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L'adeguamento sismico attraverso un sistema di isolamento alla base

Con la presente relazione si propone una soluzione di adeguamento sismico per un edificio tipo in cemento armato esistente.
In particolare si propone come soluzione ottimale l’inserimento di un sistema di isolamento alla base per un edificio esistente.

Pubbl. il 12 ottobre 2012 ore 05:27

1. SISTEMI DI ADEGUAMENTO SISMICO: L’ISOLAMENTO ALLA BASE

 
Con riferimento alle normative vigenti è possibile, per adeguare sismicamente un edificio esistente, seguire tipologie di intervento differenti:
  1. Rinforzo strutturale rigido della struttura;
  2. Inserimento di dispositivi ad alto smorzamento;
  3. Inserimento di un sistema di isolamento sismico.
 
Facendo riferimento allo spettro di risposta di progetto si può evidenziare come le tre tipologie di intervento si interfacciano con il comportamento dinamico della struttura:
Fig. 1 Spettri di Risposta allo SLV e soluzioni progettuali
 
Riferendosi allo schema dello spettro di risposta qui rappresentato si può ipotizzare, in maniere qualitativa, che la struttura, nella configurazione originaria, si trovi nella condizione rappresentata dal punto BLU con un periodo proprio di vibrazione attorno ad un secondo e le tre tipologie di intervento varino questa condizione come sotto descritto (tale comportamento è anche descritto nel testo “Principles of Passive Supplemental camping and Seismic Isolation” di C. Christopoulos e A. Filiatrault del quale si allega una parte):
  1. Un rafforzamento rigido della struttura porta ad un aumento della rigidezza e pertanto ad una riduzione del periodo proprio e quindi ad un incremento delle sollecitazioni (punto ARANCIONE);
  2. L’inserimento di smorzatori, come ad esempio ammortizzatori viscosi o isteretici inseriti in controventi dissipativi comporta senz’altro un aumento dello smorzamento con conseguente riduzione dell’accelerazione, ma comporta pure un leggero aumento della rigidezza e pertanto un leggero decremento del periodo che mitiga in parte il beneficio dello smorzamento. Complessivamente comunque porta ad una riduzione delle sollecitazioni (punto GIALLO);
  3. L’inserimento di un sistema di isolamento alla base consente di ottenere un notevole incremento del periodo proprio della struttura ed uno smorzamento compreso tra il 10% ed il 30%. L’insieme di questi contributi porta complessivamente ad una notevole riduzione delle sollecitazioni (punto ROSSO).
Si ritiene quindi che la soluzione ottimale sia quella di introdurre un sistema di isolamento alla base in quanto permette di ottimizzare la riduzione delle sollecitazioni nelle strutture esistenti e, di conseguenza, consente di minimizzare o ad annullare gli eventuali interventi di rinforzo degli elementi critici della struttura (ad esempio i nodi).
 
3. MODALITA’ DI INSERIMENTO
 
L’inserimento di tali dispositivi avviene secondo una tecnologia già sviluppata da ALGA: ovvero tramite il taglio dei pilastri ed il sostegno temporaneo del carico attraverso morse metalliche. Questo tipo di tecnologia consiste nell’applicare due morse in acciaio ad ogni pilastro e ad una distanza calibrata tra esse; dopo aver verificato la perfetta aderenza tra le morse ed il pilastro stesso è possibile, tramite degli appositi martinetti idraulici, scaricare la sezione di pilastro compresa tra le due morse. Successivamente è possibile, tramite apposito filo diamantato, tagliare la parte di pilastro scarica ed inserire il dispositivo di isolamento e le relative carpenterie di ancoraggio al pilastro. Ovviamente tale intervento deve essere accoppiato, se necessario, ad un intervento di rinforzo del pilastro stesso.
 
Ulteriori vantaggi da tenere in considerazione per un intervento di questo tipo sono la semplicità e la rapidità delle operazioni sopra descritte: si tratta infatti di operazioni che richiedono una modalità di applicazione molto precisa e delicata (anche se molto semplice dal punto di vista teorico) per poter assicurare la perfetta funzionalità di tutto il sistema; ALGA, grazie all’esperienza sviluppata per lavori simili già realizzati in passato, garantisce una perfetta efficienza nella messa in opera. Si garantisce anche che dal punto di vista della sicurezza questo tipo di intervento non è assolutamente critico: infatti il fatto di operare su solo uno o due pilastri contemporaneamente e l’accortezza nel minimizzare le deformazioni indotte nella struttura ne garantiscono la stabilità strutturale per tutta la durata dell’intervento.
 
