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Giornata di Studio

MONITORAGGIO SISMICO DEGLI EDIFICI STRATEGICI E DI PARTICOLARE RILEVANZA

ENEA – Roma, 27 gennaio 2015

EDIFICI CON ISOLAMENTO SISMICO ALLA BASE: ANALISI DELLE REGISTRAZIONI

G. Bongiovanni, G. Buffarini, P. Clemente, F. Saitta

ENEA, Prevenzione Rischi Naturali e Mitigazione Effetti

M. Nicoletti, A. De Sortis

DPC, Ufficio rischio sismico e vulcanico, Servizio monitoraggio sismico del territorio

G. Rossi

Ufficio Soggetto Attuatore Ricostruzione San Giuliano di Puglia

Giornata di Studio MONITORAGGIO SISMICO DEGLI EDIFICI STRATEGICI E DI PARTICOLARE RILEVANZA ENEA – Roma, 27 gennaio 2015

G. Buffarini – Edifici con isolamento sismico: analisi delle registrazioni

STRUTTURE MONITORATE A SAN GIULIANO DI PUGLIA

Nome stazione Localizzazione Nome

BC069 Nuova Scuola Jovine SGSC

BC070 Palazzo Marchesale SGMA

2



ISOLAMENTO SISMICO E RETE DI MONITORAGGIO

Fondazione

Isolamento sismico composto da: 73 isolatori - 12 a scorrimento - 27 elastomerici di diametro 600 mm - 34 elastomerici di diametro 700 mm.

Rete di monitoraggio composta da: 30 sensori accelerometrici - 2 triassiali (terne in fondazione) - 8 biassiali - 8 monoassiali

Copertura

3

Scuola Università



EVENTO SISMICO ANALIZZATO

Tempo Origine

UTC

Latitudine Longitudine Profondità

km

Magnitudo

ML

Distanza

km

20.12.2013 13:08:58.290 41.677 14.823 25.7 3.8 11

4



PROPAGAZIONE AZIONE SISMICA

L’azione sismica ha un tempo significativo di propagazione in pianta: il ritardo è valutabile in 0.05 s

Arrivo delle onde P sulle componenti verticali in fondazione, ch15 e ch30

5



PROPAGAZIONE AZIONE SISMICA

Confronto arrivo onde P sulle componenti orizzontali fondazione-copertura

6



DIREZIONE PREVALENTE DEL MOTO

Moto della particella

7



ANALISI NEL DOMINIO DELLE FREQUENZE

L’analisi in frequenza ha lo scopo principale di individuare:

- le frequenze proprie della struttura - le rispettive forme modali - gli smorzamenti associati

Sono state esaminate separatamente le due strutture in elevazione denominate rispettivamente:

- Scuola - Università

Freq. (Hz) Scuola Università

1 4.15 4.39

2 4.63 5.49

3 6.10 10.2

Risultati precedenti misure di rumore

8



RAPPORTI SPETTRALI – SCUOLA DIR.X

Nel passaggio dalle fondazioni all’impalcato di base, in direzione X, si evidenziano frequenze superiori a 8 Hz, e un gruppo di frequenze tra 3.5 e 5 Hz.

Nel passaggio dalla base dell’impalcato alla copertura, in direzione X, si evidenziano frequenze tra 4 e 7 Hz, con una frequenza dominante 5.1-5.4 Hz.

9



SPETTRI SCUOLA – DIREZIONE X

In direzione X scuola, le frequenze 4.2, 4.4, 5.8 e 6.0 Hz per l’allineamento ch13ch01ch07 sembrano quelle maggiormente amplificate.

In direzione X scuola, le frequenze 4.0, 5.8 e 6.0 Hz per l’allineamento ch13ch03ch09 sembrano quelle maggiormente amplificate.

Le frequenze 5.1-5.4 Hz osservate nei rapporti spettrali appaiono derivate principalmente da effetto numerico, vista la limitatezza del segnale sia in fondazione che all’impalcato di base.

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RAPPORTI SPETTRALI – SCUOLA DIR.Y

Nel passaggio dalle fondazioni all’impalcato di base, in direzione Y, si evidenziano frequenze superiori a 8 Hz, e un frequenza netta a 4 Hz; è inoltre presente in posizione ch04 un picco a 6 Hz.

