Valutazioni preliminari su base sperimentale per un criterio di stabilità di oggetti appoggiati

In questo lavoro vengono presentati alcuni risultati di una campagna di prove sperimentali eseguita su una serie di campioni, diversi per forma e materiale, semplicemente appoggiati e sollecitati da forzanti armoniche e da segnali sismici. Vengono discussi i limiti usualmente assunti per la definizione dei criteri di oscillazione e ribaltamento ottenuti in base all’ipotesi di corpo rigido.

Sulla base dei risultati delle prove, vengono proposte alcune valutazioni preliminari per la definizione di un criterio di stabilità che tenga conto della presenza di imperfezioni dei campioni, utilizzabile per la valutazione di sicurezza di elementi non strutturali reali, in condizioni di semplice appoggio, quali sono la maggior parte degli elementi che appartengono alla categoria “beni contenuti negli edifici.”


Risposta sismica di oggetti non strutturali: necessario mettere a punto sistemi semplificati 

Negli ultimi anni si è assistito ad un crescente interesse per il “sistema edificio” nel suo complesso, ricercando metodi e soluzioni per garantirne prestazioni elevate (in termini di efficienza energetica, sostenibilità, sicurezza, comfort, etc.) e limitarne le perdite economiche legate al normale utilizzo così come ad eventi estremi quale ad esempio il sisma.

In tale contesto si colloca l’importanza riservata agli elementi non strutturali (quali impianti, elementi architettonici, beni contenuti) dalle moderne normative sismiche in Europa e in tutti i paesi ad elevato rischio sismico come USA, Nuova Zelanda, Giappone. È cresciuta, infatti, la consapevolezza che il danneggiamento degli elementi non strutturali, oltre a ridurre l’operatività degli edifici causandone limitazioni di utilizzo, associate spesso a costi elevati, può avere conseguenze anche sulla salvaguardia della vita stessa, sia dirette, in seguito a rotture o collassi, sia ad esempio ostacolando l'evacuazione in sicurezza.

I beni contenuti all’interno degli edifici rappresentano una particolare categoria di elementi non strutturali. In alcuni casi si tratta di beni di valore, il cui danneggiamento implica anche perdite rilevanti di carattere culturale, artistico, economico. Molto spesso questi oggetti sono in condizioni di semplice appoggio, per cui la loro risposta sismica può essere valutata adottando il modello di corpo rigido che considera l'equilibrio limite con riferimento ai possibili moti di oscillazione e ribaltamento. È particolarmente ricca la letteratura scientifica sullo studio della dinamica del corpo rigido, dai primi lavori di Milne (1881) e di Housner (1963), sino a più recenti lavori in ambito analitico e numerico (e.g. Yim et al. 1980, Lipscombe and Pellegrino 1993, Makris and Roussos 1998, Zhang and Makris 2001, Sorrentino et al. 2006) e sperimentale (e.g. Liberatore and Spera 2001, Purvance et al. 2008, Kafle et al. 2011, Wittich and Hutchinson 2015).

Tuttavia, nella pratica progettuale, è necessario mettere a punto criteri semplificati per valutare la risposta sismica ad oscillazione e ribaltamento di tali elementi. Per quanto riguarda in particolare il fenomeno del ribaltamento, alcuni criteri proposti in letteratura e in normativa sono stati messi a confronto in Berto et. al. 2018 (Ishiyama 1982, Lam-Gad 2008, analisi cinematica lineare e non lineare proposta nelle Norme italiane NTC 2008, Circolare 2009).

Nel presente lavoro si riportano alcuni risultati di una serie di prove sperimentali su campioni in legno e marmo, semplicemente appoggiati alla base e soggetti a segnali armonici e sismici. In particolare, vengono indagati i valori di accelerazione e velocità alla base che inducono al fenomeno del ribaltamento, e vengono confrontati con quanto previsto dal criterio di ribaltamento di Ishiyama, ampiamente utilizzato a livello internazionale per le valutazioni di vulnerabilità sismica di oggetti semplicemente appoggiati.

 

Criterio di ribaltamento

Attraverso una vasta e approfondita serie di analisi numeriche e sperimentali, Ishiyama (1982, 1984) ha proposto un criterio per la valutazione della condizione di ribaltamento per corpi rigidi appoggiati sottoposti ad un’accelerazione sismica applicata alla base. Tale criterio si basa essenzialmente sulle misure di intensità sismica (IM) di accelerazione e velocità. In particolare, Ishiyama ha assunto come limite inferiore dell'accelerazione massima che può innescare il fenomeno del ribaltamento ac, definita dalla condizione di inizio oscillazione, ricavabile da semplici relazioni di equilibrio alla rotazione rispetto allo spigolo, e introdotta già da Milne (1881):

 

Criterio di ribaltamento

dove H rappresenta l'altezza del baricentro G del blocco, B il valore minimo delle distanze tra il bordo della base attorno cui avviene l'oscillazione e la proiezione di G nella direzione del moto e 𝑔 l’accelerazione di gravità. In caso di corpo simmetrico B = b/2, dove b la larghezza della base, Figura 1.

 

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IMMAGINE 1: Parametri geometrici del corpo rigido

 

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Articolo tratto dagli atti del XVIII Convegno ANIDIS - Ascoli Piceno 2019

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