Di seguito si riportano alcune immagini che evidenziano la tipologia di intervento proposta:
 
Fig. 2 Esempio di Pilastro con morse e martinetti applicati
 
Fig. 3 Esempio di un pilastro dopo tutte le fasi di inserimento dell’isolatore
 
4. PRINCIPALI VANTAGGI/CARATTERISTICHE DI UN SISTEMA DI ISOLAMENTO ALLA BASE
  1. PROTEZIONE PARTI NON STRUTTURALI: l’impiego di un sistema di isolamento sismico consente che la struttura lavori sempre in campo lineare e quindi non induce nessuna deformazione sostanziale negli elementi principali. Questa caratteristica preserva l’integrità ed annulla i danneggiamenti di tutti gli elementi non strutturali come i tamponamenti; inoltre garantisce un’assoluta protezione di quanto contenuto nella struttura. Gli oneri di manutenzione della struttura dopo un terremoto sono praticamente azzerati;
  2. POCA INVASIVITA’: Tale applicazione è limitata ad un solo piano di tutta l’intera struttura e quindi tutti gli interventi di adeguamento: rinforzo locale dei pilastri e inserimento dell’isolatore riguardano solo quel livello specifico. Tutti i livelli superiori a quello di isolamento non richiedono nessun intervento in quanto le sollecitazioni agenti sono notevolmente ridotte e quindi possono mantenere le caratteristiche architettoniche originarie. Il lavoro di taglio dei pilastri ed inserimento degli isolatori può essere effettuato senza interferire con le attività svolte ai piani superiori;
  3. FACILITA’ DI INSTALLAZIONE: le modalità di intervento sono ben definite e l’esperienza sviluppata da ALGA in questo settore consente una buona velocità di intervento; il tutto garantendo un assoluto livello di sicurezza. Si può considerare che i lavori possono richiedere circa 2-3 giorni per ogni pilastro. Le operazioni di inserimento di questi dispostivi avverranno, contemporaneamente, per non più di 2 o 3 pilastri: in questo modo si è certi di garantire ad ogni livello della messa in opera del sistema l’integrità strutturale della struttura stessa;
  4. CONVENIENZA ECONOMICA: il fatto di dover intervenire ad un solo livello dell’edificio fa in modo di abbattere anche i costi dell’applicazione di un sistema di adeguamento come quello dell’isolamento sismico;
  5. ONERI DI MANUTENZIONE: Gli isolatori a pendolo scorrevole sono completamente realizzati in carpenteria metallica e materiali sintetici e quindi non sono soggetti a nessun fenomeno di deterioramento. La manutenzione può considerarsi marginale in quanto è necessario, solo ogni 5 anni circa un controllo visivo della protezione corrosiva. Inoltre, a seguito di un evento sismico, nessuno degli elementi costituenti il dispositivo necessità di essere sostituito: si richiede solo una supervisione straordinaria;
  6. SEMPLICITA’ DI PROGETTO: Con l’utilizzo di questa tecnologia è sempre possibile effettuare un’analisi lineare semplificata, mantenendo lo smorzamento al disotto del 30%. Questa è una notevole semplificazione per l’analisi dinamica direttamente ma anche per le verifiche di tutti gli elementi strutturali in quanto essi restano in campo lineare e non richiedono quindi sofisticate tecniche di calcolo.

 

5. REFERENZE

 
Si riportano di seguito le principali referenze che ha ALGA in questo settore:
  • Adeguamento sismico di due serbatoi per metano liquido (LNG) a Visp, Svizzera. Anni 1997-98.

  • Edificio polifunzionale di Soccavo, Napoli (2000): si tratta dell’adeguamento sismico e nella rivalutazione di una struttura completamente dismessa trasformata in un importante centro poli-funzionale. E’ il più importante adeguamento sismico eseguito al mondo, con l’inserimento di 636 isolatori.
  • Aeroporto di Antalya, Turchia (2000): si tratta dell’adeguamento sismico di uno degli aeroporti principali della Turchia. Esso è stato eseguito inserendo 358 isolatori in gomma-piombo. Le operazioni di taglio ed inserimento degli isolatori è stato effettuato senza interferire con l’operatività dell’aeroporto.
  • Adeguamento sismico di un edificio residenziale a Fabriano. Anno 2002.

 



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