Nel passaggio dalla base dell’impalcato alla copertura, in direzione Y, si evidenziano frequenze tra 4 e 7 Hz, con una frequenza dominante 5.3-5.5 Hz.

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SPETTRI SCUOLA – DIREZIONE Y

In direzione Y scuola, le frequenze 3.5, 4.0, 5.8 e 6.0 Hz sia per l’allineamento ch14ch02ch08 che per l’allineamento ch14ch04ch10 sembrano quelle maggiormente amplificate.

Le frequenze 5.1-5.5 Hz osservate nei rapporti spettrali appaiono derivate principalmente da effetto numerico, vista la limitatezza del segnale sia in fondazione che all’impalcato di base.

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ANALISI INCROCIATA – SCUOLA DIR.X

Nel passaggio dalla fondazione all’impalcato di base, tutte le frequenze sono amplificate nel range fino a 5 Hz, con buona coerenza e fase decrescente da 0° a valori negativi al crescere della frequenza; la frequenza 5.8 Hz, non presente alla fondazione, è nettamente presente sull’impalcato di base, con fase ≠0°, 180° e coerenza 0.63; la frequenza 6.0 Hz è presente in entrambe le posizioni con un leggero incremento di ampiezza sull’impalcato, con fase ≠0°, 180° e coerenza 0.15

Allineamento ch13ch01ch07

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Il passaggio dalla base dell’impalcato alla copertura evidenzia significativa amplificazione del moto a 4.2 Hz, con fase ≈0° e buona coerenza e ampiezze rispettivamente 1.2 e 3.8; la frequenza 4.4 Hz, con fase ≈0° e buona coerenza e ampiezze rispettivamente 1.1 e 3.6; la frequenza 5.8 è amplificata, con fase =15° buona coerenza e ampiezze rispettivamente 1 e 2.8.


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Nel passaggio dalla fondazione all’impalcato di base, tutte le frequenze sono amplificate nel range fino a 5 Hz, con buona coerenza e fase decrescente da 0° a valori negativi al crescere della frequenza; La frequenza 4.0 Hz, non presente in fondazione, è nettamente presente sull’impalcato di base, con fase ≠0°, 180° e coerenza 0.8; La frequenza 5.8 Hz è presente solo sull’impalcato, e la frequenza 6.0 Hz, presente in entrambe le posizioni, ha ampiezza maggiore in fondazione.


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Il passaggio dalla base dell’impalcato alla copertura evidenzia significativa amplificazione del moto a 4.0 Hz, con fase ≈0° e buona coerenza e ampiezze rispettivamente 1.5 e 4.2; la frequenza 5.8 è amplificata, con fase =15° buona coerenza e ampiezze rispettivamente 0.4 e 3.8.


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ANALISI INCROCIATA – SCUOLA DIR.Y

Nel passaggio dalla fondazione all’impalcato di base, tutte le frequenze sono amplificate nel range fino a 5 Hz, con buona coerenza, tranne che per la frequenza 4.0 Hz non presente in fondazione ma significativa sull’impalcato, e fase decrescente da 0° a valori negativi al crescere della frequenza; la frequenza 5.8 Hz, con ampiezze molto piccole, ha ampiezza maggiore in fondazione che non sull’impalcato di base, con fase ≠0°, 180° e coerenza 0.9; la frequenza 6.0 Hz non è presente.


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Il passaggio dall’impalcato di base alla copertura evidenzia significativa amplificazione del moto a 4.0 Hz, con fase ≈0° e buona coerenza e ampiezze 2.1 e 7.6; la frequenza 5.8 è amplificata, con fase =-42° buona coerenza e ampiezze 0.4 e 3.4.


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Nel passaggio dalla fondazione all’impalcato di base, tutte le frequenze sono leggermente amplificate nel range fino a 5 Hz, con buona coerenza, tranne che per la frequenza 4.0 Hz non presente in fondazione ma significativa sull’impalcato, e fase decrescente da 0° a valori negativi al crescere della frequenza; la frequenza 5.8 Hz è presente sia in fondazione che sull’impalcato; la frequenza 6.0 Hz è presente solo sull’impalcato.


