Sperimentazione Su Tavola Vibrante

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10° Convegno Nazionale “L’ingegneria Sismica in Italia”, Potenza-Matera 9-13 settembre 2001 1 INTRODUZIONE La necessità di contenere gli effetti prodotti dalle forze presenti in natura sulle opere realizzate dall’uomo, spinge i costruttori di strutture di notevoli dimensioni, costose e soprattutto destinate a luoghi a rischio per coloro che vivono e lavorano, ad effettuare studi preliminari su modelli in scala. A tale insieme di strutture appartengono sicuramente una particolare classe di sistemi strutturali, di frequente utilizzo in molte tipologie di applicazioni, e costituita dai serbatoi cilindrici per liquidi. Diversi studi hanno analizzato, nel passato, il comportamento di queste strutture soggette ad eccitazioni di tipo sismico, come ad esempio quelli di Haroun e Housner (1981), Niwa (1978), Manos e Clough (1982) e ancora quelli di Niwa e Clough (1982), ed hanno evidenziato la necessità di prevedere opportuni interventi e metodologie di progettazione, per la loro messa in sicurezza. Nel presente lavoro si descriveranno alcuni risultati di una vasta campagna sperimentale, effettuata utilizzando le tavole vibranti per simulazioni sismiche presenti presso i laboratori ENEA del C.R. Casaccia, nell’ambito della Task 8 del progetto Brite EuRam 3 “REEDS”, su un modello di serbatoio cilindrico in acciaio realizzato dalla Buygues (FR). Il controllo passivo della risposta sismica del serbatoio è stato effettuato sia per mezzo di ‘tradizionali’ appoggi in gomma, sia fornendo una dissipazione aggiuntiva di energia per mezzo di smorzatori elasto-plastici torsionali, costruiti dalla FIP industriale. La campagna di prove è stata effettuata tenendo presenti i seguenti obiettivi: 1. valutazione della risposta strutturale con e senza i dispositivi; Sperimentazione su tavola vibrante di un modello di serbatoio cilindrico per liquidi G. De Canio, N. Ranieri ed E. Renzi ENEA - Div. Servizi Tecnologici, Prove Dinamiche ed Ambientali, C.R. Casaccia, Roma, Italy SOMMARIO: Nel presente lavoro si descrivono alcuni risultati di una campagna sperimentale, effettuata con tavole vibranti presenti presso i laboratori ENEA-TEC del C.R. Casaccia, su un modello di serbatoio cilindrico in acciaio. La risposta sismica del modello è stata controllata per mezzo di isolatori in gomma e di dissipatori di tipo elasto-plastico. L’obiettivo di questa campagna è stato quello di verificare il buon funzionamento dei dispositivi di controllo sotto carichi sismici, di valutare la deformazione delle pareti del serbatoio sotto il carico dinamico, nonché la risposta strutturale con e senza i dispositivi di smorzamento. ABSTRACT: This paper contains some results of the shaking table tests of a cylindrical steel tank mock-up, carried out at the ENEA-TEC laboratories of the R.C. Casaccia (near to Rome). The seismic response of the tank is controlled using Rubber Bearings and special torsion dampers. The aim was to verify the effectiveness of the control devices under critical seismic loads, to measure the tank wall deformations, the sloshing wave and the global structural response with or without the control devices.

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tavola vibrante prove

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

1 INTRODUZIONE

La necessità di contenere gli effetti prodotti dalle forze presenti in natura sulle opere realizzate dall’uomo, spinge i costruttori di strutture di notevoli dimensioni, costose e soprattutto destinate a luoghi a rischio per coloro che vivono e lavorano, ad effettuare studi preliminari su modelli in scala.

A tale insieme di strutture appartengono sicuramente una particolare classe di sistemi strutturali, di frequente utilizzo in molte tipologie di applicazioni, e costituita dai serbatoi cilindrici per liquidi.

Diversi studi hanno analizzato, nel passato, il comportamento di queste strutture soggette ad eccitazioni di tipo sismico, come ad esempio quelli di Haroun e Housner (1981), Niwa (1978), Manos e Clough (1982) e ancora quelli di Niwa e Clough (1982), ed hanno evidenziato la necessità di prevedere opportuni interventi e metodologie di progettazione, per la loro messa in sicurezza.

