10° Convegno Nazionale “L’ingegneria Sismica in Italia”, Potenza-Matera 9-13 settembre 2001

1 INTRODUZIONE

Sono stati realizzati nel comune di Rapolla, commissionati dall'Azienda Territoriale per l'Edili-zia Residenziale (ATER) di Potenza, due edifici dei quali uno a struttura portante in cementoarmato tradizionale (edificio B – fig. 1.1,1.2,1.3) ed uno isolato alla base (edificio A –fig.1.1,1.4,1.5).

I due edifici, contigui e perfettamente identici nella struttura in elevazione, sono destinati aduso abitativo e situati in zona sismica di prima categoria (coefficiente di sismicità S = 12).

In ottemperanza a quanto prescritto dalla Prima Sezione del Consiglio Superiore dei LavoriPubblici, sono state eseguite, per l’edificio isolato alla base, le prove di “di caratterizzazione di-namica del sistema di isolamento atte a verificare, nei riguardi di azioni di tipo sismico, che lecaratteristiche della costruzione corrispondano a quelle attese”. Le prove sono consistite neltraslare la struttura orizzontalmente, allontanandola di massimo 17 cm dalla posizione di equili-brio (spostamento di poco inferiore ai 18 cm di spostamento orizzontale da sisma di progetto), enel rilasciala improvvisamente, al fine di rilevarne le caratteristiche dinamiche durante le conse-guenti oscillazioni libere.Data la natura sperimentale dell’intervento progettato a Rapolla e grazie alla disponibilitàdell’ATER (Ente appaltante), è stato possibile sperimentare, in alternativa al sistema di isola-

Differenti Tecniche Di Isolamento Alla Base: Il Sistema MistoScivolatori/Isolatori Elastomerici Della Struttura Sperimentale DiRapolla

F. BragaDipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica, Università degli Studi “La Sapienza” di Roma,Italy

M. LaterzaDipartimento di Strutture, Geotecnica, Geologia applicata all’ingegneria, Università della Basilicata,Potenza, Italy

SOMMARIO: Viene presentata una sperimentazione effettuata su un edificio isolato dotato didue differenti sistemi di isolamento tra loro intercambiabili. L'edificio isolato, realizzato nelcomune di Rapolla, ha permesso di effettuare prove di rilascio utilizzando una prima tecnica diisolamento (sistema di progetto), largamente consolidata, con appoggi in elastomero ad elevatosmorzamento (HDRB), ed una seconda, di natura sperimentale, utilizzando appoggi scorrevoliacciaio/teflon a basso attrito in accoppiata ad un sistema di richiamo elastico costituito da partedegli stessi isolatori in elastomero appartenenti al primo sistema. La sperimentazione ha eviden-ziato le differenze comportamentali dei due sistemi ed ha permesso di verificare la fattibilità e laconvenienza di quello sperimentale.

ABSTRACT: An application of seismic isolation using slide bearings technique is presented.Such technique has been applied to a residence building, built in Italy at Rapolla (PZ- Basili-cata). To the system, designed by using elastomeric bearings it has been added a slide bearingsisolation system. The application has allowed to investigate, through a series of dynamic Snap-Back tests, the behaviour of base isolated structure with only elastomeric bearings or withmixed system (slide bearings and High Damping Rubber Bearings "HDRB"). The work dealswith two main problems: seismic protection level which can be attained, detailing and construc-tion procedure using mixed system (slide bearings for isolation and steel rubber bearings to havea recentering force).

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mento mediante appoggi in neoprene armato, un sistema misto che prevedeva l’utilizzo di ap-poggi scorrevoli a basso attrito (acciaio-teflon) in accoppiata ad un sistemi di richiamo elasticocostituito da parte degli appoggi elastomerici utilizzati nel sistema principale.

