Isolamento sismico per l'edilizia

Il supporto informatico contiene un software per il calcolo e la verifica della trave flessibile, il semplice dispositivo di isolamento sismico e ambientale ampiamente trattato nel testo e applicabile, anche, a edifici esistenti.

sismiflex速

edizioni NOVOSTUDIO s.a.s.

INNOVAZIONI COSTRUTTIVE 1

Alla realizzazione del volume hanno inoltre collaborato:

Isolamento sismico per l’edilizia via Roverella, 39 47521 - CESENA novostudio@novostudio.net www.novostudio.net

adozione e inserimento di innovativi sistemi di protezione sismica e ambientale in edifici esistenti o da costruire

Enrico Berti per la cura e la revisione di testi, particolarmente per l’attenzione rivolta agli esempi di calcolo proposti e ai disegni

ISBN 978-88-9047-536-8 Antonio Casalini, Michele Lucisano, Michele Mingo con Genti Nallbati e Maurizio Nardi Novostudio – Cesena

Daniela Casalini e Francesco Canali per la composizione Alessandro Casalini per il coordinamento, il progetto grafico, l’impaginazione, le immagini fotografiche ad esclusione di quelle di pag. 341, del Capitolo Sesto, dell’Appendice Enrico Fabbri è Autore del software Gianni Faedi Vigile del Fuoco è autore della foto di pag. 25, scattata a poche ore dal sisma Un particolare ringraziamento all’Arch. Pierluigi Buoncompagno di Paganica (AQ) per la cordiale disponibilità dimostrata agli Autori a pochi giorni dal disastroso terremoto de l’Aquila. Sue sono le immagini di pag. 8 e 9 e la foto di pag. 102

©2010 by Edizioni NOVOSTUDIO s.a.s.

Nessuna parte di questo volume può essere riprodotta in alcuna forma, compresi i microfilm e le copie fotostatiche, né memorizzate tramite alcun mezzo, senza permesso degli Autori.

Eventuali nomi commerciali sono citati a solo titolo esemplificativo della tipologia/prodotto.

Tutti i marchi citati sono registrati dalle rispettive Aziende.

Sismiflex® è un marchio registrato e il sistema è protetto da Dom. Brev. n° RN 2008A00034.

Avvertenza Per ragioni di formato editoriale alcune tavole non rispettano la scala indicata a margine dei disegni.

In questi casi valgono le dimensioni espresse dalle misure di quota.

Ogni cura è stata posta nella raccolta e nella verifica della documentazione contenuta in questo libro.

Tuttavia né gli Autori, né Edizioni Novostudio possono assumersi alcuna responsabilità derivante dall’utilizzo della stessa.

Lo stesso dicasi per ogni persona o società coinvolta nella creazione, nella produzione e nella distribuzione di questo libro.

Tutte le immagini e i disegni contenuti nel volume sono materiale originale NOVOSTUDIO s.a.s. ©2010, ad esclusione di quanto nel Capitolo Sesto e nell’Appendice.

Gli Autori e l’Editore sono disponibili a valutare e riconoscere ai rispettivi proprietari gli eventuali diritti.

Stampato da Tecnograficarossi nel mese di Aprile 2010

edizioni NOVOSTUDIO s.a.s.

INNOVAZIONI COSTRUTTIVE 1

Alla realizzazione del volume hanno inoltre collaborato:

Isolamento sismico per l’edilizia via Roverella, 39 47521 - CESENA novostudio@novostudio.net www.novostudio.net

adozione e inserimento di innovativi sistemi di protezione sismica e ambientale in edifici esistenti o da costruire

Enrico Berti per la cura e la revisione di testi, particolarmente per l’attenzione rivolta agli esempi di calcolo proposti e ai disegni

ISBN 978-88-9047-536-8 Antonio Casalini, Michele Lucisano, Michele Mingo con Genti Nallbati e Maurizio Nardi Novostudio – Cesena

Daniela Casalini e Francesco Canali per la composizione Alessandro Casalini per il coordinamento, il progetto grafico, l’impaginazione, le immagini fotografiche ad esclusione di quelle di pag. 341, del Capitolo Sesto, dell’Appendice Enrico Fabbri è Autore del software Gianni Faedi Vigile del Fuoco è autore della foto di pag. 25, scattata a poche ore dal sisma Un particolare ringraziamento all’Arch. Pierluigi Buoncompagno di Paganica (AQ) per la cordiale disponibilità dimostrata agli Autori a pochi giorni dal disastroso terremoto de l’Aquila. Sue sono le immagini di pag. 8 e 9 e la foto di pag. 102

©2010 by Edizioni NOVOSTUDIO s.a.s.

Nessuna parte di questo volume può essere riprodotta in alcuna forma, compresi i microfilm e le copie fotostatiche, né memorizzate tramite alcun mezzo, senza permesso degli Autori.

Eventuali nomi commerciali sono citati a solo titolo esemplificativo della tipologia/prodotto.

Tutti i marchi citati sono registrati dalle rispettive Aziende.

Sismiflex® è un marchio registrato e il sistema è protetto da Dom. Brev. n° RN 2008A00034.

Avvertenza Per ragioni di formato editoriale alcune tavole non rispettano la scala indicata a margine dei disegni.

In questi casi valgono le dimensioni espresse dalle misure di quota.

Ogni cura è stata posta nella raccolta e nella verifica della documentazione contenuta in questo libro.

Tuttavia né gli Autori, né Edizioni Novostudio possono assumersi alcuna responsabilità derivante dall’utilizzo della stessa.

Lo stesso dicasi per ogni persona o società coinvolta nella creazione, nella produzione e nella distribuzione di questo libro.

Tutte le immagini e i disegni contenuti nel volume sono materiale originale NOVOSTUDIO s.a.s. ©2010, ad esclusione di quanto nel Capitolo Sesto e nell’Appendice.

Gli Autori e l’Editore sono disponibili a valutare e riconoscere ai rispettivi proprietari gli eventuali diritti.

Stampato da Tecnograficarossi nel mese di Aprile 2010

A Fedro, per il tempo che ti abbiamo sottratto per realizzare questo libro.

Alle vittime de L’Aquila e di tutti i terremoti.

Avvertenza Al momento della pubblicazione del volume, le sole pparti innovative riportate nel testo e regolarmente brevettate, anche se testate in laboratorio, non sono state ancora applicate a casi concreti; questo a causa del fatto che il il lungo percorso svolto è giunto a conclusione solo recentemente.

I calcoli relativi alla Trave flessibile (Capitoli Secondo, Terzo e Quarto) vogliono mostrare al Lettore gli ordini di grandezza della lunga ricerca volta a ipotizzare miglioramenti costruttivi finalizzati all’incremento della duttilità – prima – e successivamente quella di sviluppare un sistema di protezione sismica che andrà a concretizzare gli 11 punti della proposta.

Poiché uno dei patrimoni maggiori di cui il tecnico dispone, e che arricchisce nel corso del tempo, è dato dall’acquisire proprio ordini di grandezza, si e preferito qui mantenere il metodo delle tensioni ammissibili – in quanto sempre valido per ottenere dimensionamenti di massima –, rinunciando volutamente, in questa circostanza, all’adozione dei nuovi metodi di calcolo e di dimensionamento e ritenendo che questi risultassero inutili e poco “trasparenti”.

A Fedro, per il tempo che ti abbiamo sottratto per realizzare questo libro.

Alle vittime de L’Aquila e di tutti i terremoti.

Avvertenza Al momento della pubblicazione del volume, le sole pparti innovative riportate nel testo e regolarmente brevettate, anche se testate in laboratorio, non sono state ancora applicate a casi concreti; questo a causa del fatto che il il lungo percorso svolto è giunto a conclusione solo recentemente.

I calcoli relativi alla Trave flessibile (Capitoli Secondo, Terzo e Quarto) vogliono mostrare al Lettore gli ordini di grandezza della lunga ricerca volta a ipotizzare miglioramenti costruttivi finalizzati all’incremento della duttilità – prima – e successivamente quella di sviluppare un sistema di protezione sismica che andrà a concretizzare gli 11 punti della proposta.

Poiché uno dei patrimoni maggiori di cui il tecnico dispone, e che arricchisce nel corso del tempo, è dato dall’acquisire proprio ordini di grandezza, si e preferito qui mantenere il metodo delle tensioni ammissibili – in quanto sempre valido per ottenere dimensionamenti di massima –, rinunciando volutamente, in questa circostanza, all’adozione dei nuovi metodi di calcolo e di dimensionamento e ritenendo che questi risultassero inutili e poco “trasparenti”.

Sommario 4

Premessa

27

Capitolo introduttivo La fenomenologia tellurica

55

Capitolo Primo L’incremento della duttilità strutturale

103

Capitolo Secondo La fondazione a interferenza inerziale quale apporto per l’incremento della duttilità

155

Capitolo Terzo Applicazione della fondazione a interferenza inerziale sulle strutture murarie

227

Capitolo Quarto Modalità di applicazione alternative

275

Capitolo Quinto Gli isolatori sismici

441

Capitolo Sesto Isolamento delle vibrazioni nei sistemi massa-molla-smorzatore

479

Capitolo Conclusivo Applicazione del sistema su un telaio isolato

499

Appendice Aspetti teorici e progettuali dell’isolamento sismico delle fondazioni

Sommario 4

Premessa

27

Capitolo introduttivo La fenomenologia tellurica

55

Capitolo Primo L’incremento della duttilità strutturale

103

Capitolo Secondo La fondazione a interferenza inerziale quale apporto per l’incremento della duttilità

155

Capitolo Terzo Applicazione della fondazione a interferenza inerziale sulle strutture murarie

227

Capitolo Quarto Modalità di applicazione alternative

275

Capitolo Quinto Gli isolatori sismici

441

Capitolo Sesto Isolamento delle vibrazioni nei sistemi massa-molla-smorzatore

479

Capitolo Conclusivo Applicazione del sistema su un telaio isolato

499

Appendice Aspetti teorici e progettuali dell’isolamento sismico delle fondazioni

Il terremoto per noi aquilani TERREMOTO Una parola che alla sola pronuncia ci incute un terrore inconscio, atavico, e irrefrenabile, un mostro che quando si desta arriva a distruggere in un attimo intere città e paesi, e che allo stesso tempo può uccidere migliaia di persone le quali, intente nelle loro occupazioni quotidiane, sono del tutto ignare del pericolo che incombe su di esse.

Anche io, e migliaia di altri aquilani, la sera del 5 aprile 2009 eravamo intenti nelle nostre occupazioni quotidiane, e seppur preoccupati per lo sciame sismico che da tre mesi ci dava il tormento, nessuno di noi mai e poi mai avrebbe immaginato che, da lì a qualche ora, venti interminabili secondi di forte scuotimento della terra, anticipato da un terrorizzante boato, ci avrebbero sconvolto la vita per sempre.

Eppure dovevamo essere pronti, quella sera, dovevamo aspettarcelo l’arrivo, prima o poi, del mostro, visto e considerato che l’Abruzzo, e in particolar modo la zona aquilana, è stata sempre una delle regioni più colpite dai terremoti, o meglio il terremoto ha accompagnato da sempre nel corso dei secoli la vita degli aquilani, e difatti non vi è città o paese, borgo o frazione che non serbi tracce ben evidenti del terremoto, non vi è un qualsiasi tipo di edificio antico che non presenti una vecchia lesione, una catena, o uno sperone.

Non c’è generazione di aquilani che non abbia avuto la sua scossa indimenticabile, eppure nonostante tutto il terremoto del 6 aprile non solo ci ha colti impreparati, ma ci ripropone sempre il solito problema, ossia la mancanza della più elementare opera di prevenzione antisismica, manca in pratica una cultura che ci porti, dopo ogni catastrofe, a operare per una ricostruzione più mirata utilizzando le più moderne tecniche antisismiche anche nei nostri vecchi centri storici, in modo da avere a fine ricostruzione un patrimonio edilizio esistente perfettamente adeguato e sicuro dal punto di vista sismico.

Questa cosa mi da un forte senso di rabbia, perché se si fosse intervenuto in modo corretto negli anni passati, il terremoto del 6 aprile, ma anche quelli più recenti nelle altre parti d’Italia, sarebbero stati vissuti solo come un brutto spavento.

D’altronde, noi italiani siamo sempre stati un popolo strano, nel senso che in ogni tragedia che si abbatte sul nostro territorio, siamo bravissimi nell’affrontare l’emergenza, avendo la migliore protezione civile del mondo, ma allo stesso tempo siamo molto indietro, rispetto ad altri paesi (vedi Giappone o Stati Uniti), nella prevenzione; noi siamo quelli che costruiscono interi paesi abusivi su terreni ad alto rischio idro-geologico, e sismico, e infatti basti pensare che all’Aquila negli anni settanta, è stato redatto un PRG – tuttora vigente – dove vengono previste grandi aree di espansione proprio dove insiste una delle più pericolose faglie della zona (quartiere di Pettino).

Pertanto credo che sia giunto il momento di cambiare radicalmente queste nostre brutte abitudini, e dobbiamo cogliere al volo l’occasione che ci si presenta all’Aquila con la ricostruzione, in modo da cominciare da subito a pensare a un modo di costruire e ristrutturare diverso da quello attuato fino ad oggi.

Bisogna cominciare a utilizzare tutte le nuove e recenti tecniche antisismiche che abbiamo a disposizione, e credo che la pubblicazione di Antonio Casalini e dei suoi collaboratori possa rendere tutto questo finalmente realizzabile.

L’aspetto curioso di quanto detto in precedenza, è che prima della trave a interferenza inerziale e dell’isolatore ’ proposto (da associare alle tecniche illustrate nel Capitolo Primo e adottabili, anche domattina, da chiunque), le regole per costruire in maniera più sicura erano state introdotte alla fine del diciannovesimo secolo: durante il primo congresso geodinamico italiano che nel 1887 si svolse proprio qui all’Aquila, fu formulato il primo codice edilizio antisismico, un codice che già da allora forniva le prime indicazioni e prescrizioni da rispettare per rendere più sicure sia le nuove costruzioni che quelle esistenti.

Perciò voglio sperare che questa volta sia diverso, e che si approfitti finalmente della chance che ci offre la ricostruzione per avviare delle vere opere di consolidamento dell’intero tessuto edilizio, e che la nuova tecnologia antisismica – fatta di regole di buon senso, accorgimenti vari e dispositivi collocati ad hoc –, che tutto quanto proposto nella pubblicazione possa essere adottato per la ricostruzione, o meglio che possano essere utilizzate le tecnologie proposte per far rivivere soprattutto i centri storici, dando la possibilità agli abitanti di ricostruire tutto “dov’era e com’era”.

Chi legge il seguito scoprirà che è possibile adottare sistemi d’isolamento su edifici esistenti, con la sicurezza di poter affrontare costi che fino a oggi erano praticabili solo per edifici e opere particolari.

Voglio inoltre sperare che un giorno noi si possa arrivare al punto in cui la bontà degli interventi di consolidamento fatti sul patrimonio edilizio esistente, renda del tutto superfluo il tentativo e gli sforzi che la scienza odierna sta producendo nel tentativo di arrivare alla previsione dei terremoti, questo perché quando si è in case sicure il terremoto deve essere vissuto, appunto, solo come un brutto spavento.

Pierluigi Buoncompagno Paganica (AQ), aprile 2010

Il terremoto per noi aquilani TERREMOTO Una parola che alla sola pronuncia ci incute un terrore inconscio, atavico, e irrefrenabile, un mostro che quando si desta arriva a distruggere in un attimo intere città e paesi, e che allo stesso tempo può uccidere migliaia di persone le quali, intente nelle loro occupazioni quotidiane, sono del tutto ignare del pericolo che incombe su di esse.

Anche io, e migliaia di altri aquilani, la sera del 5 aprile 2009 eravamo intenti nelle nostre occupazioni quotidiane, e seppur preoccupati per lo sciame sismico che da tre mesi ci dava il tormento, nessuno di noi mai e poi mai avrebbe immaginato che, da lì a qualche ora, venti interminabili secondi di forte scuotimento della terra, anticipato da un terrorizzante boato, ci avrebbero sconvolto la vita per sempre.

Eppure dovevamo essere pronti, quella sera, dovevamo aspettarcelo l’arrivo, prima o poi, del mostro, visto e considerato che l’Abruzzo, e in particolar modo la zona aquilana, è stata sempre una delle regioni più colpite dai terremoti, o meglio il terremoto ha accompagnato da sempre nel corso dei secoli la vita degli aquilani, e difatti non vi è città o paese, borgo o frazione che non serbi tracce ben evidenti del terremoto, non vi è un qualsiasi tipo di edificio antico che non presenti una vecchia lesione, una catena, o uno sperone.

Non c’è generazione di aquilani che non abbia avuto la sua scossa indimenticabile, eppure nonostante tutto il terremoto del 6 aprile non solo ci ha colti impreparati, ma ci ripropone sempre il solito problema, ossia la mancanza della più elementare opera di prevenzione antisismica, manca in pratica una cultura che ci porti, dopo ogni catastrofe, a operare per una ricostruzione più mirata utilizzando le più moderne tecniche antisismiche anche nei nostri vecchi centri storici, in modo da avere a fine ricostruzione un patrimonio edilizio esistente perfettamente adeguato e sicuro dal punto di vista sismico.

Questa cosa mi da un forte senso di rabbia, perché se si fosse intervenuto in modo corretto negli anni passati, il terremoto del 6 aprile, ma anche quelli più recenti nelle altre parti d’Italia, sarebbero stati vissuti solo come un brutto spavento.

D’altronde, noi italiani siamo sempre stati un popolo strano, nel senso che in ogni tragedia che si abbatte sul nostro territorio, siamo bravissimi nell’affrontare l’emergenza, avendo la migliore protezione civile del mondo, ma allo stesso tempo siamo molto indietro, rispetto ad altri paesi (vedi Giappone o Stati Uniti), nella prevenzione; noi siamo quelli che costruiscono interi paesi abusivi su terreni ad alto rischio idro-geologico, e sismico, e infatti basti pensare che all’Aquila negli anni settanta, è stato redatto un PRG – tuttora vigente – dove vengono previste grandi aree di espansione proprio dove insiste una delle più pericolose faglie della zona (quartiere di Pettino).

Pertanto credo che sia giunto il momento di cambiare radicalmente queste nostre brutte abitudini, e dobbiamo cogliere al volo l’occasione che ci si presenta all’Aquila con la ricostruzione, in modo da cominciare da subito a pensare a un modo di costruire e ristrutturare diverso da quello attuato fino ad oggi.