Nel presente lavoro si descriveranno alcuni risultati di una vasta campagna sperimentale, effettuata utilizzando le tavole vibranti per simulazioni sismiche presenti presso i laboratori ENEA del C.R. Casaccia, nell’ambito della Task 8 del progetto Brite EuRam 3 “REEDS”, su un modello di serbatoio cilindrico in acciaio realizzato dalla Buygues (FR).

Il controllo passivo della risposta sismica del serbatoio è stato effettuato sia per mezzo di ‘tradizionali’ appoggi in gomma, sia fornendo una dissipazione aggiuntiva di energia per mezzo di smorzatori elasto-plastici torsionali, costruiti dalla FIP industriale.

La campagna di prove è stata effettuata tenendo presenti i seguenti obiettivi: 1. valutazione della risposta strutturale con e senza i dispositivi;

Sperimentazione su tavola vibrante di un modello di serbatoio cilindrico per liquidi

G. De Canio, N. Ranieri ed E. Renzi ENEA - Div. Servizi Tecnologici, Prove Dinamiche ed Ambientali, C.R. Casaccia, Roma, Italy

SOMMARIO: Nel presente lavoro si descrivono alcuni risultati di una campagna sperimentale, effettuata con tavole vibranti presenti presso i laboratori ENEA-TEC del C.R. Casaccia, su un modello di serbatoio cilindrico in acciaio. La risposta sismica del modello è stata controllata per mezzo di isolatori in gomma e di dissipatori di tipo elasto-plastico. L’obiettivo di questa campagna è stato quello di verificare il buon funzionamento dei dispositivi di controllo sotto carichi sismici, di valutare la deformazione delle pareti del serbatoio sotto il carico dinamico, nonché la risposta strutturale con e senza i dispositivi di smorzamento.

ABSTRACT: This paper contains some results of the shaking table tests of a cylindrical steel tank mock-up, carried out at the ENEA-TEC laboratories of the R.C. Casaccia (near to Rome). The seismic response of the tank is controlled using Rubber Bearings and special torsion dampers. The aim was to verify the effectiveness of the control devices under critical seismic loads, to measure the tank wall deformations, the sloshing wave and the global structural response with or without the control devices.

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2. valutazione, in queste condizioni, delle deformazioni della parete del serbatoio sotto il carico dinamico;

3. valutazione dello sloshing del liquido; 4. verifica del buon funzionamento dei dispositivi di controllo sotto carichi sismici.

In quanto segue, quindi, oltre ad illustrare il modello di serbatoio cilindrico utilizzato nella sperimentazione, le attrezzature e le metodologie di prova, si riporterà una selezione dei più significativi risultati conseguiti nella campagna di prova.

2 IL MODELLO DI SERBATOIO CILINDRICO PER LIQUIDI

L’oggetto in esame, di cui si è costruito il modello in scala, è un serbatoio cilindrico del diametro di 80 metri realizzato per contenere liquidi e soprattutto destinato ad un territorio caratterizzato da rischio sismico. La necessità di effettuare dei test dinamici e soprattutto di sperimentare l’efficacia di dispositivi dissipativi, ha indotto alla creazione di un modello in scala. Noto il diametro del serbatoio e la larghezza della tavola vibrante (4 metri) su cui il mock-up sarebbe stato riposto per la sperimentazione, si è deciso di utilizzare un fattore moltiplicativo per le lunghezze (SL) pari a 0.05 e pari ad 1 il fattore relativo all’accelerazione e alle deformazioni.

Fig. 2.1: Vista del modello del serbatoio Fig. 2.2: Dissipatori Torsionali

Fig. 2.3: Appoggi in gomma

Le dimensioni del modello in scala ridotta, che è stato effettivamente utilizzato per i test

(illustrato in Fig.2.1), saranno pertanto: diametro interno: D = 3975 mm altezza massima del liquido: HL = 1000 mm altezza del serbatoio: H = 1425 mm

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Tra il modello e la tavola vibrante vi erano interposti i dispositivi di smorzamento che consistevano in appoggi in gomma (Rubber Dampers) (Fig. 2.3) e dissipatori torsionali (Elasto Plastic Dampers) (Fig. 2.2).

Il compito di questi ultimi era essenzialmente quello di assorbire l’energia sismica mediante la trasformazione della traslazione in movimenti di torsione.

