Adeguamento sismico di tre edifici per civile abitazione, Pozzallo (RG)

RCC Ingegneria

    Intervento appartenente al quadro della protezione sismica di tipo passivo, basato sulla tecnica dell’isolamento sismico, che aumenta il periodo proprio della struttura abbattendone l’azione tagliante dovuta al carico sismico.

Accelerogramma spettrocompatibile n° 1 corrispondente all'SLCL’approccio è basato sull’utilizzo delle tecniche dell’analisi dinamica non lineare con integrazione diretta al passo al fine di determinare la risposta in campo elasto-plastico del sistema di isolamento. Questo, costituito da dispositivi denominati FPS o friction pendulum, permette, da un lato, la dissipazione dell’energia sismica per mezzo dei cicli di isteresi, dall’altro, circoscrive gli spostamenti alla quota immediatamente al di sopra dell’estradosso della fondazione, lasciando praticamente indeformato il telaio soprastante. Tale approccio, benché di notevole complessità per la quantità dei dati e delle informazioni necessarie per garantire una corretta modellazione, investiga i comportamenti legati alle specificità proprie dell’organismo strutturale in esame. In particolare, occorre una descrizione completa della sorgente eccitante in termini di legge temporale, nonché una conoscenza approfondita delle proprietà strutturali dell’edificio, compresi i carichi e le condizioni al contorno (vincoli). Particolare importanza assume in questa circostanza una corretta descrizione dei carichi verticali in quanto connessi alle proprietà dei dispositivi di isolamento, a comportamento attritivo.
La struttura degli edifici non è dotata di sismo-resistenza e l’intervento è classificabile come intervento di adeguamento, atto a conseguire i livelli di sicurezza previsti dalle NTC 2008. La scelta del sistema di isolamento è ricaduta sui dispositivi Friction Pendulum in quanto dotati di: capacità di ricentraggio; elevata rigidezza in direzione verticale e bassa rigidezza in direzione orizzontale, sotto l’azione sismica; vincolo laterale con adeguata rigidezza sotto carichi orizzontali di servizio (non sismici).

Case Study di

midas

 

 

Cliente: RCC Ingegneria

RCC INGEGNERIA nasce nel 2009 dall’associazione degli ingegneri Antonino Russo, Cesare Costantino, Claudio Carbone, Daniele Giovanni Piazzese e Matteo Russo legati da più di vent’anni di collaborazione nell’ambito della progettazione di strutture. L’attività di RCC INGEGNERIA riguarda la progettazione di strutture di nuovi edifici e/o infrastrutture civili, commerciali ed industriali e gli interventi di recupero di edifici esistenti mediante miglioramento o adeguamento sismico delle loro strutture.

RCC INGEGNERIA

Via Diodoro Siculo 10

Tremestieri Etneo (CT)

www.rccingegneria.it Tel. 095 495735

 Modello Lotti 12-13Gli edifici non hanno subito modificazioni nel tempo e si è potuta conseguire una corretta individuazione del sistema strutturale esistente, soprattutto attraverso la disponibilità degli elaborati progettuali strutturali. Per conseguire un’adeguata conoscenza delle caratteristiche dei materiali e del loro degrado, ci si è basati sulla documentazione già disponibile, su verifiche visive in situ e su indagini sperimentali. È’ stato è conseguito un livello di conoscenza LC2.
I criteri d’intervento vertono sulla combinazione di provvedimenti per: ridurre l’impegno degli elementi strutturali originari; incrementare la resistenza degli elementi verticali resistenti; attenuare gli urti nel giunto tecnico nel Lotto 14 tramite l’interposizione di idonei dispositivi (shock absorber); l’inserimento di pareti di c.a. per irrigidire trasversalmente la struttura e per eliminare il comportamento a piano “debole” del piano terra (portico).
Il tipo di intervento, incentrato sull’isolamento, è stato scelto per conseguire l’adeguamento sismico e contestualmente rendere l’intervento nella minor misura possibile invasivo. La struttura ha un’alta vulnerabilità, identificabile essenzialmente in una notevole carenza di controventamento.
È stata condotta un’analisi dinamica non-lineare o time-history analysis. La scelta del tipo di analisi è scaturita dallaconsiderazione che il tipo di isolatore prescelto è a comportamento marcatamente non-lineare.
Il codice di calcolo utilizzato è il Midas/Gen. Le NTC 2008 prescrivono (§ 7.3.5) di considerare i valori massimi delle caratteristiche di sollecitazione e di deformazione, usando tre gruppi di accelerogrammi, i valori medi, usando sette gruppi di accelerogrammi; ciascun gruppo prevede l’applicazione contemporanea di due componenti accelerometriche orizzontali e quella verticale, ove necessario. Nel calcolo è prevista la seconda opzione. Il modello dei Lotti 12 e 13 è composto da 8596 elementi strutturali suddivisi tra 1975 beam e 6621 elementi plate. Il modello Lotto 14 è composto, invece, da 17168 elementi suddivisi tra 3926 beam e 13242 plate. Per quanto riguarda il sistema di isolamento, sono stati adottati isolatori friction pendulum (FPS) ad una superficie di scorrimento con raggio di curvatura R=3100 mm e coefficiente di attrito dinamico mfast = 0.025. Gli isolatori sono stati modellati per mezzo di elementi denominati general link, propri di Midas/ Gen. Sono state effettuate 15 analisi dinamiche (Time History) non lineari (1 per il caricamento verticale, 7 con accelerogrammi in X ed Y corrispondenti all’SLV, 7 con accelerogrammi in X ed Y corrispondenti all’SLC).Modello Lotto 14 Gli accelerogrammi sono stati applicati contemporaneamente nelle due direzioni X ed Y, in quanto componenti reali di sismi registrati. Le analisi Time History non lineari sono state condotte col metodo della sovrapposizione modale, il che ha permesso un notevole risparmio di tempi di calcolo pur non perdendo in accuratezza. Tutti gli accelerogrammi sono stati applicati a valle del caricamento verticale di cui sono stati mantenuti i valori di accelerazione, spostamenti, velocità, nonché le azioni negli elementi. Lo smorzamento è stato valutato sulla base dell’energia di deformazione immagazzinata dalla struttura. Si è osservato come la presenza degli isolatori alla base riduca in modo considerevole la curvatura degli elementi che costituiscono la sovrastruttura. La sovrastruttura risulta caratterizzata da uno spostamento uniforme, poiché oscilla, mantenendosi quasi rigida, in corrispondenza del piano soffice creato dalla presenza degli isolatori. Gli sforzi di taglio massimo e gli sforzi principali di trazione negli elementi plate si mantengono molto bassi.

