tanto più sono ampie queste oscillazioni tanto più sono ... · conseguenti accelerazioni, quindi...

Un’opportuna scelta delle caratteristiche meccaniche degli isolatori consente di “disaccoppiare” la

sovrastruttura dalla sottostruttura nelle oscillazioni che coinvolgono prevalentemente spostamenti

orizzontali. Il “disaccoppiamento” consiste nella diversificazione del comportamento dinamico delle

due suddette porzioni della costruzione: durante un moto oscillatorio, mentre la sottostruttura subisce

deformazioni di modesta entità, tanto più quanto maggiore è la sua rigidezza, la sovrastruttura compie

oscillazioni tanto più ampie quanto minore è la rigidezza e resistenza degli isolatori. Dette oscillazioni

sono dovute per la maggior parte alla deformazione degli isolatori collocati al di sotto della

sovrastruttura e solo in minor parte alle deformazioni della sovrastruttura stessa. Durante un

terremoto, generalmente, tanto più sono ampie queste oscillazioni tanto più sono modeste le

conseguenti accelerazioni, quindi le forze d’inerzia, che subisce la sovrastruttura.

ISOLATORI SISMICI

L’andamento dello spettro di risposta proposto dalle NTC ’08 dimostra

che le accelerazioni spettrali Se possono essere drasticamente ridotte

se si riesce ad aumentare notevolmente il periodo principale T della

struttura.

ISOLATORI SISMICI

Le strutture tradizionali, a base fissa, hanno periodo principale T

abbastanza bassi, che in genere ricadono nell’intervallo in cui

l’accelerazione spettrale Se viene notevolmente amplificata.

T

F0 ag

ISOLATORI SISMICI

Se alla base si interpone, tra fondazione e struttura, un elemento

molto deformabile in senso orizzontale il periodo cresce notevolmente

e conseguentemente l’accelerazione si riduce a valori molto più bassi.

T

F0 ag

TI

Se

ISOLATORI SISMICI

L’efficacia del sistema di isolamento è tanto maggiore quanto più alto

è il rapporto tra il periodo della struttura isolata e il periodo della

struttura a base fissa.

T

F0 ag

TI

Se

ISOLATORI SISMICI

Si ottiene un buon “disaccoppiamento” quando risulta TIS ≥ 3·TNonIS. Essendo TIS il periodo della

struttura isolata e TNonIS quello della struttura non isolata. Maggiore è l’incremento di periodo

(generalmente TIS > 2,0 s) maggiore è la riduzione delle accelerazioni sulla sovrastruttura (spettro in

accelerazioni) e l’incremento degli spostamenti (spettro in spostamenti), che si concentrano

essenzialmente nel sistema di isolamento.

ISOLATORI SISMICI

ISOLATORI SISMICI

Nelle condizioni ordinarie (assenza di isolamento sismico), il coefficiente di smorzamento viscoso

equivalente è pari al 5%. Nel caso invece di edifici isolati, la normativa prevede uno smorzamento

massimo pari al 45%.

Per ottenere i citati vantaggi in termini di riduzione delle accelerazioni

spettrali, i fattori di partecipazione modale dei modi superiori al primo

devono essere trascurabili, ovvero è necessario che le masse

partecipanti siano concentrate nei primi modi.

Struttura a base fissa

ISOLATORI SISMICI

- Strutture molto alte o dotate di massa modesta hanno periodo

elevato e di conseguenza non traggono grossi vantaggi

dall’isolamento in termini di riduzione dell’accelerazione spettrale.

- A fronte di una riduzione modesta dell’accelerazione spettrale, c’è il

problema degli spostamenti che, risulterebbero troppo elevati. Con

periodi superiori ai 3 secondi si potrebbero avere spostamenti tali da

rendere inagibile il fabbricato; inoltre, i collegamenti verticali, scale e

ascensori, condotte idriche, telefoniche, impianti in genere,

diventerebbero ingestibili per fabbricati ad uso civile.

ISOLATORI SISMICI

Per suoli soffici (categorie D - E) gli spettri presentano amplificazioni

particolarmente rilevanti per gli alti periodi. Come conseguenza per

questi terreni la riduzione di accelerazione, e quindi il beneficio

dell’isolamento, è molto minore.