Fig.1.1: Carpenteria del piano tipo, comune ai due edifici (A – Isolato alla base; B - Tradizionale)

Fig.1.2: Sezione trasversale centrale (Edificio B - Tradizionale)

Fig.1.3: Pianta fondazioni (Edificio B - Tradizionale)

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Fig.1.4: Sezione trasversale centrale (Edificio A – Isolato alla base)

Fig 1.5: Pianta fondazioni (Edificio A – Isolato alla base)

Occorre rilevare che l'isolamento sismico con appoggi scorrevoli a basso attrito in accoppiata adisolatori elastomerici è stato in passato utilizzato in varie applicazioni caratterizzate da due dif-ferenti sistemi di accoppiamento, il primo in serie ed il secondo in parallelo.

Un esempio di sistema in serie è costituito da quello sviluppato dalla Electricitè de France(Gueraud et al. 1985) per la protezione sismica di centrali nucleari realizzate in Francia, Suda-frica e Iran.

Numerosi sono gli esempi applicativi del sistema in parallelo tra cui si annovera, negli StatiUniti, un brevetto (U.S. patent no. 4,554,767, del 26 Novembre 1985) denominato ‘Alexisi-smon’ a nome Ikonomou.

Tra le principali applicazioni si trovano le seguenti:• Mackay School of Mines, Reno, Nevada, adeguata sismicamente nel 1993.• Long Beach V.A. Hospital, California, adeguato sismicamente nel 1995, 12 piani in c.a.,

110 isolatori con nucleo di piombo + 18 LDRB + 36 Slitte.• Our Lady of the Angels Cathedral, Los Angeles, California, il cui completamento è previsto

per il 2002, 200 appoggi tra HDRB e Slitte.• Public Safety building, Berkeley, California, 2000, 27 isolatori con nucleo di piombo + 5

Slitte.

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• New Zealand National Museum, Wellingon, Nuova Zelanda, 1995, di 5 piani e 23m di al-tezza, 145 isolatori con nucleo di piombo + 230 LDRB + 42 Slitte.

• Los Angeles City Hall, Los Angeles, California, adeguata sismicamente nel 1999, di 28 pia-ni, 475 HDRB + 58 Slitte + 58 dissipatori viscosi alla base + 12 dissipatori viscosi in eleva-zione.

• New Los Angeles Country Martin Luther King Hospital, in costruzione, 70 HDRB + 12Slitte.

In generale va' peraltro evidenziato che il sistema misto (HDRB o LDRB + Slitte) in parallelopermette di disaccoppiare rigidezza e dissipazione di energia altrimenti legati in un isolatoreelastomerico. Seppure, infatti, le mescole a base di elastomeri artificiali, additivate opportuna-mente, permettano, a differenza della gomma naturale, di progettare le caratteristiche di rigidez-za, dissipazione e durabilità degli isolatori, ciò risulta estremamente complicato soprattutto nelcaso di elastomeri estremamente deformabili. Ne consegue che per edifici relativamente piccoli,come nel caso dell'edificio di Rapolla, non si riesca facilmente a coniugare la bassa rigidezzatrasversale richiesta agli isolatori con una sufficiente dissipazione di energia a causa del pesolimitato della sovrastruttura. Allo stesso tempo, sempre a causa delle limitazioni tecnologichelegate alla realizzazione dell'elastomero, non potendone diminuire oltremodo il modulo tangen-ziale si è costretti a ridurre la sezione degli appoggi incrementandone il rischio di instabilità(Aiken et Al. 1989, Buckle et Al. 1994, Braga et Al. 2000).

Il sistema misto permette quindi, attraverso l'uso delle slitte (es. acciaio-teflon), di progettarela forza minima di scivolamento necessaria a tenere fissa la struttura in caso di azioni di eserci-zio quali il vento, produce dissipazione aggiuntiva attraverso l'attrito, ed evita problemi di insta-bilità assegnando prevalentemente alle slitte il compito di portare i carichi verticali ed agli iso-latori in elastomero il richiamo elastico ed eventualmente una parziale dissipazione di energia.

Alle qualità sopra esposte va aggiunta sicuramente la maggiore convenienza economica deri-vante dal minor costo delle slitte rispetto agli isolatori elastomerici oltre, soprattutto nel caso diinterventi di adeguamento, alla facilità di installazione ed al minore ingombro (pochi centimetri)richiesto dalle slitte.Nel seguito si riferirà degli aspetti peculiari (sperimentali e di progetto) riguardanti i sistemi diisolamento sperimentati.

