La vulnerabilità: come si comportano
gli edifici in caso di terremoto
Sergio Castenetto
DPC - Ufficio Rischio sismico e vulcanico
Angelo Masi
Univ. della Basilicata e Reluis
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Cosa succede alla casa durante un terremoto?
?
COSA E’ IL TERREMOTO?
Sforzo
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Sforzo
Deformazione
Sforzo
Sforzo
Rottura
Quando le rocce, si fratturano liberano quasi istantaneamente l’energia
elastica sino ad allora accumulata. L’energia si propaga in tutte le direzioni
sotto forma di onde sismiche, provocando così quei movimenti del suolo che
costituiscono il terremoto.
ONDE MECCANICHE
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onde trasversali
onde longitudinali
onde sismiche S
onde sismiche P / onde acustiche
Le onde trasversali non si
propagano nei gas e nei liquidi
perché le forze trasversali sono
troppo piccole
Aria
340 m/s
Acqua
1400 m/s
Legno
5000 m/s
Acciaio
5000 m/s
Crosta Terrestre
~ 6000 m/s
PERCHE’ LE ROCCE
SONO SOTTOPOSTE A SFORZI?
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La Terra
è un pianeta “a strati”
nucleo
mantello
crosta
Solo lo strato più superficiale, detto “litosfera” (crosta e parte esterna del mantello
superiore), è sede di attività sismica
PERCHE’ LE ROCCE
SONO SOTTOPOSTE A SFORZI?
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La litosfera è divisa in 10 grandi parti (placche o zolle) che si muovono
l’una rispetto all’altra
E L’ITALIA?
E’ tra due “zolle”,
quella Africana e
quella Europea.
80 milioni di anni fa lo
scontro tra Africa ed
Europa diede inizio alla
formazione della
catena alpina
La catena appenninica
nasce
successivamente, in
seguito alla subduzione
della zolla africana
sotto quella europea
(da Mantovani, 1991)
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GLI SFORZI COSA PROVOCANO?
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Il punto all’interno della terra
dove si genera la rottura si
chiama ipocentro del
terremoto; il punto
corrispondente sulla superficie
terrestre è l’epicentro.
La rottura genera onde
sismiche che dall’ipocentro si
propagano in tutte le direzioni.
Giunte in superficie
determinano lo scuotimento dl
suolo
LA FAGLIA
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COME E’ FATTA UNA CASA
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COME E’ FATTA UNA CASA
muro portante
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tetto
solaio
solaio
fondazioni
COME E’ FATTA UNA CASA
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copertura
pilastri
tamponature
travi
fondazione
nodi
DURANTE UN TERREMOTO….
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Forza sismica
DURANTE UN TERREMOTO….
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…spinte da una parte e dall’altra!
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MA COME INFLUISCONO LE
ONDE SISMICHE SUL
COMPORTAMENTO DELLE
STRUTTURE?
IL PENDOLO
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IL PENDOLO
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Una cosa che oscilli liberamente appesa a un punto fisso è un pendolo.
L'esempio tipico è il pendolo degli orologi, usato per registrare il tempo.
I movimenti del pendolo sono oscillazioni (movimenti alternati tra estremi definiti).
IL PENDOLO
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Tac
2s
Oscillazione completa (Tic-Tac): 2 secondi
Periodo T = 2 s
Numero di oscillazioni in 1 secondo: ½
Frequenza f = ½ cicli/s = 1/T
Tic
1s
L’OSCILLATORE SEMPLICE
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L’OSCILLATORE SEMPLICE
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v(t)
Lo spostamento “v” dipende da:
Massa “M” (serbatoio pieno o vuoto)
Altezza “H”
Materiale “E”
Forma del fusto “I”
Accelerazione del sisma “a”
M
E, I
a
Il periodo “T” dipende solo dalle caratteristiche
meccaniche e di vincolo del modello.
“T” cresce al crescere della massa M e diminuisce al
crescere della rigidezza K(EI/H)
H
L’OSCILLATORE SEMPLICE
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RISONANZA
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Ogni oggetto possiede una
frequenza naturale
alla quale vibra quando viene sollecitata.
Quando viene applicata una ulteriore
vibrazione pari alla sua frequenza
naturale, l’oggetto Inizia a vibrare con
ampiezza
crescente, in altre parole entra in
risonanza
RISONANZA
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Spinta 5
Spinta 4
Spinta 3
Spinta 2
Spinta in
fase
Oscillazione in
aumento
SEMPRE PIÙ IN ALTO…
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TROPPO IN ALTO!!!
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Risonanza dell’altalena
RISONANZA
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Un bicchiere può
rompersi se colpito da
onde sonore della
stessa frequenza delle
vibrazioni naturali del
bicchiere.