I valori ottimali delle caratteristiche dei dispositivi per cui si sono ottenuti i risultati migliori (corrispondenti al minimo sforzo di taglio e minimo momento ribaltante) sono i seguenti:

rigidezza totale degli appoggi in gomma: Kpr,tot = 300 MN/m

rigidezza elastica totale dei dispositivi elasto plastici: Kped,tot = 2000 MN/m

forza di snervamento totale dei dispositivi elasto plastici: Fpyd,tot = 40 MN .

3 ATTREZZATURE DI PROVA

Il laboratorio di prove dinamiche e ambientali del C.R. ENEA della Casaccia dispone di una serie di strumentazioni in grado di effettuare test di simulazione sismica e di caratterizzazione dinamica. In particolare è dotato di due tavole vibranti per test sismici triassiali a 6 gradi di libertà con carico massimo di 10 tonnellate e massima accelerazione imprimibile pari a 3g (Fig. 3.1), valore quest’ultimo relativo al carico concentrato nel centro di massa e ad un metro dalla base della tavola stessa.

La Figura 3.1 mostra uno spaccato dell’intero complesso strutturale che ospita la tavola vibrante e che è costituito da una massa di calcestruzzo armato (massa di reazione) del peso di circa 10000 tonnellate. L’intera struttura, isolata lateralmente dall’edificio ospitante, scarica il peso proprio tramite l’impiego di una serie di cuscinetti d’aria tenuti in pressione, a circa 6 atm., da un idoneo impianto di aria compressa. Di seguito si riporta la Tabella 1 che raccoglie i dati salienti delle due tavole vibranti presenti nel laboratorio:

Tabella1. Caratteristiche Tecniche delle Tavole Vibranti System 1 System 2 Table size 4m x 4m 2m x 2m Degree of Freedom 6 DOF 6 DOF Frequency range 0-50 Hz 0-100 Hz Acceleration 3g peak 5g peak Velocity 0.5 m/s (0-peak) 1 m/s (0-peak) Displacement 0.25 m (0-peak) 0.30 m (0- peak) Mass and G.C. height for rigid specimen

10 ton mass 1m c.g height

1 ton mass 1 m c.g.height

Fig. 3.1 Schema 3D della tavola vibrante e della massa di reazione

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4 PROCEDURE DI PROVA

Per poter acquisire informazioni in risposta alla sollecitazione dinamica del serbatoio, relative alle varie grandezze fisiche e strutturali, si sono applicati 46 sensori sulla base e lungo le generatrici del cilindro (Fig. 4.1).

Particolare attenzione, poi, è stata data alla realizzazione del sistema di fissaggio della struttura alla tavola vibrante, attrezzatura utilizzata per effettuare l’intera sessione di prove.

A1P1

A2

P3

A7

A0, S0

DEV N° 2

L14

L13L2

S9, L12

P2

L1

S10P6

L7

L8P4S4

P5

S7

L4S2

S1 L3

S8, L11

L6

DEV N° 4

A4A5

S5

L5

S11

Fig. 4.1 Posizione dei sensori

I test sono stati realizzati per due soluzioni di vincolo: il primo è un “incastro perfetto” e il secondo è un “incastro elastico” con interposti tra tavola e cilindro quattro dissipatori in gomma (Rubber Bearings).

Fig. 4.2 Fase di montaggio

La dissipazione dell’energia è assicurata per mezzo di 4 smorzatori elasto-plastici torsionali

(EPD) costituiti da semplici barre di torsione a loro volta caratterizzate da un meccanismo che converte il moto di traslazione in torsione (Fig. 4.2).

4.1 Eccitazioni La campagna sperimentale è stata condotta imponendo una sequenza di 30 test sismici, usando 3 storie temporali sintetiche, le prime due compatibili con gli spettri in accelerazione previsti

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dall’Eurocodice 8 (CEN 1994), e la terza con la registrazione naturale effettuata a Tolmezzo durante il terremoto del Friuli del 1979. Le eccitazioni considerate sono, dunque in definitiva, le seguenti: 1. EC-8 spettro di tipo B per terreni soffici (BGS); 2. EC-8 spettro di tipo C per terreni di media compattezza (CGS); 3. Tolmezzo, Friuli (Italia), 1979, Componente N-S (Fig.. 4.3).