Bisogna cominciare a utilizzare tutte le nuove e recenti tecniche antisismiche che abbiamo a disposizione, e credo che la pubblicazione di Antonio Casalini e dei suoi collaboratori possa rendere tutto questo finalmente realizzabile.

L’aspetto curioso di quanto detto in precedenza, è che prima della trave a interferenza inerziale e dell’isolatore ’ proposto (da associare alle tecniche illustrate nel Capitolo Primo e adottabili, anche domattina, da chiunque), le regole per costruire in maniera più sicura erano state introdotte alla fine del diciannovesimo secolo: durante il primo congresso geodinamico italiano che nel 1887 si svolse proprio qui all’Aquila, fu formulato il primo codice edilizio antisismico, un codice che già da allora forniva le prime indicazioni e prescrizioni da rispettare per rendere più sicure sia le nuove costruzioni che quelle esistenti.

Perciò voglio sperare che questa volta sia diverso, e che si approfitti finalmente della chance che ci offre la ricostruzione per avviare delle vere opere di consolidamento dell’intero tessuto edilizio, e che la nuova tecnologia antisismica – fatta di regole di buon senso, accorgimenti vari e dispositivi collocati ad hoc –, che tutto quanto proposto nella pubblicazione possa essere adottato per la ricostruzione, o meglio che possano essere utilizzate le tecnologie proposte per far rivivere soprattutto i centri storici, dando la possibilità agli abitanti di ricostruire tutto “dov’era e com’era”.

Chi legge il seguito scoprirà che è possibile adottare sistemi d’isolamento su edifici esistenti, con la sicurezza di poter affrontare costi che fino a oggi erano praticabili solo per edifici e opere particolari.

Voglio inoltre sperare che un giorno noi si possa arrivare al punto in cui la bontà degli interventi di consolidamento fatti sul patrimonio edilizio esistente, renda del tutto superfluo il tentativo e gli sforzi che la scienza odierna sta producendo nel tentativo di arrivare alla previsione dei terremoti, questo perché quando si è in case sicure il terremoto deve essere vissuto, appunto, solo come un brutto spavento.

Pierluigi Buoncompagno Paganica (AQ), aprile 2010

Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

Premessa

5

Questo non è un instant bookk1 Nonostante i terribili fatti che hanno riguardato l’Aquila abbiano nuovamente portato alla ribalta nazionale le questioni della tutela delle persone e degli edifici nei confronti del terremoto – tanto che nel giro di due mesi dall’evento, e dopo un “balletto” durato quattro anni, è entrata in vigore la nuova regolamentazione in materia – nonostante tutto ciò, si diceva, questa pubblicazione non è assolutamente frutto o conseguenza di questo sisma.

Naturalmente, l’importante e tragico terremoto del 6 aprile 2009 non è stato, per chi scrive, privo di effetti, ma ha aumentato la consapevolezza di aver fatto un lavoro utile e necessario.

Con cadenza oramai bimestrale si verificano terremoti devastanti: Haiti, Cile, Cina, ecc.

La volontà comune nella stesura del volume è stata quella di sensibilizzare verso una migliore conoscenza del fenomeno “sisma” e di facilitare, a una platea più vasta possibile, la comprensione di fenomeni fisici legati alle costruzioni; fenomeni che, se conosciuti, possono evitare sconvolgimenti esistenziali, economici, sociali e ambientali.

1) libro scritto e pubblicato in breve tempo, dedicato ad un avvenimento di grande rilevanza e attualità.

Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

Premessa

5

Questo non è un instant bookk1 Nonostante i terribili fatti che hanno riguardato l’Aquila abbiano nuovamente portato alla ribalta nazionale le questioni della tutela delle persone e degli edifici nei confronti del terremoto – tanto che nel giro di due mesi dall’evento, e dopo un “balletto” durato quattro anni, è entrata in vigore la nuova regolamentazione in materia – nonostante tutto ciò, si diceva, questa pubblicazione non è assolutamente frutto o conseguenza di questo sisma.

Naturalmente, l’importante e tragico terremoto del 6 aprile 2009 non è stato, per chi scrive, privo di effetti, ma ha aumentato la consapevolezza di aver fatto un lavoro utile e necessario.

Con cadenza oramai bimestrale si verificano terremoti devastanti: Haiti, Cile, Cina, ecc.

La volontà comune nella stesura del volume è stata quella di sensibilizzare verso una migliore conoscenza del fenomeno “sisma” e di facilitare, a una platea più vasta possibile, la comprensione di fenomeni fisici legati alle costruzioni; fenomeni che, se conosciuti, possono evitare sconvolgimenti esistenziali, economici, sociali e ambientali.

1) libro scritto e pubblicato in breve tempo, dedicato ad un avvenimento di grande rilevanza e attualità.

6

Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

Adapari, Turchia. Il terremoto del 1999. Fonte: www.cvpc.it/index.php.

C A

B D

L’Aquila – Quartiere Pettino, via D. Alighieri. Fonte Google Earth.

6

Isolamento sismico per l’edilizia

Il testo è frutto di una ricerca partita più di dieci anni prima della pubblicazione.

Durante questo tempo gli autori hanno intrapreso una serie di ricerche, teoriche e pratiche, per riuscire a proporre sistemi di protezione semplici ed efficaci. Sono state coinvolte, in diversa misura, Ditte ed Enti di ricerca universitari, laboratori, officine specializzate, produttori di prefabbricati e materiali innovativi, materiali speciali, carpenterie, produttori di modellistica per prototipazione e ditte di consulenza per proprietà industriale e intellettuale.

Un grande sforzo è stato profuso nella redazione di elaborati e descrizioni che permettessero l’introduzione dei dispositivi all’interno di edifici nuovi ed esistenti, di cemento armato e muratura. Sono proposti, anche, alcuni esempi di calcolo mirati a dare un’idea delle forze in gioco e del dimensionamento degli elementi costruttivi. La pubblicazione si prefigge, pertanto, di illustrare, nella maniera più semplice possibile, le soluzioni per evitare i danni che subiscono le costruzioni in concomitanza di eventi tellurici – più o meno distruttivi – ipotizzando modalità costruttive adeguate attraverso sistemi di protezione alternativi; questo nel tentativo di esplorare modalità sostenibili e definitive nel tempo, attraverso soluzioni costruttive completamente nuove, adatte soprattutto all’edilizia residenziale ma applicabili a qualsiasi manufatto.

Quest’ultimo obiettivo ha pertanto rappresentato il caposaldo di tutta la ricerca: l’edilizia residenziale. Sono descritte, modalità per valutare l’ordine di grandezza dei costi, affinché la scelta di dotare l’edificio di un sistema d’isolamento possa essere conveniente, soprattutto a fronte delle incognite rappresentate dai limiti normativi legati alla nuova Legge sismica.

Il Capitolo Introduttivo chiarisce i modelli d’interpretazione del fenomeno sisma, e aiuta a prendere familiarità con i termini della trattazione.

Strettamente collegato a questo – anche se collocato a conclusione della parte centrale – il Capitolo Conclusivo servirà a illustrare, mediante un esempio pratico di calcolo, i benefici dell’applicazione del dispositivo.

Questi incoraggianti risultati teorici, ottenuti nella prima fase della sperimentazione, sono stati il miglior viatico per tutta la ricerca successiva – anticipata di seguito e costituente la parte centrale del volume – ricerca che ha comportato l’allestimento e l’applicazione del dispositivo.

In Appendice è proposta una importante ed esaustiva trattazione sul panorama delle esperienze svolte all’oggi in merito ai sistemi d’isolamento. Questa parte del volume servirà per capire i motivi per cui si è ritenuto necessario percorrere strade alternative. Essendo, come si diceva, l’isolamento sismico ancora appannaggio di grandi opere e infrastrutture, si potrà comprendere meglio che la trattazione non ha, in merito a edifici di piccole dimensioni, alcun precedente noto a livello editoriale.

Il punto di partenza Alcuni contenuti della pubblicazione traggono le mosse già dal lontano 17 agosto 1999 a seguito delle considerazioni emerse sull’evento tellurico verificatosi in Turchia in quell’anno (17.000 morti e 44.000 feriti).

Premessa

Adapari, Turchia. Il terremoto del 1999. Fonte: www.cvpc.it/index.php.

C A

B D

L’Aquila – Quartiere Pettino, via D. Alighieri. Fonte Google Earth.

Il testo è frutto di una ricerca partita più di dieci anni prima della pubblicazione.

Durante questo tempo gli autori hanno intrapreso una serie di ricerche, teoriche e pratiche, per riuscire a proporre sistemi di protezione semplici ed efficaci. Sono state coinvolte, in diversa misura, Ditte ed Enti di ricerca universitari, laboratori, officine specializzate, produttori di prefabbricati e materiali innovativi, materiali speciali, carpenterie, produttori di modellistica per prototipazione e ditte di consulenza per proprietà industriale e intellettuale.

Un grande sforzo è stato profuso nella redazione di elaborati e descrizioni che permettessero l’introduzione dei dispositivi all’interno di edifici nuovi ed esistenti, di cemento armato e muratura. Sono proposti, anche, alcuni esempi di calcolo mirati a dare un’idea delle forze in gioco e del dimensionamento degli elementi costruttivi. La pubblicazione si prefigge, pertanto, di illustrare, nella maniera più semplice possibile, le soluzioni per evitare i danni che subiscono le costruzioni in concomitanza di eventi tellurici – più o meno distruttivi – ipotizzando modalità costruttive adeguate attraverso sistemi di protezione alternativi; questo nel tentativo di esplorare modalità sostenibili e definitive nel tempo, attraverso soluzioni costruttive completamente nuove, adatte soprattutto all’edilizia residenziale ma applicabili a qualsiasi manufatto.

Quest’ultimo obiettivo ha pertanto rappresentato il caposaldo di tutta la ricerca: l’edilizia residenziale. Sono descritte, modalità per valutare l’ordine di grandezza dei costi, affinché la scelta di dotare l’edificio di un sistema d’isolamento possa essere conveniente, soprattutto a fronte delle incognite rappresentate dai limiti normativi legati alla nuova Legge sismica.

Il Capitolo Introduttivo chiarisce i modelli d’interpretazione del fenomeno sisma, e aiuta a prendere familiarità con i termini della trattazione.

Strettamente collegato a questo – anche se collocato a conclusione della parte centrale – il Capitolo Conclusivo servirà a illustrare, mediante un esempio pratico di calcolo, i benefici dell’applicazione del dispositivo.

Questi incoraggianti risultati teorici, ottenuti nella prima fase della sperimentazione, sono stati il miglior viatico per tutta la ricerca successiva – anticipata di seguito e costituente la parte centrale del volume – ricerca che ha comportato l’allestimento e l’applicazione del dispositivo.

In Appendice è proposta una importante ed esaustiva trattazione sul panorama delle esperienze svolte all’oggi in merito ai sistemi d’isolamento. Questa parte del volume servirà per capire i motivi per cui si è ritenuto necessario percorrere strade alternative. Essendo, come si diceva, l’isolamento sismico ancora appannaggio di grandi opere e infrastrutture, si potrà comprendere meglio che la trattazione non ha, in merito a edifici di piccole dimensioni, alcun precedente noto a livello editoriale.

Il punto di partenza Alcuni contenuti della pubblicazione traggono le mosse già dal lontano 17 agosto 1999 a seguito delle considerazioni emerse sull’evento tellurico verificatosi in Turchia in quell’anno (17.000 morti e 44.000 feriti).

Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

7

L’edificio “A” di v. D. Alighieri – Quartiere Pettino, L’Aquila. – Il piano terra è completamente annullato.

Dalle immagini pervenute, si constatò come interi edifici si fossero letteralmente ribaltati, senza che emergessero (apparentemente), quei segnali di collasso, che caratterizzano, frequentemente, i danni e i crolli.

Tale aspetto, che emergeva poi in altre circostanze, faceva supporre che si verificasse il collasso al piede di alcuni pilastri o in corrispondenza del nodo trave-pilastro del primo impalcato fuori terra; questo, evidentemente, a seguito di cause ancora poco valutate.

La maggioranza delle zone abitate sorge su terreni poco resistenti, quelli un tempo destinati all’agricoltura; ciò porta a dotare, anche edifici di piccole e medie dimensioni, di voluminose masse fondali sulle quali s’incastrano esili pilastri caratterizzati da un elevato rapporto ferrocemento e in cui le corrette modalità di raccordo, del rispetto degli interferri e di adeguate staffature, non sono rispettati. D’altro canto, su edifici volumetricamente e strutturalmente simili, edificati in uno stesso comparto, nell’uno emergono lievi danni, mentre nell’altro avvengono danni irreversibili o addirittura il crollo. Nella foto si riporta una vista aerea di v. D. Alighieri, all’interno del Quartiere Pettino de l’Aquila. I due edifici evidenziati con indici “A” e “B” hanno manifestato danni gravissimi (il cedimento totale dei pilastri al piano terra); gli edifici attigui, pur coevi e tipologicamente identici, non hanno subito danni di tale rilevanza.

Questo rappresenta uno scenario cui si è abituati assistere, per cui emerge che uno dei fattori più verosimili a cui ricondurre i fenomeni sia rappresentato dalla qualità costruttiva generale, che può essere intesa quale indice, più o meno elevato, di duttilità.

Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

L’edificio “B” di v. D. Alighieri – Quartiere Pettino, L’Aquila. – Notare i portoni delle autorimesse, in basso a destra.

7

L’edificio “A” di v. D. Alighieri – Quartiere Pettino, L’Aquila. – Il piano terra è completamente annullato.

Dalle immagini pervenute, si constatò come interi edifici si fossero letteralmente ribaltati, senza che emergessero (apparentemente), quei segnali di collasso, che caratterizzano, frequentemente, i danni e i crolli.

Tale aspetto, che emergeva poi in altre circostanze, faceva supporre che si verificasse il collasso al piede di alcuni pilastri o in corrispondenza del nodo trave-pilastro del primo impalcato fuori terra; questo, evidentemente, a seguito di cause ancora poco valutate.

La maggioranza delle zone abitate sorge su terreni poco resistenti, quelli un tempo destinati all’agricoltura; ciò porta a dotare, anche edifici di piccole e medie dimensioni, di voluminose masse fondali sulle quali s’incastrano esili pilastri caratterizzati da un elevato rapporto ferrocemento e in cui le corrette modalità di raccordo, del rispetto degli interferri e di adeguate staffature, non sono rispettati. D’altro canto, su edifici volumetricamente e strutturalmente simili, edificati in uno stesso comparto, nell’uno emergono lievi danni, mentre nell’altro avvengono danni irreversibili o addirittura il crollo. Nella foto si riporta una vista aerea di v. D. Alighieri, all’interno del Quartiere Pettino de l’Aquila. I due edifici evidenziati con indici “A” e “B” hanno manifestato danni gravissimi (il cedimento totale dei pilastri al piano terra); gli edifici attigui, pur coevi e tipologicamente identici, non hanno subito danni di tale rilevanza.

Questo rappresenta uno scenario cui si è abituati assistere, per cui emerge che uno dei fattori più verosimili a cui ricondurre i fenomeni sia rappresentato dalla qualità costruttiva generale, che può essere intesa quale indice, più o meno elevato, di duttilità.

L’edificio “B” di v. D. Alighieri – Quartiere Pettino, L’Aquila. – Notare i portoni delle autorimesse, in basso a destra.

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Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

L’edificio “B” di v. D. Alighieri – Quartiere Pettino, L’Aquila. – I pilastri al piano terra, che misuravano circa 2,40 ml.

L’edificio “C” di v. D. Alighieri – Quartiere Pettino, L’Aquila. – L’edifico è in via di ristrutturazione e adeguamento.

La duttilità (caratteristica adimensionale) può essere elevata solo rispettando le regole “del buon costruire”. Poiché il concetto del buon costruire si fonda su innumerevoli (apparentemente marginali) accorgimenti – molti dei quali offuscati irrimediabilmente dal trascorrere del tempo – nonché sul rispetto delle Norme che regolano l’utilizzo e le modalità di messa in opera di tutti i materiali da costruzione assieme a una ragionevole (ed economicamente sostenibile) coerenza, per il concetto espresso non è possibile esprimere valori.

Il limite invalicabile di una massima qualità costruttiva, confrontandosi con un evento tellurico, non sempre può coniugarsi con la massima resistenza possibile offerta, per cui la sola certezza è offerta dalla consapevolezza di avere operato al meglio con le usuali tecnologie e all’interno di oneri ragionevolmente sostenibili. Quanto emerso dalle immagini provenienti dall’Abruzzo ha reso evidente questa mancanza.

L’ipotesi di incrementare la duttilità all’interno di usuali pratiche costruttive è brevemente esposta nel Capitolo Primo; si tratta del miglioramento delle articolazioni geometriche delle armature, per il rispetto degli interferri e soprattutto finalizzate a un reale incremento di duttilità strutturale.

Inoltre nello stesso Capitolo Primo, si “esplorano” alcune modalità di consolidamento, che potrebbero anche valere all’interno di nuove costruzioni, constatando come, di fatto, il di-

mensionamento delle strutture intelaiate sia conseguente alla libera deformabilità degli stessi elementi strutturali. Questo per sottolineare che, di fatto, emergono nella realtà strutture miste, a seguito della formazione di tamponamenti massicci e tramezzature, prima ancora che l’apporto di tutti i carichi permanenti e successivamente quelli accidentali, si sia compiuto.

Ne deriva una struttura in cui si sarà verificata una distribuzione dei pesi p che nulla ha a che vedere con le ipotesi p di calcolo,, e qquindi una struttura soggetta gg a meccanismi tensionali impprevedibili,, e fors’anche la causa di tante “anomalie” in concomitanza di azioni sismiche.

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Isolamento sismico per l’edilizia

Il “concetto base” verso la definizione della trave flessibile L’ipotesi di un successivo incremento di duttilità, e quindi di resistenza, nasce dall’ipotesi di interrompere, attraverso un dispositivo d’interferenza, la propagazione delle vibrazioni che scaturiscono dal tipo di terreno e che, attraverso la notevole massa inerziale della fondazione, si propagano all’interno della struttura intelaiata. Questo avviene attraverso le esili masse inerziali dei pilastri, annotando che tale principio può valere anche per le strutture di muratura.