ISOLATORI SISMICI

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

0.00

0.40

0.80

1.20

1.60

2.00

A B

C E

D

ISOLATORI SISMICI

ISOLATORI ELASTOMERICI

ISOLATORI SISMICI

ISOLATORI A PENDOLO SCORREVOLE

(Friction Pendulum)

ISOLATORI SISMICI


ISOLATORI SISMICI


Isolatore in gomma

HDRB (High Dumping Rubber Bearings)

Isolatore in gomma e piombo

LRB (Lead core Rubber Bearings)

ISOLATORI SISMICI

Isolatore in gomma e piombo Isolatore in gomma


ISOLATORI SISMICI


LRB Lead core Rubber

Bearings

HDRB High Damping Rubber

Bearings

MLRB Multi layer Low damping

Rubber Bearings

Coeff. di smorzamento

viscoso equivalente

25 – 30% 10 – 16% 4%

Rigidezza orizzontale Alta Medio – Bassa Medio - Bassa

Carico verticale Alta Alta Alta

Oscillazione orizzontale Medio - Alta Alta Media

Capacità di ricentraggio Media Alta Alta

Sono costituiti da una coppia di superfici curve che scorrono l’una

sull’altra.

Isolatore a curvatura semplice

ISOLATORI SISMICI


Sono costituiti da una coppia di superfici curve che scorrono l’una

sull’altra.

Isolatore a doppia curvatura

ISOLATORI SISMICI


- Sfruttano la legge fisica del moto del pendolo per allungare il periodo

naturale della struttura isolata.

ISOLATORI SISMICI


N r

r

u w

r 2r

Tg

ISOLATORI SISMICI




2r

Tg

ISOLATORI SISMICI


- Il periodo è indipendente dalla massa della struttura, con notevole

vantaggio nel caso di isolamento di edifici leggeri.

- La forza di richiamo, e quindi la rigidezza orizzontale, dipende

linearmente dallo sforzo assiale, e cioè dalla massa che compete al

singolo isolatore. Ne segue che i baricentri di massa e rigidezza di

piano risultano sempre coincidenti.

1 sgn( )sgn( ) ( ) ( )

N uF u N u k u u k u N

r r u

N

R

F

N R

F

- Sono caratterizzati da ridotta rigidezza orizzontale, per garantire

l'incremento del periodo proprio della struttura, ed elevata rigidezza

verticale, al fine di ridurre l'abbassamento sotto carico.

- Il nucleo in piombo ha lo scopo di limitare gli spostamenti elastici e

conferire un’adeguata capacità dissipativa per diminuire ulteriormente

l’energia in ingresso.

- Sono costituiti da strati alterni di lamierini in acciaio e di elastomero, e

possono avere all’interno un nucleo in piombo.

Isolatori elastomerici

ISOLATORI SISMICI

- Richiedono ispezioni periodiche per verificarne la funzionalità.

- Dopo un evento sismico possono risultare danneggiati e/o presentare

spostamenti residui. In questo caso è necessario la loro sostituzione ed il

ricentraggio dell’edificio.

- Vanno utilizzati insieme ad elementi ad attrito (slitte) che garantiscono la

rigidità orizzontale sotto azioni orizzontali modeste (vento).

ISOLATORI SISMICI

- Sono relativamente costosi.

Isolatori elastomerici

ISOLATORI SISMICI

Isolatori a pendolo scorrevole



- Hanno la duplice funzione di dissipare energia per attrito e di generare

la forza di richiamo per il ricentraggio della struttura attraverso l’azione

della gravità.

- Non richiedono ispezioni periodiche per verificarne la funzionalità.

- Sono meno costosi degli elastomerici.

ISOLATORI CILINDRICI IN GOMMA SU TRAVI DI FONDAZIONE

ISOLATORI SISMICI

ISOLATORI SISMICI Messa in opera

Fase 1

Fase 2

Fase 3

Fase 4

Fase 5

Occorre quindi prevedere la possibilità di sostituzione, e dunque predisporre la struttura in modo che

sia possibile trasferire temporaneamente alla sottostruttura, attraverso martinetti opportunamente

disposti, il carico gravante sul singolo isolatore e prevedere un adeguato spazio per le operazioni

necessarie alla rimozione e sostituzione.

Per ridurre o annullare gli spostamenti residui a seguito di un terremoto è inoltre necessario

verificare la presenza o prevedere appositi elementi strutturali di contrasto contro cui fare forza per

ricollocare la struttura nella sua posizione originaria.