Dato il fattore di riduzione in scala delle lunghezze, SL = 0.05, gli spettri di risposta sono stati scalati tenendo conto delle opportune relazioni di similitudine fra le frequenze e le lunghezze:

SHz = SL-1/2 = 4.472 . (1)

Inoltre, ogni storia temporale è stata applicata ad un livello di -6dB e 0 dB; solo la time history CGS è stata applicata anche a +6 dB.

Ogni test è stato eseguito secondo 4 configurazioni dei dispositivi sismici: • RB + NO DAMPERS (soltanto appoggi in gomma); • RB + 4 Dampers (appoggi in gomma e 4 smorzatori elasto-plastici); • RB + 2 Dampers (appoggi in gomma e 2 smorzatori elasto-plastici); • Fixed base (senza alcun dispositivo).

Fig. 15 Tolmezzo Seismic Response Spectrum Damp=10%

1.00E-03

1.00E-02

1.00E-01

1.00E+00

1.00E+01

1.00E-02 1.00E-01 1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02

frequency

acc

-4,00E+00

-3,00E+00

-2,00E+00

-1,00E+00

0,00E+00

1,00E+00

2,00E+00

3,00E+00

4,00E+00

0,00E+00 5,00E+00 1,00E+01 1,50E+01 2,00E+01 2,50E+01 3,00E+01 3,50E+01 4,00E+01 4,50E+01

time

acc

Fig. 4.3: Componente N-S del terremoto del Friuli (1976) registrata a Tolmezzo. Spettro di risposta

(smorzamento del 10%) e storia temporale.

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4.2 Organizzazione dei Test La necessità di effettuare i test secondo varie configurazioni ha indotto i tecnici a realizzare

un programma di montaggio e smontaggio dei dispositivi sismici che fosse quanto più semplice possibile e che permettesse la contemporanea esecuzione delle storie temporali.

Nella tabella seguente si riportano gli step che hanno costituito l’intera sequenza di prove.

Tabella 4.1. Matrice dei test e loro identificazione

Time history Test ID Test Name N° of devices Test level [db] R0 R0-fixed - 0

Random R1 R1-0dev-0db - 0 Characterization R2 R2-4dev-6db 4 -6

Tests R3 R3-4dev-0db 4 0 R4 R4-2dev-6db 2 -6 B0 B0-fixed-6db - -6

BGS B1 B1-fixed-0db - 0 ec8 Medium Soil B2 B2-0dev-6db - -6

B3 B3-0dev-0db - 0 B4 B4-4dev-6db 4 -6 B5 B5-4dev-0db 4 0 C0 C0-fixed-6db - -6 C1 C1-fixed-0db - 0 C2 C2-0dev-6db - -6

CGS C3 C3-0dev-0db - 0 ec8 Soft Soil C4 C4-4dev-6db 4 -6

C5 C5-4dev-0db 4 0 C6 C6-2dev-6db 2 -6 C7 C7-2dev-0db 2 0 C8 C8-4dev+6db 4 +6 T0 T0-fixed-6db - -6

Tolmezzo T1 T1-fixed-0db - 0 N-S component T2 T2-0dev-6db - -6

T3 T3-0dev-0db - 0 T4 T4-4dev-6db - -6 T5 T5-4dev-0db - 0

EMPTY- Random V0 V0-fixed-0db 0 0 EMPTY-CGS V1 V1-4dev-0db 4 0 EMPTY-BGS V2 V2-4dev-0db 4 0 EMPTY-Tlmz. V3 V3-4dev-0db 4 0

4.3 Misurazione dei parametri fisici Attraverso i 46 sensori si sono acquisiti i seguenti parametri fisici, con l’obiettivo di correlare

la loro influenza alla risposta dinamica del serbatoio: 1. la deformazione del serbatoio, mediante l’utilizzo di 4x2 LVDT disposti lungo 4 generatrici

delle pareti del serbatoio e secondo due circonferenze; 2. la pressione dinamica dell’acqua, mediante 6 sensori di pressione la cui sensibilità è stata

certificata dal laboratorio di metrologia dell’ENEA; 3. l’altezza dell’onda (sloshing), mediante due sensori di spostamento (LVDT); 4. l’accelerazione alla base del serbatoio, mediante l’impiego di tre acceleromentri ad elevata

sensibilità; 5. l’accelerazione lungo le pareti del serbatoio, utilizzando 6 accelerometri disposti su due

generatrici del serbatoio;

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6. i cicli dissipativi degli smorzatori elastoplastici, mediante l’impiego di strain gauges e LVDT;

7. il momento ribaltante (overtuning moment), ottenuto dallo studio delle storie temporali dei 4 sensori di pressione degli attuatori verticali della tavola vibrante; questi ultimi fornivano anche l’intensità delle forze alla base del serbatoio.