Nelle pagine seguenti si proporranno adeguati dispositivi: di contrasto al fenomeno accennato; nel primo caso (Trave a interferenza inerziale) in cui il manufatto non consente alcuno

Premessa

L’edificio “B” di v. D. Alighieri – Quartiere Pettino, L’Aquila. – I pilastri al piano terra, che misuravano circa 2,40 ml.

L’edificio “C” di v. D. Alighieri – Quartiere Pettino, L’Aquila. – L’edifico è in via di ristrutturazione e adeguamento.

La duttilità (caratteristica adimensionale) può essere elevata solo rispettando le regole “del buon costruire”. Poiché il concetto del buon costruire si fonda su innumerevoli (apparentemente marginali) accorgimenti – molti dei quali offuscati irrimediabilmente dal trascorrere del tempo – nonché sul rispetto delle Norme che regolano l’utilizzo e le modalità di messa in opera di tutti i materiali da costruzione assieme a una ragionevole (ed economicamente sostenibile) coerenza, per il concetto espresso non è possibile esprimere valori.

Il limite invalicabile di una massima qualità costruttiva, confrontandosi con un evento tellurico, non sempre può coniugarsi con la massima resistenza possibile offerta, per cui la sola certezza è offerta dalla consapevolezza di avere operato al meglio con le usuali tecnologie e all’interno di oneri ragionevolmente sostenibili. Quanto emerso dalle immagini provenienti dall’Abruzzo ha reso evidente questa mancanza.

L’ipotesi di incrementare la duttilità all’interno di usuali pratiche costruttive è brevemente esposta nel Capitolo Primo; si tratta del miglioramento delle articolazioni geometriche delle armature, per il rispetto degli interferri e soprattutto finalizzate a un reale incremento di duttilità strutturale.

Inoltre nello stesso Capitolo Primo, si “esplorano” alcune modalità di consolidamento, che potrebbero anche valere all’interno di nuove costruzioni, constatando come, di fatto, il di-

mensionamento delle strutture intelaiate sia conseguente alla libera deformabilità degli stessi elementi strutturali. Questo per sottolineare che, di fatto, emergono nella realtà strutture miste, a seguito della formazione di tamponamenti massicci e tramezzature, prima ancora che l’apporto di tutti i carichi permanenti e successivamente quelli accidentali, si sia compiuto.

Ne deriva una struttura in cui si sarà verificata una distribuzione dei pesi p che nulla ha a che vedere con le ipotesi p di calcolo,, e qquindi una struttura soggetta gg a meccanismi tensionali impprevedibili,, e fors’anche la causa di tante “anomalie” in concomitanza di azioni sismiche.

Il “concetto base” verso la definizione della trave flessibile L’ipotesi di un successivo incremento di duttilità, e quindi di resistenza, nasce dall’ipotesi di interrompere, attraverso un dispositivo d’interferenza, la propagazione delle vibrazioni che scaturiscono dal tipo di terreno e che, attraverso la notevole massa inerziale della fondazione, si propagano all’interno della struttura intelaiata. Questo avviene attraverso le esili masse inerziali dei pilastri, annotando che tale principio può valere anche per le strutture di muratura.

Nelle pagine seguenti si proporranno adeguati dispositivi: di contrasto al fenomeno accennato; nel primo caso (Trave a interferenza inerziale) in cui il manufatto non consente alcuno

Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

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L’isolatore sismico Il punto di arrivo della ricerca è rappresentato da un sistema, costituito da più elementi, che va a configurarsi quale vero e proprio isolatore sismico. Nel Capitolo Quinto la trave flessibile si evolve per consentire all’edificio (mediante pattini) spostamenti veri e propri, controllati da dispositivi di ritegno e, se necessario, dispositivi di freno. Il tutto mantenendo la struttura in elevazione vincolata elasticamente alla fondazione anche in senso verticale.

Si potrà anche dislocare tutti gli elementi elasticamente deformabili all’esterno del perimetro del corpo di fabbrica, all’interno di piccoli invasi interrati che ne consentono l’ispezione e la facile sostituzione, senza l’intervento di complesse e invasive attrezzature.

Si premette che lo scopo del dispositivo illustrato nel volume è essenzialmente quello di “condizionare” la frequenza di oscillazione di una struttura durante un evento tellurico. Pertanto non è stato, in questa sede, approfondito il problema della dissipazione dell’energia accumulata dalla struttura durante il sisma, sia perché una parte di questa energia viene smaltita naturalmente a causa degli inevitabili attriti presenti nel sistema, sia perché i sistemi di dissipazione idraulici sono ben noti e utilizzati comunemente. Questo argomento sarà comunque approfondito in un prossimo volume. Essendo il dispositivo corredato di diversi elementi elastici (molle), al Capitolo Sesto si propone una approfondita rassegna di quelli utilizzati, fornendone i risultati sperimentali a seguito delle prove effettuate sui campioni.

L’edificio “D” di v. D. Alighieri – Quartiere Pettino, L’Aquila. – Stessa forma e costruzione, è ancora in piedi.

spostamento (se non elastico), e che è proposto quale primo dispositivo (che si evolverà fino alla sua definitiva connotazione) che garantisce, però, buoni risultati a fronte della necessità di un isolamento ambientale.

Attorno al citato “concetto base”, nel Capitolo Secondo si propone un sistema completo (di protezione ambientale e d’interferenza alla propagazione delle vibrazioni del sottosuolo) di nuova concezione, da applicare su strutture di calcestruzzo armato e su quelle di muratura (Capitolo Terzo).

Si definirà un sistema modulabile e adattabile a qualsiasi geometria strutturale e operante (grazie ai materiali utilizzati) esclusivamente all’interno del campo elastico; un sistema che teoricamente non richiede manutenzione o sostituzione periodica di componenti sintetici – in quanto quelli sintetici, pur presenti, non sono coinvolti neanche a seguito di un evento tellurico. Tutti gli g elementi atti al controllo degli g spostamenti p sono elasticamente deformabili e,, pper l’innalzamento del periodo p di vibrazione con cui s’intende caratterizzare l’edificio,, gli g elementi entrano in funzione solo al verificarsi di una perturbazione p (anche ( ambientale), ), in qquanto non sono sottoposti p ad alcuna ppermanenza di carico.

Una sintesi delle possibili articolazioni distributive, che si potrebbero differenziare senza limiti, sono esaminate all’interno del Capitolo Quarto.

Isolamento sismico per l’edilizia

Di seguito una veloce “rassegna” dei principali componenti del sistema di protezione che, seguendo un comune principio, sono stati raccolti, pur con le loro specifiche definizioni, in un unico sistema denominato Sismiflex® (Dom. Brev. n° RN 2008A00034). Sotto questo appellativo, quindi, si propone una ricerca che ha avuto, come fondanti, i seguenti principi: 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Premessa

offrire il minore attrito possibile, in modo da avvicinare il dispositivo alle tipiche caratteristiche dell’oscillatore elementare ideale, o almeno di determinare spostamenti proporzionali al carico che su di esso grava al momento dello spostamento stesso; consentire il controllo progettuale degli spostamenti richiesti; permettere la definizione modulare della costante elastica lineare degli elementi elasticamente deformabili, cioè coloro che regolano gli spostamenti; avere la possibilità, durante lo spostamento, di mantenere la struttura vincolata elasticamente alla fondazione (o ad elemento strutturale a questa solidamente vincolato), sul piano della quale l’edificio si sposta; avere la possibilità di controllare ampiezze impreviste di spostamenti, attraverso un “freno” elasticamente controllabile, caratterizzato da costante elastica non lineare; caratterizzarsi per l’utilizzo di soli materiali ferrosi, reperibili normalmente sul mercato, unitamente all’utilizzo contestuale del calcestruzzo; garantire il contenimento delle dimensioni, affinché il dispositivo possa essere utilizzato per piccole costruzioni, senza per questo essere invasivo, unitamente alla

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L’isolatore sismico Il punto di arrivo della ricerca è rappresentato da un sistema, costituito da più elementi, che va a configurarsi quale vero e proprio isolatore sismico. Nel Capitolo Quinto la trave flessibile si evolve per consentire all’edificio (mediante pattini) spostamenti veri e propri, controllati da dispositivi di ritegno e, se necessario, dispositivi di freno. Il tutto mantenendo la struttura in elevazione vincolata elasticamente alla fondazione anche in senso verticale.

Si potrà anche dislocare tutti gli elementi elasticamente deformabili all’esterno del perimetro del corpo di fabbrica, all’interno di piccoli invasi interrati che ne consentono l’ispezione e la facile sostituzione, senza l’intervento di complesse e invasive attrezzature.

Si premette che lo scopo del dispositivo illustrato nel volume è essenzialmente quello di “condizionare” la frequenza di oscillazione di una struttura durante un evento tellurico. Pertanto non è stato, in questa sede, approfondito il problema della dissipazione dell’energia accumulata dalla struttura durante il sisma, sia perché una parte di questa energia viene smaltita naturalmente a causa degli inevitabili attriti presenti nel sistema, sia perché i sistemi di dissipazione idraulici sono ben noti e utilizzati comunemente. Questo argomento sarà comunque approfondito in un prossimo volume. Essendo il dispositivo corredato di diversi elementi elastici (molle), al Capitolo Sesto si propone una approfondita rassegna di quelli utilizzati, fornendone i risultati sperimentali a seguito delle prove effettuate sui campioni.

L’edificio “D” di v. D. Alighieri – Quartiere Pettino, L’Aquila. – Stessa forma e costruzione, è ancora in piedi.

spostamento (se non elastico), e che è proposto quale primo dispositivo (che si evolverà fino alla sua definitiva connotazione) che garantisce, però, buoni risultati a fronte della necessità di un isolamento ambientale.

Attorno al citato “concetto base”, nel Capitolo Secondo si propone un sistema completo (di protezione ambientale e d’interferenza alla propagazione delle vibrazioni del sottosuolo) di nuova concezione, da applicare su strutture di calcestruzzo armato e su quelle di muratura (Capitolo Terzo).

Si definirà un sistema modulabile e adattabile a qualsiasi geometria strutturale e operante (grazie ai materiali utilizzati) esclusivamente all’interno del campo elastico; un sistema che teoricamente non richiede manutenzione o sostituzione periodica di componenti sintetici – in quanto quelli sintetici, pur presenti, non sono coinvolti neanche a seguito di un evento tellurico. Tutti gli g elementi atti al controllo degli g spostamenti p sono elasticamente deformabili e,, pper l’innalzamento del periodo p di vibrazione con cui s’intende caratterizzare l’edificio,, gli g elementi entrano in funzione solo al verificarsi di una perturbazione p (anche ( ambientale), ), in qquanto non sono sottoposti p ad alcuna ppermanenza di carico.

Una sintesi delle possibili articolazioni distributive, che si potrebbero differenziare senza limiti, sono esaminate all’interno del Capitolo Quarto.

Di seguito una veloce “rassegna” dei principali componenti del sistema di protezione che, seguendo un comune principio, sono stati raccolti, pur con le loro specifiche definizioni, in un unico sistema denominato Sismiflex® (Dom. Brev. n° RN 2008A00034). Sotto questo appellativo, quindi, si propone una ricerca che ha avuto, come fondanti, i seguenti principi: 1.

2.

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7.

offrire il minore attrito possibile, in modo da avvicinare il dispositivo alle tipiche caratteristiche dell’oscillatore elementare ideale, o almeno di determinare spostamenti proporzionali al carico che su di esso grava al momento dello spostamento stesso; consentire il controllo progettuale degli spostamenti richiesti; permettere la definizione modulare della costante elastica lineare degli elementi elasticamente deformabili, cioè coloro che regolano gli spostamenti; avere la possibilità, durante lo spostamento, di mantenere la struttura vincolata elasticamente alla fondazione (o ad elemento strutturale a questa solidamente vincolato), sul piano della quale l’edificio si sposta; avere la possibilità di controllare ampiezze impreviste di spostamenti, attraverso un “freno” elasticamente controllabile, caratterizzato da costante elastica non lineare; caratterizzarsi per l’utilizzo di soli materiali ferrosi, reperibili normalmente sul mercato, unitamente all’utilizzo contestuale del calcestruzzo; garantire il contenimento delle dimensioni, affinché il dispositivo possa essere utilizzato per piccole costruzioni, senza per questo essere invasivo, unitamente alla

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Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

possibilità di una loro facile rimozione per eventuali manutenzioni; 8. garantire la possibilità della “dislocazione” degli elementi del dispositivo, allo scopo di adattare il sistema alle più disparate esigenze progettuali; 9. rendere necessari, unicamente, di elementi di natura metallica, elasticamente deformabili, operanti esclusivamente all’interno del campo elastico, consentendo di definire progettualmente il grado di sicurezza desiderato; 10. consentire la dislocazione degli elementi preposti al controllo degli spostamenti, all’esterno del perimetro del corpo di fabbrica e consentire, in ogni circostanza, un’ispezione “a vista”; 11. mantenere la possibilità di costruire il dispositivo secondo livelli essenziali di complessità.

2.

3.

forze d’inerzia sulla sovrastruttura; opporre, a livello della fondazione, un’idonea resistenza alla spinta orizzontale del vento; consentire alla struttura in elevazione di ritornare nella sua posizione iniziale a seguito di uno spostamento orizzontale conseguente o al sisma o al vento.

Questi punti possono essere più o meno raggiunti con diversi sistemi costruttivi che si differenziano tra di loro non solo per i materiali e metodi utilizzati, ma anche per i costi d’installazione e di manutenzione sia ordinaria sia straordinaria, e per gli eventuali cedimenti differenziali che gli stessi potrebbero causare.

Alcuni dei tipi d’isolatori maggiormente usati sono illustrati in Appendice.

Gli elementi sono proposti in anteprima affinché il Lettore possa subito valutare la semplicità dei dispositivi e la loro finalità specifica.

Attualità dei sistemi con isolamento alla base Gli isolatori sismici abbracciano diversi sistemi “meccanici” capaci di “isolare sismicamente” una struttura dalla sua fondazione. L’isolamento sismico ideale si otterrebbe consentendo alla sovrastruttura di essere insensibile al moto del suolo su cui sorge.

In teoria (e solo in teoria) ciò si potrebbe ottenere realizzando una struttura di base rigida, poggiante sul terreno (o su una fondazione ancorata al terreno), ma priva di attrito nel piano orizzontale. In questo caso, durante un evento sismico, il terreno “scivolerebbe” sotto l’edificio che, invece, rimarrebbe fermo; pertanto, in assenza di oscillazioni nel manufatto non ci sarebbero forze d’inerzia e, quindi, le forze sismiche orizzontali su di esso sarebbero nulle.

Su questo concetto, peraltro ampiamente verificato in occasione di terremoti violenti, si basarono le osservazioni che portarono alcuni antichi costruttori a poggiare le fondamenta di opere, anche colossali, su uno strato di sabbia piuttosto che incassarle direttamente nel terreno.

Ovviamente, quanto detto vale soltanto come principio sia perché un attrito nullo non può essere raggiunto, sia perché una struttura, in assenza di attrito orizzontale, sarebbe in continuo movimento a causa del vento.

Per quanto premesso un sistema d’isolamento sismico reale, ma con comportamento prossimo a quello ideale, dovrebbe: 1.

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Il tipo d’isolatore presentato in questo libro è realizzato solo in calcestruzzo e ferro e cerca di approssimare il più possibile l’isolatore ideale consentendo a una struttura rigida di base (più avanti chiamata anche ‘piano 0’) solidale con il manufatto in elevazione di ‘slittare’ su una fondazione incassata nel terreno; il contrasto nei confronti dell’azione del vento è espletato mediante sistemi elastici metallici orizzontali (molle).

Come si vedrà, questo sistema non solo consente di ridurre drasticamente le sollecitazioni sismiche, ma consente anche di: • • •

avere un comportamento strutturale dell’edificio ben definibile che si avvicina molto al modello di calcolo utilizzato (il vincolo al piede di ciascun pilastro è quello d’incastro elastico con la struttura rigida di base posta al "piano 0"); avere ridotti spostamenti relativi d’interpiano poiché le sollecitazioni sismiche si mantengono ‘quasi’ costanti nel passaggio da un impalcato a un altro; avere una struttura di fondazione gravata quasi esclusivamente dai carichi verticali, poiché non ci sarebbero più le coppie trasmesse dai piedi dei pilastri a seguito delle forze sismiche orizzontali e dei carichi verticali.

Un sistema così costituito induce a pensare a un sistema meccanico costituito da una massa m scorrevole con attrito qquasi nullo su un ppiano orizzontale e vincolata a un supporto pp verticale fisso mediante una molla. Un simile sistema è anche conosciuto in meccanica ‘come oscillatore semplice’ (vedi parte C del Capitolo Introduttivo) caratterizzato da una frequenza di oscillazione dipendente soltanto dalla massa m e dalla costante elastica della molla. Se detta costante elastica è tale da limitare la frequenza delle oscillazioni, sarà anche limitata l’energia accumulata dal sistema e, quindi, la forza d’inerzia orizzontale agente sulla massa m.

presentare un attrito molto basso sul piano orizzontale in modo da ridurre le

Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

possibilità di una loro facile rimozione per eventuali manutenzioni; 8. garantire la possibilità della “dislocazione” degli elementi del dispositivo, allo scopo di adattare il sistema alle più disparate esigenze progettuali; 9. rendere necessari, unicamente, di elementi di natura metallica, elasticamente deformabili, operanti esclusivamente all’interno del campo elastico, consentendo di definire progettualmente il grado di sicurezza desiderato; 10. consentire la dislocazione degli elementi preposti al controllo degli spostamenti, all’esterno del perimetro del corpo di fabbrica e consentire, in ogni circostanza, un’ispezione “a vista”; 11. mantenere la possibilità di costruire il dispositivo secondo livelli essenziali di complessità.

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forze d’inerzia sulla sovrastruttura; opporre, a livello della fondazione, un’idonea resistenza alla spinta orizzontale del vento; consentire alla struttura in elevazione di ritornare nella sua posizione iniziale a seguito di uno spostamento orizzontale conseguente o al sisma o al vento.

Questi punti possono essere più o meno raggiunti con diversi sistemi costruttivi che si differenziano tra di loro non solo per i materiali e metodi utilizzati, ma anche per i costi d’installazione e di manutenzione sia ordinaria sia straordinaria, e per gli eventuali cedimenti differenziali che gli stessi potrebbero causare.

Alcuni dei tipi d’isolatori maggiormente usati sono illustrati in Appendice.

