Valutazione della prestazione sismica di partizioni in

Valutazione della prestazione sismica di partizioni in
cartongesso con prove su tavola vibrante
Crescenzo Petrone, Gennaro Magliulo, Vittorio Capozzi, Gaetano Manfredi
Università degli Studi di Napoli. Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura. Via Claudio 21,
80125 Napoli.
Giuseppe Maddaloni
Università degli Studi di Napoli “Parthenope”. Dipartimento per le Tecnologie. Centro Direzionale Isola
C4, 80143 Napoli.
Pauline Lopez, Renato Talamonti
Siniat, Direction Innovation and R&D. 500 Rue Marcel Demonque, 84915 Avignon, France.
Keywords: partizioni in cartongesso, tavola vibrante, componenti non strutturali.
ABSTRACT
Le partizioni in cartongesso appartengono alla categoria dei componenti non strutturali, il cui comportamento
sismico è oggi riconosciuto come un problema rilevante nell'ambito del “Performance-Based Earthquake
Engineering”.
In questo lavoro si descrivono prove su tavola vibrante effettuate per studiare il comportamento sismico di pareti di
cartongesso a diversi livelli di intensità sismica. Al fine di simulare il comportamento di un generico piano in un
edificio, è stato idoneamente progettato e realizzato un telaio di prova in acciaio. Le partizioni sono state inserite
all'interno del telaio di prova senza fissarle rigidamente alla struttura, permettendo di ottenere quindi significativi
spostamenti di interpiano senza indurre eccessive sollecitazioni nelle partizioni.
Con lo scopo di riprodurre sulle partizioni gli effetti realistici di un terremoto, sono stati eseguiti test bidirezionali
indagando quindi sia il comportamento in piano che fuori dal piano degli stessi. Come input per le prove, sono stati
selezionati due accelerogrammi “spettrocompatibili” in accordo a quanto previsto dalla normativa statunitense per i
componenti non strutturali “AC156”. Gli accelerogrammi sono stati quindi scalati a diversi livelli di intensità.
Le pareti di cartongesso hanno esibito un buon comportamento sismico, sia nel piano che fuori dal piano.
.
1
INTRODUZIONE
Come è noto, i danni ai componenti non
strutturali rappresentano la più importante perdita
economica causata dal terremoto (Badillo et al.
2006). Inoltre, a causa di tali danni, occorre
spesso evacuare gli edifici nonché interrompere le
attività che si svolgono al loro interno (Gilani et
al. 2010). Alla categoria dei componenti non
strutturali appartengono anche le partizioni in
cartongesso per le quali tuttavia sono disponibili
in letteratura pochi studi. Per questo motivo, nel
presente lavoro, è investigato il comportamento
sismico di pareti in cartongesso e l'influenza delle
stesse su una struttura in acciaio. Tali partizioni
sono state progettate in modo da non interferire
con la struttura ospitante fino ad un drift
interpiano pari a circa 0.5%.
2
DESCRIZIONE DEI TEST EFFETTUATI
Il comportamento sismico dei pannelli di
tamponamento in cartongesso è stato studiato
utilizzando il sistema di tavole vibranti installate
presso il laboratorio del Dipartimento di Strutture
per l’Ingegneria e l’Architettura dell'Università di
Napoli Federico II. Il sistema è costituito da due
tavole di forma quadrata e dimensioni 3 m x 3 m.
Ogni tavola è caratterizzata da due gradi di libertà
nelle due direzioni orizzontali. In questa
campagna sperimentale è stata utilizzata solo una
delle due tavole.
Le prove hanno avuto lo scopo di
caratterizzare il comportamento sismico di
partizioni in cartongesso.
Con lo scopo di simulare al meglio gli effetti
sismici sulle partizioni, un telaio di prova in
13 mm
13 mm
75 mm
125 mm
13 mm
13 mm
acciaio è stato opportunamente progettato e
realizzato (Figura 1). Il telaio ha dimensioni 2.50
m (X dir.) x 2.00 m (Y dir.) x 2,89 m (Z dir.) e
realizzato con 4 pilastri aventi profili quadri cavi
(150 mm x 150 mm x 15 mm) così come le travi
(120 mm x 120 mm x 12.5 mm). I collegamenti
trave-colonna sono del tipo cerniera. Una soletta
in cls è stata posta sulla sommità del telaio per
aggiungere massa al provino (Figura 1).