La denominazione usata per i sensori è riportata in Tabella 4.2, mentre la loro posizione è indicata in Figura 4.1 .

Tabella 4.2. Denominazione e dati sui sensori

Sensor Identification Units type Function

L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8 mm LVDT Tank wall deformation

L9, L10 mm LVDT Liquid sloshing wave L11 mm LVDT Lateral displacements of DEV1 and DEV4 L12 mm LVDT Lateral displacements of DEV2 and DEV3 L13, L14 mm LVDT Longitudinal displacements of the Tank LAT1 g Accelerometer Lateral acceleration of the Shaking Table (input) LAT2 g Accelerometer Lateral Acceleration of the Tank (output) LNG1 g Accelerometer Longitudinal Acceleration of the Shaking Table ( input) LNG2 g Accelerometer Longitudinal Acceleration of the Tank (output) A0, A1, A2, A7, A4, A5 g Accelerometer Acceleration of the wall along the direction of the

excitation P1, P2, P3, P4, P5, P6 mBar Differential

pressure gauge Dynamic pressure on the wall due to the sloshing motion

S0, S1, S2, S7, S4, S5 ε × 10-5 Strain Gauges Deformation of the wall

S8 N/µε = 129.4 Strain Gauge Force transmitted by DEV 1

S9 N/µε = 104.8 Strain Gauge Force transmitted by DEV 2

S10 N/µε = 111.25 Strain Gauge Force transmitted by DEV 3

S11 N/µε = 128.6 Strain Gauge Force transmitted by DEV 4

5 SELEZIONE DEI RISULTATI

Per ogni test sono stati registrati ed elaborati tutti i dati acquisiti con i sensori indicati. In questo paragrafo ci limiteremo a riportare una selezione dei risultati maggiormente significativi.

Prima di tutto nelle Figure 5.1 e 5.2 sono riportati, per ogni test, i valori massimi delle accelerazioni misurate sulla tavola vibrante (Lat1) ed alla base del serbatoio (Lat2), e la loro differenza percentuale. Si nota che i test effettuati senza dissipatori torsionali (R1, B2, B3, C2, C3, T2, T3) mostrano l’efficacia dell’isolamento, ottenuto grazie alle grandi deformazioni degli appoggi in gomma. Si è verificato inoltre come gli appoggi in gomma siano in grado di filtrare molto efficacemente le alte frequenze dell’eccitazione, e che la prima frequenza di risonanza del sistema è posta intorno a 3.65 Hz, a fronte di quella a base fissa pari a circa 15Hz. I dissipatori isteretici, invece, hanno un significativo (e non favorevole) effetto irrigidente per bassi valori di accelerazione della base (test B4, C4, C6), infatti in questi casi la prima frequenza di risonanza si alza fino ad oltre 5 Hz. Questi ultimi dispositivi, però, dissipano una importante quantità di energia per livelli maggiori di eccitazione (test B5, C5, C7, C8), in tal caso la loro efficacia diventa comparabile con quella del solo sistema di isolamento. Nella Figura 5.3 si riporta, a titolo di esempio, il ciclo di isteresi di un dispositivo, misurato nel corso del test C7.

