Isolamento alla base sismica - Seismic base isolation

Gli isolatori di base sotto l' edificio dello Utah State Capitol
Test simultaneo su tavola vibrante di due modelli di edifici. Quello di destra è dotato di isolamento sismico di base
LA City Hall , l'edificio più alto del mondo ad essere dotato di isolamento alla base

L'isolamento sismico della base , noto anche come isolamento della base , o sistema di isolamento della base , è uno dei mezzi più popolari per proteggere una struttura dalle forze sismiche . Si tratta di un insieme di elementi strutturali che dovrebbero sostanzialmente disaccoppiare una sovrastruttura dalla sua sottostruttura che a sua volta poggia sul terreno tremante, proteggendo così l' integrità di una struttura edilizia o non .

L'isolamento della base è uno degli strumenti più potenti dell'ingegneria sismica per quanto riguarda le tecnologie di controllo delle vibrazioni strutturali passive . L'isolamento può essere ottenuto mediante l'uso di varie tecniche come cuscinetti in gomma, cuscinetti a frizione, cuscinetti a sfera, sistemi a molla e altri mezzi. Ha lo scopo di consentire a una struttura, edilizia o non, di sopravvivere a un impatto sismico potenzialmente devastante attraverso un'adeguata progettazione iniziale o successive modifiche. In alcuni casi, l'applicazione dell'isolamento alla base può aumentare considerevolmente sia le prestazioni sismiche di una struttura che la sua sostenibilità sismica . Contrariamente alla credenza popolare, l'isolamento di base non rende un edificio a prova di terremoto.

Il sistema di isolamento di base è costituito da unità di isolamento con o senza componenti di isolamento , dove:

  1. Le unità di isolamento sono gli elementi di base di un sistema di isolamento di base che hanno lo scopo di fornire il summenzionato effetto di disaccoppiamento a una struttura edile o non edile.
  2. I componenti di isolamento sono le connessioni tra le unità di isolamento e le loro parti che non hanno alcun effetto di disaccoppiamento.

Le unità di isolamento possono essere costituite da unità di taglio o scorrevoli.

Questa tecnologia può essere utilizzata sia per la nuova progettazione strutturale che per il retrofit sismico . In fase di adeguamento sismico , alcuni dei monumenti più importanti degli Stati Uniti, ad esempio Pasadena City Hall , San Francisco City Hall , Salt Lake City e County Building o LA City Hall sono stati montati su sistemi di isolamento di base . Ha richiesto la creazione di diaframmi di rigidità e fossati attorno agli edifici, nonché disposizioni contro il ribaltamento e l' Effetto P-Delta .

L'isolamento della base viene utilizzato anche su scala ridotta, a volte fino a una singola stanza in un edificio. I sistemi di pavimenti sopraelevati isolati sono utilizzati per salvaguardare le attrezzature essenziali dai terremoti. La tecnica è stata incorporata a statue proteggere e altre opere d'arte da vedere, per esempio, Rodin 's Porta dell'Inferno presso il Museo Nazionale di Arte Occidentale di Tokyo ' s Parco di Ueno .

Dimostrazione di isolamento della base al Field Museum di Chicago

Le unità di isolamento di base sono costituite da cuscinetti a movimento lineare , che consentono all'edificio di muoversi, ammortizzatori ad olio che assorbono le forze generate dal movimento dell'edificio e cuscinetti in gomma laminata che consentono all'edificio di tornare nella sua posizione originale quando il terremoto è terminato .