2 DATI DI PROGETTO

L’edificio tipo, il cui progetto risale al mese di Settembre del 1995, è costituito da tre impalcatipiù la copertura, possiede una pianta di forma rettangolare di dimensioni 22.6x13.3 m con an-damento regolare lungo l'elevazione ed un’altezza di interpiano costante e pari a 3.05 m.

Il corpo scala, collocato in posizione centrale, ha una struttura costituita da travi a ginocchio40x50 cm con gradini a sbalzo. Gli elementi strutturali sono disposti secondo un reticolo plani-metrico avente passo regolare di 3.30 m in direzione longitudinale e di 3.90 m in direzione tra-sversale. I solai sono realizzati mediante posa in opera di travetti prefabbricati e getto di calce-struzzo di completamento, alleggerito con elementi in laterizio. Lo spessore della soletta è di 5cm. Le travi centrali sono a spessore, mentre quelle di bordo sono emergenti ed intradossate ri-spetto al solaio. Le travi a spessore sono tessute in direzione sia trasversale sia longitudinale edhanno dimensioni 80x25 cm e 100x25 cm, mentre quelle emergenti, hanno dimensioni 30x50cm e 30x60 cm. Dei 28 pilastri, tutti a sezione costante in altezza, costituenti la struttura verti-cale portante, i 10 centrali sono a sezione rettangolare 40x60 cm ed i restanti 18 perimetrali asezione quadrata 40x40 cm.

Su uno dei due edifici gemelli (edificio A), in relazione alla localizzazione dell'edificio in zo-na sismica di prima categoria, si è voluto conseguire una protezione sismica superiore a quellastrettamente richiesta, attraverso l'adozione di un sistema di isolamento alla base, realizzato me-diante isolatori elastomerici disposti al di sopra del piano di fondazione.In particolare, gli isolatori sono interposti tra un grigliato inferiore di fondazione, di identica se-zione per i due edifici, formato da travi rovesce 120x120x60x40 cm, ed un grigliato superiore,formato da travi 70x80 cm, che costituisce una base flessionalmente rigida da cui spiccano i pi-lastri della struttura in elevazione. Per contenere gli spostamenti sono stati adottati isolatori ad

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alta dissipazione, capaci di fornire uno smorzamento equivalente, in corrispondenza dello spo-stamento di progetto, pari almeno al 10% dello smorzamento critico.Intorno alle fondazioni dell’edificio isolato, al fine di creare un cunicolo per l’ispezione e la so-stituzione degli isolatori, sono presenti opere di contenimento del terreno, realizzate mediantemuri in c.a. completamente separati dalla struttura in elevazione dell'edificio.

La progettazione sismica degli edifici è stata effettuata nel rispetto dell’allora vigente norma-tiva (D.M. 24Gennaio 1986) e della relativa zonazione, tenuto conto del grado di sismicità S=12(I categoria) dell'area in questione. La risposta alle azioni sismiche é stata calcolata, con il me-todo dello spettro di risposta, mediante analisi dinamica effettuata considerando i modi di cui,nelle seguenti tabelle, sono riportati i valori dei periodi e dei coefficienti di partecipazione inpresenza delle masse di esercizio.

Tab.2.1 Frequenze e periodi dei modi di vibrare dell'edificio tradizionaleMODO AUTOVALORE FREQUENZA FREQUENZA PERIODO

NUMERO (RAD/SEC)2 (RAD/SEC) (CICLI/SEC) (SEC)1 .166138E+03 .128895E+02 2.051420 .4874672 .254558E+03 .159549E+02 2.539295 .3938103 .260163E+03 .161296E+02 2.567100 .3895454 .197192E+04 .444063E+02 7.067484 .1414935 .296503E+04 .544521E+02 8.666317 .1153896 .297727E+04 .545644E+02 8.684193 .115152

Tab.2.2 Coefficiente di partecipazione delle masse - (percentuale) dell'edificio tradizionaleMODO DIR-X DIR-Y DIR-Z X-SOM Y-SOM Z-SOM