Gli elementi sono proposti in anteprima affinché il Lettore possa subito valutare la semplicità dei dispositivi e la loro finalità specifica.

Attualità dei sistemi con isolamento alla base Gli isolatori sismici abbracciano diversi sistemi “meccanici” capaci di “isolare sismicamente” una struttura dalla sua fondazione. L’isolamento sismico ideale si otterrebbe consentendo alla sovrastruttura di essere insensibile al moto del suolo su cui sorge.

In teoria (e solo in teoria) ciò si potrebbe ottenere realizzando una struttura di base rigida, poggiante sul terreno (o su una fondazione ancorata al terreno), ma priva di attrito nel piano orizzontale. In questo caso, durante un evento sismico, il terreno “scivolerebbe” sotto l’edificio che, invece, rimarrebbe fermo; pertanto, in assenza di oscillazioni nel manufatto non ci sarebbero forze d’inerzia e, quindi, le forze sismiche orizzontali su di esso sarebbero nulle.

Su questo concetto, peraltro ampiamente verificato in occasione di terremoti violenti, si basarono le osservazioni che portarono alcuni antichi costruttori a poggiare le fondamenta di opere, anche colossali, su uno strato di sabbia piuttosto che incassarle direttamente nel terreno.

Ovviamente, quanto detto vale soltanto come principio sia perché un attrito nullo non può essere raggiunto, sia perché una struttura, in assenza di attrito orizzontale, sarebbe in continuo movimento a causa del vento.

Per quanto premesso un sistema d’isolamento sismico reale, ma con comportamento prossimo a quello ideale, dovrebbe: 1.

presentare un attrito molto basso sul piano orizzontale in modo da ridurre le

Il tipo d’isolatore presentato in questo libro è realizzato solo in calcestruzzo e ferro e cerca di approssimare il più possibile l’isolatore ideale consentendo a una struttura rigida di base (più avanti chiamata anche ‘piano 0’) solidale con il manufatto in elevazione di ‘slittare’ su una fondazione incassata nel terreno; il contrasto nei confronti dell’azione del vento è espletato mediante sistemi elastici metallici orizzontali (molle).

Come si vedrà, questo sistema non solo consente di ridurre drasticamente le sollecitazioni sismiche, ma consente anche di: • • •

avere un comportamento strutturale dell’edificio ben definibile che si avvicina molto al modello di calcolo utilizzato (il vincolo al piede di ciascun pilastro è quello d’incastro elastico con la struttura rigida di base posta al "piano 0"); avere ridotti spostamenti relativi d’interpiano poiché le sollecitazioni sismiche si mantengono ‘quasi’ costanti nel passaggio da un impalcato a un altro; avere una struttura di fondazione gravata quasi esclusivamente dai carichi verticali, poiché non ci sarebbero più le coppie trasmesse dai piedi dei pilastri a seguito delle forze sismiche orizzontali e dei carichi verticali.

Un sistema così costituito induce a pensare a un sistema meccanico costituito da una massa m scorrevole con attrito qquasi nullo su un ppiano orizzontale e vincolata a un supporto pp verticale fisso mediante una molla. Un simile sistema è anche conosciuto in meccanica ‘come oscillatore semplice’ (vedi parte C del Capitolo Introduttivo) caratterizzato da una frequenza di oscillazione dipendente soltanto dalla massa m e dalla costante elastica della molla. Se detta costante elastica è tale da limitare la frequenza delle oscillazioni, sarà anche limitata l’energia accumulata dal sistema e, quindi, la forza d’inerzia orizzontale agente sulla massa m.

Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

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Gli isolatori e le Normative Fino alla normativa del 16-01-96 gli isolatori non hanno suscitato un grande interesse in Italia sia perché il loro costo aggiuntivo risultava non giustificato dalle ‘sollecitazioni regolamentari’ (non certo da quelle indotte da un eventuale sisma che non ha mai tenuto conto dei regolamenti vigenti), tranne che per qualche edificio di primaria importanza per la protezione civile, sia per le lungaggini procedurali imposte dal dover sottoporre gli elaborati progettuali all’esame del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici per un preliminare parere sull’idoneità tecnica dei dispositivi utilizzati.

L’approccio con i sistemi isolati alla base cominciava già a cambiare con la circolare emanata nel dicembre 1998 in cui il Ministero dei Lavori Pubblici stabiliva le linee guida per la progettazione, l’esecuzione e il collaudo delle strutture isolate.

Il salto determinante si ha, però, con l’ultima Normativa del 2008 in cui viene dedicata molta attenzione ai sistemi isolati definendo le caratteristiche e le prove che gli isolatori devono superare per essere omologati e, quindi, utilizzati liberamente dal progettista senza dover richiedere il parere preventivo del Ministero dei Lavori Pubblici.

Un altro motivo per cui fino a qualche tempo fa gli isolatori erano relegati al ruolo di ‘cenerentola’ dei sistemi costruttivi era implicitamente connesso con le metodologie consentite dalle vecchie normative. E, infatti, il metodo di calcolo più utilizzato dai progettisti era l’analisi statica che utilizzava delle forze statiche variabili in altezza, ma in genere non dipendenti dalla modalità di vibrazione della struttura in elevazione. In proposito si fa presente che: • • •

Edificio in v. del Pianello – Paganica (AQ).

un’analisi statica non consentiva di prendere in esame un edificio isolato; le forze sismiche statiche erano, se paragonate a quelle imposte dalla nuova normativa, non molto rilevanti e, conseguentemente, lo erano pure le sollecitazioni nei vari elementi strutturali sismo-resistenti; le forze sismiche utilizzate nell’analisi dinamica erano, in genere, ridotte di circa il 20÷30% rispetto a quelle statiche.

Con la Nuova Normativa, invece, gli isolatori incominciano a destare un certo interesse poiché i carichi sismici di progetto aumentano in misura consistente richiedendo, per la verifica della struttura, maggiori dimensioni per gli elementi portanti, soprattutto per quelli verticali, e armature molto più onerose; il tutto concorre a far diminuire il divario fra i costi di una struttura senza e con isolamento, specie se si utilizzano, per quest’ultima, oculate scelte progettuali.

Si fa presente, inoltre, che con la Nuova Normativa le forze sismiche, da utilizzare nell’analisi statica, devono essere dedotte in funzione del periodo fondamentale di vibrazione

Isolamento sismico per l’edilizia

Edificio in v. O. Evangelista – Paganica (AQ).

Premessa

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Gli isolatori e le Normative Fino alla normativa del 16-01-96 gli isolatori non hanno suscitato un grande interesse in Italia sia perché il loro costo aggiuntivo risultava non giustificato dalle ‘sollecitazioni regolamentari’ (non certo da quelle indotte da un eventuale sisma che non ha mai tenuto conto dei regolamenti vigenti), tranne che per qualche edificio di primaria importanza per la protezione civile, sia per le lungaggini procedurali imposte dal dover sottoporre gli elaborati progettuali all’esame del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici per un preliminare parere sull’idoneità tecnica dei dispositivi utilizzati.

L’approccio con i sistemi isolati alla base cominciava già a cambiare con la circolare emanata nel dicembre 1998 in cui il Ministero dei Lavori Pubblici stabiliva le linee guida per la progettazione, l’esecuzione e il collaudo delle strutture isolate.

Il salto determinante si ha, però, con l’ultima Normativa del 2008 in cui viene dedicata molta attenzione ai sistemi isolati definendo le caratteristiche e le prove che gli isolatori devono superare per essere omologati e, quindi, utilizzati liberamente dal progettista senza dover richiedere il parere preventivo del Ministero dei Lavori Pubblici.

Un altro motivo per cui fino a qualche tempo fa gli isolatori erano relegati al ruolo di ‘cenerentola’ dei sistemi costruttivi era implicitamente connesso con le metodologie consentite dalle vecchie normative. E, infatti, il metodo di calcolo più utilizzato dai progettisti era l’analisi statica che utilizzava delle forze statiche variabili in altezza, ma in genere non dipendenti dalla modalità di vibrazione della struttura in elevazione. In proposito si fa presente che: • • •

Edificio in v. del Pianello – Paganica (AQ).

un’analisi statica non consentiva di prendere in esame un edificio isolato; le forze sismiche statiche erano, se paragonate a quelle imposte dalla nuova normativa, non molto rilevanti e, conseguentemente, lo erano pure le sollecitazioni nei vari elementi strutturali sismo-resistenti; le forze sismiche utilizzate nell’analisi dinamica erano, in genere, ridotte di circa il 20÷30% rispetto a quelle statiche.

Con la Nuova Normativa, invece, gli isolatori incominciano a destare un certo interesse poiché i carichi sismici di progetto aumentano in misura consistente richiedendo, per la verifica della struttura, maggiori dimensioni per gli elementi portanti, soprattutto per quelli verticali, e armature molto più onerose; il tutto concorre a far diminuire il divario fra i costi di una struttura senza e con isolamento, specie se si utilizzano, per quest’ultima, oculate scelte progettuali.

Si fa presente, inoltre, che con la Nuova Normativa le forze sismiche, da utilizzare nell’analisi statica, devono essere dedotte in funzione del periodo fondamentale di vibrazione

Edificio in v. O. Evangelista – Paganica (AQ).

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Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

dell’edificio (come si vedrà nel Capitolo Introduttivo e in quello conclusivo, l’azione sismica su una struttura diminuisce anche in misura considerevole con l’aumentare del suo periodo fondamentale di vibrazione).

Nella fig. A si rappresenta una sintesi grafica di una trave flessibile inserita in una massa fondale, e collegata a questa attraverso appoggi soggetti a regolazione, denominati Trimmer; attraverso questi è possibile variare di piccole quantità decimali la luce d’appoggio, per compensare le inevitabili approssimazioni che emergono dai calcoli.

Tale dimensionamento è possibile attraverso un semplice programma (allegato al supporto

Fig. A – La trave flessibile a capacità portante variabile.

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Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

dell’edificio (come si vedrà nel Capitolo Introduttivo e in quello conclusivo, l’azione sismica su una struttura diminuisce anche in misura considerevole con l’aumentare del suo periodo fondamentale di vibrazione).

Fig. A – La trave flessibile a capacità portante variabile.

1) L’elemento strutturale definito “Trave a interferenza inerziale” ed anche “Trave flessibile a capacità portante variabile” Dalle risultanze sembra che in concomitanza del terremoto nella Regione Abruzzo, le accelerazioni sussultorie del sisma abbiano manifestato un incremento di più ordini di grandezza (si legge di almeno sette volte, rispetto al valore assegnato dalla Normativa al sito). Questo tipo di perturbazione è usualmente considerata una fenomenologia che innesca azioni meno pericolose rispetto all’azione ondulatoria. Mentre la stessa azione ondulatoria induce oscillazioni in senso orizzontale secondo periodi con frequenze di circa 0,2-0,7 secondi, quelle sossultorie inducono oscillazioni in senso verticale secondo periodi di gran lunga più elevati.

Rispetto alle “aspettative, quindi, si è trattato di un evento assimilabile a un cataclisma.

S’immagini una struttura ideale in cui alla base di ogni pilastro, agisca la stessa forza verticale, ora trasmessa a una fondazione ideale, caratterizzata da un sistema d’appoggio elastico tale che tutto l’edificio possa oscillare in senso verticale, sullo stesso piano orizzontale.

Ne consegue che non possono emergere azioni taglianti, se non quelle “locali” conseguenti allo stesso dimensionamento strutturale, secondo i pesi propri, i pesi permanenti e i carichi accidentali.

Inoltre si supponga di conferire al sistema d’appoggio elastico, una propria determinata caratteristica, quale quella di oscillare verticalmente secondo una determinata frequenza.

Si tratta ovviamente di pura fantasia, in quanto un tale sistema costruttivo può essere solo immaginato.

Si immagini, ora, di disporre di un unico elemento strutturale (trave) di cemento armato dalla massa assimilabile a quella di un pilastro, una massa quindi molto diversa da quella della fondazione.

Si ipotizzi, infine, di conferire alla stessa trave una capacità portante variabile, col vincolo di offrire, indipendentemente p dal carico,, la stessa freccia teorica d’inflessione, in funzione del parametro richiesto (EJ), come ampiamente illustrato nel Capitolo Secondo.

In questa ipotesi, con molta probabilità, esisterà un limite (spettro dell’intensità dei carichi differenziati), oltre al quale si dovranno adottare almeno due travi in parallelo, caratterizzate dagli stessi vincoli che impongono la stessa snellezza la stessa freccia elastica teorica.

Ne deriva che, in teoria, l’intera struttura “galleggerà”, oscillando con la stessa frequenza imposta dalla uguale snellezza di tutte le travi. La trave flessibile a capacità p pportante variabile consente,, quindi, q , di trasformare qualsiasi q geometria g strutturale in una struttura “ideale” in cui tutti i carichi puntiformi p che gravano g sugli g appoggi pp gg risultano,, virtualmente,, uguali g .

1) L’elemento strutturale definito “Trave a interferenza inerziale” ed anche “Trave flessibile a capacità portante variabile” Dalle risultanze sembra che in concomitanza del terremoto nella Regione Abruzzo, le accelerazioni sussultorie del sisma abbiano manifestato un incremento di più ordini di grandezza (si legge di almeno sette volte, rispetto al valore assegnato dalla Normativa al sito). Questo tipo di perturbazione è usualmente considerata una fenomenologia che innesca azioni meno pericolose rispetto all’azione ondulatoria. Mentre la stessa azione ondulatoria induce oscillazioni in senso orizzontale secondo periodi con frequenze di circa 0,2-0,7 secondi, quelle sossultorie inducono oscillazioni in senso verticale secondo periodi di gran lunga più elevati.

Rispetto alle “aspettative, quindi, si è trattato di un evento assimilabile a un cataclisma.

S’immagini una struttura ideale in cui alla base di ogni pilastro, agisca la stessa forza verticale, ora trasmessa a una fondazione ideale, caratterizzata da un sistema d’appoggio elastico tale che tutto l’edificio possa oscillare in senso verticale, sullo stesso piano orizzontale.

Ne consegue che non possono emergere azioni taglianti, se non quelle “locali” conseguenti allo stesso dimensionamento strutturale, secondo i pesi propri, i pesi permanenti e i carichi accidentali.

Inoltre si supponga di conferire al sistema d’appoggio elastico, una propria determinata caratteristica, quale quella di oscillare verticalmente secondo una determinata frequenza.

Si tratta ovviamente di pura fantasia, in quanto un tale sistema costruttivo può essere solo immaginato.

Si immagini, ora, di disporre di un unico elemento strutturale (trave) di cemento armato dalla massa assimilabile a quella di un pilastro, una massa quindi molto diversa da quella della fondazione.

Si ipotizzi, infine, di conferire alla stessa trave una capacità portante variabile, col vincolo di offrire, indipendentemente p dal carico,, la stessa freccia teorica d’inflessione, in funzione del parametro richiesto (EJ), come ampiamente illustrato nel Capitolo Secondo.

In questa ipotesi, con molta probabilità, esisterà un limite (spettro dell’intensità dei carichi differenziati), oltre al quale si dovranno adottare almeno due travi in parallelo, caratterizzate dagli stessi vincoli che impongono la stessa snellezza la stessa freccia elastica teorica.

Ne deriva che, in teoria, l’intera struttura “galleggerà”, oscillando con la stessa frequenza imposta dalla uguale snellezza di tutte le travi. La trave flessibile a capacità p pportante variabile consente,, quindi, q , di trasformare qualsiasi q geometria g strutturale in una struttura “ideale” in cui tutti i carichi puntiformi p che gravano g sugli g appoggi pp gg risultano,, virtualmente,, uguali g .

Nella fig. A si rappresenta una sintesi grafica di una trave flessibile inserita in una massa fondale, e collegata a questa attraverso appoggi soggetti a regolazione, denominati Trimmer; attraverso questi è possibile variare di piccole quantità decimali la luce d’appoggio, per compensare le inevitabili approssimazioni che emergono dai calcoli.

Tale dimensionamento è possibile attraverso un semplice programma (allegato al supporto

Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

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informatico), e descritto all’interno del Capitolo Terzo.

Attraverso questo artifizio si è simulata una struttura ideale che grava su una fondazione ideale; Il termine Trimmer, deriva dal verbo tedesco trimmen, che intende la funzione del “regolare di fino”.

L’ipotesi costruttiva della figura A costituisce sicuramente un “artifizio” per incrementare la duttilità di una costruzione – comunque realizzata (cemento armato o muratura) – che nulla ha a che vedere con la qualità costruttiva usuale.

Anche se non si tratta di un isolatore sismico nel senso compiuto del termine, emerge un fattore di fondamentale importanza: •

la struttura risulta distaccata dalla fondazione (le cui pressioni sul terreno subiscono un livellamento ma contemporaneamente ad essa vincolata saldamente), come emerge dal Capitolo Conclusivo.

Il suo impiego potrebbe trovare diffusa applicazione quale isolatore ambientale, come nella fattispecie all’interno di costruzioni speciali, da erigere forzatamente in siti sfavorevoli, soggetti a inquinamento ambientale – in prossimità di reti ferrate, nei pressi di reti stradali con traffico intenso, ecc. – oppure per incrementare la qualità abitativa in genere, in tutte quelle circostanze in cui gli apporti di materiali fonoassorbenti risultano un problema.

Nella fig. B, si propone una evoluzione della trave flessibile, attraverso l’introduzione di un sistema integrativo resistente alla flessione.

Sull’ipotesi dell’utilizzo di acciai “normali”, quali l’acciaio inox, (acciai trattati a difesa della corrosione) e quindi alle caratteristiche elastiche note – sono basate tutte le ipotesi di dimensionamento illustrate nel volume, tralasciando, volutamente in questa fase espositiva, l’utilizzo di acciai armonici, di cui se ne farà cenno nell’esposizione degli isolatori.

In questa rappresentazione il trimmer, regolabile con guide Halfen od altro, è dislocato in corrispondenza del sistema integrativo reagente alla flessione.

Nella sostanza, è possibile dimensionare una sola trave flessibile reagente a un unico carico assiale, per poi trasferire le eccedenze al sistema dalla luce d’inflessione regolabile mediante i trimmer.

La scelta di una serie di lamelle sovrapposte, emerge dalla constatazione che un solo elemento massiccio, definito dal rapporto (EJ) in funzione di una determinata freccia d’inflessione, potrebbe risultare inadeguato alla verifica delle tensioni interne (σ = M / W), per cui occorrendo incrementare la massa resistente a parità di (J) è necessario introdurre l’artifizio delle lamelle sovrapposte – la cui dimensione emerge dalla “scomposizione” di (J) in n-parti.