Storia

I cuscinetti per isolatori di base sono stati introdotti in Nuova Zelanda dal dott. Bill Robinson negli anni '70. Il cuscinetto, costituito da strati di gomma e acciaio con un'anima in piombo, è stato inventato dal dottor Robinson nel 1974. Alcuni dei primi usi dei sistemi di isolamento delle basi risalgono al 550 a.C. nella costruzione della tomba di Ciro il Ottimo a Pasargadae , Iran. Oltre il 90% del territorio iraniano, compreso questo sito storico, si trova nella fascia alpino-himalayana, che è una delle zone sismiche più attive della Terra. Gli storici hanno scoperto che questa struttura, composta prevalentemente da calcare, era progettata per avere due fondazioni. La prima e più bassa fondazione, composta da pietre incollate tra loro con un intonaco di calce e una malta di sabbia, nota come malta di Saroj, era progettata per muoversi in caso di terremoto. Lo strato di fondazione superiore, che formava una grande lastra non attaccata in alcun modo alla base della struttura, era composto da pietre levigate. La ragione per cui questa seconda fondazione non era legata alla base era che, in caso di terremoto, questo strato a piastra sarebbe stato in grado di scivolare liberamente sulla prima fondazione della struttura. Come gli storici scoprirono migliaia di anni dopo, questo sistema funzionava esattamente come previsto dai suoi progettisti e, di conseguenza, la tomba di Ciro il Grande è ancora in piedi oggi. Lo sviluppo dell'idea di isolamento di base può essere diviso in due epoche. Anticamente l'isolamento veniva effettuato mediante la costruzione di pietre da taglio multistrato (o mediante posa di sabbia o ghiaia sotto la fondazione) mentre nella storia recente, accanto a strati di ghiaia o sabbia come interfaccia di isolamento vengono utilizzati tronchi di legno tra il terreno e la fondazione .

Ricerca

Attraverso il George E. Brown, Jr. Network for Earthquake Engineering Simulation ( NEES ), i ricercatori stanno studiando le prestazioni dei sistemi di isolamento delle basi. Il progetto, una collaborazione tra ricercatori dell'Università del Nevada, Reno ; Università della California, Berkeley ; Università del Wisconsin, Green Bay ; e l' Università di Buffalo sta conducendo una valutazione strategica degli ostacoli economici, tecnici e procedurali all'adozione diffusa dell'isolamento sismico negli Stati Uniti. Le risorse NEES sono state utilizzate per simulazioni sperimentali e numeriche, data mining, networking e collaborazione per comprendere la complessa interrelazione tra i fattori che controllano le prestazioni complessive di un sistema strutturale isolato. Questo progetto prevede una tavola vibrante sismica e test ibridi presso le strutture sperimentali NEES presso l'Università della California, Berkeley, e l'Università di Buffalo, volti a comprendere i limiti massimi di prestazione per esaminare la propagazione dei guasti di isolamento locali (ad esempio, urto contro arresti, cuscinetti guasti, sollevamento) alla risposta a livello di sistema. Questi test includeranno un test tridimensionale in scala reale di un edificio isolato in acciaio di 5 piani sul tavolo vibrante E-Defense a Miki, Hyogo, in Giappone. . La ricerca sull'isolamento sismico tra la metà e la fine degli anni '70 si basava in gran parte sull'osservazione che la maggior parte delle registrazioni di movimenti forti registrati fino a quel momento avevano valori di accelerazione spettrale molto bassi (2 secondi) nell'intervallo di lungo periodo. Le registrazioni ottenute dai siti dei fondali del lago nel terremoto di Città del Messico del 1985 hanno sollevato preoccupazioni sulla possibilità di risonanza, ma tali esempi sono stati considerati eccezionali e prevedibili. Uno dei primi esempi di strategia progettuale sismica è quello fornito dal Dr. JA Calantariens nel 1909. È stato proposto che l'edificio possa essere costruito su uno strato di sabbia fine, mica o talco che consentisse all'edificio di scivolare in un terremoto, riducendo così le forze trasmesse all'edificio. Una revisione dettagliata della letteratura sui sistemi di controllo semi-attivi Michael D. Symans et al. (1999) fornisce riferimenti sia alla ricerca teorica che sperimentale, ma si concentra sulla descrizione dei risultati del lavoro sperimentale. In particolare, la revisione si concentra sulle descrizioni del comportamento dinamico e delle caratteristiche distintive di vari sistemi che sono stati testati sperimentalmente sia a livello di componenti che all'interno di modelli strutturali su piccola scala.

Isolamento adattivo della base

Un sistema di isolamento di base adattivo include un isolatore sintonizzabile che può regolare le sue proprietà in base all'input per ridurre al minimo le vibrazioni trasferite. Smorzatori di fluido magnetoreologico e isolatori con elastomero magnetoreologico sono stati suggeriti come isolatori di base adattivi.

Edifici e strutture notevoli su sistemi di isolamento di base

Guarda anche

Riferimenti