Un aspetto importante riguarda la modellazione: il calcolo della struttura fu effettuato modellando gli isolatori come elementi elastici di rigidezza pari a quella efficace, ovvero la rigidezza secante in corrispondenza dello spostamento di progetto.

Altro elemento tenuto in considerazione fu il massimo spostamento della struttura, la quale non doveva venire a contatto con elementi fissi; così, a fronte di uno spostamento massimo previsto di 180 mm, fu previsto un distanziamento di 300 mm rispetto ai muri di contenimento perimetrali.

Veniamo adesso all’isolamento misto, perché al di sopra dei 28 isolatori elastomerici posti alla base dell’edificio sono state montate in serie delle slitte a basso attrito in acciaio/teflon in modo tale da poter usare, per ogni singolo appoggio, o la parte elastomerica o la parte scorrevole. Il passaggio da un sistema all’altro avviene bloccando alla traslazione orizzontale la parte elastomerica, mediante dei controventi in acciaio, e sbloccando la parte scorrevole mediante lo smontaggio di apposite boccole. L’immagine che segue risulterà particolarmente esemplificativa:

Fig. 2.29
Particolare dei dispositivi impiegati e loro disposizione in fondazione

Il sistema misto di questa applicazione può funzionare in 2 modi:

1. solo isolatori elastomerici;

2. isolatori elastomerici e slitte.

Nel secondo caso si possono avere HDRB bloccati e slitte sbloccate miste a HDRB sbloccati e slitte bloccate.

Il motivo di un funzionamento misto risiede nel raggiungimento di uno specifico target prestazionale; con i soli HDRB, infatti, si aveva un periodo pari a 1.47 sec, a fronte dei 2 sec previsti di progetto, con uno smorzamento equivalente pari al 17% a fronte del 10% previsto di progetto.

Con opportuna selezione dei dispositivi da bloccare/sbloccare si arrivò al periodo previsto, in particolare con 12 HDRB e 16 slitte sbloccate alla traslazione, arrivando proprio a T = 2 sec ed uno smorzamento equivalente pari al 30%.

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