1 87.091 .000 00.000 87.091 .000 00.0002 .003 .000 00.000 87.094 .000 00.0003 .000 84.596 00.000 87.094 84.596 00.0004 10.426 .000 00.000 97.520 84.596 00.0005 .010 .000 00.000 97.530 84.596 00.0006 .000 12.362 00.000 97.530 96.959 00.000

Tab.2.3 Frequenze e periodi dei modi di vibrare dell'edificio isolatoMODO AUTOVALORE FREQUENZA FREQUENZA PERIODO

NUMERO (RAD/SEC)2 (RAD/SEC) (CICLI/SEC) (SEC)1 .100351E+02 .316783E+01 .504175 1.9834372 .101896E+02 .319212E+01 .508042 1.9683413 .130578E+02 .361356E+01 .575115 1.7387824 .491679E+03 .221738E+02 3.529077 .2833605 .694554E+03 .263544E+02 4.194433 .238411

Tab.2.4 Coefficiente di partecipazione delle masse - (percentuale) dell'edificio isolatoMODO DIR-X DIR-Y DIR-Z X-SOM Y-SOM Z-SOM

1 99.916 .000 00.000 99.916 .000 00.0002 .000 99.961 00.000 99.916 99.961 00.0003 .000 .000 00.000 99.916 99.961 00.0004 .082 .000 00.000 99.998 99.961 00.0005 .000 .038 00.000 99.998 99.999 00.000

3 CARATTERISTICHE DEI SISTEMI DI ISOLAMENTO SISMICO SPERIMENTATI

3.1 Criteri generali di progettoL'adozione dell'isolamento alla base in uno dei due edifici gemelli (edificio A) è stata finalizzataal conseguimento dei seguenti obbiettivi:

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• incremento della sicurezza al collasso della struttura, rispetto a strutture tradizionali senzaisolamento progettate secondo norma;

• mantenimento della struttura in campo elastico per terremoti di intensità superiore (circadoppia) a quella specificata dalla allora vigente normativa (D.M. 24 gennaio 1986,"Norme tecniche per le costruzioni in zone sismiche");

• drastica riduzione dei danni prodotti dal sisma alle parti non strutturali.Il sistema di isolamento di progetto è stato realizzato mediante l'uso di appoggi in neoprene

armato ad alto smorzamento (isolatori HDRB).La riduzione degli effetti del sisma è stata conseguita attraverso l'incremento del periodo pro-

prio e dello smorzamento del sistema strutturale. Le caratteristiche di rigidezza degli isolatori inneoprene, infatti, sono tali da determinare, per i due primi modi traslazionali nelle due direzioniprincipali, un periodo proprio To pari a circa 2 sec.

Rispetto alla struttura a base fissa che, nel caso in esame, ha periodi inferiori ad 1 secondo, siottiene un fattore di riduzione delle accelerazioni, e dunque delle forze d'inerzia agenti sullastruttura, pari al rapporto tra le ordinate spettrali (2.0/0.8)2/3=1.84. Le capacità dissipative dellaspeciale mescola di gomma utilizzata per gli isolatori, in grado di fornire uno smorzamentoequivalente pari ad almeno il 10%, producono una ulteriore diminuzione della risposta, valuta-bile in un 20÷40%. Si giunge pertanto ad una riduzione complessiva che, assumendo per gli ef-fetti dello smorzamento valori cautelativi, può essere assunta pari a 1.84*1.2=2.2.

Tale sensibile riduzione potrebbe essere sfruttata per conseguire un sostanziale risparmiosulla struttura in elevazione, rispetto ad una struttura fissa alla base. Tuttavia, in accordo con gliobbiettivi elencati in precedenza, essa è stata utilizzata esclusivamente per conseguire una mag-giore sicurezza al collasso ed al danneggiamento. Infatti l'entità delle forze sismiche con cui lestrutture sono state progettate è all'incirca equivalente a quella che si è adottata per la strutturafissa alla base (edificio B). Il dimensionamento della struttura in c.a. e delle relative armature èrisultato, pertanto, del tutto identico per le due strutture progettate.