Tale accorgimento, all’interno del volume, sarà applicato in altre circostanze.

Anche in questa ipotesi costruttiva, l’appoggio della trave flessibile è garantito da una funzione di ritegno, per cui il sistema, pur disaccoppiato dalla fondazione, resta comunque ad essa saldamente collegato.

Isolamento sismico per l’edilizia

Fig. B – Variante di trave flessibile a capacità portante variabile.

Premessa

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informatico), e descritto all’interno del Capitolo Terzo.

Attraverso questo artifizio si è simulata una struttura ideale che grava su una fondazione ideale; Il termine Trimmer, deriva dal verbo tedesco trimmen, che intende la funzione del “regolare di fino”.

L’ipotesi costruttiva della figura A costituisce sicuramente un “artifizio” per incrementare la duttilità di una costruzione – comunque realizzata (cemento armato o muratura) – che nulla ha a che vedere con la qualità costruttiva usuale.

Anche se non si tratta di un isolatore sismico nel senso compiuto del termine, emerge un fattore di fondamentale importanza: •

la struttura risulta distaccata dalla fondazione (le cui pressioni sul terreno subiscono un livellamento ma contemporaneamente ad essa vincolata saldamente), come emerge dal Capitolo Conclusivo.

Il suo impiego potrebbe trovare diffusa applicazione quale isolatore ambientale, come nella fattispecie all’interno di costruzioni speciali, da erigere forzatamente in siti sfavorevoli, soggetti a inquinamento ambientale – in prossimità di reti ferrate, nei pressi di reti stradali con traffico intenso, ecc. – oppure per incrementare la qualità abitativa in genere, in tutte quelle circostanze in cui gli apporti di materiali fonoassorbenti risultano un problema.

Nella fig. B, si propone una evoluzione della trave flessibile, attraverso l’introduzione di un sistema integrativo resistente alla flessione.

Sull’ipotesi dell’utilizzo di acciai “normali”, quali l’acciaio inox, (acciai trattati a difesa della corrosione) e quindi alle caratteristiche elastiche note – sono basate tutte le ipotesi di dimensionamento illustrate nel volume, tralasciando, volutamente in questa fase espositiva, l’utilizzo di acciai armonici, di cui se ne farà cenno nell’esposizione degli isolatori.

In questa rappresentazione il trimmer, regolabile con guide Halfen od altro, è dislocato in corrispondenza del sistema integrativo reagente alla flessione.

Nella sostanza, è possibile dimensionare una sola trave flessibile reagente a un unico carico assiale, per poi trasferire le eccedenze al sistema dalla luce d’inflessione regolabile mediante i trimmer.

La scelta di una serie di lamelle sovrapposte, emerge dalla constatazione che un solo elemento massiccio, definito dal rapporto (EJ) in funzione di una determinata freccia d’inflessione, potrebbe risultare inadeguato alla verifica delle tensioni interne (σ = M / W), per cui occorrendo incrementare la massa resistente a parità di (J) è necessario introdurre l’artifizio delle lamelle sovrapposte – la cui dimensione emerge dalla “scomposizione” di (J) in n-parti.

Tale accorgimento, all’interno del volume, sarà applicato in altre circostanze.

Anche in questa ipotesi costruttiva, l’appoggio della trave flessibile è garantito da una funzione di ritegno, per cui il sistema, pur disaccoppiato dalla fondazione, resta comunque ad essa saldamente collegato.

Fig. B – Variante di trave flessibile a capacità portante variabile.

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Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

Fig. C – Pattino su sfere per uno spostamento controllato di 6 cm.

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Isolamento sismico per l’edilizia

2) L’elemento pattino (Dom. Brev. n° RN 2008A00034) La trave flessibile appena vista si prefigge di incrementare la duttilità strutturale da un lato, e dall’altro configura un sistema d’isolamento ambientale, che può anche considerarsi una forma di protezione sismica dalle caratteristiche elementari.

Il sistema, però, offre le premesse per una sua evoluzione, attraverso la possibilità di ipotizzarne un movimento “orbitale” nel piano.

All’interno del libro, sono ipotizzate diverse opportunità in questo senso, considerando come anche piccoli spostamenti (2÷3 cm), possano contribuire a proteggere una vasta gamma di tipologie abitative; questo attraverso l’ipotesi di elementari dispositivi di scorrimento.

L’evoluzione sulla materia ha visto e vede tutt’ora dispositivi che consentono spostamenti controllati secondo diversi sistemi di dissipazione, i più noti dei quali (i cosiddetti tamponi) sono costituiti da stratificazioni di acciaio inossidabile che si alternano a strati di neoprene – ad essi saldati – al fine di imporre deformazioni sul piano orizzontale; questi dispositivi rappresentano sicuramente la più razionale delle soluzioni.

La loro diffusione nell’ambito residenziale sembra, non sia avvenuta. Alcuni limiti, da ricondursi certamente alla limitata durata, non li hanno resi compatibili a questa “scala”; l’obbligo di periodica sostituzione degli elementi, secondo determinati intervalli di tempo, e comunque a seguito di ogni evento tellurico subito, sono tra le cause dell’insuccesso. A tale proposito il Lettore potrà approfondire la materia all’interno dell’Appendice predisposta dall’Ing. Genti Nallbati.

L’ipotesi di concretizzare un sistema di protezione sismica attraverso l’utilizzo di soli materiali universalmente adottati – dei quali sono note le loro caratteristiche – ne avrebbe comportato un preciso controllo dimensionale, in virtù della consapevolezza offerta dal loro comportamento all’interno del campo elastico.

In tal modo si sono potute eliminare le condizioni che ne limitavano la durata nel tempo, ma aprire la strada a un vero e proprio sistema costruttivo, la cui durata nel tempo coincidesse con quella dell’edificio, considerando ovviamente tutte quelle manutenzioni ordinarie e straordinarie cui sono soggetti tutti gli edifici.

Il pattino su sfere può essere considerato uno dei sistemi di spostamento più evoluti. Appartiene, questo, al sistema di spostamento detto volvente: questo richiede molta attenzione, sia per la qualità sia per la durezza che richiedono le piastre – sulle quali rotolano le sfere pressate da ingenti carichi.

Dalle prove di laboratorio eseguite per conto degli Autori, si può affermare che sfere del diametro di 40 mm sottoposte a un carico di 4.000 kg, richiedono piastre d’acciaio che garantiscano una durezza di 600 Brinell, senza che appaia qualsiasi indentazione.

Il pattino rappresentato nella fig. C, potrebbe sopportare, senza problemi, un carico di 64 t.

Il pattino deve essere inoltre predisposto per un corretto allineamento sugli assi strutturali, attraverso l’inserimento di un “alveare”, controllato da un sistema di ritegno elastico (molle pre-tese opportunamente distribuite), dalla modesta e adeguata costante elastica.

In merito all’adozione di pattini su sfere, le applicazioni del libro sono limitate, in quanto la ri-

Premessa

Fig. C – Pattino su sfere per uno spostamento controllato di 6 cm.

2) L’elemento pattino (Dom. Brev. n° RN 2008A00034) La trave flessibile appena vista si prefigge di incrementare la duttilità strutturale da un lato, e dall’altro configura un sistema d’isolamento ambientale, che può anche considerarsi una forma di protezione sismica dalle caratteristiche elementari.

Il sistema, però, offre le premesse per una sua evoluzione, attraverso la possibilità di ipotizzarne un movimento “orbitale” nel piano.

All’interno del libro, sono ipotizzate diverse opportunità in questo senso, considerando come anche piccoli spostamenti (2÷3 cm), possano contribuire a proteggere una vasta gamma di tipologie abitative; questo attraverso l’ipotesi di elementari dispositivi di scorrimento.

L’evoluzione sulla materia ha visto e vede tutt’ora dispositivi che consentono spostamenti controllati secondo diversi sistemi di dissipazione, i più noti dei quali (i cosiddetti tamponi) sono costituiti da stratificazioni di acciaio inossidabile che si alternano a strati di neoprene – ad essi saldati – al fine di imporre deformazioni sul piano orizzontale; questi dispositivi rappresentano sicuramente la più razionale delle soluzioni.

La loro diffusione nell’ambito residenziale sembra, non sia avvenuta. Alcuni limiti, da ricondursi certamente alla limitata durata, non li hanno resi compatibili a questa “scala”; l’obbligo di periodica sostituzione degli elementi, secondo determinati intervalli di tempo, e comunque a seguito di ogni evento tellurico subito, sono tra le cause dell’insuccesso. A tale proposito il Lettore potrà approfondire la materia all’interno dell’Appendice predisposta dall’Ing. Genti Nallbati.

L’ipotesi di concretizzare un sistema di protezione sismica attraverso l’utilizzo di soli materiali universalmente adottati – dei quali sono note le loro caratteristiche – ne avrebbe comportato un preciso controllo dimensionale, in virtù della consapevolezza offerta dal loro comportamento all’interno del campo elastico.

In tal modo si sono potute eliminare le condizioni che ne limitavano la durata nel tempo, ma aprire la strada a un vero e proprio sistema costruttivo, la cui durata nel tempo coincidesse con quella dell’edificio, considerando ovviamente tutte quelle manutenzioni ordinarie e straordinarie cui sono soggetti tutti gli edifici.

Il pattino su sfere può essere considerato uno dei sistemi di spostamento più evoluti. Appartiene, questo, al sistema di spostamento detto volvente: questo richiede molta attenzione, sia per la qualità sia per la durezza che richiedono le piastre – sulle quali rotolano le sfere pressate da ingenti carichi.

Dalle prove di laboratorio eseguite per conto degli Autori, si può affermare che sfere del diametro di 40 mm sottoposte a un carico di 4.000 kg, richiedono piastre d’acciaio che garantiscano una durezza di 600 Brinell, senza che appaia qualsiasi indentazione.

Il pattino rappresentato nella fig. C, potrebbe sopportare, senza problemi, un carico di 64 t.

Il pattino deve essere inoltre predisposto per un corretto allineamento sugli assi strutturali, attraverso l’inserimento di un “alveare”, controllato da un sistema di ritegno elastico (molle pre-tese opportunamente distribuite), dalla modesta e adeguata costante elastica.

In merito all’adozione di pattini su sfere, le applicazioni del libro sono limitate, in quanto la ri-

Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

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cerca di una soluzione alternativa – che evitasse metalli da tempra, e consentisse movimenti in ogni direzione (del tipo circolare od orbitale), capace di sostenere ingenti carichi e scorrere secondo ogni direzione col minor attrito possibile – appariva problematica, a seguito della necessità di garantire, in ogni situazione, la durezza richiesta: errori anche imponderabili, avrebbero potuto causare danni irreversibili.

Nella fig. D è rappresentato il tratto di trave che poggia su un basamento di fondazione; al posto del trimmerr è presente il pattino di cui alla figura precedente.

La soluzione, che utilizza una trave tozza, rappresenta una evoluzione che nulla ha a che vedere con la trave flessibile; come si vedrà, i due “concetti” potranno convivere per formare un sistema di protezione complesso, adattabile a qualsiasi tipo di sisma (sussultorio e ondulatorio).

Tale sistema potrà poi evolversi utilizzando un solo pattino, come diffusamente descritto all’interno del Capitolo Quinto.

Nella figura è rappresentato sinteticamente sia lo stralcio planimetrico sia la conformazione in alzato: emerge un invaso ancora vuoto ma destinato al confinamento di altri elementi (organi meccanici) del sistema.

In questa condizione, il basamento mobile sul quale grava la corrispondente porzione di edificio si trova nelle condizioni di compiere spostamenti non controllati, e quindi inutilizzabile.

Inoltre, il basamento mobile non risulta minimamente vincolato alla fondazione, determinando un sistema potenzialmente labile se non sono previsti dispositivi che possano limitare l’ampiezza degli spostamenti; il supporto (pattino), non è nelle condizioni di dissipare l’energia cinetica che l’edificio accumula nel momento in cui è investito dal sisma. Ciò è invece consentito dai tamponi di acciaio inox e neoprene.

Tali tamponi, preposti per la dissipazione di energia cinetica all’interno del campo post-elastico, durante la loro vita sono però costantemente sollecitati dalla pressione dell’edificio.

Nel sistema ideato, invece, il peso dell’edificio è demandato alla resistenza (controllata con i dovuti margini di sicurezza), dai soli pattini, mentre gli organi meccanici preposti a tutte le restanti funzioni, sono sollecitati, come già accennato, solo nel momento in cui si verifica una perturbazione.

Nella figura è stata rappresentata unicamente la sovrastruttura vincolata ad un basamento mobile, attraverso un vincolo a cerniera resistente all’azione tagliante orizzontale, che poggia su due pattini in grado di garantire tutti i possibili movimenti orientati sul piano.

Occorre infine rilevare come lo spostamento della trave, cui è vincolato il piatto superiore, assuma estensioni diverse rispetto a quello delle sfere, secondo la relazione, tradotta numericamente dalla figura precedente, ossia: Spostamento sfere =

Spostamento piatto ⋅ 2 .

3,14 Fig. D – Inserimento del pattino su sfere.

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Premessa

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cerca di una soluzione alternativa – che evitasse metalli da tempra, e consentisse movimenti in ogni direzione (del tipo circolare od orbitale), capace di sostenere ingenti carichi e scorrere secondo ogni direzione col minor attrito possibile – appariva problematica, a seguito della necessità di garantire, in ogni situazione, la durezza richiesta: errori anche imponderabili, avrebbero potuto causare danni irreversibili.

Nella fig. D è rappresentato il tratto di trave che poggia su un basamento di fondazione; al posto del trimmerr è presente il pattino di cui alla figura precedente.

La soluzione, che utilizza una trave tozza, rappresenta una evoluzione che nulla ha a che vedere con la trave flessibile; come si vedrà, i due “concetti” potranno convivere per formare un sistema di protezione complesso, adattabile a qualsiasi tipo di sisma (sussultorio e ondulatorio).

Tale sistema potrà poi evolversi utilizzando un solo pattino, come diffusamente descritto all’interno del Capitolo Quinto.

Nella figura è rappresentato sinteticamente sia lo stralcio planimetrico sia la conformazione in alzato: emerge un invaso ancora vuoto ma destinato al confinamento di altri elementi (organi meccanici) del sistema.

In questa condizione, il basamento mobile sul quale grava la corrispondente porzione di edificio si trova nelle condizioni di compiere spostamenti non controllati, e quindi inutilizzabile.

Inoltre, il basamento mobile non risulta minimamente vincolato alla fondazione, determinando un sistema potenzialmente labile se non sono previsti dispositivi che possano limitare l’ampiezza degli spostamenti; il supporto (pattino), non è nelle condizioni di dissipare l’energia cinetica che l’edificio accumula nel momento in cui è investito dal sisma. Ciò è invece consentito dai tamponi di acciaio inox e neoprene.

Tali tamponi, preposti per la dissipazione di energia cinetica all’interno del campo post-elastico, durante la loro vita sono però costantemente sollecitati dalla pressione dell’edificio.

Nel sistema ideato, invece, il peso dell’edificio è demandato alla resistenza (controllata con i dovuti margini di sicurezza), dai soli pattini, mentre gli organi meccanici preposti a tutte le restanti funzioni, sono sollecitati, come già accennato, solo nel momento in cui si verifica una perturbazione.

Nella figura è stata rappresentata unicamente la sovrastruttura vincolata ad un basamento mobile, attraverso un vincolo a cerniera resistente all’azione tagliante orizzontale, che poggia su due pattini in grado di garantire tutti i possibili movimenti orientati sul piano.

Occorre infine rilevare come lo spostamento della trave, cui è vincolato il piatto superiore, assuma estensioni diverse rispetto a quello delle sfere, secondo la relazione, tradotta numericamente dalla figura precedente, ossia: Spostamento sfere =

Spostamento piatto ⋅ 2 .

3,14 Fig. D – Inserimento del pattino su sfere.

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Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

Fig. E – Orientamento dei rulli sul piatto–guida intermedio e sul piatto fisso inferiore.

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Isolamento sismico per l’edilizia

3) Il pattino orbitale su rulli (Dom. Brev. n° RN 2008A00034) L’esplorazione di qualsiasi possibilità per dotare il sistema di materiali di diffuso utilizzo, in grado di garantire resistenze certificate senza l’adozione di particolari trattamenti – da demandare a laboratori specializzati (tempra, ecc.) – e da un comportamento elastico certificato, ha condotto, in maniera del tutto fortuita, all’ipotesi della realizzazione del pattino qui descritto.

Già nell’antichità lo spostamento di enormi massi avveniva mediante l’utilizzo di schiere di tronchi diritti e decorticati. Quando a metà degli anni ‘60 fu per la prima volta assemblato il motore del razzo Saturno, questo pesava talmente tanto che l’unico modo per spostarlo fu con rulli d’acciaio. Chiunque potrà sperimentare in proprio, per esempio con tre libri identici dotati di una copertina sufficientemente rigida (quali piatti di scorrimento), con interposte due coppie di elementi cilindrici (matite od altro) reciprocamente orientati come emerge dalla fig. E, e verificare l’andamento del movimento; solo il mancato persistere dell’allineamento dei corpi cilindrici, ne pregiudicherà in breve tempo il funzionamento.

Il pattino su rulli offre notevoli vantaggi, soprattutto per la possibilità d’uso di materiali correnti, ma soprattutto per la possibilità che è data di controllare in ogni situazione, i reciproci movimenti degli elementi volventi rispetto quelli dei piatti.

Infatti, non è possibile alcun collegamento con il supporto che mantiene il posizionamento reciproco delle sfere con almeno uno dei piatti, in quanto i loro singoli movimenti risultano reciprocamente disaccoppianti, secondo la relazione espressa poc’anzi.

Il pattino su rulli, invece, attraverso l’inserimento di un terzo piatto-guida intermedio, posto fra due schiere di elementi volventi – ognuna predisposta per il movimento in una direzione e comunque diversamente orientata rispetto alla stessa seconda schiera attraverso le stesse guide dei rulli – consente di configurare un elemento monolitico di grande affidabilità e precisione.

In merito al pattino su sfere occorre, precauzionalmente, configurare un sistema di molle pre-tese, per garantirne e favorirne, in ogni situazione, il ri-centraggio.