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0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

R0 R1 R2 R3 R4 B0 B1 B2 B3 B4 B5 C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 T0 T1 T2 T3 T4 T5

Test Name

Peaks [g]

Lat1lat2

Fig. 5.1: Valori massimi delle accelerazioni della tavola vibrante e del serbatoio (LAT1 e LAT2)

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

R0 R1 R2 R3 R4 B0 B1 B2 B3 B4 B5 C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 T0 T1 T2 T3 T4 T5Test ID

Fig. 5.2: Differenza percentuale fra l’accelerazione della tavola vibrante e quella del serbatoio - ∆=(LAT2/LAT1 − 1)%

LNG tank test C7 1m liq / 2 DEV / input = CGS 0db

DEV N° 3

C7_L12 stroke [mm]

C7_

S10

load

[N]

-10000

-6000

-2000

2000

6000

10000

14000

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6

Fig. 5.3: Ciclo di isteresi di un dissipatore torsionale, test C7

Nella Figura 5.4 sono riportate le accelerazioni massime misurate a varie altezze lungo la

parete del serbatoio. In particolare si noti la forte amplificazione che si ottiene, a volte, rispetto

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ai valori ottenuti alla base del serbatoio, specialmente al punto A1, posto ad altezza intermedia fra A0 ed A2. Anche per questi risultati valgono considerazioni analoghe alle precedenti sull’efficacia dei sistemi di controllo.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

g

R0 R1 R2 R3 R4 B0 B1 B2 B3 B4 B5 C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 T0 T1 T2 T3 T4 T5Test Identification

A0A1A2

Fig. 5.4: Accelerazioni massime A0, A1, A2, lungo la parete del serbatoio

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

R0 R1 R2 R3 R4 B0 B1 B2 B3 B4 B5 C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 T0 T1 T2 T3 T4 T5 V0 V1 V2 V3test Identification

mm

L1L3L5L7

Fig. 5.5: Spostamenti relativi massimi dei punti L1, L3, L5, L7 lungo un anello della parete del serbatoio

tank deformation at t=1.25 sec - peak N° 1-

0.00E+00

Tank baseMid wallTop Wall

tank deformation at t=2.92 sec - peak N° 2-

0.00E+00

tank deformation at t=3. sec - peak N° 3-

0.00E+00

Fig. 5.6: ‘Istantanee’ della deformazione della parete del serbatoio, test C5. t1=1.25s (primo picco),

t2=2.92s (secondo picco), t3=3.00s (terzo picco)

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Gli spostamenti relativi dei punti della parete del serbatoio, posti lungo uno stesso anello,

sono invece riportati nella Figura 5.5. Mediante queste grandezze è stato possibile valutare l’importanza della “ovalizzazione” delle pareti del serbatoio. In particolare a tale riguardo si riportano anche alcune ‘istantanee’ della deformazione delle pareti in tre momenti del test C5 (4 isolatori, 4 dissipatori, EC8-C, 0dB), (Fig. 5.6).

Molto interessanti sono anche i valori massimi di picco della pressione dinamica del liquido (Fig 5.7), in cui si confermano i valori maggiori misurati nei punti intermedi, e la deformazione della parete del serbatoio (Fig.5.8).

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

kPa

R0 R1 R2 R3 R4 B0 B1 B2 B3 B4 B5 C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 T0 T1 T2 T3 T4 T5test identification

P1P2P3

Fig. 5.7: Pressione dinamica massima nei punti P1, P2 e P3

0

20

40

60

80

100

120

140

R0 R1 R2 R3 R4 B0 B1 B2 B3 B4 B5 C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 T0 T1 T2 T3 T4 T5 V0 V1 V2 V3Test identification

strain * 10^5

S0S1S2

Fig. 5.8: Deformazione della parete misurata nei punti S0, S1, S2

Infine, si riporta l’interessante dato dell’altezza dell’onda di sloshing, al variare dei test

effettuati, misurata al centro ed alla periferia del serbatoio (Fig. 5.9). In particolare si è verificato che la frequenza di sloshing, pari a 0.375 Hz, è indipendente dal contenuto in frequenza dell’input e dai dispositivi utilizzati. Per quanto riguarda l’intensità, si è osservato un valore massimo dell’altezza dell’onda pari a circa 50 mm durante il test a massima intensità C8.

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0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

mm

R0 R1 R2 R3 R4 B0 B1 B2 B3 B4 B5 C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 T0 T1 T2 T3 T4 T5test identification

L9L10

Fig. 5.9: valori massimi dell’altezza dell’onda di ‘sloshing’

6 CONCLUSIONI

Attraverso lo studio dei dati e dei grafici (in parte riportati nel paragrafo 5) si è giunti a considerazioni relative ai valori di picco registrati e relativi alle variabili poste sotto osservazione.

