Le torri dissipative.

seitec
srl
Spin off accademico
Seismotechnologies
Università Politecnica delle Marche
UN SISTEMA INNOVATIVO PER LA PROTEZIONE SISMICA
DI SCUOLE E OSPEDALI: “LE TORRI DISSIPATIVE”
La Seitec Seismotechnologies srl ha messo a punto un sistema innovativo di adeguamento sismico
degli edifici esistenti, particolarmente efficace per complessi scolastici e ospedalieri, che prevede la
realizzazione di torri dedicate alla protezione sismica, equipaggiate con dispositivi di dissipazione di
energia, da disporre in modo opportuno all’esterno degli edifici stessi, senza interferire con gli spazi
interni e senza interromperne la funzionalità.
Simulazione di intervento
Il sistema a “torri dissipative”
Le tradizionali metodologie di protezione sismica degli edifici esistenti a scheletro portante in c.a.
richiedono il rinforzo degli elementi strutturali (travi e pilastri) e/o l’inserimento di nuove strutture
all’interno degli edifici, con conseguente interruzione delle attività o il trasferimento delle stesse su
altre strutture. Tra i sistemi di miglioramento e adeguamento sismico più efficaci si devono oggi
annoverare quelli che fanno ricorso all’inserimento di controventi dissipativi all’interno delle maglie
dell’ossatura portante. Nel caso delle scuole e degli ospedali, questo tipo di intervento presenta
tuttavia gli stessi inconvenienti dei sistemi di adeguamento tradizionali, in quanto interferisce con
l’esercizio e richiede costi indiretti molto elevati, connessi non solo alle sistemazioni interne ma
anche all’interruzione del servizio.
Per superare i problemi di interferenza con le attività presenti all’interno degli edifici la Seitec
propone un sistema innovativo che prevede la realizzazione di torri esterne, affiancate all’edificio da
proteggere, aventi il compito di contrastare le azioni sismiche per dissipazione di energia, riducendo
le accelerazioni e gli spostamenti.
Via di Passo Varano 306/B – 60131 Ancona – [email protected] tel. 071/2900501 fax 071/2855024
seitec
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Le torri sono vincolate alla base su un appoggio centrale a cerniera sferica e su dispositivi di
dissipazione di energia perimetrali. Al fine di esaltarne l’efficacia i dissipatori sono montati su
manovellismi di amplificazione degli spostamenti e disposti radialmente in modo da risultare attivi in
tutte le direzioni. Il ricentramento delle torri dopo un evento sismico è garantito dalla forza di
richiamo elastico dell’edificio esistente.
Manovellismo alla base e modello di comportamento
Il sistema è stato brevettato dall’Ing. Alessandro Balducci (Applicazione n. EP20100747238 20100831
- WO2010EP62748 20100831, Classificazione internazionale ed europea E04H9/02 – concessione
italiana n.0001395591 class. E04H).
I vantaggi del sistema
Il vantaggio principale è indubbiamente costituito dalla riduzione dei costi rispetto alle tradizionali
tecniche di protezione sismica, sia per la maggiore efficienza data dallo sfruttamento ottimale dei
dispositivi di dissipazione, che per l’abbattimento dei costi indiretti connessi alla sistemazione degli
spazi interni e all’interruzione e/o delocalizzazione delle attività.
L’efficacia del sistema è molto elevata in quanto consente di garantire l’operatività dell’edificio da
proteggere anche per terremoti di grande intensità e cioè con periodi di ritorno superiori a quelli
previsti dalle norme, come avviene negli edifici isolati alla base.
Da un punto di vista architettonico e funzionale le torri costituiscono nuove strutture che possono
ospitare nuovi spazi, scale di emergenza, ascensori, etc., consentendo da un lato l’adeguamento alle
norme sulla sicurezza e accessibilità, dall’altro la riqualificazione architettonica dell’edificio.
