Dinamica delle strutture

Fonte: Roberto Leon, Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Virginia Tech, Blacksburg, VA

È raro al giorno d'oggi che un anno intero passa senza un grande evento sismico che provoca il caos da qualche parte in tutto il mondo. In alcuni casi, come il terremoto di Banda Ache del 2005 in Indonesia, i danni hanno coinvolto vaste aree geografiche e vittime a sei cifre. In generale, il numero e l'intensità dei terremoti non sta aumentando, tuttavia, la vulnerabilità dell'ambiente costruito è in aumento. Con la crescente urbanizzazione non regolamentata intorno ad aree sismicamente attive, come la "cintura di fuoco" circum-pacifica, l'innalzamento del mare in un'area costiera a bassa posa e l'aumento delle concentrazioni di nodi critici per la produzione / distribuzione di energia e la rete digitale / di telecomunicazione in aree vulnerabili, è chiaro che la progettazione resistente ai terremoti è la chiave per la futura resilienza della comunità.

La progettazione di strutture per resistere ai danni del terremoto è progredita notevolmente negli ultimi 50 anni, principalmente attraverso il lavoro in Giappone dopo il terremoto di Niigata del 1964 e negli Stati Uniti dopo il terremoto della San Fernando Valley del 1971. Il lavoro è progredito lungo tre binari paralleli: (a) lavoro sperimentale volto a sviluppare tecniche di costruzione migliorate per ridurre al minimo i danni e le perdite di vite umane; b) studi analitici basati su modelli avanzati di materiali geometrici e non lineari; e c) sintesi dei risultati di cui alle lettere a) e b) in disposizioni del codice di progettazione che migliorano la capacità delle strutture di resistere a carichi imprevisti.

I test sismici in laboratorio sono spesso difficili e costosi. I test vengono eseguiti principalmente utilizzando le seguenti tre tecniche:

1. Test quasi-statico (QST), in cui parti di una struttura vengono testate utilizzando deformazioni laterali applicate lentamente e predeterminate in modo equivalente con condizioni al contorno idealizzate. Questa tecnica è particolarmente utile per valutare gli effetti dei dettagli strutturali sulla tenacità e la capacità di deformazione di particolari parti delle strutture.
2. Test pseudo-dinamici (PSDT), in cui anche i carichi vengono applicati lentamente, ma gli effetti dinamici vengono presi in considerazione risolvendo le equazioni del moto man mano che il test progredisce e utilizzando feedback di test diretti (principalmente la rigidità istantanea) per valutare l'effettiva rigidità e le caratteristiche di smorzamento della struttura.
3. Tavole discuotimento, in cui i modelli in scala di strutture complete sono soggetti a movimenti di input utilizzando una base o una fondazione azionata idraulicamente. Le tavole shake rappresentano una tecnica di prova più fedele, in quanto la struttura non è trattenuta artificialmente, l'input è vero movimento del terreno e le forze risultanti sono veramente inerziali, come ci si aspetterebbe in un terremoto reale. Tuttavia, i requisiti di alimentazione sono enormi e solo pochi tavoli shake in grado di funzionare quasi su larga scala esistono in tutto il mondo. A livello globale, c'è solo un grande tavolo di scuotimento in grado di eseguire test su strutture su larga scala, che è il tavolo di scuotimento presso la struttura E-Defense in Giappone, costruita all'indomani del terremoto di Kobe del 1985.

In questo esperimento, utilizzeremo un piccolo tavolo di scuotimento e strutture modello per studiare le caratteristiche di comportamento dinamico di alcuni modelli strutturali. Sono queste caratteristiche dinamiche, principalmente la frequenza naturale e lo smorzamento, nonché la qualità dei dettagli strutturali e della costruzione, che rendono le strutture più o meno vulnerabili ai terremoti.