RICERCA 2022
EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THE USE OF TRENCHES FOR THE SEISMIC PROTECTION OF SENSITIVE STRUCTURES AND MONUMENTS
Xenofon Palios, 
Civil Engineer MSc, PhD, National Technical University of Athens
Xenofon.Palios@gmail.com
Spyros Lainas, 
Engineering Geologist MSc, PhD, Geotest Consulting Engineers S.A.
slainas@geotest-eng.gr
Constantine Spyrakos
Professor, Civil Engineering Department, Laboratory for Earthquake Engineering, National Technical University of Athens
cspyrakos@gmail.com
Structural 243 | Ottobre - Dicembre  2022
10.12917/Stru243.21 – https://doi.org/10.12917/STRU243.21

This work presents the experimental results of an investigation that examines the possibility to use periodic trench formations utilizing phononic and acoustic metamaterials in order to modify the amplitude and the frequency contents of surface waves and, thus, protect existing structures from earthquake and human induced vibrations. The isolation is implemented by applying trenches (which act as perfect phononic materials) of varying depth at the surrounding terrain of the structure in a periodic manner. The proposed procedure can be implemented around historical buildings and monuments, where conventional retrofitting techniques are considered too invasive and are not permitted. The research involves a series of experiments, in order to examine the effectiveness of the use of trenches in order to reduce the maximum acceleration and the frequency gaps arising under dynamic excitation. The results show that the application of trenches surrounding a structure can significantly decrease the response and act as a cut-off filter for frequencies associated with either earthquake excitation or manmade vibrations.

ARGOMENTO:  HISTORICAL BUILDING - BENI CULTURALI,SEISMIC - SISMICA,STRUCTURAL VIBRATION - VIBRAZIONI NELLE STRUTTURE
PAROLE CHIAVE: protezione sismica, materiali fononici, metamateriali acustici, strutture periodiche, protezione dei monumenti, ingegneria sismica sperimentale
Abstract
x
INDAGINE SPERIMENTALE SULL'UTILIZZO DI TRINCEE PER LA PROTEZIONE SISMICA DI STRUTTURE SENSIBILI E MONUMENTI

Questo lavoro presenta i risultati sperimentali di un'indagine che esamina la possibilità di utilizzare formazioni di trincee periodiche utilizzando metamateriali fononici e acustici per modificare l'ampiezza e il contenuto di frequenza delle onde superficiali e, quindi, proteggere le strutture esistenti dal terremoto e dalle vibrazioni indotte dall'uomo. L'isolamento è realizzato mediante trincee ripetitive (che fungono da perfetti materiali fononici) di varia profondità nel terreno circostante la struttura. La procedura proposta può essere implementata attorno a edifici e monumenti storici, dove le tecniche di retrofitting convenzionali sono considerate troppo invasive e non sono consentite. La ricerca prevede una serie di esperimenti, al fine di esaminare l'efficacia dell'uso delle trincee per ridurre l'accelerazione massima e le lacune di frequenza derivanti dall'eccitazione dinamica. I risultati mostrano che l'applicazione di trincee che circondano una struttura può ridurre significativamente la risposta e fungere da filtro di interruzione per le frequenze associate all'eccitazione del terremoto o alle vibrazioni provocate dall'uomo.

KEYWORDS: earthquake protection, phononic materials, acoustic metamaterials, periodic structures, monument protection, experimental earthquake engineering
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