La disposizione dei dissipatori alla base delle torri, con la possibilità di creare un ambiente chiuso e di
facile accesso, semplifica enormemente le operazioni di ispezione, di manutenzione ed eventuale
sostituzione. Il sistema si caratterizza, inoltre, per la completa reversibilità.
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PRIME APPLICAZIONI
Adeguamento sismico del Liceo Socio-Pedagogico “B. Croce” di Avezzano (AQ)
Il progetto prevede l’inserimento di 6 torri sismo-resistenti dissipative in affiancamento ai singoli
corpi di fabbrica che compongono l’intero complesso. Con questa soluzione strutturale l’ATI si è
aggiudicata la gara di appalto, con una riduzione dei costi di circa il 50% rispetto al progetto a base di
gara. I lavori sono stati eseguiti senza l’interruzione delle attività scolastiche.
7300
( 30x65)
(30x65)
4000
4000
(40x60)
(40x60)
(30x45)
(30x45)
(30x45)
(30x45)
(30x45)
(30x60)
(30x60)
(30x60)
(30x45)
Torre "TS"
4600
4000
(45x16)
( 45x16)
(45x16)
(45x16)
(30x45)
(45x16)
(30x60)
( 30x45)
(45x16)
(30x60)
(30x60)
(45x16)
(30x60)
(45x16)
(45x16)
(30x60)
(30x45)
(30x60)
(30x45)
(30x60)
(30x45)
(30x60)
(45x16)
(45x16)
(30x60)
(30x60)
(45x16)
(30x45)
(30x60)
(30x45)
(30x60)
(30x60)
( 30x45)
(45x16)
(30x60)
(30x60)
(45x16)
(30x45)
(30x60)
(30x60)
(30x45)
(30x60)
(45x16)
(30x60)
(30x60)
(30x60)
(45x16)
(30x45)
(30x60)
(30x60)
(45x16)
(30x45)
2400
(30x45)
(45x16)
(30x60)
(30x60)
(30x45)
(30x60)
( 30x45)
(30x60)
(30x45)
(45x16)
150 0
150 0
150 0
150 0
(45x16)
(30x60)
(30x60)
( 45x16)
(30x60)
(30x45)
3400
2400
( 30x45)
(45x16)
(30x60)
1875
4000
4000
1875
1875
4000
1875
4000
Torre "TA"
4000
(30x60)
(30x60)
(30x60)
( 30x45)
3400
(45x16)
(30x60)
(30x45)
(30x45)
Torre "TA"
4600
(30x60)
(30x60)
(30x45)
(30x45)
Torre "TS"
(30x45)
(30x65)
(30x60)
(30x60)
(30x60)
(30x60)
(30x60)
(30x60)
(30x45)
( 30x65)
(30x45)
(30x45)
(30x60)
(30x45)
(40x60)
(30x60)
(30x60)
(30x45)
( 30x45)
(30x45)
(40x60)
(30x45)
( 45x16)
( 30x45)
(30x60)
(30x45)
(30x60)
(30x60)
(30x45)
(30x60)
( 30x45)
(30x45)
( 30x80)
(30x60)
( 30x60)
(30x60)
(40x60)
(30x45)
(30x45)
(30x60)
(30x45)
(30x45)
(30x60)
(30x45)
(30x60)
(30x45)
(30x45)
(30x60)
(30x60)
( 30x60)
( 30x45)
(30x60)
(30x60)
(30x60)
(30x60)
(30x60)
(45x16)
( 30x45)
(30x45)
(30x45)
(45x16)
(40x60)
( 30x45)
(30x60)
(40x60)
(30x60)
(40x60)
( 30x80)
1450
1450
(30x60)
(30x60)
(30x60)
(40x60)
( 30x80)
465 0
HEB 220
(30x45)
(40x60)
(30x65)
( 30x65)
(30x45)
(45x16)
( 30x65)
(30x65)
4650
( 30x80)
4 900
Torre "TD"
(30x45)
(30x65)
( 30x80)
49 00
(30x80)
( 30x80)
( 30x80)
( 30x80)
( 30x80)
( 30x80)
( 30x80)
465 0
4650
HEB 220
(30x65)
( 30x80)
Torre "TD"
(30x65)
CENTRALE TERMICA
(30x60)
(30x65)
(30x80)
(30x65)
(30x60)
( 30x65)
(30x60)
(30x65)
4750
(30x65)
(45x16)
CARPENTERIA DI PIANO
Pianta 1° livello: organizzazione planimetrica delle torri
Le due torri affiancate ai due corpi principali (corpi A e G) hanno anche la funzione di contenere un
ascensore (TA) e una scala di emergenza (TS).
