Isolamento sismico

Generalmente le costruzioni in zona sismica devono essere progettate in modo tale da soddisfare tre obiettivi fondamentali in caso di terremoto:
1) la salvaguardia delle vite umane;
2) il contenimento dei danni alle strutture;
3) il mantenimento della funzionalità delle strutture essenziali per la Protezione civile quali ospedali, caserme dei VVFF, ecc.

 
Per ottenere questi obiettivi è necessario che gli edifici raggiungano un livello di protezione adeguata nei confronti di due condizioni limite: uno Stato Limite Ultimo (SLU) e uno Stato Limite di Danno (SLD). Lo scopo è quello di soddisfare, con un adeguato coefficiente di sicurezza, il requisito di non collasso strutturale e il requisito di limitazione dei danni. Per conseguire questi risultati si può aumentare adeguatamente la duttilità strutturale, in modo tale che la struttura entri in campo plastico oppure diminuire adeguatamente l’intensità dell’azione tellurica, in modo tale che la struttura rimanga in campo elastico. Fino ad oggi nella quasi totalità dei casi è stata percorsa la prima strada, ma diversi motivi – di cui si parlerà nel presente articolo – stanno volgendo l’attenzione su altri scenari.

Nel campo dell’ingegneria civile trovano, infatti, un sempre più largo utilizzo dispositivi che servono a isolare la struttura portante dagli effetti di un terremoto. In Italia esistono alcune decine di casi in cui tale tecnologia è stata utilizzata, mentre all’estero, ed in particolare in Paesi ad elevata sismicità come il Giappone, le realizzazioni sono già migliaia.
L’impiego di questi dispositivi è nato nel campo dell’ingegneria dei ponti, ma si è rapidamente esteso all’edilizia nel corso degli ultimi decenni del secolo scorso. Un forte impulso all’utilizzo di questa nuova strategia di ingegneria sismica si è avuto dopo il violento terremoto nel 1995 a Kobe in Giappone, che ha fornito una sorta di  “campo prova”: le strutture investite dal sisma e dotate di isolatori sismici hanno superato indenni il terremoto, mentre le strutture progettate con le tecniche antisismiche tradizionali, basate sulla duttilità della struttura in campo anelastico, hanno subito gravi danneggiamenti.
Tale tecnologia prevede l’utilizzo di speciali apparecchi (appunto gli isolatori) posizionati tra la fondazione e la sovrastruttura o fra parti della sovrastruttura stessa.

In commercio se ne trovano di diversi tipi, dai più semplici realizzati in neoprene armato, a quelli con inserito all’interno un blocco di piombo che consente una ulteriore capacità dissipativa di energia, a quelli ancora più sofisticati in acciaio-teflon o con cuscinetti a sfera.
L’effetto principale prodotto è quello di separare il movimento della sovrastruttura da quello del terreno in caso di terremoto o meglio di ottenere l’aumento del periodo proprio di vibrazione della struttura, allontanandolo dalla zona dello spettro di risposta con maggiori accelerazioni, creando quindi un disaccoppiamento dinamico della costruzione rispetto al terreno (effetto “filtro”).
Gli isolatori sono in grado cioè di dissipare elevate quantità di energia mediante grandi deformazioni avendo elevata rigidezza in direzione verticale e bassa rigidezza in quella orizzontale.
In conseguenza di ciò si hanno diversi vantaggi rispetto ad un analogo edificio non dotato di isolamento alla base, in quanto le minori forze agenti sulla struttura evitano non solo il collasso dell’edificio o il danneggiamento degli elementi strutturali, ma, altresì, anche quello degli elementi non strutturali (come le tamponature) e degli impianti tecnici (ascensori, impianti elettrici, impianti idraulici, impianti di riscaldamento, ecc.).

Questa tecnologia ha una ripercussione importantissima nel caso di edifici che devono rimanere operativi anche dopo un sisma violento (ospedali, caserme dei VVFF, ecc.) e di edifici il cui contenuto ha un valore (economico, artistico, culturale, ecc.) di gran lunga superiore a quello degli edifici stessi (banche, musei, centri per le telecomunicazioni, biblioteche, ecc.).
Per completezza si precisa che i costi dell’isolamento sismico per le nuove costruzioni sono all’incirca pari al 5% del costo dell’intera costruzione (più o meno quanto l’impianto elettrico).
Infine, si precisa che l’isolamento può raggiungere le massime prestazioni soltanto quando le esigenze dello stesso siano tenute in conto fin dalle prime fasi progettuali: il progetto architettonico deve cioè essere impostato considerando tale soluzione progettuale, in quanto la successiva decisione di inserire l’isolamento può creare difficoltà non facilmente superabili.

Articolo dell’Ing. Stefano Valentini


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