RISONANZA
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Tacoma Narrows Bridge
07/11/1940
3 TELAI IN RISONANZA
H1 < H2 < H3
T1 < T2 < T3
f1 > f2 > f3
v1 < v2 < v3
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EDIFICIO A 2 PIANI
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u2
F2
2
H2
u1
1
H1
F1
EDIFICIO A 2 PIANI
1° modo di vibrare
φ2,1
2
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φ2 , 2
2° modo di vibrare
2
φ1,1
1
φ1,2
1
Oscillazioni
Periodo T1 > T2
Frequenza f1<f2
EDIFICIO A 2 PIANI
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u2
2
u1
1
La deformazione effettiva sarà una combinazione
dei vari modi di vibrare
RISONANZA
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Dunque…
se la frequenza delle onde simiche è
uguale alla frequenza di vibrazione
della struttura si ha la risonanza.
… Ma il suolo che ruolo ha?
EFFETTI DI SITO
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Messico 1985
M = 7.0
circa 10.000 morti
L’epicentro si trovava a
200 km da Città del
Messico, costruita sui
terreni soffici di un antico
lago.
AMPLIFICAZIONE
IPOCENTRO
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LO SMORZAMENTO
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LO SMORZAMENTO
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ISOLAMENTO SISMICO
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ISOLAMENTO SISMICO
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La prima applicazione di cui si ha notizia è in Giappone, in un edificio del
tempio di Sanjusangendo (Kyoto) contenente 1001 statue
Non ha subito danni a
seguito del terremoto di
Kobe del 1995
(solo 4 statue sono state
leggermente danneggiate)
L’edificio definito Rengeoin di dimensioni in pianta pari
a 118x18 m è stato costruito nel 1164, distrutto da un
incendio è stato ricostruito nel 1266.
Poggia su una base di materiali sciolti finissimi agenti a
guisa di sistema di isolamento
ISOLAMENTO SISMICO
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Brevetto di un sistema basato
sull’uso di sfere interposte tra la
base della sovrastruttura e la
fondazione. (Jules Touaillon, 1870)
ISOLAMENTO SISMICO
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Brevetto Italiano di isolatore sismico
con utilizzo di sfere (Domenico
Lodà , 1911)
“Double Concave Friction Pendulum”
(Hyakuda et alii)
ISOLAMENTO SISMICO
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Sistema di costruzione di
un edificio sospeso
brevettato in Italia. (1909)
Torre ENEL I centro Direzionale
Napoli (altezza 122 m, fine
costruzione 1990)
EDIFICIO A BASE FISSA
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il terreno trasmette energia alla costruzione, deformandola
Spostamenti interpiano
Accelerazioni sulla struttura
Accelerazioni alla base
EDIFICIO ISOLATO ALLA BASE
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Riduzione delle accelerazioni e degli spostamenti tra i piani
Spostamenti interpiano
Accelerazioni sulla struttura
Accelerazioni alla base
EDIFICIO RINFORZATO CON
CONTROVENTI DISSIPATIVI
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Riduzione degli spostamenti tra i piani. L’energia viene dissipata
attraverso dispositivi in grado di farlo senza rompersi
Spostamenti interpiano
Accelerazioni sulla struttura
Accelerazioni alla base
LE ONDE P POSSONO CONTRIBUIRE A:
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LE ONDE P POSSONO CONTRIBUIRE A:
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a) Inflessione concorde dei paramenti.
compressione
trazione
trazione
trazione
compressione
trazione
b) Inflessione discorde dei paramenti.
SCHIACCIAMENTO
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LE ONDE TRASVERSALI (S, L)
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Azioni
nel piano
Azioni fuori
del piano
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(Da de Felice)
MECCANISMO FUORI PIANO
MECCANISMO FUORI PIANO
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Moldavia, 1986
Perdita di connessione tra le pareti esterne
ribaltamento
MECCANISMO FUORI PIANO
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MECCANISMO FUORI PIANO
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MECCANISMO NEL PIANO
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A. Giuffré - Sicurezza e Conservazione dei centri Storici
SI POSSONO EVITARE QUESTI DANNI?
Effetto scatola
SI POSSONO EVITARE QUESTI DANNI?
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MECCANISMO FUORI PIANO
Struttura in c. a.
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MECCANISMO NEL PIANO
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Struttura in c. a.
Piano soffice
Meccanismo nel piano
MECCANISMO NEL PIANO
CANSATESSA (L’AQUILA) (VI-VII MCS)
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RISPETTARE LE REGOLE
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E’ importante come si
costruiscono le case!!!
Ma anche come si
riparano!!!