Boards PREGYPLAC BA13 th.12,5 mm
Boards PREGY LA DURA BA13 th. 12,5 mm
Mineral wool, thickness 60mm density 40 kg/mc
Studs "C" mm 49-74-40 th.6/10 - 600 mm centres
Rail "U" mm40-75-40 th.6/10
Figura 2. Sezione della parete testata
X-Y PLANE VIEW
TRI-103762
Bottom laser-optical
sensor
Wooden ledger
50
Partition
20
125
125
100
Concrete slab
50
TRI-103765
120x120x12.5
200
300
Top laser-optical
sensor
Beam: 120x120x12.5
(S 275)
50
100
Column: 150x150x15
(C 45)
Partition
50
Y
20
50
Top laser-optical
sensor
25
X
X
Bottom
laser-optical
sensor
20
Z
250
25
300
Y
Figura 3. Posizione degli strumenti: vista dall’alto
X-Z PLANE VIEW
Concrete slab
Column: 150x150x15
(C 45)
12
5
Wooden ledger
SG-s1
Top runner
Plasterboard partition
SG-m2
Vertical stud
320
TRI-103763
268
289
SG-m1
SG-i3
Base runner
SG-i4
SG-i2
Z
SG-i5
15
X
4
55
Per
mantenere
la
simmetria
nella
configurazione del setup di prova, i test sono stati
eseguiti
con
due
partizioni
presenti
contemporaneamente.
Ogni partizione è realizzata montando da
entrambi i lati due pannelli di cartongesso indicati
come "PREGYPLAC BA13" e "PREGY
LaDURA BA13", del peso di 90 N/m2 e 128
N/m2 rispettivamente (Figura 2). Lo strato più
esterno è caratterizzato da un’alta resistenza
meccanica conferita dalla presenza nell’impasto
di fibre di legno. Ogni strato è spesso 13 mm. I
pannelli sono avvitati solo sui montanti verticali.
Lo spazio tra i pannelli di cartongesso e il
perimetro, è riempito di silicone acrilico.
Maggiori dettagli sul sistema di prova sono
contenuti in Magliulo et al. (2013).
Per monitorare la risposta del telaio di prova e
delle partizioni in cartongesso, sono stati montati
alcuni accelerometri e sensori laser. Le posizioni
di tali strumenti sono indicate in Figura 3 e
Figura 4.
Beam: 120x120x12.5
(S 275)
25
Figura 1. Setup utilizzato per le prove
SG-i1
227
4
15
TRI-103766
250
300
Figura 4. Posizione degli strumenti: vista laterale
Gli input sismici utilizzati per le prove, sono
stati selezionati soddisfacendo il criterio della
spettrocompatibilità nei confronti di uno spettro
di risposta “target”. In altre parole, lo spettro di
risposta elastico che si ottiene dagli
accelerogrammi selezionati inviluppa lo spettro di
risposta (RRS) proposto dalla normativa
statunitense AC156 per la qualificazione sismica
dei componenti non strutturali (ICBO, 2000).
Lo spettro di risposta RRS è ottenuto a partire
da un parametro, SDS, in funzione del tipo di
sottosuolo e della massima accelerazione attesa al
sito. La procedura di selezione degli
accelerogrammi è stata effettuata, per un RRS
corrispondente a SDS=1.05g; la time-history così
generata è stata quindi ridotta in modo da ottenere
altri sette livelli di intensità corrispondenti ad SDS
0.10g, 0.15g, 0.22g, 0.30g, 0.45g, 0.60g e 0.90g
(Figura 5).
Maggiori dettagli sulla selezione dell’input, sul
telaio di prova utilizzato e sui provini testati,
possono essere trovati in Magliulo et al. (2012a,
2012 b, 2013).
Figura 5. Gli otto input sismici utilizzati nelle prove
3
RISULTATI
Utilizzando gli accelerogrammi selezionati
sono state quindi eseguite otto prove
bidirezionali.
I risultati sono riassunti nella Tabella 1 in
termini di accelerazione massima registrata alla
base della tavola (abase) e sulla parte alta del
provino (atetto). Come si vede tali valori sono pari
a 1.03g e 2.22g, rispettivamente alla base della
tavola e sulla sommità del provino.