Torre "TA"
Torre "TS"
QUOTA SOLAIO
(CA RPENTERIA)
QUOTA SOLAIO
( CARPENTERIA)
QUOTA PAVIMENTO
PIANO RIALZATO
3500
350
+4.80
350
QUOTA SOLAIO
(CARPENTERIA)
QUOTA SOLAIO
(CARPENTE RIA)
+1.30
QUOTA P AVIMENTO
PIANO RIALZATO
+1.35
55
55
+1.30
40
70
+0.05
70
130
55
55
40
70
+0.10
+4.80
350
3450 m m
+4.80
185
+8.30
QUOTA SOLAIO
(CARPENTERIA)
QUOTA SOLAIO
(CARPENTE RIA)
+1.35
3500
350
+8.30
350
3500
+8.30
+4.80
+11.80
QUOTA SOLAIO
(CARPENTE RIA)
QUOTA SOLAIO
(CARPENTE RIA)
+8.30
4940
+11.80
350
3500
+11.60
3450 mm
4440
+11.80
50
540
30
90
30
-1.80
90
55
190
100
40
-0.25
-0.90
600
600
CARPENTERIA SEZIONE TORRE "TA" - ASCENSORE
CARPENTERIA SEZIONE TORRE "TS" - SCALA EMERGENZA
Sezioni con due torri tipo
Alla base di ogni torre sono posizionati otto dispositivi dissipativi (2 per ogni vertice), montati su
manovellismi meccanici in grado di amplificare gli spostamenti e garantire una notevole efficienza.
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Le torri sono vincolate centralmente su un appoggio a cerniera sferica; il cinematismo di rotazione
attiva contemporaneamente tutti i dispositivi dissipativi.
La realizzazione delle torri ed un particolare del manovellismo con dissipatore
Abbattimento spettro SLV in accelerazione
Sd [m]
Sa [g]
L’efficienza del sistema di protezione sismica può essere apprezzata osservando il confronto tra gli
spettri elastici in accelerazione e in spostamento con e senza torri riportati nella figura che segue. La
presenza delle torri produce un abbattimento significativo dell’input sismico, riducendo le ordinate
di entrambi gli spettri di un fattore di alterazione = 0,44.
1,00
0,80
spet_SLV
_elastico
0,60
0,40
spet_SLV
_elastico
0,20
spet_SLV
_η=0,44
0,10
spet_SLV
_η=0,44
0,20
Abbattimento spettro SLV in spostamento
0,30
0,00
0,00
0,00
2,00
0,00
4,00 T [sec]
2,00
4,00 T [sec]
Abbattimento degli spettri in spostamento ed accelerazione
E’ significativa la riduzione degli spostamenti ottenuta allo Stato Limite di Salvaguardia della Vita
(SLV): nella figura che segue è riportato il confronto tra gli spostamenti registrati istante per istante
alla sommità del corpo A prima e dopo l’intervento. Il risultato è di notevole interesse in quanto
mostra che gli spostamenti ottenuti con l’inserimento delle torri risultano inferiori al limite
0,0033 ∙
imposto dalle norme per lo Stato Limite di Operatività (SLO). Ciò significa che l’edificio
rimane in campo elastico e senza danneggiamenti anche per un sisma di grande intensità (SLV).
