Ospedale del Mare

Ospedale del Mare
Isolamento sismico dell'Ospedale del Mare
Località: Napoli
Responsabile del progetto: Marzullo s.r.l. dell’Arch. Francesco Marzullo (Roma)
Analisis strutturale: Studio MSM Ingegneri Associati, degli ingegneri M. Moscato e F. Spadafora
(Roma)
Per gentile concessione Studio MSM Ingegneri Associati.
Key features:
Importante esempio di intervento di isolamento sismico di struttura di grandi dimensioni
Nell’ambito dell’attività di coordinatore e responsabile del progetto del nuovo Ospedale del Mare in
Napoli, espletata dalla Marzullo s.r.l. dell’Arch. Francesco Marzullo (Roma), ed in relazione alla
rilevante dimensione dell’opera e della sua importanza, è stata sviluppata dallo studio MSM
Ingegneri Associati, degli ingegneri M. Moscato e F. Spadafora (Roma), la modellazione dell’intero
complesso strutturale, costituito dall’apparato di fondazione su pali, dalle sottostrutture di sostegno
degli isolatori sismici e da tutte le strutture in elevazione.
In particolare il complesso edilizio è costituito da un unico
corpo di fabbrica, a pianta quadrata di lato 150 metri circa e
corte interna di lato 80 metri circa, distinguibile sia per funzione
che per andamento altimetrico in due porzioni di forma ad “L”,
denominate Corpo Alto, composto da sette livelli fuori terra ed
un piano interrato, e Corpo Basso, contrapposto al primo e
composto da tre livelli fuori terra ed un piano interrato.
L’insieme edilizio si presenta senza giunti strutturali.
Si è scelto di renderlo “sismicamente isolato” mediante l’interposizione di dispositivi di isolamento
posti in sommità ai pilastri del livello interrato. Tali dispositivi disaccoppiano quindi l’oscillazione
del terreno in fase sismica da quella del fabbricato, il quale assume un comportamento da corpo
rigido che “sconta” la sua oscillazione nella deformazione rilevante dei suoi isolatori posti al livello
interrato.
Il sistema di isolamento sismico alla base è costituito da isolatori di tipo elastomerico ad elevato
smorzamento (HDRB : high damping rubber bearings), costituiti da dispositivi formati da strati di
gomma naturale o sintetica ad elevato smorzamento (high damping rubber s=15%) con interposti
lamierini metallici. Questi ultimi servono principalmente a limitare la deformabilità laterale degli
strati in gomma (azione di confinamento) ed a garantire un’adeguata rigidezza verticale. Secondo le
prescrizioni contenute nel punto 10.7.2 e 10.7.5 dell’Ordinanza Ministeriale (OPCM, 2003), la
deformabilità verticale degli isolatori deve essere considerata quando il rapporto (Kv/Kesi) tra la
rigidezza verticale del sistema di isolamento Kv e la rigidezza orizzontale Kesi è inferiore a 800
(Kv/Kesi < 800). Per gli isolatori HDRB utilizzati per questo progetto il rapporto Kv/Kesi > 800 e
quindi la deformabilità verticale non viene tenuta in conto nell’analisi strutturale. Il complesso
isolatori-struttura si comporta dinamicamente come un sistema caratterizzato da un impalcato rigido
su molle orizzontali con rigidezza pari alla rigidezza laterale degli isolatori e come tali si sono
caratterizzati gli elementi di modellazione con cui sono state riprodotti i dispositivi di isolamento.
In progetto sono previsti 327 isolatori.
Ai fini della verifica del comportamento del fabbricato si è operata una sua modellazione mediante
analisi agli elementi finiti, la quale in relazione alla spiccata dissimmetria che il fabbricato presenta
sia in pianta che in elevazione, ha comportato la completa riproduzione sia dell’apparto di
fondazione che delle strutture di elevazione, con interposti i dispositivi di isolamento sismico,
potendosi quindi esaminare in maniera completa tutti i comportamenti che assume il complesso
edilizio, nelle sue parti costituenti, specie in corrispondenza dei passaggi tra i corpi alti e quelli
bassi, che si caratterizzano per la loro conformazione ad L congiunta in corrispondenza del
reciproco contatto. Tale conformazione appare determinante rispetto ai requisiti che la normativa
vigente contempla quali condizioni essenziali per poter introdurre semplificazioni nell’approccio di
calcolo e nella sua modellazione, che nel caso in specie non appaiono sussistere anche in relazione
all’importanza dell’opera. A seguito di tali considerazioni si è spinta la modellazione di calcolo
pervenendo alla completa riproduzione dell’intera gabbia strutturale tridimensionale, compresi i
corpi di scala esterni presenti nei prospetti sulla corte centrale, composti da setti in c.a. a tutta
altezza e dalle solette piene inclinate di rampa ed orizzontali di pianerottolo.
