Isolamento sismico su terrazzamenti: l’eccentricità della mensola di base influenza la risposta torsionale
Le costruzioni realizzate su pendii con gradoni o terrazzamenti artificiali sono esposte a un comportamento dinamico peculiare. La differenza di quota tra i vari livelli di imposta introduce una asimmetria geometrica che, in occasione di un evento sismico, può generare effetti torsionali marcati. Una recente ricerca pubblicata su Infrastructures affronta questa problematica attraverso prove su tavola vibrante, analizzando l’influenza di una eccentricità localizzata negli strati di isolamento.
Il gruppo di ricerca composto da Zhanjing Wu, Zhong Tao, Longfei Zhang, Zhengjia Wu, Qiang Huang e Haisu Sun ha progettato un modello in scala 1:10 di una struttura in cemento armato per simulare un edificio su gradoni. Sono state testate sia la configurazione isolata che quella non isolata, variando il posizionamento degli appoggi nelle mensole di base superiore e inferiore per introdurre diversi livelli di eccentricità.
Risposta torsionale e danneggiamento nelle configurazioni non isolate
Per la struttura non isolata i risultati mostrano una amplificazione torsionale significativa e un accumulo progressivo del danno. La deformazione e le lesioni si concentrano nei piani alti e nella zona in cui il gradone crea un salto di quota, la cosiddetta “dropped-story region”. Questo meccanismo conduce a un collasso per degrado della rigidezza, con l’edificio che perde progressivamente la capacità di resistere ai carichi laterali.
L’angolo di torsione, il rapporto di spostamento torsionale e l’effetto torsionale relativo sono stati utilizzati come parametri di valutazione. Nella configurazione non isolata il rapporto di spostamento torsionale ha superato il limite normativo di 1,5, attestandosi al di sopra del valore considerato accettabile per evitare meccanismi fragili.
L’eccentricità della mensola di isolamento come parametro controllante
Quando si adotta un sistema di isolamento sismico il comportamento cambia radicalmente. L’edificio isolato su gradoni mostra una capacità di sopprimere la risposta torsionale: le rotazioni relative tra i piani rimangono contenute e distribuite uniformemente lungo l’altezza. Ciò indica che la deformazione sismica viene assorbita prevalentemente dalla mensola di isolamento, senza amplificarsi nella sovrastruttura.
Il punto centrale dell’indagine è l’effetto della eccentricità. I dati sperimentali dimostrano che il comportamento torsionale è governato dall’accoppiamento tra l’eccentricità della mensola di isolamento e la direzione del segnale sismico in ingresso. L’eccentricità nella mensola di base superiore è il fattore dominante per l’innesco della amplificazione torsionale. Se entrambi gli strati di isolamento presentano eccentricità, si genera un effetto cumulativo.
Un dato di interesse operativo per progettisti e direttori dei lavori è la soglia critica. Quando l’eccentricità delle mensole di isolamento viene mantenuta entro il 5%, il rapporto di spostamento torsionale resta sotto 1,2, ben al di sotto del limite di 1,5 previsto dalla normativa. Superare questa soglia incrementa sensibilmente il rischio di torsioni dannose.
Effetto della direzione di eccitazione e della pendenza del sito
Un ulteriore elemento da considerare è la direzione del movimento sismico. La sollecitazione proveniente dalla direzione del pendio intensifica la deformazione torsionale assoluta, a causa degli effetti di ribaltamento indotti dalla differenza di quota tra i vari appoggi. La ricerca evidenzia pertanto che la risposta torsionale nei sistemi isolati su gradoni è controllata dall’interazione tra la irregolarità verticale dovuta alla morfologia del sito e la asimmetria del sistema di isolamento.
Per i tecnici chiamati a progettare edifici su terrazzamenti o pendii, queste indicazioni forniscono un riscontro sperimentale sulla necessità di controllare l’eccentricità effettiva della mensola di isolamento, considerando anche la direzione sismica più sfavorevole in relazione alla giacitura del sito. La corretta disposizione degli appoggi e il contenimento della eccentricità entro il 5% appaiono come criteri progettuali concreti per limitare i meccanismi torsionali indesiderati.
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