Protezione sismica di strutture murarie mediante elementi di rinforzo in acciaio: analisi della risposta sismica in presenza di dispositivi dissipatori di tipo viscoso

Le tragiche conseguenze relative anche ai recenti eventi sismici, hanno messo in evidenza, la necessità di elaborare teorie e tecniche per la protezione dinamica degli edifici. In Italia, paese ad alto rischio sismico, il problema della protezione degli edifici è trattato da anni: numerosi sono i progetti di ricerca, numerose sono anche le applicazioni pratiche di tecniche antisismiche sia per gli edifici di nuova costruzione che per quelli esistenti.

Lo studio proposto nel seguente lavoro di tesi, si preoccupa di valutare i benefici apportati ad una struttura muraria, quando questa è collegata ad un sistema di controventamento metallico mediante un dispositivo viscoso, in grado di conferire una grande capacità dissipativa.

Gli obiettivi del lavoro svolto sono stati essenzialmente due:
1. Ricercare un valore ottimale del coefficiente di viscosità dei dissipatori.
2. Valutare le caratteristiche meccaniche ottimali del sistema di controventamento.

Lo studio presentato per sua natura ha un carattere non assoluto, ma comunque le analisi sono state condotte nel modo più generale possibile secondo considerazioni tecnico-progettuali: a tal proposito sono stati scelti tre tipi di muratura, previsti dalla normativa, e sono state fatte variare le caratteristiche del controvento e del dissipatore al fine di individuare la configurazione ottimale.

Le analisi sono state effettuate con il programma di calcolo agli elementi finiti CANNY, in grado, con i suoi molteplici modelli isteretici, di modellare a pieno il comportamento non-elastico e non-lineare della muratura.

La scelta della combinazione di condizioni ottimali è inquadrata nell’ottica del principio del “performance based design”, secondo il quale una struttura deve essere in grado di evitare il crollo, nel caso di terremoto della massima violenza possibile, risparmiando così perdite di vite umane, ma accettando la possibilità di danni, nel caso de terremoti di modesta entità, in base all’assunto che sostituire o riparare il ridotto numero di strutture che sarebbero danneggiate dai terremoti più violenti è meno costoso che costruire solo strutture tanto resistenti da non subire alcun danno.


Organizzazione del testo

Il lavoro è suddiviso in tre parti, ognuna delle quali rappresenta un momento differente della ricerca: ricerca bibliografica, approfondimento e modellazione, infine analisi e interpretazione dei risultati.

La prima parte comprende due capitoli: il primo esamina gli aspetti teorici del controllo della risposta sismica delle strutture, elencando le principali tecniche di protezione sismica; nel secondo viene fatto un breve quadro della normativa italiana ed europea sulle tecniche di protezione sismica.

La seconda parte comprende i capitoli dal terzo al sesto dedicati alla modellazione dei sistemi strutturali impegnati. In particolare il terzo e quarto capitolo trattano dei dispositivi dissipatori viscosi, nel primo dei due viene studiato il modello analitico mentre nel successivo si utilizzano i dati sperimentali di una prova eseguita su un dispositivo per verificare l’esattezza del modello analitico. Il quinto capitolo tratta la modellazione analitica del pannello di muratura, sono illustrate le principali conclusioni conseguite dalla ricerca bibliografica e viene illustrato il modello matematico implementato nel programma di calcolo CANNY col quale sono effettuate tutte le analisi. Nel sesto capitolo si riporta lo stato dell’arte relativo ai controventi eccentrici, dei requisiti di rigidezza e di dissipazione che questi sistemi posseggono, in particolare viene dato risalto ai dati sperimentali che sono stati ottenuti dall’Università di Berkeley in California.

Nella terza parte troviamo i due ultimi capitoli. Il settimo è dedicato alla descrizione della ricerca e delle analisi, vengono identificati i tre tipi di muratura ed infine vengono riportati i grafici che riportano l’andamento degli indici di danneggiamento in funzione della viscosità.
Il lavoro è concluso con il capitolo 8 nel quale viene introdotto il concetto del “performance based design”, riportando le principali indicazioni della normativa americana FEMA 356, sono definiti i limiti prestazionali e vengono forniti i risultati dell’analisi e le indicazioni progettuali. In quest’ultimo capitolo troviamo anche una trattazione analitica del modello semplificato 2-DOF a masse concentrate e un’analisi delle funzioni di trasferimento degli spostamenti di tale modello.