La valutazione della massima domanda in spostamento è una problematica determinante nella progettazione di costruzioni dotate di sistemi di isolamento sismico, in particolare quando si adotta una modellazione visco-elastica equivalente dei dispositivi a comportamento non lineare, molto diffusa nella pratica progettuale. Una errata valutazione della domanda e degli effetti torsionali possono condurre a un pericolo concreto di collasso del sistema con perdite di appoggio o rotture indesiderate. Nei codici internazionali e nella letteratura scientifica non vi sono delle formulazioni che considerino adeguatamente gli effetti torsionali e del sisma bi-componente, tenendo in conto sia il rapporto fra le componenti accelerometriche sia la direttività delle stesse. In questa ricerca si studierà un metodo di progetto innovativo che consenta di superare i limiti delle attuali metodologie. Il lavoro di ricerca sarà dapprima incentrato alla corretta definizione del problema di un sistema dinamico con eccentricità soggetto a sisma bi-componente, investigando i parametri ingegneristici che maggiormente influenzano la risposta (e.g. Torsional Factor, Eccentricità accidentale, geometria). Successivamente sarà studiata una metodologia di progetto compatibile con modelli visco-elastico equivalenti e basata sull'uso della combinazione direzionale CQC3, in grado di tenere adeguatamente in conto gli effetti legati alla direttività del sisma e al rapporto fra le componenti. Il metodo di progetto potrà essere utilizzabile sia con gli spettri di progetto di normativa sia con spettri di risposta di registrazioni naturali selezionati e manipolati nel rispetto delle caratteristiche sismotettoniche del sito.
Il progetto di ricerca qui proposto presenta diversi aspetti di innovatività rispetto a quanto già disponibile in letteratura, sia rispetto alla valutazione degli effetti torsionali sia rispetto alla corretta valutazione della domanda sismica. In particolare, l'uso della combinazione modale CQC3 con un modello dinamico che considera gli effetti rototraslazionali e di spettri di risposta di accelerogrammi naturali si pone come un'assoluta novità per questa tipologia di problemi e un passo avanti consistente rispetto alle formulazioni e alle metodologie già disponibili.
I vantaggi della combinazione CQC3 sono stati già messi in evidenza nella letteratura scientifica, tuttavia essa è poco diffusa nella pratica progettuale poiché sostituita nei principali codici di calcolo da combinazioni direzionali più semplici, che generalmente forniscono delle stime accettabili dei parametri ingegneristici di interesse. A differenza che per altri parametri, lo spostamento massimo di un sistema di isolamento influenza in modo diretto il dimensionamento dei dispositivi stessi, vista l'assenza in quasi tutti i codici internazionali di coefficienti parziali dedicati a fornire una specifica tutela a questo scopo. Per questo motivo, appare di grande interesse rivalutare lo strumento CQC3 con l'obiettivo di fornire delle stime più accurate dello spostamento massimo in presenza di sisma bi-componente, poiché anche piccole modifiche hanno un impatto diretto sul costo e/o sulle prestazioni dei dispositivi stessi.
Per analoghe motivazioni, l'utilizzo degli spettri di norma per la valutazione dello spostamento massimo di un sistema di isolamento può, in alcuni casi, non essere sufficiente a determinare l'effettiva massima domanda sul sistema di isolamento. La selezione di gruppi di accelerogrammi spettrocompatibili e sismocompatibili, se effettuata adeguatamente, può comportare valutazioni di domande in spostamento significativamente differenti. Tuttavia, l'esecuzione di analisi dinamiche nonlineari non è ancora una pratica progettuale molto diffusa e le stesse normative internazionali, generalmente, consentono di non eseguire questa tipologia di analisi. L'uso degli spettri di risposta di registrazioni naturali proposto in questo progetto di ricerca mira a fornire uno strumento che consenta di tenere in conto delle variabilità e delle incertezze dell'azione sismica modellata attraverso un set di accelerogrammi, senza la necessità di eseguire analisi dinamiche con integrazione al passo.
La sovrapposizione della combinazione CQC3 all'uso di spettri di risposta di accelerogrammi naturali è anch'esso un punto innovativo e comporta il vantaggio di poter adottare il reale rapporto fra le componenti senza la necessità di effettuare alcuna ipotesi in merito.
Questo progetto di ricerca offre anche delle interessanti opportunità di sviluppi futuri riguardanti la valutazione degli effetti torsionali sulla struttura in elevazione. In particolare, potranno essere studiate le amplificazioni degli effetti dovuti ai fenomeni torsionali al variare del grado di isolamento e del grado di non linearità del sistema considerando le amplificazioni legate all'eccitazione dei modi superiori. Il legame fra il grado di non-linearità e le amplificazioni dovute ai modi superiori è infatti già stato messo in evidenza in letteratura da alcuni lavori (Braga et al. 2005), (Braga et al. 2007) ma limitatamente agli effetti di modi puramente traslazionali. Inoltre, può essere di grande interesse anche lo studio della risposta ad input bi-dimensionale con effetti torsionali in presenza di non linearità anche sulla sovrastruttura. Quest'ultimo punto è abitualmente non contemplato nella letteratura vista la consuetudine di considerare la struttura in elevazione non danneggiata ove presente un sistema di isolamento sismico. Al fine di favorire la realizzazione di sistemi di isolamento in modo sostenibile, soprattutto per edifici esistenti, è invece di grande interesse studiare la possibilità di ammettere modeste plasticizzazioni sulla sovrastruttura. In quest'ottica, il presente progetto di ricerca ha l'ambizione di creare una base metodologica per la descrizione della risposta delle strutture isolate, al fine di estendere le future ricerche anche in queste altre direzioni.