Andamento spostamenti SLV direzione X - corpo A
spostamenti [m]
0,12
0,06
δlim
0
0
5
10
15
-0,06
-0,12
Modello shade dei corpi A e G
Ux_stato
di fatto
tempo [sec]
Ux_stato
di
progetto
Confronto spostamenti istante per istante
Il costo complessivo delle opere strutturali è di circa €1.700.000,00, che ripartito sulla superficie
utile dei soli piani abitabili, pari a 6.800 , conduce ad un’incidenza di 250,00 €⁄ .
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Adeguamento sismico dell’Ospedale Regionale Torrette di Ancona
Oggetto dell’intervento è il nucleo originale del Complesso Ospedaliero di Torrette di Ancona,
risalente ai primi anni ’70 e costituito da cinque “ali” (corpi A, C, E, L, N) che confluiscono in un corpo
centrale suddiviso in tre parti (B, IB, I). Ciascuna ala è a sua volta suddivisa in due corpi contigui
separati da un giunto. In definitiva il complesso consta di 13 corpi indipendenti, a fianco dei quali vi
sono altri edifici più bassi, non interessati dall’intervento, se non per l’adeguamento dei giunti.
Vista del complesso ospedaliero di Torrette
L’adeguamento richiede l’inserimento di cinque torri sismo-resistenti dissipative, posizionate in
prossimità delle estremità delle ali, la “cucitura” dei cinque giunti tecnici presenti tra i due corpi delle
singole ali e l’inserimento di dissipatori viscosi nei restanti sette giunti.
rpo
O TEC
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5
O 5cm
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TEC
TE
G IU
TO
NTO
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5
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cm
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7200
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5
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7200
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3 800
3800
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5 cm
380 0
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5 cm
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S 355
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380
D1
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720
CUCITURA RIGIDA GIUNTO
UNIONE CON DISSIPATORI VISCOSI
Co
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Carpenteria piano tipo: organizzazione planimetrica delle torri
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A seguito dell’intervento il complesso reagisce all’azione sismica come un unico corpo, mantenendo,
invece, la configurazione a corpi separati in condizioni di esercizio.
+55, 50
3500
+55,50
+52, 00
3500
+52,00
+48, 50
3500
+48,50
+45, 00
3500
+45,00
+41, 50
3500
+41,50
+38, 00
3500
+38,00
+34,50
4300
+34,50
+31,00
+30,20
115
70
860 cm
+28, 35
110
+27,70
+27,25
880
Modello shade del complesso
Sezione trasversale della torre tipo “TC”
L’efficienza del sistema di protezione sismica può essere apprezzata osservando il confronto tra gli
spettri elastici in accelerazione e in spostamento con e senza torri riportato nelle figure che seguono.
La presenza delle torri produce un abbattimento significativo dell’input sismico, riducendo le
ordinate di entrambi gli spettri di un fattore di alterazione = 0,47.
0,80
spet_SLV
_elastico
0,60
0,40
0,20
spet_SLV
_η=0,47
0,00
0,00
2,00
4,00
T [sec]
Abbattimento spettro SLV in spostamento
Sd [m]
Sa [g]
Abbattimento spettro SLV in accelerazione
0,30
spet_SLV
_elastico
0,20
spet_SLV
_η=0,47
0,10
0,00
0,00
2,00
4,00
T [sec]
Abbattimento degli spettri in spostamento ed accelerazione
Il costo dell’intervento ha un’incidenza di circa 150,00 €⁄ . Nelle figure sottostanti sono riportati
alcuni render dell’intervento curati dallo Studio di architettura Salmoni di Ancona.