Per i ragionamenti sopra esposti si può affermare che i livelli di sicurezza adottati nella pro-gettazione della struttura isolata sono, in termini di forze di progetto, all'incirca doppi di quellicorrentemente prescritti dalla normativa per la struttura tradizionale. Inoltre, l'assunzione di talilivelli di forze garantisce, anche nell'eventualità di mal funzionamenti del sistema di isolamento,un livello di protezione almeno pari a quello richiesto alla struttura B tradizionale.

3.2 Criteri di progetto della struttura isolata con HDRBIl sistema di isolamento di progetto è costituito da appoggi in neoprene armato ad alto smorza-mento (HDRB), ossia appoggi formati da strati alterni di neoprene e acciaio tra loro efficace-mente vincolati mediante vulcanizzazione e conformi alle istruzioni CNR-UNI 10018 per gliapparecchi di appoggio. Le dimensioni dei 28 isolatori cilindrici progettati e posti in opera sonoriportati di seguito in tabella 3.2.

Tab.3.2 - Dimensioni degli isolatori.Tipo Isol. Dg Ds Tg Ng Hg Ts Te Tc H1500 500 480 4 34 136 2 20 35 242

Legenda:Dg = diametro degli strati di gomma (mm) Ds = diametro degli strati di acciaio (mm)Tg = spessore del singolo strato di gomma (mm) Ng = numero strati di gommaHg = altezza totale di gomma (mm) Ts = spessore delle lamine di acciaio (mm)Te = spessore delle piastre di acciaio di estremità (mm) Tc = spessore delle contropiastre (mm)H = altezza totale dell'isolatore escluse le contropiastre (mm)

La massima deformazione tangenziale di progetto della gomma, corrispondente al massimospostamento prodotto dal terremoto (circa 18 cm), è risultata pari al 134%.

La disposizione degli isolatori tra i due grigliati di travi, è tale da permettere l'accesso perl'ispezione e per la sostituzione in qualsiasi momento. A tal proposito si evidenzia che il gri-gliato superiore di travi è stato dimensionato e verificato nella condizione, più gravosa, di so-stituzione degli isolatori ipotizzando di disporre i martinetti, necessari ad assorbire il carico cheravava sull'isolatore, ad una distanza massima dall'asse verticale degli appoggi pari ad 1 metro.

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Il calcolo della struttura in elevazione è stato effettuato adottando un modello di telaio tridi-mensionale in cui gli isolatori sono stati modellati con elementi elastici di rigidezza pari a quellaefficace (rigidezza secante in corrispondenza dello spostamento di progetto).

Si sono considerati isolatori di portata verticale massima pari a 1500 kN, le cui rigidezze diprogetto sono riportate nella tab.3.1.

Tab.3.1 - Rigidezze degli isolatori.Car.vert. Max Car.vert. min Rigid.orizzontale Rigid.verticale min.kN kN kN/m kN/m1500 350 657 1900000

Come in precedenza evidenziato, per la progettazione sismica, si è adottato lo spettro di progettodefinito dalla normativa italiana per la prima categoria sismica (S=12), nella quale ricade il co-mune di Rapolla. Data la destinazione d'uso degli edifici si è assunto un coefficiente di impor-tanza I=1.0. Per portare in conto gli effetti benefici dovuti alle capacità dissipative del sistema diisolamento, in grado di assicurare uno smorzamento pari almeno al 10% dello smorzamento cri-tico, si è assunto un coefficiente riduttivo dell'azione pari a 1/1.2. Complessivamente lo spettrodi progetto adottato risulta avere la massima ordinata spettrale pari a 0.083 g.