L’attività di modellazione è stata svolta con l’ausilio, nella fase generale di impostazione, del
modellatore solido inMod, con il quale si è costruito il modello geometrico tridimensionale e si
sono applicati i carichi sulle diverse porzioni di impalcato secondo la loro specifica entità,
successivamente il generatore di mesh integrato in inMod ha creato il vero e proprio modello a
elementi finiti, affinato e risolto direttamente in Nòlian, nelle particolarità geometriche presenti nel
reale complesso strutturale. Data la notevole estensione del modello strutturale l’utilizzazione del
modellatore inMod ha consentito agevolmente il controllo a video della correttezza dei dati di
carico imposti progressivamente ai vari livelli.
Nella modellazione si sono utilizzati elementi monodimensionali trave per le strutture di gabbia,
elementi bidimensionali guscio per la platea di fondazione per la contropiastra di fondazione e per
le solette piene previste ai diversi piani, nonché per i setti e le rampe di scala, e infine elementi
bidimensionali a lastra per la sola funzione di piano rigido che svolgono le diverse porzioni di
solaio nei confronti delle maglie di gabbia cui appartengono. Infine come già esposto per ciò che
concerne gli isolatori sismici, si sono utilizzati elementi “boundary” a comportamento lineare
caratterizzati dalla rigidezza laterale propria dei dispositivi elastomerici previsti. Per ciò che
concerne le fondazioni, anche in questo caso si sono utilizzati elementi monodimensionali per la
modellazione dei pali 800, collegati a molle orizzontali disposte a passo costante, in entrambe le
direzioni principali, la cui rigidezza assiale è stata definita mediante la caratterizzazione geotecnica
del terreno interessato, in termini di coefficiente di Winkler, così come evidenziato nella relazione
geotecnica di progetto. Il modello generato è composto da 92919 nodi e 98536 elementi.
L’analisi del comportamento sismico dell’edificio è stata condotta eseguendo un’analisi del tipo
“dinamica modale con spettro di risposta” nel rispetto del punto 4.5.3 dell’OPCM n.3431. Il sito
interessato dalla costruzione (città di Napoli) è classificato zona 2 cui corrisponde un’accelerazione
di ancoraggio al suolo pari a 0.25 g.
E’ stato altresì osservato quanto riportato al punto 10.6 (Azione sismica) dell’OPCM n.3431 ovvero
che negli spettri di progetto delle strutture con isolamento sismico è stato assunto quale periodo un
valore TD=2,50 sec ed è stato tenuto in conto che le ordinate spettrali per T > 4.0 sec siano assunte
pari all’ordinata corrispondente a T = 4.0 sec Pertanto nel caso in esame sono stati considerati:
TB=0,15; TC=0,50; TD=2,50. L’analisi in fase sismica ha condotto ai seguenti periodi di vibrazione:
T1 = 2.363 sec; T2 = 2.2823; T3 = 2.1383 sec:
La modellazione completa di tutte gli elementi strutturali che compongono l’organismo edilizio, sia
per ciò che riguarda i telai tridimensionali che le parti accessorie, quali i corpi scala presenti nella
corte interna e direttamente connessi alla gabbia strutturale, ha permesso di verificare l’adeguatezza
della risposta in fase sismica, l’entità delle azioni che si riversano sull’apparato di fondazione e sui
dispositivi di isolamento sismico, nonché le indicazioni di spostamento che subiscono le parti
strutturali ai diversi livelli, indispensabili per il dimensionamento dei giunti con la prevista edilizia
limitrofa, per la verifica di compatibilità delle componenti impiantistiche previste e per la verifica
della idoneità degli isolatori sismici individuati in fase di loro predimensionamento.