Nella figura sono rappresentati i due ordini di rulli, orientati tra loro in senso ortogonale; sugli estremi si proietta la traccia di una guida per l’innesto di un lamierino di allineamento che s’incastra all’interno di un incasso circolare posto sulle testate di ogni singolo rullo.

Ne consegue che gli elementi volventi possono liberamente scorrere contemporaneamente secondo l’orientamento loro imposto dal basamento mobile: potrà avvenire un movimento in ogni direzione, in virtù del piatto intermedio, libero di scorrere in ogni direzione, compensando la differenza degli spostamenti. La compattezza del pattino è garantita dalla pressione che su di esso grava, dalla presenza delle guide che consentono i necessari incastri – che si sviluppano su tutte le superfici di contatto con gli elementi volventi.

A completamento della anticipazione del pattino su rulli, nella fig. F, attraverso due distinte sezioni trasversale e longitudinale si può appurare come lo sviluppo dei rulli possa offrire una superficie di contatto decisamente non raffrontabile con quella puntiforme delle sfere.

Appare chiaro come si possano adottare acciai del tutto “normali”, a meno della garanzia

Premessa

Fig. E – Orientamento dei rulli sul piatto–guida intermedio e sul piatto fisso inferiore.

3) Il pattino orbitale su rulli (Dom. Brev. n° RN 2008A00034) L’esplorazione di qualsiasi possibilità per dotare il sistema di materiali di diffuso utilizzo, in grado di garantire resistenze certificate senza l’adozione di particolari trattamenti – da demandare a laboratori specializzati (tempra, ecc.) – e da un comportamento elastico certificato, ha condotto, in maniera del tutto fortuita, all’ipotesi della realizzazione del pattino qui descritto.

Già nell’antichità lo spostamento di enormi massi avveniva mediante l’utilizzo di schiere di tronchi diritti e decorticati. Quando a metà degli anni ‘60 fu per la prima volta assemblato il motore del razzo Saturno, questo pesava talmente tanto che l’unico modo per spostarlo fu con rulli d’acciaio. Chiunque potrà sperimentare in proprio, per esempio con tre libri identici dotati di una copertina sufficientemente rigida (quali piatti di scorrimento), con interposte due coppie di elementi cilindrici (matite od altro) reciprocamente orientati come emerge dalla fig. E, e verificare l’andamento del movimento; solo il mancato persistere dell’allineamento dei corpi cilindrici, ne pregiudicherà in breve tempo il funzionamento.

Il pattino su rulli offre notevoli vantaggi, soprattutto per la possibilità d’uso di materiali correnti, ma soprattutto per la possibilità che è data di controllare in ogni situazione, i reciproci movimenti degli elementi volventi rispetto quelli dei piatti.

Infatti, non è possibile alcun collegamento con il supporto che mantiene il posizionamento reciproco delle sfere con almeno uno dei piatti, in quanto i loro singoli movimenti risultano reciprocamente disaccoppianti, secondo la relazione espressa poc’anzi.

Il pattino su rulli, invece, attraverso l’inserimento di un terzo piatto-guida intermedio, posto fra due schiere di elementi volventi – ognuna predisposta per il movimento in una direzione e comunque diversamente orientata rispetto alla stessa seconda schiera attraverso le stesse guide dei rulli – consente di configurare un elemento monolitico di grande affidabilità e precisione.

In merito al pattino su sfere occorre, precauzionalmente, configurare un sistema di molle pre-tese, per garantirne e favorirne, in ogni situazione, il ri-centraggio.

Nella figura sono rappresentati i due ordini di rulli, orientati tra loro in senso ortogonale; sugli estremi si proietta la traccia di una guida per l’innesto di un lamierino di allineamento che s’incastra all’interno di un incasso circolare posto sulle testate di ogni singolo rullo.

Ne consegue che gli elementi volventi possono liberamente scorrere contemporaneamente secondo l’orientamento loro imposto dal basamento mobile: potrà avvenire un movimento in ogni direzione, in virtù del piatto intermedio, libero di scorrere in ogni direzione, compensando la differenza degli spostamenti. La compattezza del pattino è garantita dalla pressione che su di esso grava, dalla presenza delle guide che consentono i necessari incastri – che si sviluppano su tutte le superfici di contatto con gli elementi volventi.

A completamento della anticipazione del pattino su rulli, nella fig. F, attraverso due distinte sezioni trasversale e longitudinale si può appurare come lo sviluppo dei rulli possa offrire una superficie di contatto decisamente non raffrontabile con quella puntiforme delle sfere.

Appare chiaro come si possano adottare acciai del tutto “normali”, a meno della garanzia

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Premessa

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riguardo all’aggressione degli agenti ossidanti od altro, in quanto la loro vita dovrà protrarsi indefinitivamente, diversamente dai restanti organi meccanici che potranno essere completamente ispezionabili, rimossi per manutenzione, pulizia o sostituzione.

L’ispezione dei pattini, al momento dell’evoluzione del sistema, è prevista quanto basta per il dovuto controllo e per svolgere operazioni di pulizia attraverso dispositivi ad aria compressa, oppure per operazioni di protezione e di lubrificazione con prodotti volatili o minerali.

Una ipotesi circa una rimozione del pattino, ad esclusione dei piatti inferiore e superiore, può essere fattibile, compatibilmente con l’ingombro di un dispositivo di sollevamento di pochi millimetri, quanto basta per estrarre i rulli e il piatto mediano.

Una rimozione completa del pattino richiede una corretta progettazione, che allo stadio dello sviluppo del sistema non appare necessaria, considerando la compattezza (fisica e funzionale) del dispositivo di scorrimento. Va da sé che l’adozione dei rulli consente di operare all’interno di elevati coefficienti di sicurezza, prevedendo pressioni unitarie decisamente inferiori rispetto quelle ammissibili, riguardo il materiale adottato.

Da prove eseguite su un prototipo d’officina, poggiante su un piano oscillante orizzontalmente con soprastante un corpo dal peso di 700÷800 kg, durante l’oscillazione imposta al piatto inferiore del pattino, lo stesso corpo p non subiva alcun movimento apprezzabile pp ,a dimostrazione di un attrito non palesemente rilevabile senza misura strumentale.

Si è disquisito sull’elemento più importante del sistema di protezione, il cui funzionamento non dovrà riservare dubbi di sorta; la sua costruzione dovrà rispettare la massima precisione, d’altro canto garantita dai moderni sistemi di lavorazione meccanica.

All’interno della pubblicazione si potrà vedere il diverso utilizzo e la diversa dislocazione dei pattini, per cui si rimanda a una più approfondita lettura dell’argomento.

4) Gli organi meccanici Da quanto espresso, risulta che si è al cospetto di una azione elementare nota, relativa a un corpo che può assumere un movimento qualsiasi, in quanto sorretto da un corpo volvente, qualora a questo sia imposta una forza comunque orientata nel piano.

La funzione di determinati elementi, definiti “organi meccanici” assume la precisa finalità di conferire al movimento precise connotazioni, affinché determinate condizioni possano essere soddisfatte nel momento relativo2 in cui l’insorgere di un evento tellurico potrebbe, con sicura probabilità, causare gravi danni, fino al crollo.

Il controllo degli spostamenti, che artificiosamente sono resi possibili attraverso l’introduzione di dispositivi volventi e di adeguati organi meccanici, rappresenta la vasta e complessa “materia” che è annoverata quale Protezione sismica, attraverso l’inserimento, per l’appunto, dei cosiddetti Isolatori sismici, dei quali esiste, al mondo, una grande casistica.

I meccanismi che si sviluppano a seguito delle vibrazioni e dei movimenti del terreno determinati dal terremoto, possono essere chiariti, in maniera il più possibile elementare, all’interno del Capitolo Introduttivo.

2) parlando di “moto” o spostamento s’intende che a subire spostamenti sia il terreno e l’edificio resti immobile.

Isolamento sismico per l’edilizia

Fig. F – Sezioni trasversali e longitudinali dell’ubicazione del pattino su rulli.

Premessa

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riguardo all’aggressione degli agenti ossidanti od altro, in quanto la loro vita dovrà protrarsi indefinitivamente, diversamente dai restanti organi meccanici che potranno essere completamente ispezionabili, rimossi per manutenzione, pulizia o sostituzione.

L’ispezione dei pattini, al momento dell’evoluzione del sistema, è prevista quanto basta per il dovuto controllo e per svolgere operazioni di pulizia attraverso dispositivi ad aria compressa, oppure per operazioni di protezione e di lubrificazione con prodotti volatili o minerali.

Una ipotesi circa una rimozione del pattino, ad esclusione dei piatti inferiore e superiore, può essere fattibile, compatibilmente con l’ingombro di un dispositivo di sollevamento di pochi millimetri, quanto basta per estrarre i rulli e il piatto mediano.

Una rimozione completa del pattino richiede una corretta progettazione, che allo stadio dello sviluppo del sistema non appare necessaria, considerando la compattezza (fisica e funzionale) del dispositivo di scorrimento. Va da sé che l’adozione dei rulli consente di operare all’interno di elevati coefficienti di sicurezza, prevedendo pressioni unitarie decisamente inferiori rispetto quelle ammissibili, riguardo il materiale adottato.

Da prove eseguite su un prototipo d’officina, poggiante su un piano oscillante orizzontalmente con soprastante un corpo dal peso di 700÷800 kg, durante l’oscillazione imposta al piatto inferiore del pattino, lo stesso corpo p non subiva alcun movimento apprezzabile pp ,a dimostrazione di un attrito non palesemente rilevabile senza misura strumentale.

Si è disquisito sull’elemento più importante del sistema di protezione, il cui funzionamento non dovrà riservare dubbi di sorta; la sua costruzione dovrà rispettare la massima precisione, d’altro canto garantita dai moderni sistemi di lavorazione meccanica.

All’interno della pubblicazione si potrà vedere il diverso utilizzo e la diversa dislocazione dei pattini, per cui si rimanda a una più approfondita lettura dell’argomento.

4) Gli organi meccanici Da quanto espresso, risulta che si è al cospetto di una azione elementare nota, relativa a un corpo che può assumere un movimento qualsiasi, in quanto sorretto da un corpo volvente, qualora a questo sia imposta una forza comunque orientata nel piano.

La funzione di determinati elementi, definiti “organi meccanici” assume la precisa finalità di conferire al movimento precise connotazioni, affinché determinate condizioni possano essere soddisfatte nel momento relativo2 in cui l’insorgere di un evento tellurico potrebbe, con sicura probabilità, causare gravi danni, fino al crollo.

Il controllo degli spostamenti, che artificiosamente sono resi possibili attraverso l’introduzione di dispositivi volventi e di adeguati organi meccanici, rappresenta la vasta e complessa “materia” che è annoverata quale Protezione sismica, attraverso l’inserimento, per l’appunto, dei cosiddetti Isolatori sismici, dei quali esiste, al mondo, una grande casistica.

I meccanismi che si sviluppano a seguito delle vibrazioni e dei movimenti del terreno determinati dal terremoto, possono essere chiariti, in maniera il più possibile elementare, all’interno del Capitolo Introduttivo.

2) parlando di “moto” o spostamento s’intende che a subire spostamenti sia il terreno e l’edificio resti immobile.

Fig. F – Sezioni trasversali e longitudinali dell’ubicazione del pattino su rulli.

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Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

4a) – Molla nastriforme articolata a conchiglia – Dispositivo che regola l’ampiezza degli spostamenti (Dom. Brev. n° RN 2008A00034) La caratteristica più importante di detto dispositivo è rappresentata dalla capacità di subire azioni di compressione, secondo la regola in cui ogni successivo intervallo di compressione (schiacciamento della molla), segue una precisa proporzionalità in rapporto alla forza di compressione trasmessa. Nella fattispecie, se si definisce che la molla deve deformarsi di 1,0 cm per ogni 100 kg di spinta, dovrà conseguirne che per 200 kg di spinta la deformazione dovrà essere di 2,0 cm, per 300 kg uno schiacciamento di 3,0 cm, ecc. fino al limite definito dal calcolo, e all’interno del campo elastico, caratteristico del materiale che compone la molla, come evidenziato nella fig. I successiva. Questa precisa caratteristica elastica del dispositivo è definita Costante elastica lineare.

Con l’utilizzo di particolari acciai, come per esempio l’acciaio armonico, mediante ingombri relativamente piccoli è possibile ottenere deformazioni (spostamenti, o schiacciamenti che dir si voglia), di notevole ampiezza.

Nella fig. G si rappresenta un “abaco”, in pianta e in alzato (vedi anche foto Capitolo Quinto pag. 336-337), costruttivamente sostenibile, in cui si rappresentano alcuni organi meccanici finalizzati all’espletamento di tutte le funzioni richieste dall’isolatore sismico; appare la esclusiva caratteristica del collegamento permanente fra la fondazione e la sovrastruttura, che trae origine da una delle funzioni assegnate al trimmerr della trave flessibile. Il dispositivo è rappresentato dal Pendolo, come sinteticamente esposto più avanti, caratterizzato da una Costante elastica non lineare indotta, avente funzione di controllo degli spostamenti – non prevedibili – e, contestualmente, quella di consentire un’azione frenante in di un ben determinato intervallo. L’articolazione della testata di un basamento mobile, di cui alla figura precedente, mette anche in risalto la presenza di un pattino su sfere, qui rappresentato; possono essere previste diverse forme distributive delle sfere nel piano. Conseguentemente alla simmetria evidenziata in pianta, l’ingombro del pattino appare di forma rettangolare e non quadrata, ciò allo scopo di disporre le sfere in maniera tale che in qualsiasi condizione, la pressione verticale esercitata sia sempre verificata all’interno del numero minimo richiesto di sfere.

La fig. I propone l’immagine di una molla a conchiglia. Sono evidenziate, in calce al volume, le necessarie caratteristiche emerse dalle prove di laboratorio. Questa permette una freccia totale di 86,9 mm, secondo la quale è possibile operare all’interno di una vasta gamma di tipologie costruttive con elevato grado di sicurezza.

Fig. G – Sintetica rappresentazione di un raggruppamento di organi meccanici.

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Isolamento sismico per l’edilizia

4b) – Aste flessibili (Dom. Brev. n° RN 2008A00034) Per quanto sia dato conoscere, non esiste alcun dispositivo p di natura metallica,, preposto p p al controllo degli g spostamenti, p , in ggrado di sostituire una delle peculiari p caratteristiche dei noti tamponi p di acciaio inossidabile e neoprene p , nel senso che la caratteristica della propria azione si manifesta in maniera costante e continua, secondo qualsiasi direzione del movimento.

La molla a conchiglia vista poc’anzi svolge la propria azione (costante elastica) solo nella direzione perpendicolare alla corda; solo in questo caso assolve alle caratteristiche ad essa

Premessa

4a) – Molla nastriforme articolata a conchiglia – Dispositivo che regola l’ampiezza degli spostamenti (Dom. Brev. n° RN 2008A00034) La caratteristica più importante di detto dispositivo è rappresentata dalla capacità di subire azioni di compressione, secondo la regola in cui ogni successivo intervallo di compressione (schiacciamento della molla), segue una precisa proporzionalità in rapporto alla forza di compressione trasmessa. Nella fattispecie, se si definisce che la molla deve deformarsi di 1,0 cm per ogni 100 kg di spinta, dovrà conseguirne che per 200 kg di spinta la deformazione dovrà essere di 2,0 cm, per 300 kg uno schiacciamento di 3,0 cm, ecc. fino al limite definito dal calcolo, e all’interno del campo elastico, caratteristico del materiale che compone la molla, come evidenziato nella fig. I successiva. Questa precisa caratteristica elastica del dispositivo è definita Costante elastica lineare.

Con l’utilizzo di particolari acciai, come per esempio l’acciaio armonico, mediante ingombri relativamente piccoli è possibile ottenere deformazioni (spostamenti, o schiacciamenti che dir si voglia), di notevole ampiezza.

Nella fig. G si rappresenta un “abaco”, in pianta e in alzato (vedi anche foto Capitolo Quinto pag. 336-337), costruttivamente sostenibile, in cui si rappresentano alcuni organi meccanici finalizzati all’espletamento di tutte le funzioni richieste dall’isolatore sismico; appare la esclusiva caratteristica del collegamento permanente fra la fondazione e la sovrastruttura, che trae origine da una delle funzioni assegnate al trimmerr della trave flessibile. Il dispositivo è rappresentato dal Pendolo, come sinteticamente esposto più avanti, caratterizzato da una Costante elastica non lineare indotta, avente funzione di controllo degli spostamenti – non prevedibili – e, contestualmente, quella di consentire un’azione frenante in di un ben determinato intervallo. L’articolazione della testata di un basamento mobile, di cui alla figura precedente, mette anche in risalto la presenza di un pattino su sfere, qui rappresentato; possono essere previste diverse forme distributive delle sfere nel piano. Conseguentemente alla simmetria evidenziata in pianta, l’ingombro del pattino appare di forma rettangolare e non quadrata, ciò allo scopo di disporre le sfere in maniera tale che in qualsiasi condizione, la pressione verticale esercitata sia sempre verificata all’interno del numero minimo richiesto di sfere.

La fig. I propone l’immagine di una molla a conchiglia. Sono evidenziate, in calce al volume, le necessarie caratteristiche emerse dalle prove di laboratorio. Questa permette una freccia totale di 86,9 mm, secondo la quale è possibile operare all’interno di una vasta gamma di tipologie costruttive con elevato grado di sicurezza.

Fig. G – Sintetica rappresentazione di un raggruppamento di organi meccanici.

4b) – Aste flessibili (Dom. Brev. n° RN 2008A00034) Per quanto sia dato conoscere, non esiste alcun dispositivo p di natura metallica,, preposto p p al controllo degli g spostamenti, p , in ggrado di sostituire una delle peculiari p caratteristiche dei noti tamponi p di acciaio inossidabile e neoprene p , nel senso che la caratteristica della propria azione si manifesta in maniera costante e continua, secondo qualsiasi direzione del movimento.

La molla a conchiglia vista poc’anzi svolge la propria azione (costante elastica) solo nella direzione perpendicolare alla corda; solo in questo caso assolve alle caratteristiche ad essa

Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

Fig. H – Studio della distribuzione delle sfere sulla piastra inferiore del pattino.

assegnata.

Nel caso di azione agente secondo un angolo qualsiasi, si deve determinare una compensazione attraverso una seconda molla – a questa perpendicolare come appare nella figura G – e in grado di reagire secondo un angolo complementare al primo.