La presenza del sistema di isolamento determina notevoli spostamenti relativi alla base dellastruttura in elevazione, che in generale necessitano di un'attenta valutazione, sia per dimensiona-re correttamente i giunti di separazione con strutture fisse o isolate adiacenti, che per progettaregli isolatori e verificarne l'adeguatezza mediante prove sperimentali. Lo spostamento spettrale,pari a 4.5 cm per l’edificio di Rapolla, è stato quindi moltiplicato, per giungere agli spostamentieffettivi (spettro elastico), come richiesto dalle norme per φ=4, così ottenendo:∆ = 4.5*4 = 18 cm

Per evitare contatti ed urti tra diverse parti della struttura, pericolosi sia per l'integrità dellesingole parti strutturali e non strutturali che per il comportamento d'insieme, si sono adottatigiunti strutturali rispetto a strutture non isolate (muri di contenimento perimetrali) di ampiezzalargamente esuberante (pari almeno a 30 cm) rispetto al valore di spostamento in precedenzastimato. In questo modo ci si è garantiti nei confronti di un eventuale spostamento aggiuntivodovuto a moti torsionali non previsti in progetto, derivanti da distribuzioni irregolari dei carichiaccidentali o da mal funzionamenti di uno o più isolatori.

Come accennato, gli elementi in c.a. della struttura sono stati tutti progettati per resistere, nelrispetto delle tensioni ammissibili, a sollecitazioni doppie di quelle ottenute con l'azione de-scritta dallo spettro di norma. In pratica, pertanto, essi sono in grado di sostenere delle forze si-smiche generate da un'accelerazione sulle masse strutturali all'incirca pari a:a= 2* [ 0.1*1.0/1.2*(0.8/2.0)2/3 ] g ≈ 0.09 gdi poco inferiore all'accelerazione da applicare alle masse dell’edificio fisso alla base.La maggiorazione delle sollecitazioni di progetto garantisce il mantenimento in campo elasticodella struttura per terremoti largamente superiori al terremoto di progetto, ottenendo, pertanto,un sensibile incremento della sicurezza nei confronti del danneggiamento strutturale.

3.3 Isolamento misto mediante appoggi scorrevoli e HDRBImmediatamente al di sopra dei 28 isolatori elastomerici, posti alla base dell'edificio isolato "A"di Rapolla, sono state montate in serie slitte a basso attrito (Acciaio/Teflon), in modo tale dapoter utilizzare alternativamente per ogni singolo appoggio o la parte elastomerica o la partescorrevole. Il passaggio dal primo sistema di isolamento (isolatore elastomerico HDRB) al se-condo sistema di isolamento (appoggio scorrevole) si consegue agevolmente bloccando alla tra-slazione orizzontale, con controventi in acciaio, la parte elastomerica e sbloccando, attraverso losmontaggio di apposite boccole, la parte scorrevole (slitta) (fig. 3.1).

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Fig.3.1 Dispositivo di isolamento Isolatore+Slitta e vista della fondazione e del sistema di isolamento

(Appoggi in elastomero bloccati alla traslazione orizzontale)

I sistemi di isolamento che ne possono conseguire sono due, il primo costituito da soli isola-tori HDRB ed il secondo costituito in parte da slitte sbloccate montate su HDRB bloccati ed inparte da HDRB sbloccati con slitta bloccata che costituiscono il sistema di richiamo elastico.

In particolare, il sistema misto sperimentato consisteva di 12 HDRB per il richiamo elastico e16 slitte sbloccate alla traslazione, configurazione questa stabilita per ottenere, nelle condizionidi prova (massa dell’edificio isolato pari a circa il 60% della massa di progetto in esercizio), unperiodo isolato pari a circa 2 secondi, usato per il progetto della struttura in esercizio ed isolatacon soli HDRB, ed un coefficiente di smorzamento equivalente elevato dell'ordine del 30%.

Nell’applicazione effettuata il dispositivo misto ha permesso, pertanto, di scegliere il numerodi slitte da sbloccare dopo aver verificato la risposta del sistema con soli HDRB, che ,nelle con-dizioni di prova, ha evidenziato un periodo isolato pari a 1.47 secondi a fronte dei 2 sec di pro-getto, ed uno smorzamento equivalente pari a circa il 17% di quello critico a fronte del 10%previsto in progetto.

Va evidenziato, quindi, che il dispositivo misto di figura 3.1, a fronte di un leggero incre-mento di costi, permetterebbe una più facile standardizzazione della produzione degli appoggiin quanto renderebbe possibile, semplicemente bloccando o sbloccando le slitte, di coprireun'ampia casistica di applicazioni (differenti richieste di rigidezza trasversale e dissipazione dienergia) con uno stesso tipo di appoggio.

