La prova di rilascio nel collaudo delle costruzioni isolate: il centro CHIP dell’Università di Camerino

L’isolamento alla base permette di fronteggiare azioni sismiche particolarmente intense senza danneggiamento significativo della sovrastruttura. Questa peculiarietà rende possibile l’esecuzione di prove sperimentali che vanno oltre le condizioni di esercizio, raggiungendo stati di sollecitazione sui componenti analoghi a quelli previsti agli stati limite ultimi per azioni sismiche.
In particolare, la prova di spinta, seguita dal rilascio improvviso della costruzione, permette di osservare un comportamento dinamico vicino a quello previsto in caso di terremoto e trarne importanti conclusioni sull’adeguatezza dell’opera realizzata e sulla sua coerenza con quanto previsto in progetto. Diversamente dalle prove di qualifica dei componenti, generalmente eseguite a campioni, in questo caso viene messo sotto osservazione tutto l’edificio e tutto il sistema di isolamento, valutando il suo effettivo comportamento d’insieme e verificando localmente il comportamento di ogni singolo dispositivo con gli annessi elementi di dettaglio (es. connessioni).

La prova di spinta e come si svolge

L’esecuzione di questo tipo di prova richiede la realizzazione di un sistema di spinta in grado di trasferire all’edificio forze analoghe al taglio alla base previste in progetto. Il sistema è costituito da un contrasto rigido, da martinetti idraulici che generano le forze necessarie a spostare la costruzione e dal dispositivo di spinta vero e proprio, che deve essere in grado di rilasciare l’edificio in sicurezza, una volta raggiunta la forza obiettivo.
Un sistema di trasferimento del carico piuttosto efficiente, e già utilizzato in altre esperienze, è riportato in figura. Una volta raggiunta le resistenza massima dell’elemento teso (fusibile) il sistema diviene articolato e si deforma permettendo all’edificio di oscillare liberamente. 

Dispositivo di spinta

Dispositivo di spinta

Per poter effettuare una valutazione accurata della risposta è ovviamente necessario posizionare dei sensori sull’edificio e raccogliere i dati misurati durante il moto. Solitamente è utile disporre un sistema di celle di carico tra edifico e dispositivo per registrare l’effettiva forza trasmessa, posizionare trasduttori di spostamento per misurare il moto ai vari piani e cogliere eventuali moti di rotazione, completare il rilievo con l’acquisizione delle accelerazioni ai vari piani che possono darci informazioni sui modi di vibrare dell’edificio e sulle accelerazioni assolute che potrebbero subire gli impianti e gli oggetti contenuti all’interno.

Di particolare interesse è la possibilità di ripetere la prova con diversi livelli di spostamento e in tempi diversi. L’operazione è particolarmente semplice nel caso di isolatori elastomerici, grazie alla loro capacità di “ricentrare” una volta terminato il moto. Nel caso di isolatori a pendolo la prova è un po’ più complessa perché richiede un sistema ausiliario di martinetti per riportare l’edificio nella posizione originaria.

Prova di spinta: l'applicazione in un caso studio

Recentemente questo tipo di prova è stato utilizzato per testare la risposta dinamica del nuovo centro ricerca CHIP (Chemistry Interdisciplinary Project) dell’Università di Camerino .

Centro ricerche ChIP, Università di Camerino – Sistema strutturale

Centro ricerche ChIP, Università di Camerino – Sistema strutturale

 Centro ricerche ChIP – Posizione isolatori

Centro ricerche ChIP – Posizione isolatori

Si tratta di un edificio di notevoli dimensioni; la parte posta al di sopra del piano di isolamento presenta una pianta quadrata con lati di circa 54 m ed è organizzata su 3 livelli. L’edificio è destinato ad ospitare laboratori di chimica, con strumentazioni sensibili alle accelerazioni, e stoccaggio di sostanze potenzialmente pericolose. Il sistema di isolamento sismico comprende 28 isolatori elastomerici in gomma ad alto smorzamento e 36 slitte a basso attrito.

La realizzazione della prova di spinta è stata prevista già in fase di progetto e questo ha permesso di integrare il sistema di contrasto all’interno delle opere controterra e coordinare in maniera efficace l’esecuzione delle prove con le lavorazioni in corso in cantiere. 

Dispositivo di spinta e vano di alloggiamento

Dispositivo di spinta e vano di alloggiamento

La prima serie di prove è stata effettuata a struttura ultimata nel luglio scorso, raggiungendo uno spostamento di 270 mm nella prova di caratterizzazione statica ed uno spostamento massimo di 230 mm nella serie di prove dinamiche di rilascio, valori associabili ad un’azione sismica con periodo di ritorno maggiore di 2000 anni. L’edificio è stato messo in carico mediante 2 martinetti idraulici da 5000 kN, con corsa 300 mm; la risposta dell’edificio è stata rilevata disponendo 2 celle di carico, 16 accelerometri, 4 sensori di posizione capacitativi orizzontali con corsa +/-350mm, 2 sensori di posizione induttivi per gli spostamenti verticali, 4 estensimetri installati nei controventi e 36 nei pali di fondazione, 4 datalogger per la misura della temperatura. Per migliorare la conoscenza dell'edificio, sono state eseguite prove di caratterizzazione dinamica con rumore ambientale prima delle prove, nelle fasi intermedie e al termine della serie di rilasci.

La prova ha confermato le previsioni di progetto a tutti i livelli di carico presi in esame ed è prevista una nuova serie di prove sull’edificio una volta terminata l’esecuzione delle opere non strutturali.

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Ulteriori dettagli di carattere tecnico sono reperibili a LINK

L’esecuzione della prova in sé, al netto della strumentazione necessaria, presenta costi con incidenze marginali nel caso di realizzazione di opere di un certo rilievo e sarebbe auspicabile una sua diffusione più ampia nell’ambito dei controlli sui sistemi isolati. Un punto critico è generalmente costituito dal sistema di contrasto e dallo spazio necessario per la movimentazione del sistema di spinta. Problema facilmente risolvibile quando la prova è programmata già in fase di progettazione ma a volte di difficile soluzione una volta che i lavori sono stati già eseguiti.