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Il passaggio dall’impalcato di base alla copertura evidenzia significativa amplificazione del moto a 4.0 Hz, con fase ≈0° e buona coerenza e ampiezze rispettivamente 1.5 e 3.6; si rileva anche la frequenza 4.2 Hz, con fase ≈10° e buona coerenza e ampiezze rispettivamente 0.9 e 2.7; la frequenza 5.8 è amplificata, con fase =8° buona coerenza e ampiezze rispettivamente 1 e 2.6.


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ANALISI INCROCIATA – SENSORI BASE SCUOLA I sensori alla base, in direzioni X ch01ch03, e Y ch02ch04 mostrano densità spettrali pressoché coincidenti con spettro incrociato coerente e in fase nel range 0-5 Hz; La frequenza 5.8 Hz è coerente e in opposizione di fase indicando un comportamento torsionale; analogo comportamento mostra la frequenza 6.0 Hz.

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ANALISI INCROCIATA – SENSORI COP. SCUOLA I sensori in copertura, in direzioni X ch07ch09, e Y ch08ch10 mostrano densità spettrali simili ma con ampiezze differenti con spettro incrociato non coerente e non in fase per alcune frequenze nel range 0-5 Hz; La frequenza 5.8 Hz è coerente e in opposizione di fase indicando un comportamento torsionale; analogo comportamento a 6.0 Hz.

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RAPPORTI SPETTRALI – UNIVERSITÀ DIR.X

Nel passaggio dalle fondazioni all’impalcato di base, in direzione X, si evidenziano frequenze superiori a 8 Hz, un gruppo di frequenze tra 3.0 e 4.5 Hz, e le frequenze 5.5 e 6.0 Hz

Nel passaggio dalla base dell’impalcato alla copertura, in direzione X, si evidenziano frequenze tra 4 e 7 Hz, e in particolare 5.0, 5.8 e 6.0 Hz.

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SPETTRI UNIVERSITÀ – DIREZIONE X

In direzione X università, le frequenze 4.0 e 4.2 Hz per l’allineamento ch28ch16ch22 sembrano quelle maggiormente amplificate

In direzione X università, la frequenza 4.2 Hz per l’allineamento ch28ch18ch24 sembra quella maggiormente amplificata.

La frequenze 5.0 Hz osservata nei precedenti rapporti spettrali, appaiono derivate principalmente da effetto numerico, vista la limitatezza del segnale sia in fondazione che all’impalcato di base.

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RAPPORTI SPETTRALI – UNIVERSITÀ DIR.Y

Nel passaggio dalle fondazioni all’impalcato di base, in direzione Y, si evidenziano frequenze superiori a 8 Hz, e un gruppo di frequenze tra 3.0 e 4.5 Hz.

Nel passaggio dalla base dell’impalcato alla copertura, in direzione Y, si evidenziano frequenze tra 4 e 7 Hz, e in particolare 5.0, 5.5 5.8, 6.0 e 6.6 Hz. 25



SPETTRI UNIVERSITÀ – DIREZIONE Y

In direzione Y università, le frequenze 3.6 e 4.0 Hz sia per l’allineamento ch29ch17ch23 che per l’allineamento ch29ch19ch25 sembrano quelle maggiormente amplificate.

La frequenze 5.5 Hz osservata nei precedenti rapporti spettrali, appare derivata principalmente da effetto numerico, vista la limitatezza del segnale sia in fondazione che all’impalcato di base.

26



ANALISI INCROCIATA – UNIVERSITÀ DIR.X

Nel passaggio dalla fondazione all’impalcato di base, tutte le frequenze sono amplificate nel range fino a 5 Hz, con buona coerenza e fase decrescente da 0° a valori negativi al crescere della frequenza.


27




Il passaggio dalla base dell’impalcato alla copertura evidenzia significativa amplificazione del moto a 4.2 Hz, con fase ≈0° e buona coerenza e ampiezze rispettivamente 2.3 e 7.5; Anche la frequenza 4.0 Hz, con fase ≈0°ha buona coerenza e ampiezze rispettivamente 2 e 5.