In ogni caso la molla reagisce sempre, anche se parzialmente e secondo una direzione non ideale. Le molle presenti, che “avvolgono” secondo una determinata geometria un qualsiasi basamento mobile e che servono a controllarne gli spostamenti, dovranno complessivamente, essere caratterizzate dalla stessa costante elastica, per cui elementi compressibili ed elasticamente deformabili opposti al verso del movimento risultano “inattivi”.

Infatti, l’azione che può agire secondo ogni direzione, incontrerà un contrasto rappresentato

Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

Fig. H – Studio della distribuzione delle sfere sulla piastra inferiore del pattino.

assegnata.

Nel caso di azione agente secondo un angolo qualsiasi, si deve determinare una compensazione attraverso una seconda molla – a questa perpendicolare come appare nella figura G – e in grado di reagire secondo un angolo complementare al primo.

In ogni caso la molla reagisce sempre, anche se parzialmente e secondo una direzione non ideale. Le molle presenti, che “avvolgono” secondo una determinata geometria un qualsiasi basamento mobile e che servono a controllarne gli spostamenti, dovranno complessivamente, essere caratterizzate dalla stessa costante elastica, per cui elementi compressibili ed elasticamente deformabili opposti al verso del movimento risultano “inattivi”.

Infatti, l’azione che può agire secondo ogni direzione, incontrerà un contrasto rappresentato

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Fig. I – Molla nastriforme articolata a conchiglia per uno spostamento di 4,0÷6,0 cm. Immagine redatta dall’Ing. Michele Mingo del Mollificio SO.MI. S.r.l.

da una serie di componenti costituiti da molle sollecitate non ortogonalmente, la cui sommatoria corrisponderà sempre alla costante elastica “progettata”.

In questo senso una soluzione ottimale che potrebbe coniugarsi anche con la costanza degli attriti radenti, è costituita dalla possibilità di pre-comprimere tutte le molle secondo una determinata intensità, per cui tutte le molle reagiranno contemporaneamente agli spostamenti, comprimendosi e rilassandosi alternativamente. La soluzione ideale però, che realmente possa eguagliare la caratteristica dei “tamponi”, è insita all’interno della geometria delle masse: l’azione di una barra sollecitata alla flessione, all’interno del proprio campo elastico.

La fig. L mostra una sezione longitudinale, i cui rimandi sono sulle sezioni orizzontali evidenziate nella figura successiva.

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Fig. I – Molla nastriforme articolata a conchiglia per uno spostamento di 4,0÷6,0 cm. Immagine redatta dall’Ing. Michele Mingo del Mollificio SO.MI. S.r.l.

da una serie di componenti costituiti da molle sollecitate non ortogonalmente, la cui sommatoria corrisponderà sempre alla costante elastica “progettata”.

In questo senso una soluzione ottimale che potrebbe coniugarsi anche con la costanza degli attriti radenti, è costituita dalla possibilità di pre-comprimere tutte le molle secondo una determinata intensità, per cui tutte le molle reagiranno contemporaneamente agli spostamenti, comprimendosi e rilassandosi alternativamente. La soluzione ideale però, che realmente possa eguagliare la caratteristica dei “tamponi”, è insita all’interno della geometria delle masse: l’azione di una barra sollecitata alla flessione, all’interno del proprio campo elastico.

La fig. L mostra una sezione longitudinale, i cui rimandi sono sulle sezioni orizzontali evidenziate nella figura successiva.

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Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

Fig. L – Sezione trasversale di un dispositivo per il controllo degli spostamenti, mediante fasci di barre elasticamente deformabili.

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Isolamento sismico per l’edilizia

Si vedono due gruppi di barre che, a seguito dello spostamento del basamento sono sollecitate alla flessione in corrispondenza della mezzeria.

Tali barre sono allineate da tre basamenti, in cui quello superiore e quello inferiore sono fissasti al corpo della fondazione, mentre quello mediano, è collegato e fissato allo stesso basamento mobile.

A seguito di qualsiasi movimento del basamento, tutte le barre saranno sollecitate contempporaneamente,, e in continuità secondo la loro specifica caratteristica.

Occorre rilevare che ogni asta è caratterizzata da una propria costante elastica, considerata elementare o unitaria, a seconda del senso che si vuole conferire alla “grandezza” che caratterizza la singola asta.

In funzione della costante elastica richiesta, si adotta il diametro delle aste rapportato al numero (moltiplicatore) necessario per “comporre” il valore della stesa costante elastica definita dal calcolo. Diametri diversi consentiranno di determinare valori sempre più vicini a quelli richiesti dallo stesso calcolo, considerando che piccole variazioni del valore della costante elastica, influiscono in maniera del tutto marginale in merito al valore del periodo che caratterizzerà l’ampiezza degli spostamenti.

Attraverso la fig. M si può vedere una delle possibili sistemazioni delle barre flessibili [1], che attraversano supporti metallici, predisposti con un determinato numero di forature all’interno delle quali si fanno scorrere, per “appendere” le stesse barre.

Nelle figure L e N, compare un elemento (il pendolo) evidenziato dagli indici [2] e [3]. Questo rappresenta un elemento fondamentale del sistema che sarà analizzato.

In questa soluzione costruttiva emerge come l’asta [2] del pendolo e la relativa molla [3] del pendolo, siano posti baricentricamente rispetto alle intersezioni dei raggi che collegano le forature. Dalle figure emerge chiaramente come l’insieme delle barre (cui è associata una determinata costante elastica modulabile), reagisca contemporaneamente alla flessone in ogni direzione, senza che ne sia alterata la loro peculiarità. Emerge anche come la configurazione richieda un solo pattino – fissato a un basamento mobile – che si ancora alla sovrastruttura attraverso un vincolo a cerniera, allo scopo di evitare, a seguito di eventuali rotazioni del nodo cui si ancora lo stesso basamento mobile, l’insorgere di pressioni anomale sui rulli.

La motivazione, circa la proliferazione delle barre, risiede nella impossibilità di coniugare l’ampiezza della deformazione, caratterizzata da un determinato modulo d’inerzia (J) – e pertanto un determinato diametro, cui corrisponde un momento statico (W) – con l’intensità delle tensioni interne che emergono dal noto rapporto M/W. Con l’utilizzo di acciai correnti (inox od altro), caratterizzati da tensioni ammissibili di 2000÷2600 kg/cmq, per ricavare tensioni interne accettabili occorrerebbe suddividere il momento (o la forza) in molte parti.

Confortati dalle prove eseguite su barre di acciaio armonico si potranno configurare sistemi dalle ridotte dimensioni che consentiranno di operare senza problemi anche all’interno di spazi ridotti, oppure, in presenza di edifici esistenti che, a fronte di un costoso e invasivo adeguamento sismico, questi potrebbero essere dotati di isolatori, la cui installazione richie-

Premessa

Fig. L – Sezione trasversale di un dispositivo per il controllo degli spostamenti, mediante fasci di barre elasticamente deformabili.

Si vedono due gruppi di barre che, a seguito dello spostamento del basamento sono sollecitate alla flessione in corrispondenza della mezzeria.

Tali barre sono allineate da tre basamenti, in cui quello superiore e quello inferiore sono fissasti al corpo della fondazione, mentre quello mediano, è collegato e fissato allo stesso basamento mobile.

A seguito di qualsiasi movimento del basamento, tutte le barre saranno sollecitate contempporaneamente,, e in continuità secondo la loro specifica caratteristica.

Occorre rilevare che ogni asta è caratterizzata da una propria costante elastica, considerata elementare o unitaria, a seconda del senso che si vuole conferire alla “grandezza” che caratterizza la singola asta.

In funzione della costante elastica richiesta, si adotta il diametro delle aste rapportato al numero (moltiplicatore) necessario per “comporre” il valore della stesa costante elastica definita dal calcolo. Diametri diversi consentiranno di determinare valori sempre più vicini a quelli richiesti dallo stesso calcolo, considerando che piccole variazioni del valore della costante elastica, influiscono in maniera del tutto marginale in merito al valore del periodo che caratterizzerà l’ampiezza degli spostamenti.

Attraverso la fig. M si può vedere una delle possibili sistemazioni delle barre flessibili [1], che attraversano supporti metallici, predisposti con un determinato numero di forature all’interno delle quali si fanno scorrere, per “appendere” le stesse barre.

Nelle figure L e N, compare un elemento (il pendolo) evidenziato dagli indici [2] e [3]. Questo rappresenta un elemento fondamentale del sistema che sarà analizzato.

In questa soluzione costruttiva emerge come l’asta [2] del pendolo e la relativa molla [3] del pendolo, siano posti baricentricamente rispetto alle intersezioni dei raggi che collegano le forature. Dalle figure emerge chiaramente come l’insieme delle barre (cui è associata una determinata costante elastica modulabile), reagisca contemporaneamente alla flessone in ogni direzione, senza che ne sia alterata la loro peculiarità. Emerge anche come la configurazione richieda un solo pattino – fissato a un basamento mobile – che si ancora alla sovrastruttura attraverso un vincolo a cerniera, allo scopo di evitare, a seguito di eventuali rotazioni del nodo cui si ancora lo stesso basamento mobile, l’insorgere di pressioni anomale sui rulli.

La motivazione, circa la proliferazione delle barre, risiede nella impossibilità di coniugare l’ampiezza della deformazione, caratterizzata da un determinato modulo d’inerzia (J) – e pertanto un determinato diametro, cui corrisponde un momento statico (W) – con l’intensità delle tensioni interne che emergono dal noto rapporto M/W. Con l’utilizzo di acciai correnti (inox od altro), caratterizzati da tensioni ammissibili di 2000÷2600 kg/cmq, per ricavare tensioni interne accettabili occorrerebbe suddividere il momento (o la forza) in molte parti.

Confortati dalle prove eseguite su barre di acciaio armonico si potranno configurare sistemi dalle ridotte dimensioni che consentiranno di operare senza problemi anche all’interno di spazi ridotti, oppure, in presenza di edifici esistenti che, a fronte di un costoso e invasivo adeguamento sismico, questi potrebbero essere dotati di isolatori, la cui installazione richie-

Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

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derebbe costi decisamente inferiori, in quanto si potrebbe operare con la sola condizione di predisporre provvisori allacciamenti delle forniture e provvisori scarichi delle acque.

In virtù di quanto rappresentato nelle figure L ed M, nella fig. N si propone una delle possibili distribuzioni delle aste flessibili, rispetto al basamento mobile sostenuto da un singolo pattino. Attraverso quattro segmenti circolari si formano i supporti inferiore e superiore, e attraverso due segmenti semicircolari, si forma quello mediano che ospita il dispositivo [2] e [3] avente la funzione pendolare; l’indice [2] ne evidenzia l’asta verticale mentre l’indice [3] rappresenta una barra flessibile, caratterizzata da una propria costante elastica, che orizzontalmente, vedi sezione B-B, si ancora al corpo della fondazione.

L’estremo superiore dell’asta [2], ancorato al basamento mobile segue gli spostamenti, configurando una funzione pendolare, in cui un’asta rigida verticale (asta del pendolo), ancorata a un estremo con vincolo a cerniera, cui si associa un secondo vincolo elasticamente cedevole secondo il verso dell’asta rigida pendolare, caratterizzato da una determinata costante elastica lineare propria, che può assumere alternative forme costruttive.

Si può dedurre che le soluzioni possano moltiplicarsi, come si vedrà all’interno del libro.

Emerge anche come il sistema di protezione non sia vincolato a una determinata e rigida configurazione ma adattabile a qualsiasi circostanza, favorita anche dalla possibilità di dislocare gli elementi del sistema (anche all’esterno del perimetro dell’edificio) a seconda delle necessità progettuali.

Occorre rilevare che il movimento pendolare induce, sulla stessa molla del pendolo, deformazioni notevolmente inferiori rispetto agli spostamenti, per cui, entro un certo margine, potrebbe reagire un solo elemento.

A complemento, in merito alle varie possibilità funzionali dell’azione esplicata dalle aste verticali, nella fig. O si propone una schematica rappresentazione in cui sono invertiti i vincoli dei basamenti a sostegno e guida delle stesse barre verticali: questa, ed altre rappresentazioni simili sono estrapolate dalla documentazione a corredo di uno dei brevetti che descrivono il sistema.

Nella fig. O si propone una delle diverse alternative circa la sistemazione degli organi meccanici. In questa configurazione si ipotizza di sollecitare alle estremità le aste verticali – i cui basamenti-guida si collegano al basamento mobile sul quale giace la sovrastruttura – vincolando contestualmente il basamento-guida mediano al corpo della fondazione, o a elemento strutturale ad essa collegato.

Questa soluzione è suggerita dalla possibilità di configurare artificiosamente un’asta pendolare a raggio oscillante variabile, allo scopo di regolare la “rapidità” dell’azione secondo la quale il pendolo dovrà agire. Lo è quello di regolare in maniera esatta il “ritardo” secondo in quale dovrà intervenire l’azione pendolare senza l’incombenza di tarare sul posto il dispositivo di ritardo dell’azione, mediante vincoli regolabili attraverso la filettatura di blocco superiore – (49) nella figura – ma attraverso precise posizioni variabili, sia per la mensola di sostegno della molla nastriforme ad arco, sia a seguito della posizione combinatoria, cui si possono

Isolamento sismico per l’edilizia

Fig. M – Piante dei supporti delle aste flessibili

Premessa

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derebbe costi decisamente inferiori, in quanto si potrebbe operare con la sola condizione di predisporre provvisori allacciamenti delle forniture e provvisori scarichi delle acque.

In virtù di quanto rappresentato nelle figure L ed M, nella fig. N si propone una delle possibili distribuzioni delle aste flessibili, rispetto al basamento mobile sostenuto da un singolo pattino. Attraverso quattro segmenti circolari si formano i supporti inferiore e superiore, e attraverso due segmenti semicircolari, si forma quello mediano che ospita il dispositivo [2] e [3] avente la funzione pendolare; l’indice [2] ne evidenzia l’asta verticale mentre l’indice [3] rappresenta una barra flessibile, caratterizzata da una propria costante elastica, che orizzontalmente, vedi sezione B-B, si ancora al corpo della fondazione.

L’estremo superiore dell’asta [2], ancorato al basamento mobile segue gli spostamenti, configurando una funzione pendolare, in cui un’asta rigida verticale (asta del pendolo), ancorata a un estremo con vincolo a cerniera, cui si associa un secondo vincolo elasticamente cedevole secondo il verso dell’asta rigida pendolare, caratterizzato da una determinata costante elastica lineare propria, che può assumere alternative forme costruttive.

Si può dedurre che le soluzioni possano moltiplicarsi, come si vedrà all’interno del libro.

Emerge anche come il sistema di protezione non sia vincolato a una determinata e rigida configurazione ma adattabile a qualsiasi circostanza, favorita anche dalla possibilità di dislocare gli elementi del sistema (anche all’esterno del perimetro dell’edificio) a seconda delle necessità progettuali.

Occorre rilevare che il movimento pendolare induce, sulla stessa molla del pendolo, deformazioni notevolmente inferiori rispetto agli spostamenti, per cui, entro un certo margine, potrebbe reagire un solo elemento.

A complemento, in merito alle varie possibilità funzionali dell’azione esplicata dalle aste verticali, nella fig. O si propone una schematica rappresentazione in cui sono invertiti i vincoli dei basamenti a sostegno e guida delle stesse barre verticali: questa, ed altre rappresentazioni simili sono estrapolate dalla documentazione a corredo di uno dei brevetti che descrivono il sistema.

Nella fig. O si propone una delle diverse alternative circa la sistemazione degli organi meccanici. In questa configurazione si ipotizza di sollecitare alle estremità le aste verticali – i cui basamenti-guida si collegano al basamento mobile sul quale giace la sovrastruttura – vincolando contestualmente il basamento-guida mediano al corpo della fondazione, o a elemento strutturale ad essa collegato.

Questa soluzione è suggerita dalla possibilità di configurare artificiosamente un’asta pendolare a raggio oscillante variabile, allo scopo di regolare la “rapidità” dell’azione secondo la quale il pendolo dovrà agire. Lo è quello di regolare in maniera esatta il “ritardo” secondo in quale dovrà intervenire l’azione pendolare senza l’incombenza di tarare sul posto il dispositivo di ritardo dell’azione, mediante vincoli regolabili attraverso la filettatura di blocco superiore – (49) nella figura – ma attraverso precise posizioni variabili, sia per la mensola di sostegno della molla nastriforme ad arco, sia a seguito della posizione combinatoria, cui si possono

Fig. M – Piante dei supporti delle aste flessibili

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Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

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Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

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Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

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collegare reciprocamente i due tronconi dell’asta pendolare; attraverso la regolazione di questi, quindi, già in officina si determinerà il ritardo. Anche se non esplicitamente rappresentato (ma solamente dichiarato ai fini brevettuali), l’asta pendolare costituita da due piatti, inferiormente è collegata al corpo della fondazione con un vincolo a cerniera, che consente tutte le inclinazioni imposte dai movimenti (controllati) della sovrastruttura.

Va sottolineato come il sistema a barre flessibili, coniugato col pattino su rulli, sia esente da attriti attraverso l’azione di un dispositivo elasticamente deformabile, che consenta un’azione sempre allineata all’azione di trazione dello stesso pendolo, come evidenziato di seguito.

Fig. O – Variante vincolare delle aste flessibili, con azione pendolare a raggio variabile.

Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

collegare reciprocamente i due tronconi dell’asta pendolare; attraverso la regolazione di questi, quindi, già in officina si determinerà il ritardo. Anche se non esplicitamente rappresentato (ma solamente dichiarato ai fini brevettuali), l’asta pendolare costituita da due piatti, inferiormente è collegata al corpo della fondazione con un vincolo a cerniera, che consente tutte le inclinazioni imposte dai movimenti (controllati) della sovrastruttura.

Va sottolineato come il sistema a barre flessibili, coniugato col pattino su rulli, sia esente da attriti attraverso l’azione di un dispositivo elasticamente deformabile, che consenta un’azione sempre allineata all’azione di trazione dello stesso pendolo, come evidenziato di seguito.

Fig. O – Variante vincolare delle aste flessibili, con azione pendolare a raggio variabile.

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Premessa

4c) – Il pendolo (Dom. Brev. n° RN 2008A00034) Il pendolo è un dispositivo elastico ammortizzante con reazione verticale e orizzontale rispetto al piano contenente l’isolatore; non influenza il valore del periodo di vibrazione dell’edificio perché è utilizzato soltanto come dispositivo ammortizzante, in caso di superamento dello spostamento massimo progettuale, e di connessione elastica verticale fra il generico isolatore e il basamento di fondazione solidale con il terreno.

