Prefazione
Nell'ultimo decennio la ricerca di strategie "non convenzionali" di protezione sismica ha fatto registrare straordinari avanzamenti, tanto da offuscare il senso attuale del cosiddetto metodo di progettazione “convenzionale”. Sono ormai numerose le installazioni di dispositivi di dissipazione supplementare di energia nel mondo, particolarmente concentrate in nord America.
Approccio
ormai consolidato è quello che concentra l’attenzione della progettazione
antisismica, non tanto sulla definizione delle proprietà di resistenza dei
singoli elementi strutturali, quanto sulla filosofia del “Capacity Design” ovvero sullo studio della gerarchia delle
resistenze e delle caratteristiche di duttilità. Secondo tale procedimento si
perviene all’individuazione di zone a “danneggiabilità controllata” nelle
quali concentrare la dissipazione, in modo da salvaguardare gli elementi
strutturali principali. Tali zone possono essere facilmente identificate
conducendo sulla struttura una analisi dinamica incrementale (I.D.A.).
Questa
modalità di progettazione, tuttavia, non sempre risulta economicamente
conveniente, richiedendo necessariamente interventi di riparazione dei danni
prodotti dal sisma.
Per
ovviare a tale inconveniente, sono stati sviluppati nel corso di questi ultimi
anni, numerosi dispositivi di dissipazione supplementare di energia, il cui
inserimento nella compagine strutturale è stato finalizzato alla massima
limitazione della danneggiabilità degli elementi strutturali, dal momento che
in essi s’intende concentrare la gran parte dei meccanismi di dissipazione.
Questi stessi dispositivi possono essere montati anche su strutture esistenti,
consentendo un adeguamento oppure un miglioramento sismico della struttura.
Lo scopo
di questa tesi è quello di confrontare l’efficacia di due diversi dispositivi
dissipativi: dispositivi ADAS (Adding Damping And Stiffness) e dispositivi
siliconico fluido-viscosi (del tipo proposto dalla ditta Jarret) studiandone la
modalità di modellazione in campo non lineare e l’ottimizzazione
all’interno di una struttura intelaiata in acciaio.
Gli ADAS
rappresentano la prima generazione di smorzatori e utilizzano la dissipazione
generata dalla deformazione plastica a taglio di elementi metallici di varia
forma.
I
dispositivi siliconici fluido-viscosi (SFV), di recente applicazione, sfruttano
le capacità dissipative di un fluido siliconico secondo una particolare legge
elastico-dissipativa non lineare.
Il primo
obiettivo da raggiungere è consistito in una corretta modellazione dei sistemi
esaminati. A tale scopo si sono utilizzati due noti codici di calcolo: DRAIN2DX
messo a punto dall’ Università della California (Berkeley), e SAP2000NL nella
CSi (Berkeley).
La scelta
di questi due programmi è stata dettata dalla necessità di ricorrere a
strumenti di calcolo ad ampia diffusione all’interno della comunità tecnica,
oltreché noti in ambito scientifico.
In
particolare, per i dispositivi SFV è stato necessario creare un complesso
modello rappresentativo, combinando numerosi elementi non lineari (in serie ed
in parallelo) presenti nella libreria del codice di calcolo SAP2000NL. In tale
modello è stato infine calibrato simulando per via numerica prove sperimentali
condotte presso l’Università degli Studi di Firenze e sulla base del lavoro
svolto in collaborazione con il Dott. M. Rollo dell'Università di Udine.
Successivamente
alla fase di modellazione, è seguita la realizzazione di procedure atte alla
progettazione ottimale dei dispositivi da utilizzare per l’adeguamento di un
edificio. A tale scopo è stato realizzato per i dispositivi ADAS, sulla base
dell'algoritmo SSA (Sequential Search Algorithm), un programma che integra il
codice di calcolo DRAIN2DX e che reiterando le operazioni base della
progettazione diversificata per ogni piano, conduce alla disposizione ottimale
degli stessi. Per i dispositivi SFV è stata invece implementata, attraverso il
programma di calcolo scritto in ambiente MATLAB, una procedura già presente in
letteratura, che prevede in particolare l’attribuzione ai dispositivi di una
capacità dissipativa tale da ridurre una prestabilita percentuale
dell’energia d’ingresso.
La
valutazione dei reali benefici prodotti dall’utilizzo dei suddetti dispositivi
è stato condotto in riferimento ad un progetto di adeguamento sismico di un
edificio in acciaio, preventivamente progettato ai soli carichi verticali
statici e orizzontali indotti dal vento.
Tale
struttura, nelle differenti configurazioni di base e in quelle risultanti a
seguito dell'inserimento di entrambe le tipologie di dissipatori è stata
sottoposta ad un’accurata analisi non lineare utilizzando una serie di
accelerogrammi naturali ed artificiali caratterizzati da accelerazioni di picco
che variano da 0,10g a 0,49g.