GNGTS 2019 - Atti del 38° Convegno Nazionale

400 GNGTS 2019 S essione 2.2 UNA NUOVA STRATEGIA DI ISOLAMENTO SISMICO DELLE STRUTTURE: I METAMATERIALI SISMICI S. Fiore 1,6 , V. Carbone 2 , A. Madeo 1 , F. Garescì 3 , M. Chiappini 4,6 , G. Finocchio 5,6 1 Dipartimento di Ingegneria Informatica, Modellistica, Elettronica e Sistemistica, Università della Calabria, Italy 2 Dipartimento di Fisica, Università della Calabria, Italy 3 Dipartimento di Ingegneria , Università di Messina, Italy 4 Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), Roma, Italy 5 Dipartimento di Scienze Matematiche e Informatiche,Scienze fisiche e Scienze della Terra, Università di Messina, Italy 6 Monitoraggio Ambientale e Ricerca Innovativa Strategica (MARIS), Roma, Italy I metamateriali rappresentano una categoria di materiali le cui caratteristiche fisiche dipendono dalla loro particolare struttura tridimensionale piuttosto che dalla composizione chimica degli stessi. L’impiego dei metamateriali nelle scienze applicate è cresciuto negli ultimi decenni grazie alle potenzialità esibite. Il concetto di metamateriale è stato esteso recentemente all’’ingegneria sismica avviando le attività di ricerca sui metamateriali acustici e/o sismici (Huang et al., 2009, Tan et al., 2012, Finocchio et al. , 2014). L’idea è quella di poter progettare metamateriali con proprietà di filtraggio che permettano di mitigare gli effetti degli eventi sismici sulle costruzioni da proteggere. Questi nuovi metamateriali possono essere integrati nelle tecnologie e nei processi costruttivi ad oggi usati per le costruzioni civili. Una nuova strategia di isolamento sismico può essere rappresentata dalla fondazione composita, una tecnologia sviluppata integrando nella fondazione dell’edificio il metamateriale sismico. Il ‘proof of concept’ della fondazione composita è stato dimostrato lo scorso anno sperimentalmente mediante la realizzazione di un dimostratore (Casablanca et al., 2018). Nel seguito di questo contributo si illustrerà il concetto di fondazione composita e i possibili futuri sviluppi teorici e tecnologici. La fondazione composita. La fondazione composita è realizzata da lastre di calcestruzzo sovrapposte (massa esterna) nelle quali sono inseriti cilindri di acciaio (masse interne) mediante supporti elastomerici come mostra la Fig. 1. Questa configurazione rispetta quella tipica di un metamateriale nel quale sono individuabili la matrice esterna e le inclusioni che si ripetono con periodicità all’interno di essa. La peculiarità della fondazione composita sottoposta a input sinusoidale è quella di esibire un intervallo di frequenze all’interno del quale l’ampiezza dell’onda propagante è abbattuta e così gli effetti (in spostamento, velocità e accelerazione del mezzo attraversato) ridotti. Questo intervallo di frequenze sarà chiamato band-gap . Il progetto della fondazione composita consiste nel dimensionamento delle masse (di calcestruzzo e di acciaio) al fine di ottenere uno o più band-gap nell’intorno delle frequenze più pericolose per la struttura, come la frequenza di risonanza proprio e la frequenza di risonanza del volume di terreno di fondazione. Il modello di calcolo. Recentemente, abbiamo sviluppato un modello per studiare il sistema dinamico completo terreno-fondazione-struttura con le ipotesi di parametri concentrati e monodimensionale. E’ stato studiato il campo di accelerazioni e di spostamenti orizzontali del terreno e della fondazione in quanto rappresentano le grandezze più significative dal punto di vista ingegneristico. La fondazione composita è stata modellata come una catena di unità mass-in-mass. Il modello fisico di mass-in-mass permette di studiare la dinamica di sistemi di masse collegate tra loro mediante elementi visco-elastici. L’equazione di dispersione per il modello mass-in- mass è la seguente: Analogamente il volume di terreno, considerato stratificato, è stato modellato mediante masse concentrate all’interfaccia tra gli strati collegate tra loro da elementi visco-elastici in base al modello reologico di Voigt. La Fig. 2 mostra schematicamente i modelli adottati.