4 PROVE DINAMICHE DI RILASCIO (SNAP-BACK) – EDIFICIO A (ISOLATO ALLABASE)

Le prove dinamiche di “snap-back”, ossia di rilascio istantaneo del sistema strutturale dalla con-figurazione deformata, sono state effettuate per verificare la rispondenza del comportamento delsistema isolato al comportamento previsto in progetto. Prove di questo tipo sono state già effet-tuate in Italia sugli edifici TELECOM di Ancona (Bettinali et Al. 1991, Forni et Al. 1991),anch’essi dotati di isolamento sismico alla base realizzato con isolatori in gomma. In quel casovenne applicato uno spostamento dell’ordine dei 10 cm, attraverso un complesso sistema dimartinetti con cariche esplosive sincronizzate in modo da applicare il rilascio istantaneo con-temporaneamente nei diversi punti di applicazione delle forze.

Per le prove sull’edificio di Rapolla, è stato utilizzato un sistema di applicazione dello spo-stamento in un solo punto, ed un rilascio basato su di un dispositivo meccanico senza uso diesplosivo. Il dispositivo, già utilizzato per prove di rilascio dell’ordine di qualche centimetro suuno degli edifici isolati alla base del nuovo complesso Universitario della Basilicata a Potenza(Braga et Al. 2001), è stato assoggettato a sostanziali modifiche per renderlo adatto ad applicaregli spostamenti dell’ordine dei 20 cm raggiunti durante le prove di Rapolla.

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4.1 Modalità di esecuzione delle proveLe prove sono state effettuate imponendo uno spostamento iniziale alla struttura variabile da 40a 170 mm; detti spostamenti sono stati imposti immediatamente al di sopra del piano di isola-mento. In tabella 4.1 è riportato il prospetto delle principali prove eseguite con indicati gli spo-stamenti efficaci pari allo spostamento applicato a partire dalla posizione costruttiva meno il re-siduo rilevato alla fine delle oscillazioni.

Tabella 4.1 Prospetto dei principali tests effettuatiN. Test Data Sistema di Isolamento Spostamento impresso (mm)

1 27.07.2000 28 HDRB 872 28.07.2000 28 HDRB 1363 29.08.2000 12 HDRB + 16 Slitte 1504 30.08.2000 12 HDRB + 16 Slitte 1505 30.08.2000 12 HDRB + 16 Slitte 1506 01.09.2000 28 HDRB 150

Fig.4.1: Punto di applicazione della forza atta ad imporre lo spostamento iniziale e schema di prova delsistema misto HDRB+Slitte.

Il punto di applicazione della forza necessaria ad ottenere lo spostamento voluto è collocato alcentro del lato lungo del fabbricato, come riportato schematicamente in figura 4.1 nella qualesono cerchiati i dispositivi sbloccati allo slittamento nel sistema misto.

Fig.4.2. Vista in pianta e in prospetto del dispositivo di spinta

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La spinta è stata applicata alla struttura mediante un dispositivo a rilascio istantaneo, riportatonelle figg. 4.2 e 4.3. Il funzionamento del dispositivo, utilizzato per imprimere lo spostamentoiniziale all'edificio, si basa su due serie di bielle contrapposte, unite da un albero centrale che sisposta verso il basso per l’azione di un martinetto idraulico collegato all’albero da quattro tiran-ti. In tal modo le bielle, contrastando contro una struttura fissa adiacente, spingono orizzontal-mente l'edificio isolato. Raggiunto lo spostamento orizzontale desiderato, un ulteriore minimospostamento verso il basso determina l’istantaneo rilascio per effetto della condizione di equili-brio instabile raggiunta dalle bielle.

L’edificio, pertanto, viene spostato orizzontalmente attraverso una forza, applicata vertical-mente, la cui risultante orizzontale Fh sulla struttura è data da:

αcotang 2

vh

FF =

dove Fv è la forza che il martinetto deve applicare in direzione verticale e α è l'angolo formatodalle bielle con l'orizzontale.