Detto dispositivo, come risulta dalla fig. P, è costituito, almeno nella sua versione iniziale, da un’asta di ferro avente l’estremo inferiore collegato a una cerniera fissata al basamento di fondazione, e quello superiore a una molla piatta a conchiglia obbligata a scorrere su una piastra orizzontale (piano mobile), solidale con la parte mobile dell’isolatore. Lo spostamento dell’asta pendolare segue il movimento dell’isolatore grazie ad un foro ricavato nel piano mobile. L’asta, supposta inestensibile, è detta anche “asta pendolare” perché ricorda la funzione esercitata dal filo che nel pendolo classico collega la massa oscillante al supporto fisso; è proprio per quest’analogia che il dispositivo è stato chiamato “pendolo”.

Come evidenziato in figura, se la molla non fosse obbligata a spostarsi sul piano orizzontale, durante l’oscillazione dell’isolatore la parte superiore dell’asta pendolare descriverebbe un arco di cerchio (arco pendolare). Invece, essendo la molla obbligata a spostarsi sul “piano mobile”, ed essendo l’asta praticamente inestensibile, a un movimento in orizzontale dell’elemento mobile dell’isolatore, corrisponde un abbassamento del perno superiore dell’asta con conseguente compressione della molla. La linea d’azione di questa forza di compressione risulta inclinata rispetto alla perpendicolare passante per il suo centro.

Come si può intuire l’abbassamento dell’estremo dell’asta è inferiore allo spostamento orizzontale che l’ha causato e, ancora, aumenta con lo spostamento orizzontale in modo non lineare ma incrementale, come si rileva dal grafico c, curva n, riportato nella fig. P. Detto grafico è ottenuto riportando sulle ascisse lo spostamento orizzontale del “piano mobile”, solidale con il corpo mobile dell’isolatore, e sulle ordinate i segmenti compresi fra la traccia del “piano mobile” e l’arco pendolare. In figura lo spostamento orizzontale è stato diviso in 10 tratti unitari (per es. un tratto unitario potrebbe valere 1 cm) e sono stati individuati i 10 segmenti corrispondenti alle 10 posizioni assunte dall’asta pendolare. Sempre nell’ipotesi che lo spostamento orizzontale totale sia di 10 cm, i valori dei segmenti concernenti la 3ª e 7ª posizione dell’asta pendolare sarebbero rispettivamente pari a 0,44 cm e a 2,207 cm. Si fa notare che: • •

Fig. P – Schematizzazione della funzionalità del dispositivo pendolo.

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Isolamento sismico per l’edilizia

i segmenti suddetti corrisponderebbero all’allungamento dell’asta pendolare se questa fosse deformabile assialmente; la forza di compressione sulla molla è inclinata, rispetto all’orizzontale, di un angolo decrescente con lo spostamento orizzontale del piano mobile; pertanto, la componente orizzontale di detta forza aumenta con lo spostamento e, poiché si oppone al moto che la ha generata, eserciterà un’azione frenante che eviterà all’elemento mobile dell’isolatore di sbattere contro la spalla fissa in caso di sismi particolarmente

Premessa

4c) – Il pendolo (Dom. Brev. n° RN 2008A00034) Il pendolo è un dispositivo elastico ammortizzante con reazione verticale e orizzontale rispetto al piano contenente l’isolatore; non influenza il valore del periodo di vibrazione dell’edificio perché è utilizzato soltanto come dispositivo ammortizzante, in caso di superamento dello spostamento massimo progettuale, e di connessione elastica verticale fra il generico isolatore e il basamento di fondazione solidale con il terreno.

Detto dispositivo, come risulta dalla fig. P, è costituito, almeno nella sua versione iniziale, da un’asta di ferro avente l’estremo inferiore collegato a una cerniera fissata al basamento di fondazione, e quello superiore a una molla piatta a conchiglia obbligata a scorrere su una piastra orizzontale (piano mobile), solidale con la parte mobile dell’isolatore. Lo spostamento dell’asta pendolare segue il movimento dell’isolatore grazie ad un foro ricavato nel piano mobile. L’asta, supposta inestensibile, è detta anche “asta pendolare” perché ricorda la funzione esercitata dal filo che nel pendolo classico collega la massa oscillante al supporto fisso; è proprio per quest’analogia che il dispositivo è stato chiamato “pendolo”.

Come evidenziato in figura, se la molla non fosse obbligata a spostarsi sul piano orizzontale, durante l’oscillazione dell’isolatore la parte superiore dell’asta pendolare descriverebbe un arco di cerchio (arco pendolare). Invece, essendo la molla obbligata a spostarsi sul “piano mobile”, ed essendo l’asta praticamente inestensibile, a un movimento in orizzontale dell’elemento mobile dell’isolatore, corrisponde un abbassamento del perno superiore dell’asta con conseguente compressione della molla. La linea d’azione di questa forza di compressione risulta inclinata rispetto alla perpendicolare passante per il suo centro.

Come si può intuire l’abbassamento dell’estremo dell’asta è inferiore allo spostamento orizzontale che l’ha causato e, ancora, aumenta con lo spostamento orizzontale in modo non lineare ma incrementale, come si rileva dal grafico c, curva n, riportato nella fig. P. Detto grafico è ottenuto riportando sulle ascisse lo spostamento orizzontale del “piano mobile”, solidale con il corpo mobile dell’isolatore, e sulle ordinate i segmenti compresi fra la traccia del “piano mobile” e l’arco pendolare. In figura lo spostamento orizzontale è stato diviso in 10 tratti unitari (per es. un tratto unitario potrebbe valere 1 cm) e sono stati individuati i 10 segmenti corrispondenti alle 10 posizioni assunte dall’asta pendolare. Sempre nell’ipotesi che lo spostamento orizzontale totale sia di 10 cm, i valori dei segmenti concernenti la 3ª e 7ª posizione dell’asta pendolare sarebbero rispettivamente pari a 0,44 cm e a 2,207 cm. Si fa notare che: • •

Fig. P – Schematizzazione della funzionalità del dispositivo pendolo.

i segmenti suddetti corrisponderebbero all’allungamento dell’asta pendolare se questa fosse deformabile assialmente; la forza di compressione sulla molla è inclinata, rispetto all’orizzontale, di un angolo decrescente con lo spostamento orizzontale del piano mobile; pertanto, la componente orizzontale di detta forza aumenta con lo spostamento e, poiché si oppone al moto che la ha generata, eserciterà un’azione frenante che eviterà all’elemento mobile dell’isolatore di sbattere contro la spalla fissa in caso di sismi particolarmente

Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

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violenti e, comunque, superiori a quello di progetto. Nel frattempo, la componente verticale della spinta, diretta verso il basso, tende sempre a vincolare elasticamente l’isolatore, e, quindi, la sovrastruttura, al basamento di fondazione.

Un altro fra i possibili modi per ricavare il "sistema pendolare" è schematicamente indicato nella parte (a1) della fig. P; in questo sistema il dispositivo elastico inserito nell’asta pendolare è costituito da un sistema (in proposito si vedano le figg. 249 [a] e [b] e successive) capace di trasformare la forza di trazione dell’asta pendolare in uno sforzo di compressione di una molla a conchiglia con linea d’azione della forza sempre perpendicolare alla molla. In proposito si fa notare che non si utilizza una semplice molla a trazione per i motivi di ingombro derivanti dalla consistente costante elastica della “molla pendolare”, che deve essere sempre molto più elevata di quella dei sistemi elastici di contrasto orizzontale. La forza di compressione sulla molla, in corrispondenza del “piano mobile”, si divide in una componente orizzontale e una verticale.

Come già detto, la funzione del dispositivo “pendolo” è quella di: • •

evitare che la parte mobile dell’isolatore collida violentemente contro le spalle di ritegno orizzontali solidali con la fondazione; costituire un vincolo elastico verticale tra il corpo mobile dell’isolatore e il basamento fisso della fondazione.

Per evitare che la costante elastica del pendolo non interferisca con quella dei sistemi elastici orizzontali e, quindi, che non influenzi il periodo di oscillazione della struttura, si fa in modo che l’azione del “sistema pendolo” inizi solo al raggiungimento, o quasi, dello spostamento massimo (Smax) di progetto (come si vedrà nel paragrafo O del Capitolo Conclusivo; questo spostamento è definito in funzione sia dei parametri sismici, mediante lo Spettro di Progetto, sia del periodo di vibrazione che si vuole conseguire). Una volta raggiunto lo spostamento massimo consentito dall’isolatore, interverranno dei ferma-corsa meccanici per preservare dallo snervamento i sistemi elastici orizzontali.

Nota conclusiva La premessa non rappresenta la reale “consistenza” delle possibilità che il sistema potenzialmente può offrire.

Questo valga anche per quello che concerne il contenuto della pubblicazione, che sotto molteplici aspetti è unicamente rappresentativa ma sufficiente affinché ogni operatore del settore possa disporre di un quadro sufficientemente ampio per confrontarsi con altri sistemi di protezione, e che quindi possa agire con la dovuta consapevolezza senza dovere accettare e fare proprie le rigide imposizioni di produttori di altri sistemi di protezione – molto spesso a discapito della progettazione architettonica.

Isolamento sismico per l’edilizia

Premessa

violenti e, comunque, superiori a quello di progetto. Nel frattempo, la componente verticale della spinta, diretta verso il basso, tende sempre a vincolare elasticamente l’isolatore, e, quindi, la sovrastruttura, al basamento di fondazione.

Un altro fra i possibili modi per ricavare il "sistema pendolare" è schematicamente indicato nella parte (a1) della fig. P; in questo sistema il dispositivo elastico inserito nell’asta pendolare è costituito da un sistema (in proposito si vedano le figg. 249 [a] e [b] e successive) capace di trasformare la forza di trazione dell’asta pendolare in uno sforzo di compressione di una molla a conchiglia con linea d’azione della forza sempre perpendicolare alla molla. In proposito si fa notare che non si utilizza una semplice molla a trazione per i motivi di ingombro derivanti dalla consistente costante elastica della “molla pendolare”, che deve essere sempre molto più elevata di quella dei sistemi elastici di contrasto orizzontale. La forza di compressione sulla molla, in corrispondenza del “piano mobile”, si divide in una componente orizzontale e una verticale.

Come già detto, la funzione del dispositivo “pendolo” è quella di: • •

evitare che la parte mobile dell’isolatore collida violentemente contro le spalle di ritegno orizzontali solidali con la fondazione; costituire un vincolo elastico verticale tra il corpo mobile dell’isolatore e il basamento fisso della fondazione.

Per evitare che la costante elastica del pendolo non interferisca con quella dei sistemi elastici orizzontali e, quindi, che non influenzi il periodo di oscillazione della struttura, si fa in modo che l’azione del “sistema pendolo” inizi solo al raggiungimento, o quasi, dello spostamento massimo (Smax) di progetto (come si vedrà nel paragrafo O del Capitolo Conclusivo; questo spostamento è definito in funzione sia dei parametri sismici, mediante lo Spettro di Progetto, sia del periodo di vibrazione che si vuole conseguire). Una volta raggiunto lo spostamento massimo consentito dall’isolatore, interverranno dei ferma-corsa meccanici per preservare dallo snervamento i sistemi elastici orizzontali.

Nota conclusiva La premessa non rappresenta la reale “consistenza” delle possibilità che il sistema potenzialmente può offrire.

Questo valga anche per quello che concerne il contenuto della pubblicazione, che sotto molteplici aspetti è unicamente rappresentativa ma sufficiente affinché ogni operatore del settore possa disporre di un quadro sufficientemente ampio per confrontarsi con altri sistemi di protezione, e che quindi possa agire con la dovuta consapevolezza senza dovere accettare e fare proprie le rigide imposizioni di produttori di altri sistemi di protezione – molto spesso a discapito della progettazione architettonica.

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Altre pubblicazioni degli autori del volume per Edizioni NOVOSTUDIO

per Il Sole 24ORE

6½ – Le settantatré rubriche di progettazione esecutiva pubblicate su VilleGiardini nelle annate 1997/2004 (Antonio Casalini con la cura di Alessandro Casalini)

Collana Progettare e costruire a regola d’arte

Atlante di completo© – Simbologie, blocchi, dettagli costruttivi, capitolati, retini per l’edilizia (Alessandro Casalini e Maurizio Orsenigo†) Collana Innovazioni costruttive

Volume 1. Isolamento sismico per l’edilizia (Antonio Casalini, Michele Lucisano, Michele Mingo con Genti Nallbati e Maurizio Nardi)

Progettare e costruire il consolidamento: LE FONDAZIONI – Dettagli costruttivi/Descrizione delle opere/Voci di capitolato/Schede di computo/Elenco prezzi delle quantità elementari (Antonio Casalini e Alessandro Casalini) Progettare e costruire il consolidamento: LE MURATURE – Dettagli costruttivi/Descrizione delle opere/Voci di capitolato/Schede di computo/Elenco prezzi delle quantità elementari (Antonio Casalini e Alessandro Casalini) Progettare e costruire il consolidamento: I SOLAI – Dettagli costruttivi/Descrizione delle opere/Voci di capitolato/Schede di computo/Elenco prezzi delle quantità elementari (Antonio Casalini e Alessandro Casalini)

Collana MattoneperMattone – quaderni di progettazione esecutiva

Volume 1. Consolidamento strutturale di un complesso rurale – Ristrutturazione e recupero: tema svolto di progettazione esecutiva (Antonio Casalini) Volume 2. Consolidamento strutturale di un complesso urbano – Ristrutturazione e recupero: tema svolto di progettazione esecutiva (Antonio Casalini, di imminente uscita) Collana Il progetto tecnologico/progetto di cantiere per l’edilizia residenziale – I manuali di VilleGiardini/I manuali di NOVOSTUDIO

Volume 1. La casa a un piano1 (Antonio Casalini e Alessandro Casalini) Volume 2. La casa a piani sfalsati (Antonio Casalini, Alessandro Casalini e Enrico Berti, di imminente uscita)

per GRAFILL Atlante – librerie di simboli, particolari costruttivi, blocchi e retini (Alessandro Casalini e Maurizio Orsenigo†) Il libro del Capitolato – bozza di progetto, progetto esecutivo e capitolato figurato a oggetti (Antonio Casalini con la cura di Alessandro Casalini)

per Dario Flaccovio Editore Collana Doradus

1. La fondazione continua – Progettazione esecutiva, architettonica, strutturale e impiantistica (Antonio Casalini) 2.1 Il progetto di ristrutturazione l – Guida agli esecutivi architettonici e strutturali (Antonio Casalini e Giordano Conti) 2.2 Il progetto di ristrutturazione ll – Opere entroterra (Antonio Casalini e Giordano Conti) 2.3 Il progetto di ristrutturazione lll – Consolidamento delle murature (Antonio Casalini) 3. Murature – Analisi dei carichi, modalità costruttive, particolari esecutivi, voci di capitolato (Antonio Casalini) 4. Il libro del Capitolato – Dalla bozza di progetto al progetto esecutivo al capitolato figurato a oggetti (Antonio Casalini) 5. Solai in laterocemento – Analisi dei carichi, dimensionamento, modalità costruttive, voci di capitolato (Antonio Casalini) 6. Strutture in cemento armato, in muratura e miste (Antonio Casalini e Michele Lucisano) 7. Plinti, Platee e travi rovesce – Dimensionamento, dettagli costruttivi e modalità esecutive (Antonio Casalini)

1) Pubblicato nella prima edizione da Elemond Mondadori, la collana prosegue col titolo I manuali di NOVOSTUDIO – Progetto di cantiere per l’edilizia residenziale per le Edizioni NOVOSTUDIO

Altre pubblicazioni degli autori del volume per Edizioni NOVOSTUDIO

per Il Sole 24ORE

6½ – Le settantatré rubriche di progettazione esecutiva pubblicate su VilleGiardini nelle annate 1997/2004 (Antonio Casalini con la cura di Alessandro Casalini)

Collana Progettare e costruire a regola d’arte

Atlante di completo© – Simbologie, blocchi, dettagli costruttivi, capitolati, retini per l’edilizia (Alessandro Casalini e Maurizio Orsenigo†) Collana Innovazioni costruttive

Volume 1. Isolamento sismico per l’edilizia (Antonio Casalini, Michele Lucisano, Michele Mingo con Genti Nallbati e Maurizio Nardi)

Progettare e costruire il consolidamento: LE FONDAZIONI – Dettagli costruttivi/Descrizione delle opere/Voci di capitolato/Schede di computo/Elenco prezzi delle quantità elementari (Antonio Casalini e Alessandro Casalini) Progettare e costruire il consolidamento: LE MURATURE – Dettagli costruttivi/Descrizione delle opere/Voci di capitolato/Schede di computo/Elenco prezzi delle quantità elementari (Antonio Casalini e Alessandro Casalini) Progettare e costruire il consolidamento: I SOLAI – Dettagli costruttivi/Descrizione delle opere/Voci di capitolato/Schede di computo/Elenco prezzi delle quantità elementari (Antonio Casalini e Alessandro Casalini)

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1) Pubblicato nella prima edizione da Elemond Mondadori, la collana prosegue col titolo I manuali di NOVOSTUDIO – Progetto di cantiere per l’edilizia residenziale per le Edizioni NOVOSTUDIO

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1. La fondazione continua – Progettazione esecutiva, architettonica, strutturale e impiantistica (Antonio Casalini) 2.1 Il progetto di ristrutturazione l – Guida agli esecutivi architettonici e strutturali (Antonio Casalini e Giordano Conti) 2.2 Il progetto di ristrutturazione ll – Opere entroterra (Antonio Casalini e Giordano Conti) 2.3 Il progetto di ristrutturazione lll – Consolidamento delle murature (Antonio Casalini) 3. Murature – Analisi dei carichi, modalità costruttive, particolari esecutivi, voci di capitolato (Antonio Casalini) 4. Il libro del Capitolato – Dalla bozza di progetto al progetto esecutivo al capitolato figurato a oggetti (Antonio Casalini) 5. Solai in laterocemento – Analisi dei carichi, dimensionamento, modalità costruttive, voci di capitolato (Antonio Casalini) 6. Strutture in cemento armato, in muratura e miste (Antonio Casalini e Michele Lucisano) 7. Plinti, Platee e travi rovesce – Dimensionamento, dettagli costruttivi e modalità esecutive (Antonio Casalini)