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Adeguamento sismico del Liceo Classico e Scientifico “Varano” di Camerino (MC)
Il progetto esecutivo, approvato da tutti gli organi competenti, finanziato e in fase di appalto,
prevede l’inserimento di 2 torri sismo-resistenti dissipative, in affiancamento alla struttura esistente,
sul piazzale posteriore. Nelle immagini che seguono è evidenziato l’inserimento delle torri.
Render e vista shade del modello di calcolo
+17.60
3500
360
28
+17. 50
3,21
3,2 1
3,60
3,6 0
3,60
3,60
3,60
3,3 9
3,8 1
3,89
4,05
3 ,9 0
3,64
+14. 00
Corpo B
380
4,44
5, 16
3800
28
3,86
3,09
+14.00
+10.20
+10,20
+10.20
4,73
4,31
28
7,61
4, 85
3,60
3,60
3,60
3,60
3,9 2
4,09
Corpo A
380
3800
3,60
+6. 45
+6.40
2950 mm
4,13
4,10
28
+6.40
+10,20
540 cm
3,91
30
3,62
105
+1.90
3,88
635
50
4,64
4, 31
+3. 45
4,15
190
30
+0.15
+0. 10
40
430
40
105
105
265
295 cm
30
160
490
0.00 m
-1.80
75
-1.05
540
Pianta e sezione longitudinale Torre A e fotomontaggio dell’intervento
L’efficienza del sistema di adeguamento sismico in questo caso è mostrata in termini di capacità
deformativa della struttura, espressa come rotazione alla corda
della pilastrata di base
maggiormente sollecitata. Nelle figure che seguono sono riportati i diagrammi delle rotazioni allo
SLV relative allo stato di fatto e allo stato di progetto, messe a confronto con il valore 3⁄4 ∙ , che
rappresenta la capacità deformativa limite prevista dalle norme.
Verifica rotazione - stato di fatto
0,02
0,02
3/4θu
0
-0,02
-0,01
0
-0,01
0,01
0,02
θp1
-0,02
0,01
θy [rad]
θy [rad]
0,01
Verifica rotazione - stato di progetto
-0,02
0
-0,01
0
-0,01
3/4θu
0,01
0,02
θp1
-0,02
θx [rad]
θx [rad]
Confronto capacità deformativa stato di fatto e stato di progetto
Il costo delle opere di natura strutturale necessarie all’adeguamento sismico dell’intero complesso
ha un’incidenza di circa 150,00 €⁄ .
Via di Passo Varano 306/B – 60131 Ancona – [email protected] tel. 071/2900501 fax 071/2855024
seitec
srl
Spin off accademico
Seismotechnologies
Università Politecnica delle Marche
Progetto di ampliamento con sopraelevazione dell’Hotel Ascot di Rimini
Progetto architettonico: archh. Carlo Cabassi e Maurizio Piccioni, Studio A.I.R. Rimini
Per l’ampliamento dell’Hotel Ascot di Rimini è
prevista la costruzioni di quattro piani in
sopraelevazione. La protezione sismica
dell’edificio è ottenuta con due strutture
metalliche esterne: una torre dissipativa sul
lato lungo posteriore ed una struttura
reticolare piana sul fronte inserita sulla scala
esterna,
anch’essa
equipaggiata
con
dissipatori. Nelle figure che seguono sono
riportati due render dell’intervento ed il
modello di calcolo.
Render facciata posteriore con torre dissipativa
Vista shade del modello di calcolo e render in notturna del prospetto posteriore
Gli spostamenti massimi ottenuti allo Stato Limite di Danno (SLD), nelle due direzioni principali
dell’edificio, risultano di gran lunga inferiori al valore limite previsto dalle norme (0,005 ∙
).
Verifica spostamenti SLD
0,15
spostamenti [m]
0,1
Ux_struttura
0,05
δlim
0
-0,05
0
5
10
15
Uy_struttura
-0,1
-0,15
tempo [sec]
Verifica degli spostamenti allo SLD
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