VANTAGGI NELL’UTILIZZO DI MIDAS NELLE ANALISI STRUTTURALI

Momenti flettenti (in kNm) Lotti 12-13 per l'inviluppo delle analisi Time HistoryA valle dell’analisi non-lineare di una struttura isolata alla base, il risultato sicuramente più interessante riguarda la visualizzazione del ciclo di isteresi che caratterizza il dispositivo di isolamento scelto. Il ciclo di isteresi del dispositivo di isolamento è un diagramma taglio-spostamento che rappresenta l’evoluzione del rapporto tra queste due grandezze con l’avanzamento delle deformazioni elasto-plastiche. Il controllo del ciclo di isteresi è fondamentale poiché dà una misura dell’energia dissipata dal dispositivo. Questa energia è direttamente legata all’azione che si scarica sulla struttura.
Grazie infatti alla dissipazione, la struttura risente di un’azione sismica inferiore. Il vantaggio è facilmente deducibile se si effettua un confronto con il taglio alla base della stessa struttura in cui gli isolatori sono modellati solo nella loro parte lineare (rigidezza e
smorzamento secanti). Inoltre, il ciclo di isteresi è utile ai fini della verifica dell’isolatore stesso, che dovrebbe essere effettuata sia in termini di carico agente che di spostamento dei nodi di estremità, in accordo ai valori massimi imposti dai produttori. Il software Midas/Gen offre la possibilità di seguire l’evoluzione della risposta del sistema di’isolamento per mezzo della costruzione automatica del ciclo di isteresi durante l’avanzamento dell’accelerogramma. Inoltre, l’implementazione del metodo di Ritz per l’estrazione degli autovalori ed autovettori della matrice di rigidezza evita l’individuazione di modi locali e permette la mobilitazione dell’85% della massa già con i primi modi estratti. Questa metodologia, associata ad un’analisi Time History effettuata per sovrapposizione modale, ha consentito un considerevole risparmio di tempistiche di calcolo e, inevitabilmente, di costi.

PERCHE’ RCC INGEGNERIA HA SCELTO MIDAS

Sforzo principale di trazione (in kN su mq) negli elementi plate Lotti 12-13 per l'inviluppo delle analisi Time HistoryDa quando RCC Ingegneria ha introdotto l’uso di Midas Gen nella sua attività lavorativa quotidiana, i miglioramenti sono stati molteplici e significativi. Quelli più immediati e tangibili riguardano l’utilizzo di un’interfaccia grafica estremamente intuitiva e user friendly, che, grazie ai comodi strumenti di selezione, colorazione e spegnimento/accensione degli elementi, permette un’efficace gestione del modello. I vantaggi meno immediati, ma più sostanziali e non meno importanti, sono invece legati alle enormi potenzialità di calcolo anche per strutture complesse e di diverse tipologie. Il principale fattore decisionale nella scelta di utilizzare Midas/Gen riguarda appunto la complessità delle analisi da poter effettuare, di cui il top è sicuramente rappresentato dall’analisi dinamica non lineare con integrazione al passo (Time History), utilizzata appunto in questo progetto. A corollario di questa tipologia di analisi, non meno importanza ricoprono le diverse metodologie per la definizione dello smorzamento, nonché la gestione per la diversificazione dello stesso all’interno degli elementi, masse, materiali e condizioni al contorno presenti nel modello. Grande importanza assume, al fine di gestire modelli costituiti da migliaia di elementi, la possibilità di definire gruppi di elementi strutturali, di boundary e di carichi. Avanzate potenzialità che hanno permesso ad RCC Ingegneria di distinguersi anche in passato per la complessità di analisi proposte sono sicuramente: l’analisi non lineare per fasi, che consente di cogliere su un unico modello l’evoluzione temporale costruttiva dell’opera; i modelli reologici implementati per lo studio dei fenomeni di viscosità e ritiro nel calcestruzzo; ed infine, la possibilità di studiare l’effetto di carichi mobili per mezzo dell’applicazione di linee di influenza. In generale, la padronanza degli enormi mezzi messi a disposizione dal software, dopo una prima fase di apprendimento, ha comportato un notevole vantaggio sui tempi di progettazione.