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Nel passaggio dalla fondazione all’impalcato di base, tutte le frequenze sono amplificate nel range fino a 5 Hz, con buona coerenza e, a partire da circa 3 Hz, fase decrescente da 0° a valori negativi al crescere della frequenza; La frequenza 4.2 Hz è quella maggiormente amplificata.


29




Il passaggio dalla base dell’impalcato alla copertura evidenzia significativa amplificazione del moto a 4.2 Hz, con fase ≈0° e buona coerenza e ampiezze rispettivamente 2.4 e 6.5; si considera anche la frequenza 4.0 , con fase ≈0° buona coerenza e ampiezze rispettivamente 1.2 e 3.3; si nota ancora la frequenza 5.5 amplificata, con fase ≈0° buona coerenza e ampiezze rispettivamente 0.6 e 2.5.


30



ANALISI INCROCIATA – UNIVERSITÀ DIR.Y

Nel passaggio dalla fondazione all’impalcato di base, tutte le frequenze sono amplificate nel range fino a 4 Hz, con buona coerenza e, a partire da circa 2 Hz, fase decrescente da 0° a valori negativi al crescere della frequenza; Non appare ragionevole considerare alcuna frequenza per la ricerca di risonanze strutturali.


31




Il passaggio dall’impalcato di base alla copertura evidenzia amplificazione del moto fino a 4.0 Hz, con fase ≈0° e buona coerenza; Pur non sembrando ragionevole considerare alcuna frequenza per la ricerca di risonanze strutturali, per analogia si riportano le ampiezze a 4.0 Hz pari a 2.3 e 6.8.


32




Nel passaggio dalla fondazione all’impalcato di base, tutte le frequenze sono leggermente amplificate nel range fino a 4 Hz, con buona coerenza e, a partire da circa 2 Hz, fase decrescente da 0° a valori negativi al crescere della frequenza; Non appare ragionevole considerare alcuna frequenza per la ricerca di risonanze strutturali.


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Il passaggio dall’impalcato di base alla copertura evidenzia significativa amplificazione del moto fino a 4.0 Hz, con fase ≈0° e buona coerenza; Pur non sembrando ragionevole considerare alcuna frequenza per la ricerca di risonanze strutturali, per analogia si riportano le ampiezze a 4.0 Hz pari a 1.6 e 4.0.


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ANALISI INCROCIATA – SENSORI BASE UNIV. La coppia in direzione X ch16ch18 e quella in direzione Y ch17ch19, mostrano densità spettrali molto simili con spettro incrociato coerente ma con fase non sempre prossima a 0° nel range 0-5 Hz. La frequenza 5.4 Hz, poco energetica, in opposizione di fase, indica un comportamento torsionale.

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ANALISI INCROCIATA – SENSORI COP. UNIV. Le due coppie di sensori, paralleli alle due direzioni X e Y mostrano densità spettrali simili ma con ampiezze differenti con spettro incrociato coerente e in fase nel range 0-5 Hz; si nota la frequenza 4.2 Hz in direzione X, mentre nell’altra direzione non c’è una frequenza dominante. Non emerge la frequenza 5.4 Hz, notata alla base.

36



DISCUSSIONE E CONCLUSIONI

Terreno

Fondazione

Impalcato

Copertura Anteriore

Copertura Posteriore

SCUOLA 37




Copertura Anteriore


SCUOLA

f=4.0 Hz

38




Copertura Anteriore


SCUOLA

f=5.8 Hz

39




Terreno

Fondazione

Impalcato

Copertura Anteriore


UNIVERSITÀ 40




Copertura Anteriore


UNIVERSITÀ

f=4.2 Hz

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DISCUSSIONE E CONCLUSIONI Andamento della fase degli spettri incrociati tra i sensori in fondazione e i sensori alla base dell’impalcato. Considerando che il contenuto significativo in frequenza in accelerazione inizia attorno a 2 Hz è evidente lo scostamento della fase dal valore 0° crescente con la frequenza. Considerando che, al livello di sollecitazione registrato, gli isolatori non intervengono con le caratteristiche di attenuazione del moto, una ragione plausibile di questo andamento della fase è attribuibile al fatto che gli isolatori costituiscono una non continuità del mezzo in oscillazione, il cui effetto aumenta all’aumentare della frequenza.

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