Tabella 1. Massime accelerazioni registrate durante i test
effettuati
X
Y
Test
SDS
abase
atetto
abase
atetto
ID
[g]
[g]
[g]
[g]
[g]
1
0.10
0.10
0.09
0.17
0.20
2
0.15
0.13
0.13
0.22
0.32
3
0.22
0.19
0.19
0.27
0.43
4
0.30
0.23
0.27
0.35
0.54
5
0.45
0.35
0.47
0.47
0.76
6
0.60
0.50
0.81
0.57
0.97
7
0.90
0.81
1.66
0.90
1.32
8
1.05
0.95
2.22
1.03
1.54
Utilizzando dei sensori laser sono stati
registrati anche gli spostamenti assoluti e quindi
calcolati quelli relativi. I valori massimi degli
spostamenti relativi sono pari a 20.1 millimetri in
direzione X e 22.7 millimetri in direzione Y.
Considerando un’altezza di interpiano pari a 2740
millimetri, il drift è risultato essere pari a 0,83%.
Al fine di caratterizzare la risposta sismica dei
sistemi di partizione testati, sono stati considerati
tre stati limite: (a) stato limite di operatività
(SLO), (b) stato limite di danno (SLD), (c) lo
stato limite di salvaguardia della vita (SLV).
Le prove effettuate hanno mostrato per tutti i
livelli di intensità solo un danno modesto (Figura
6), quali:
• distacco del silicone;
• fessurazione giunti verticali;
• caduta di polvere di gesso.
partizioni in cartongesso sotto l’azione di
terremoti utilizzando il sistema di tavole vibranti
installate presso il laboratorio del Dipartimento di
Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura
dell'Università degli Studi di Napoli Federico II.
Un telaio di prova monopiano in acciaio avente
travi e colonne di sezione scatolare e
collegamenti cerniera è stato appositamente
progettato e realizzato per eseguire tali prove.
Sono stati eseguiti otto test a diverse intensità.
I valori massimi delle accelerazioni registrate alla
base della tavola e sulla sommità del provino
sono state pari a 1.03g e 2.22g, rispettivamente.
Le partizioni testate hanno evidenziato pochi
danni anche ai livelli di eccitazione elevata,
mostrando quindi una vulnerabilità sismica
estremante bassa.
(a)
RINGRAZIAMENTI
Questo lavoro è stato in parte sponsorizzato
dalla Protezione Civile nell’ambito del progetto
di ricerca ReLUIS 2010-2013 e dalla
multinazionale Siniat che ha finanziato la ricerca
e fornito le partizioni in cartongesso testate.
BIBLIOGRAFIA
(b)
(c)
Figura 6. Foto di alcuni danni rilevati dopo i test effettuati
4
CONCLUSIONI
Sono state eseguite prove su tavola vibrante
per studiare il comportamento sismico di
Badillo-Almaraz, H., Whittaker, A.S., Reinhorn, A.M.,
Cimellaro, G.P., 2006. Seismic Fragility of Suspended
Ceiling
Systems,
Report
MCEER-06-0001,
MCEER/SUNY/Buffalo.
Gilani, A.S.J., Reinhorn, A.M., Glasgow, B., Lavan, O.,
Miyamoto, H.K., 2010. Earthquake simulator testing
and seismic evaluation of suspended ceilings. ASCE/J
Archit Eng, 16(2), 63-73.
International Conference of Building Officials (ICBO),
2000. ICBO AC 156 Acceptance Criteria for the
Seismic Qualification of Nonstructural Components.
ICBO Evaluation Service, Inc., Whittier, California,
USA.
Magliulo, G., Pentangelo, V., Maddaloni, G., Capozzi, V.,
Petrone, C., Lopez, P., Talamonti, R., Manfredi, G.,
2012a. Shake table tests for seismic assessment of
suspended continuous ceilings. Bulletin of Earthquake
Engineering. 10(6), 1819-1832. DOI: 10.1007/s10518012-9383-6.
Magliulo, G., Petrone, C., Capozzi, V., Maddaloni, G.,
Lopez, P., Talamonti, R., Manfredi, G., 2012b. Shake
table tests on infill plasterboard partitions. Open Constr
Build Technol J, 6(Suppl 1-M10), 155-163. doi:
10.2174/1874836801206010155
Magliulo, G., Petrone, C., Capozzi, V., Maddaloni, G.,
Lopez, P., Manfredi, G., 2013. Seismic performance
evaluation of plasterboard partitions via shake table
tests. Bulletin of Earthquake Engineering (under
review).