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Cenni sugli isolatori sismici

Premessa

isolatore sismico a doppio pendolo

isolatore sismico a doppio pendolo

Con quest’articolo vorremmo dare alcuni brevi cenni sugli isolatori sismici, una tecnica di protezione sismica degli edifici che consente di contenere i danni dovuti alle forti sollecitazioni che può subire un fabbricato durante un sisma.

La sollecitazione sismica si può semplificare con un accelerazione (e quindi una forza) che viene trasmessa dal terreno al fabbricato che è vincolato al terreno. Più rigidamente è vincolato il fabbricato al terreno è meglio questa sollecitazione si trasmette al fabbricato provocando danni maggiori. Come possiamo ridurre questa trasmissione? Una soluzione ovvia sembra essere quella di isolare il fabbricato dal terreno sottostante. Come si può realizzare però questo isolamento?

L’isolamento sismico

l’isolamento sismico  come accennato, consiste nel progettare la struttura svincolata dalle vibrazioni del terreno analogamente a quanto si fa nel campo dell’ingegneria meccanica con le tecniche di isolamento delle vibrazioni dei motori. In tal modo l’azione sismica subita dall’edificio viene sensibilmente ridotta.

In inglese si definisce Base isolation perché è un isolamento effettuato in fondazione.

Storia

Si potrebbe pensare che la tecnica sia una novità degli ultimi anni, in realtà il concetto era stato compreso molti anni fa e la tecnica è antichissima. Già alcuni templi greci avevano interposto uno strato di terreno atto a far scivolare il tempio in caso di sisma, strato che ha fatto arrivare molti templi fino ai giorni nostri. Il più antico edificio isolato alla base conosciuto è la tomba di Ciro il grande che risale al 530 a.C.

Un forte impulso allo sviluppo di questa tecnologia avvenne dopo il terremoto di Kobe in Giappone, avvenuto nel 1995, in cui si osservo che gli edifici isolati non avevano avuto danni rilevanti.

Tipologie di isolatori sismici

isolatore sismico di tipo elestometrico utilizzato in un ponte in acciaio

isolatore sismico di tipo elestometrico utilizzato in un ponte in acciaio

I moderni isolatori sismici oggi si possono dividere in tre categorie di isolatori e diversi tipi per ogni categoria. I diversi dispositivi possono essere anche utilizzati in modo complementare nella stessa struttura:

  • Isolatori elastomerici. Hanno una elevata rigidezza verticale e una bassa rigidezza orizzontale che consente di portare il periodo proprio della struttura isolata fuori dal campo delle frequenze dei terremoti. Ne esistono di diversi tipi:
      • i più semplici e i più collaudati sono quelli realizzati in elastomero (a basso o ad alto smorzamento) armato con lamierini metallici;
      • esistono anche isolatori elastomerici che hanno inserito al loro interno un blocco di piombo che consente un’ulteriore capacità dissipativa di energia;
  • Isolatori a scorrimento. Consentono di limitare ad un valore prefissato (molto basso) la forza totale orizzontale di natura dinamica che sollecita la struttura durante il sisma (taglio totale alla base). Anche di questa famiglia ne esistono di diversi tipi:
    • Isolatori a scorrimento (acciaio-teflon) su superfici piane ad attrito radente con o senza lubrificazione; questi isolatori necessitano di un sistema elastico di ricentramento dopo il sisma e possono essere associati ad isolatori elastici elastomerici che assolvono tale funzione;
    • Isolatori a pendolo scorrevole, semplice, doppio o triplo, sempre a scorrimento (acciaio teflon) come i precedenti ma lo scorrimento avviene su superfici sferiche il che consente l’autocentramento della struttura dopo il sisma;
  • Isolatori metallici a rotolamento. Consentono di isolare anche strutture leggere e flessibili sfruttando il basso valore dell’attrito volvente. Esistono già numerose applicazioni in Giappone mediante isolatori metallici a ricircolo di sfere o su rulli.

Ulteriori Considerazioni

La tecnica dell’isolamento sismico comporta diversi accorgimenti progettuali. A livello impiantistico per esempio si devono prevedere gli spostamenti che si possono realizzare durante il sisma, dato che non abbiamo più un edificio vincolato rigidamente al terreno, prevedendo giunti simili ai giunti di dilatazione di tipo termico.