αcotang⋅= vFT αcotang⋅= vFT αcotang⋅= vFT

Fv Fh

αcotang 2

vh

FF =

α

Fig. 4.3. Schema di funzionamento del dispositivo di spinta

Il dispositivo di spinta è stato frapposto tra la struttura ed un Muro di Reazione, apposita-mente progettato e realizzato (fig.4.4) per effettuare le prove di rilascio, del peso complessivo dicirca 500 tonnellate compresi i 5 pali φ1200mm infissi per 15m nel terreno su cui è fondato.

Fig.4.4: Vista in pianta e sezione del Muro di Reazione

La forza massima orizzontale agente sulla struttura, nel corso della prova n.6 con sposta-mento impresso pari a 170 mm, è stata di circa 3000 kN, mentre la forza massima richiesta almartinetto verticale è stata pari a circa 1000 kN.

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100

150

200

-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200

Spostamento (mm)

Forz

a di

tagl

io (k

N)Lab TestTest di rilascio

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 20 40 60 80 100 120 140 160Spostamento Orizontale Applicato (mm)

Forz

e Ve

rtic

ali e

d O

rizo

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licat

e (k

N)

Fh

Fv

Fig.4.5: Forze rilevate durante la fase di applicazione dello spostamento prima del rilascio

In figura 4.5 sono diagrammati i valori delle forze applicate sia in verticale sul dispositivo dispinta sia in orizzontale sulla struttura. Si noti sul primo grafico la perfetta corrispondenza tra ilcomportamento dell’isolatore sperimentato in laboratorio e quello dell’isolatore posto in opera(linea spessa).Il dispositivo di spinta permette inoltre di effettuare test ciclici del sistema di isolamento au-mentando e diminuendo ciclicamente la forza vericale senza raggiungere la condizione di rila-scio. La figura 4.6 mostra la storia degli spostamenti applicati ed i cicli forza-spostamento del-l'intero sistema di isolamento durante una prova ciclica effettuata sul sistema misto prima delrilascio n.4, mentre la figura 4.7 mostra i cicli di oscillazione libera dopo il rilascio nei test n3,4,5 e 6.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tempo (sec)

Spos

tam

ento

Ori

zont

ale

Appl

icat

o (m

m)

0

200

400

600

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1000

1200

1400

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1800

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Spostamento (mm)

Forz

a O

rizz

onta

le (K

N)

Fig.4.6 Storia degli spostamenti ciclici applicati alla sovrastruttura prima del rilascio (test n.4) e cicli diisteresi del sistema misto (12 HDRB + 16 Slitte) misurati.

-100

-50

0

50

100

150

200

0 1 2 3 4 5 6Tempo (sec)

Spos

tam

ento

(mm

)

Test n.3 (12 HDRB+16 Slitte)Test n.4 (12 HDRB+16 Slitte)Test n.5 (12 HDRB+16 Slitte)Test n.6 (28 HDRB)

Fig. 4.7. Oscillazioni libere dell'edificio - confronto tra i due sistemi di isolamento sperimentati.

X Congresso Nazionale “L’ingegneria Sismica in Italia”, Potenza-Matera 9-13 settembre 2001

5 CONCLUSIONI

La sperimentazione presentata ha prodotto una notevole mole di dati sia in termini di accelera-zioni misurate ai piani sia di spostamenti alla base. L'analisi di tali dati permetterà di effettuareun confronto dettagliato della risposta dei due sistemi sperimentati, finalizzata ad una migliorecomprensione del comportamento in opera dei sistemi isolati, in particolare utilizzando il siste-ma misto proposto, ed al fine di ricavarne indicazioni normative di cui si constata la carenzacome nelle attuali Linee Guida Italiane per l'Isolamento Sismico. Di particolare interesse potràrivelarsi, inoltre, il futuro confronto della risposta, soprattutto in termini di danneggiamento nonstrutturale, ad eventi naturali di bassa e media intensità dei due fabbricati ambedue protetti dalsisma uno tradizionalmente (Edificio B a base fissa) l'altro con isolamento alla base (Edificio Aisolato con 28 HDRB).

6 RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

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