V ARIAZIONI DI RIGIDEZZA E SMORZAMENTO DEL SISTEMA

Le variazioni di rigidezza e smorzamento del sistema si possono realizzare mediante vari metodi. Nel caso in cui il periodo di vibrazione fondamentale sia vicino al limite inferiore del plateau, l’inserimento di pareti sismiche potrebbe portare, mediante un incremento della rigidezza della struttura ed un conseguente calo del periodo proprio alla riduzione dell’ordinata spettrale, dell’azione sismica e alla conseguente diminuzione dello stato sollecitazione degli elementi esistenti.

Ma la variazione di rigidezza più proficua consiste nell’isolamento sismico. L'isolamento sismico degli edifici nasce verso l'inizio degli anni '80 come una tecnica fortemente innovativa del settore dell'ingegneria antisismica, orientata ad ottenere prestazioni strutturali notevolmente superiori a quelle conseguibili in costruzioni progettate secondo i criteri antisismici ordinari. Nel corso degli anni '80 e nei primi anni '90 si è avuto un significativo sviluppo sia di studi e ricerche teoriche che di applicazioni ad edifici, essenzialmente di nuova costruzione. Numerose strutture isolate sono state realizzate negli USA, in Giappone e in Nuova Zelanda. In Italia, pur essendo molto vivo il dibattito scientifico, le applicazioni realizzate sono ancora poche. Un vero collaudo in sito, che ha dato un impulso all’utilizzo dei sistemi di isolamento, si è avuto negli eventi sismici di Northridge (1994) e Kobe (1995). In questi casi i risultati ottenuti sono stati esaltanti.

Figura 7.1.6 Principio di isolamento sismico ed effetto sullo spettro, Fonte: “Strategie di intervento per il rinforzo di

strutture in c.a.”.

L’inserimento degli isolatori consente di ottenere l’aumento del periodo proprio di vibrare della struttura per allontanarlo dalla zona dello spettro di risposta caratterizzato dalle accelerazioni massime.

L’utilizzo degli isolatori sismici porta alla struttura interessata i seguenti benefici: - la sensibile riduzione delle accelerazioni trasmesse dal sisma alla struttura; - la riduzione degli spostamenti relativi d’interpiano.

Una struttura isolata correttamente non riporta alcun danno in seguito all’evento sismico. Ciò rende questo tipo di intervento particolarmente indicato, dove ci sono le giuste condizioni, nell’ambito degli edifici esistenti, i quali saranno portati dall’intervento ad essere sollecitati a condizioni simili a quelli

della zona non sismica.

L’intervento con gli isolatori sismici fa si che la sovrastruttura possa lavorare in campo elastico e esula dal raggiungimento di particolari capacità dissipative degli elementi. L’isolamento sismico risulta essere l’intervento ideale soprattutto nei casi in cui la costruzione svolga funzioni importanti, come ad esempio gli ospedali, in quanto il livello di operatività durante l’evento risulta non compromesso. Nell’ambito delle strutture esistenti l’utilizzo di isolatori sismici è applicabile in funzione della configurazione strutturale in quanto è necessario identificare il livello al quale porre l’isolamento sismico, compatibilmente con le funzioni assegnate alla zona di edificio interessata.

Un altro approccio di intervento globale consiste nell’aggiunta di elementi strutturali di nuova realizzazione con lo scopo di far assorbire a quest’ultimi la maggior parte dell’azione sismica e di irrigidire la struttura intervenendo sui modi di vibrare della struttura. Generalmente questo tipo di nuovi elementi strutturali sono pareti dissipative, nel caso serva un notevole apporto di resistenza, altrimenti controventi metallici.

Queste tipologie di intervento, essendo interventi che modificano il comportamento globale, possono essere utilizzate anche per correggere irregolarità di comportamento, dunque, regolarizzazione dei modi o per ridurre le eccentricità tra baricentro delle masse e delle rigidezze.

Figura 7.1.8 Centramento dei baricentri mediante l’inserimento di pareti strutturali, Fonte: “Strategie di intervento per

il rinforzo di strutture in c.a.”.

L’intervento riportato nella figura soprastante è rappresentativo di una situazione molto frequente in cui si ha un’eccentricità tra il baricentro delle masse, indicato in rosso, e il baricentro delle rigidezze indicato in giallo. È ben noto che l’azione sismica in termini di forze di inerzia si applica nel baricentro delle masse della struttura e questa reagisce con una reazione che può essere schematizzata come una forza passante per il baricento delle rigidezze della struttura; l’eventuale distanza fra questi due baricentri porta inevitabilmente alla formazione di un momento torcente sulla struttura e ad un

aggravio delle sollecitazioni sugli elementi strutturali.

Una tecnica d’intervento tipica in questa situazione consiste nell’inserimento di pareti resistenti nelle due direzioni in modo da modificare la posizione del baricentro delle rigidezze (e leggermente anche

delle masse).

Questa tipologia di intervento presenta anche effetti negativi dei quali bisogna tenere conto: infatti porta ad un aumento del carico sulle fondazioni, in particolare nelle zone adiacenti agli elementi aggiunti; è sicuro che gli elementi esistenti perdono parte della sollecitazione che sarebbe gravata su di essi in seguito al sisma, ma l’altra faccia della medaglia è che ciò che viene assorbito dai nuovi elementi deve comunque essere trasferito al suolo. Quindi, specialmente nel caso si intervenga inserendo pareti strutturali, sarà spesso necessario provvedere anche ad un rinforzo delle fondazioni.

La risposta ottimale di un edificio alle azioni sismiche si basa sulla presenza di impalcato infinitamente rigidi nel loro piano, in grado di distribuire le azioni sismiche a tutti gli elementi resistenti in maniera proporzionale alle loro rigidizze e di attivare la dissipazione mediante meccanismi globali.

La struttura per rispondere al meglio al sisma deve quindi avere un comportamento cosìdetto “scatolare”.

Figura 7.1.9 Esempio di comportamento scatolare, dato da un impalcato infinitamente rigido nel suo piano.

La riduzione dell’eccessiva deformabilità di orizzontamenti, è una soluzione da praticare in particolari casi in cui, avendo elaborato un modello che tenga conto della rigidezza dei solai, sia possibile effettuare confronti tra stato ante e post intervento. In particolare questo intervento è indicato per le strutture in muratura, in quanto la presenza di solai lignei non consente un adeguata ripartizione delle forze. Dal punto di vista del comportamento dinamico, la presenza dell’impalcato rigido consente di eliminare i modi di vibrare locali.