Il costo di un sistema di isolamento non è trascurabile, ma se consideriamo il costo di un intera palazzina che può essere di diversi milioni di euro, non incide che per qualche punto percentuale. Considerando poi che per la struttura isolata si considerano diverse sollecitazioni sismiche con conseguente calo del costo della struttura verticale, si può arrivare al pareggio dei costi se non ipotizzare addirittura una diminuzione. Considerando poi il vantaggio ottenuto dalla protezione sismica ottenuta e il calo del costo dei danni in caso di sisma, il sistema è senz’altro vantaggioso.

video su alcune tipologie di isolatori sismici

Biografia e approfondimenti

Tipologie di isolatori sismici

Le tappe storiche dell’isolamento sismico

http://www.iusspress.it/pc/viewPrd.asp?idcategory=10&idproduct=118

Bifamigliare Fidenza – ipotesi con unità da 190m2 commerciali

Una bifamigliare a Fidenza con due unità versatili

Questo progetto di residenza bifamigliare fa  parte degli studi per case bifamigliari che stiamo portando avanti, il progetto come le altre versioni studiate è stato concepito per un lotto di completamento urbano di misure circa 26x26m. Verrà realizzato se si verificheranno le condizioni favorevoli, compatibilmente con le richieste verranno scelte le tipologie da progettare fra quelle studiate, oppure su indicazione dei futuri abitanti si procedere alle personalizzazioni richieste..

Per poter accontentare diverse tipologie di clienti che desideravano una sistemazione in bifamigliare a Fidenza, sono state studiate diverse versioni dello stesso tipo di fabbricato con alcune varianti, questa è la versione con 2 unità uguali come superficie, la villa bifamigliare è composta da 2 unità abitative da 190mq di superficie commerciale l’una, con 2 camere e 2 bagni al piano abitabile. Esiste la possibilità di ricavare la terza camera e il terzo bagno.

Criteri di progettazione bioclimatica e sostenibile

questo progetto di bifamigliare è stato concepito tenendo conto dell’orientamento e di criteri bioclimatici, pertanto la zona giorno è stata orientata verso sud e il sistema degli sporti di gronda e dei frangisole è concepito in modo da favorire gli apporti gratuiti invernali e minimizzare il riscaldamento estivo. L’impiantistica verrà sviluppata con criteri di risparmio energetico, il riscaldamento sarà con pannelli radianti a pavimento, risultando in tal modo molto confortevole e permettendo di arredare pareti che altrimenti avrebbero dei termosifoni, e la falda sud verrà utilizzata per i pannelli solari fotovoltaici e termici. L’isolamento sarà a cappotto e la classe energetica prevista è la A.

Una residenza bifamigliare realmente ecologica – i sistemi solari passivi adottati

Per dimostrare l’efficacia dei semplici sistemi solari passivi adottati ho pubblicato in questa pagina 2 filmati, le simulazioni sono state fatte tenendo conto del reale orientamento che avrà la bifamigliare e le reali coordinate geografiche di Fidenza.

Il primo filmato rappresenta ciò che avviene sulla facciata SUD della bifamigliare il 21 dicembre in una giornata di sole e rappresenta il comportamento invernale della facciata, ovvero il sole entra in casa apportando un piacevole riscaldamento gratuito che influirà positivamente sulla bolletta del gas degli occupanti, facendola ovviamente calare senza ricorrere a nessun costoso impianto, ma utilizzando solo sapientemente ciò che il sole per sua natura ci offre gratuitamente.

studio del sole il 21 dicembre

Il secondo filmato rappresenta la facciata SUD il 21 giugno e rappresenta il comportamento estivo della facciata. Come si può notare il sole estivo è più alto (circa 70° sull’orizzonte) e la facciata rimane in ombra in pratica sempre. Questo si traduce in un basso riscaldamento interno e risparmio sul condizionamento. Una casa ben studiata infatti può fare a meno del condizionatore, incredibile a dirsi ma basta studiare bene l’orientamento e specializzare i fronti in modo da comportarsi bene sotto l’effetto del sole.

studio del sole 21 giugno

Razionalità vuole dire risparmio e facilità di arredo

La pianta della bifamigliare è stata ricavata in modo semplice e  razionale, in modo da ottenere stanze regolari e facilmente arredabili senza problemi. La forma razionale del progetto permette un ottimo comportamento sismico dato che le masse rigide sono state equamente distribuite e un ottimo comportamento energetico globale. Inoltre semplicità e volumi puri significano un sicuro risparmio anche in fase esecutiva. Sarà possibile realizzare la struttura portante in telaio di c.a., con muratura portante o blocchi cassero a perdere o ancora meglio in legno, ma questo sarà deciso in fase esecutiva.

Per poter costruire 2 unità con un costo ragionevole si è evitato il piano interrato e si è optato per 2 piani tutti fuori terra, Il sottotetto è stato volutamente lasciato non abitabile,  eventualmente si potrà ricavare nuovo piano di superficie accessoria o volendo lasciare il tetto a vista al piano primo. Altrimenti verrà interposta una chiusura.

Gli appartamenti in dettaglio

Ogni unità ha una superficie commerciale di 190 mq ed è composta da: ampio soggiorno con cucina separabile, 2 bagni al piano e uno al piano terreno, 2 camere da letto, locale tecnico, garage doppio con spazio per biciclette,  ampia cantina, ripostiglio al piano terra, ampio giardino.

per qualsiasi informazione su questo progetto di bifamigliare a Fidenza:

ing. Antonio Pedroni – tel. 0524/452079 – cell.340/8261220 – email: studiopedroni@gmail.com