Vulnerabilità sismica dei corpi rigidi e protezione mediante isolatori sismici a ricircolo di sfere a basso costo: analisi numeriche e sperimentali
La ricerca, avvalendosi dei risultati sperimentali ottenuti utilizzando una tavola vibrante monodirezionale, è focalizzata sulla predizione e sulla mitigazione della risposta sismica di corpi rigidi di forma complessa quali statue o altri beni museali. Dopo aver esaminato sperimentalmente la vulnerabilità dei corpi rigidi di piccole dimensioni, si analizza il comportamento di un dispositivo di isolamento sismico realizzato con materiali di basso costo per applicazioni su larga scala. La storie temporali in termini di spostamento ottenute dai test di laboratorio sono state valutate sfruttando i vantaggi dei metodi di misurazione senza contatto, facendo uso di una fotocamera ad alta risoluzione/frequenza di acquisizione e software per il processamento dei video. È stata condotta una vasta indagine sperimentale sulla risposta sismica di piccoli blocchi rigidi prismatici, caratterizzati da diversi valori di snellezza e fattore di scala, con l'obiettivo di identificare le caratteristiche da tenere in considerazione per valutare la variabilità della risposta. I risultati sono raccolti sotto forma di spettri di stabilità, che riportano la propensione al ribaltamento al variare di frequenza e ampiezza di un pulso di coseno, e di spettri di risposta, dove le rotazioni massime sono riportate al variare della PGA di un dato accelerogramma. Le acquisizioni sperimentali hanno consentito di valutare gli effetti delle imperfezioni della superficie di contatto alla base dei blocchi. Dopo avere evidenziato i limiti del Simple Rocking Model, è stato predisposto un nuovo modello 2D, validato sperimentalmente, in grado di chiarire il comportamento di oggetti non simmetrici rispetto all’asse baricentrico. L’affidabilità del modello proposto è stata testata confrontando i risultati sperimentali con quelli ottenuti da simulazioni numeriche, sia per il caso dei blocchi simmetrici prismatici, che su un modello in scala della statua della Venere Landolina esposta al museo Paolo Orsi in Siracusa (Italia). La campagna è stata condotta su una riproduzione lignea 1:2 realizzata a partire dai dati acquisiti grazie ad un rilievo 3D di dettaglio. Gli accelerogrammi artificiali, spettro compatibili, utilizzati sono stati opportunamente scalati per far fronte agli effetti di scala. I risultati sono stati correlati e analizzati criticamente, mostrando da un lato le potenzialità dell'approccio proposto per la modellazione di corpi rigidi di forma irregolare in condizioni sismiche, dall’altro confermando l'affidabilità della strategia per valutare la sicurezza di statue in condizioni reali. Le analisi numeriche e sperimentali, condotte per i vari scenari di rischio di ribaltamento di corpi rigidi in condizioni sismiche, hanno fornito le informazioni necessarie alla progettazione e realizzazione di una tipologia di dispositivo d’isolamento a basso costo. Questo è stato realizzato interponendo sfere di metallo o altro materiale tra due piastre in legno opportunamente intagliate, utilizzando una fresatrice a controllo numerico. L'efficienza del dispositivo è stata valutata su un prototipo dimensionato per garantire la stabilità in condizioni dinamiche e fornendo al contempo un adeguato periodo di isolamento e capacità di ricentramento. I test sperimentali hanno consentito di caratterizzare le proprietà del dispositivo in termini di attrito volvente anche nei casi in cui la capacità di dissipazione è incrementata applicando strati di gomma sulla superficie delle calotte sferiche. La variabilità della risposta è in fine stata valutata sperimentalmente sotto diverse condizioni di carico verticale. Il modello numerico, validato da test in vibrazioni libere e in caso di forzanti armoniche, ha riprodotto la forza di ricentramento utilizzando il legame di Bouc-Wen. È stato realizzato e studiato sperimentalmente anche un secondo prototipo dotato di un fusibile meccanico supplementare in grado di sostenere carichi verticali in condizioni statiche. L'efficienza del dispositivo in assenza di fusibile è stata infine valutata sperimentalmente stimando la sua efficacia per la protezione sismica della Venere Landolina.
Seismic vulnerability, Risk mitigation, Asymmetric rigid bodies, Experimental investigations, Videogrammetry measurements, Vulnerabilità sismica, Mitigazione del rischio, Corpi rigidi asimmetrici
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