ISOLATORI SISMICI

Deve essere garantita la rigidità strutturale nel piano orizzontale dei piani immediatamente al di

sotto e al di sopra del sistema di isolamento, al fine di garantire una distribuzione regolare degli sforzi

tra i diversi isolatori ed a distribuire correttamente le forze degli eventuali dispositivi ausiliari (che sono

in genere in numero limitato) tra gli elementi strutturali che debbono assorbirli.

ISOLATORI SISMICI

Il corretto funzionamento di una struttura con isolamento

sismico si realizza solo a condizione che la massa isolata,

ossia quella della sovrastruttura, possa muoversi liberamente in

tutte le direzioni orizzontali per spostamenti almeno pari a quelli

di progetto. Questa condizione deve essere continuamente

verificata in tutte le fasi progettuali, realizzative e di collaudo.

In particolare è importante controllare che elementi non

strutturali e/o impianti non riducano o annullino le possibilità

di movimento della struttura previste nella progettazione

strutturale. In tal senso è richiesta la massima sensibilizzazione

e la piena consapevolezza delle modalità di funzionamento di

una struttura con isolamento sismico, da parte di tutti i

progettisti, inclusi quelli architettonici e impiantistici.

Al riguardo occorre prestare molta attenzione ai dettagli delle

condutture, in corrispondenza dell’attraversamento dei giunti,

adottando delle giunzioni flessibili e comunque che possano

subire gli spostamenti relativi di progetto senza determinare

danni e perdite.

È inoltre importante controllare i coprigiunti e gli elementi di

attraversamento orizzontale (dispositivi di giunto) e verticale

(scale, ascensori), affinché siano concepiti e realizzati in modo

da non creare impedimento al libero movimento della

sovrastruttura.

ISOLATORI SISMICI

ISOLATORI CILINDRICI IN GOMMA TRA TRAVI DI

FONDAZIONE E TRAVI DI ELEVAZIONE

ISOLATORI SISMICI

ISOLATORI CILINDRICI IN GOMMA TRA

PILASTRI E IMPALCATO

ISOLATORI SISMICI

ISOLATORI CILINDRICI IN GOMMA

TRA PILASTRI E IMPALCATO

ISOLATORI SISMICI

Nel caso di isolamento di edifici esistenti, la

deformazione massima della testa del pilastro su cui

si inserisce l’isolatore non deve essere superiore ad

1/20 di quella prevista per l’isolatore stesso.

APPARECCHIO DI APPOGGIO A BASSO ATTRITO

(SLITTA)

ISOLATORI SISMICI

ISOLATORI SISMICI

ISOLATORI SISMICI

Bisogna effettuare prove dinamiche sul 2% degli isolatori da utilizzare sul

fabbricato.

ISOLATORI SISMICI

ISOLATORI SISMICI

Costo = € 1000/mq

(da moltiplicare per il

numero di implacati del

fabbricato)

ISOLATORI SISMICI

Il comportamento del sistema di isolamento può essere modellato come lineare

equivalente se sono soddisfatte tutte le seguenti condizioni:

a) la rigidezza equivalente del sistema d’isolamento è almeno pari al 50% della

rigidezza secante per cicli con spostamento pari al 20% dello spostamento di

riferimento;

b) lo smorzamento lineare equivalente del sistema di isolamento, come definito in

precedenza, è inferiore al 30%;

c) le caratteristiche forza-spostamento del sistema d’isolamento non variano di più del

10% per effetto di variazioni della velocità di deformazione, in un campo del ±30%

intorno al valore di progetto, e dell’azione verticale sui dispositivi, nel campo di

variabilità di progetto;

d) l’incremento della forza nel sistema d’isolamento per spostamenti tra 0,5ddc e ddc,

essendo ddc lo spostamento del centro di rigidezza dovuto all’azione sismica, è

almeno pari al 2,5% del peso totale della sovrastruttura.

Nel caso in cui si adotti un modello non lineare, il legame costitutivo dei singoli

dispositivi del sistema d’isolamento deve riprodurre adeguatamente il loro

comportamento nel campo di deformazioni e velocità che si verificano durante l’azione

sismica, anche in relazione alla corretta rappresentazione dell’energia dissipata nei

cicli di isteresi.

tanto più sono ampie queste oscillazioni tanto più sono ... · conseguenti accelerazioni, quindi...

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