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Protezione sismica di edifici strategici con isolamento e dissipazione: il caso studio della caserma VV.F. dell'Aquila
Protezione sismica di edifici strategici con isolamento e dissipazione: il caso di studio della caserma VV.F. dell'Aquila
Articolo tratto dalle memorie del XVI CONVEGNO ANIDIS - L'Aquila - 2015
ABSTRACT
Il sisma del 6 aprile 2009 ha messo in luce la necessità di garantire, per gli edifici a carattere strategico, prestazioni sismiche tali da assicurare la piena operatività del fabbricato per eventi di forte intensità. La progettazione della sede del Comando Provinciale dei Vigili del Fuoco deve rispondere a queste esigenze, richiedendo l'adozione delle più moderne tecniche di ingegneria antisismica.
Per il soddisfacimento di tali standard si è proposto un sistema di isolamento con dispositivi a scorrimento a superficie curva (Friction Pendulum). La scelta è stata dettata dalla particolare forma a L dell'edificio e dalle esigenze architettoniche, le quali richiedono la presenza di grandi spazi liberi, privi dell'ingombro di elementi strutturali.
Recenti studi (Progetto S5 DPC-INGV 2005-2007, Faccioli e Villani 2009) hanno mostrato che, per tempi di ritorno elevati, sono presenti amplificazioni spettrali nel range dei bassi periodi: ciò ha spinto l'adozione di dispositivi a scorrimento la cui efficacia è indipendente dalle caratteristiche del sisma, a condizione di poter accettare ampi spostamenti. Sono state condotte analisi dinamiche non lineari impiegando accelerogrammi con un elevato contenuto energetico alle basse frequenze, compatibili con gli spettri TDSI (Spettri di spostamento per i siti italiani) che si basano sul Progetto S5. Tali spettri inviluppano con un franco idoneo quelli delle NTC2008 ai bassi periodi, correggendone la forte sottostima ai lunghi periodi.
L'utilizzo del codice di calcolo OpenSees ha permesso una modellazione accurata dei dispositivi, consentendo di tenere in conto della variazione del coefficiente di attrito con lo sforzo normale agente.
Allo scopo di ridurre gli spostamenti del sistema di isolamento, sono stati adottati ulteriori dispositivi di smorzamento viscosi a comportamento non lineari.
INTRODUZIONE
Il Comando Provinciale dei Vigili del Fuoco è ubicato nella zona orientale immediatamente al di fuori del centro storico dell'Aquila. Prima del sisma del 2009 si componeva di due corpi di fabbrica distinti:
- il primo risalente agli anni '60, è stato di proprietà della Provincia fino al 2002, anno in cui fu acquisito dal Demanio;
- il secondo venne realizzato a partire dal 2001 con fondi statali ed è stato preso in possesso dal Comando nel 2005.
Prima del sisma era stata condotta una verifica di vulnerabilità del blocco più antico ed era stata eseguita una campagna di indagini sui materiali. Questa campagna evidenziò il degrado del copriferro e delle armature delle strutture in c.a. e una resistenza meccanica del calcestruzzo molto bassa. La verifica di vulnerabilità mise in luce la carenza di sicurezza sismica della struttura, carenza resa ancora più significativa dall'importanza strategica dell'edificio. Questi risultati sono stati confermati dall'evento tellurico del 6 Aprile 2009: il fabbricato ha riportati danni di una gravità tale da richiedere la demolizione completa del blocco più vecchio.
La progettazione architettonica del nuovo edificio ha conferito ad esso, per motivi funzionali, una pinta a L e una distribuzione degli interni che prevede ampi spazi liberi. Tali caratteristiche creano enormi criticità alla progettazione strutturale, accentuate dalla necessità di garantire un'elevata sicurezza simica dell'edificio, richiesta dall'importanza strategica dello stesso.
A tale scopo la soluzione progettuale più naturale è stata quella di non perseguire un'elevata resistenza del sistema strutturale, resistenza che le esigenze architettoniche non avrebbero permesso di ottenere, bensì di abbattere la sollecitazione sismica. Si è adottata una soluzione con isolamento sismico con dispositivi Friction Pendulum: questi isolatori si prestano bene ad essere impiegati in edifici con geometria irregolare grazie alla loro proprietà di ricentraggio tra baricentro delle masse e baricentro delle rigidezze sul piano dell'isolamento. Data l'importanza dell'opera e la particolarità del sistema adottato, in grado di ridurre sensibilmente le sollecitazioni sismiche a fronte di elevati spostamenti degli isolatori, si è condotto un approfondito studio sull'input sismico, impiegando per le analisi accelerogrammi con spettro compatibile con gli spettri TDSI (Spettri di spostamento per i siti italiani) che si basano sul Progetto S5: tali spettri inviluppano con un franco idoneo quelli delle NTC2008 ai bassi periodi, correggendone la forte sottostima ai lunghi periodi. Inoltre gli accelerogrammi scelti contengono un elevato contenuto energetico alle basse frequenze e sono quindi in grado di eccitare in modo adeguato il sistema di isolamento: si è così certi di condurre le verifiche per una sollecitazione sismica molto gravosa, aumentando certamente il livello di sicurezza.
La gravità dell'input sismico è stata confermata dalla analisi dinamiche non lineari condotte con il software OpenSees: queste hanno mostrato il manifestarsi di spostamenti molto elevati, superiori a quelli ammissibili. Al fine di ridurli è stato necessario introdurre dispositivi di dissipazione viscosi. Le verifiche condotte testimoniano che l'edificio così progettato soddisfa le prestazioni di non subire danni anche nell'eventualità di un sisma con tempo di ritorno corrispondente a quello dello Stato limite di Collasso.
Vista aerea pre-sisma del complesso.
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