Strutture in zona sismica e tecniche innovative di protezione sismica

Strutture in zona sismica
In questo ambito sono approfonditi gli aspetti principali del comportamento sismico delle costruzioni ed i criteri di progettazione e di verifica con riferimento alle strutture in cemento armato, in muratura, in acciaio e miste acciaio-calcestruzzo ed ai ponti.
Per resistere a terremoti di elevata intensità le costruzioni devono essere progettate in modo da poter consentire ai principali elementi strutturali lo sviluppo di elevate deformazioni plastiche seguendo precisi meccanismi di collasso (Capacity Design). Questa filosofia di progetto ha determinato lo sviluppo di un’ampia attività di ricerca finalizzata alla predisposizione di modelli di calcolo affidabili in grado di simulare, mediante analisi dinamiche non lineari, il comportamento sismico fino alle condizioni ultime degli edifici ed alla valutazione dell’affidabilità di analisi non lineari semplificate come l’analisi statica non lineare (Push-over Analysis) oggi di grande interesse applicativo. Nel caso delle strutture in c.a., seguendo anche le innovazioni introdotte dai nuovi codici normativi, l’attenzione è stata rivolta al comportamento dinamico delle strutture intelaiate prossime al collasso, tenendo conto del comportamento fortemente non lineare dei materiali e considerando, dove necessario, anche l’influenza dei solai e delle tamponature nella risposta sismica della struttura. L’analisi sismica delle strutture in muratura è condotta in regime statico non lineare (push-over) ed è applicata per la previsione approssimata della risposta sismica.
In questo ambito sono trattate anche le problematiche relative alla progettazione in zona sismica dei ponti, tramite lo sviluppo di modelli in grado di tenere in conto dei complessi comportamenti non lineari propri della struttura (materiali, vincoli, dispositivi di dissipazione/isolamento, ecc) e quelli che derivano dall’interazione terreno - fondazione - struttura.
 
Protezione sismica delle strutture (isolamento alla base e dissipazione di energia)
Questo settore comprende gli studi e le ricerche riguardanti le tecniche di protezione passiva, cioè in grado di fornire alle strutture di nuova realizzazione o esistenti un adeguato livello di sicurezza nei confronti delle azioni sismiche, mediante l’utilizzo di sistemi ausiliari di tipo passivo.
Tra le tecniche di protezione passiva, l’isolamento sismico è quella che ha visto un maggiore sviluppo, data la sua efficienza e semplicità, ma anche i dispositivi di dissipazione di energia hanno trovato numerose applicazioni in questi ultimi anni, soprattutto per l’adeguamento di strutture esistenti. L’isolamento sismico, che consiste nell’inserimento di appoggi (isolatori alla base) aventi elevata rigidezza in direzione verticale e bassa rigidezza in quella orizzontale, associata ad una significativa capacità dissipativa, consente di ottenere l’aumento del periodo di vibrazione della struttura, allontanandolo dalla zona dello spettro di risposta con maggiori accelerazioni. Il gruppo di lavoro attivo in questo settore ha maturato una significativa esperienza nella progettazione esecutiva dei sistemi di protezione sismica mediante isolatori di edifici e ponti.
Per quanto riguarda i dissipatori sismici, il loro inserimento all’interno della struttura, che avviene solitamente nelle aste dei controventi, permette di dissipare l’energia in ingresso dovuta all’evento sismico, sottraendola all’edificio stesso che quindi subirà danneggiamenti limitati o nulli. Il meccanismo attraverso il quale si ottiene la dissipazione energetica può distinguersi a seconda del tipo di dispositivo (viscoso, isteretico, viscoelastico) dipende dal materiale impiegato (olio, acciaio, gomma). Sia nel caso di realizzazione di nuove strutture dotate di controventi dissipativi, sia nel caso della loro applicazione per l’adeguamento di strutture esistenti, l’adozione di adeguati criteri di dimensionamento è fondamentale al fine di un corretto funzionamento di tali dispositivi. In questo settore è attivo un gruppo di ricercatori che ha condotto numerose prove sperimentali, non solo sui dissipatori, ma anche su prototipi in scala reale. Sono state messe a punto procedure di progetto con riferimento ai controventi dissipativi di tipo isteretico e viscoelastico, applicati sia a strutture di nuova realizzazione che a strutture esistenti.
 
Protezione sismica delle strutture (sistemi innovativi)
Il gruppo di ricerca sta studiando un sistema innovativo di adeguamento sismico degli edifici esistenti basato sull’utilizzo di torri dissipative opportunamente dislocate all’esterno degli edifici e rigidamente connesse con esso a livello degli impalcati. Le torri, solitamente in carpenteria metallica, sono incernierate alla base ed equipaggiate lungo il perimetro della base con dissipatori di energia che si attivano a seguito della rotazione della torre indotta dagli spostamenti orizzontali della struttura. Tale sistema risponde alle esigenze di adeguare complessi edilizi di pubblica utilità, quali scuole o ospedali, eliminando i costi ed i disagi connessi all’interruzione ed al trasferimento delle attività in altre sedi, richiesti dai tradizionali sistemi di adeguamento sismico. Il sistema a torri dissipative consente di sfruttare al massimo la capacità dei dispositivi di dissipazione; infatti grazie alla loro collocazione alla base delle torri, i dissipatori non lavorano in funzione degli spostamenti relativi d’interpiano, come in un classico sistema a controventi dissipativi posti all’interno delle maglie dei telai, bensì in funzione dello spostamento assoluto che si manifesta all’ultima elevazione.
 

Gruppo di ricerca

Roberto Capozucca
Sandro Carbonari
Fabrizio Gara
Laura Ragni
Andrea Dall'Asta (Università di Camerino)