La Figura 5.2 in corrispondenza dei test R1, B2, B3, C2, C3, T2 e T3 evidenzia che il sistema di isolamento costituito dagli appoggi in gomma (RB) garantisce un buon controllo dell’accelerazione del serbatoio per le varie tipologie di terreno considerate e quindi delle relative storie temporali dell’eccitazione (BGS: EC8 terreno di media consistenza, CGS: EC8 terreno soffice e Tolmezzo componente N-S).

Nella Figura 5.2 e in corrispondenza dei test R2, B4, C4 e T4 gli smorzatori elasto-plastici hanno un sensibile effetto irrigidente per basse intensità dell’input sismico mostrando una sensibile amplificazione dell’accelerazione trasmessa dal suolo al serbatoio., rispetto al caso con soli appoggi in gomma.

L’effetto della dissipazione di energia diventa sensibile per valori maggiori dell’accelerazione del terreno, quando cioè si verificano i maggiori spostamenti; solo in tal caso i dissipatori trasmettono al serbatoio accelerazioni minori di quelle nel caso a base fissa (si veda la Figura 5.2 in corrispondenza del test C8).

Per quanto riguarda, infine, la parete del serbatoio le condizioni più sfavorevoli si sono presentate durante il test C8. Infatti, dall’analisi delle Figure 5.7, 5.8 e 5.9 si evince, in corrispondenza dell’anello posto circa a metà altezza del serbatoio, la contemporanea presenza della pressione dinamica massima e della massima deformazione della parete. Durante lo stesso test si è verificato anche il valore massimo dell’altezza di sloshing.

Page 12: Sperimentazione Su Tavola Vibrante

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

RICONOSCIMENTI

In questo lavoro si è illustrata la sperimentazione su tavola vibrante di un modello di serbatoio cilindrico per liquidi, sperimentazione effettuata nel periodo Settembre-Ottobre 1998 nell’ambito del Task 08 del Brite EuRam 3 progetto “REEDS” (Optimisation of Energy Dissipation Devices, Rolling-Systems and Hydraulic Couplers for Reducing Seismic Risk to Structures and Indusytrial Facilities), contratto N° BRPR-CT96-0141.

I partner del progetto erano: • ENEA-TEC - C.R. Casaccia, via Anguillarese, 301 00060 S.M. di Galeria Roma (Italy); • ENEA-SIEC - C.R. “E. Clementel”, V. Martiri di Contesole, 4 40129 Bologna (Italy); • FIP Industriale - V. Scapacchiò, 41 35030 Selvazzano Dentro Padova (Italy); • BUYGUES - Challenger, 1 avenue Eùgene Frayaainet, 78081 Paris (Fr).

In particolare si ringrazia il sig. M. Forni per l’ENEA SIEC, la sig.ra M. G. Castellano per la FIP Industriale, il sig. C. Dumoulin per la BUYGUES e i tecnici ENEA-TEC che hanno allestito ed eseguito i test: B. Rapone, S. Spadoni, G. Fabrizi, F. Di Biagio, M. Baldini, A. Cenciarelli, M. Guglielmucci, A. Picca, A. Terrusi.

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

C.E.N. 1998. Eurocode 8: Design provisions for earthquake resistance of structures, ENV-1998-1-1 ‘Seismic Actions and general Requirements’, C.E.N. - European Committee for Standardization, May 1994.

Haroun, M.A. & Housner, G.W. 1981. Seismic design of liquid storage tanks. Journal of the Technical Councils, ASCE, 107, TC1, Apr. 1981, pages 191-207, Proc. Paper 16214.

Manos, G.C. & Clough R.W. 1982. Further Study of the Earthquake Response of a Broad Cylindrical Liquid-Storage Tank Model. Earthquake Engineering Research Center Report No. UCB/EERC-82/07, University of California at Berkeley, July 1982.

Niwa, A. 1978. Seismic Behavior of a Tall Liquid Storage Tank. Earthquake Engineering Research Center Report No. UCB/EERC-78/04, University of California at Berkeley, February 1978.

Niwa, A. & Clough R.W. 1982.. Buckling of Cylindrical Liquid-Storage Tanks under Earthquake Loading. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, vol.10, pp.107-122, 1982.