ISOLATORI SISMICI - PROPRIETA' GENERALI DEGLI ISOLATORI SISMICI

Ingegneria Sismica

· PROPRIETÁ GENERALI DEGLI ISOLATORI SISMICI

· VANTAGGI DELL’ISOLAMENTO SISMICO

· TIPOLOGIE DI ISOLATORI SISMICI

VANTAGGI DELL’ISOLAMENTO SISMICO

L’isolamento sismico è una tecnica del controllo strutturale di tipo passivo mediante la quale si cerca di ottenere un adeguato livello di protezione delle strutture dagli effetti negativi conseguenti al verificarsi di un evento sismico. Per raggiungere questo obiettivo è necessario ridurre in modo significativo gli stati di sollecitazione sulla costruzione dovuti fondamentalmente alle forze d’inerzia che il sisma trasmette, attraverso il terreno e quindi le fondazioni, alla sovrastruttura. Ridurre le forze d’inerzia equivale a diminuire le accelerazioni trasmesse, ovvero ad operare nel ramo discendente dello spettro di risposta (Figura 1).

Figura 1

Valori bassi di accelerazione nello spettro di risposta corrispondono ad elevati valori del periodo proprio T dei vari modi di vibrare del sistema strutturale. Ecco allora che per indurre nella struttura bassi livelli di accelerazione è necessario incrementare i periodi naturali dei principali modi di vibrare (Figura 2).

Figura 2

Ciò avviene inserendo tra le fondazioni e la sovrastruttura da proteggere particolari dispositivi detti isolatori sismici (Figura 3). Questa tecnica di protezione sismica è detta anche Base Isolation. Nell’isolamento sismico dei ponti essi vengono interposti tra l’impalcato e la testa delle pile o delle spalle. In caso di sollecitazione sismica l’inserimento degli isolatori consente, come detto, di incrementare il periodo proprio di vibrazione della struttura, allontanandolo dalla zona dello spettro di risposta con maggiori accelerazioni.

Figura 3

Questo crea di fatto un disaccoppiamento dinamico della costruzione rispetto al terreno (effetto “filtro”), così da ridurre la trasmissione alla sovrastruttura dell’energia fornita dall’azione sismica. Per effetto di quest’ultima il sistema fondazione-isolatori-struttura è in grado di dissipare l’energia sismica del suolo: la dissipazione è concentrata quasi esclusivamente nei dispositivi di isolamento, i quali dissipano l’energia sismica trasmessa loro dalle fondazioni a spese di grandi deformazioni plastiche, mediante ampi cicli di isteresi. Ciò consente alla sovrastruttura, rimanendo pressoché immobile rispetto al moto del terreno, di avere una risposta praticamente in campo elastico. Questo modifica considerevolmente l’input sismico, in quanto riducendo le accelerazioni trasmesse al fabbricato, innalzano considerevolmente la capacità di risposta della struttura nei confronti della resistenza ultima di collasso e dello stato limite di danno. Questo aspetto è di particolare importanza per tutti quegli edifici che devono rimanere operativi per la gestione dell’emergenza successiva al verificarsi di un terremoto violento, come ad esempio ospedali o caserme dei VV.FF..

A differenza di tutti gli altri sistemi, questi dispositivi permettono anche di proteggere, oltre alla struttura portante, anche le parti non strutturali e quanto in essa contenuto. Infatti per effetto dell’assenza quasi totale di deformazioni di interpiano (drift), questa tecnologia consente di evitare lesioni o danni a tamponature, tramezzi, impianti o ai beni contenuti all’interno di edifici, quali musei o biblioteche, centri di calcolo, ecc. Questo consente di minimizzare od eliminare del tutto i danni causati alle strutture da un sisma, mantenendo inalterata, anche dopo il verificarsi di un severo evento tellurico, l’attività che in esse viene svolta.

TIPOLOGIE DI ISOLATORI SISMICI

Come detto, gli isolatori sismici svolgono la funzione di limitare le accelerazioni trasmesse alla struttura mediante l’abbassamento del periodo do oscillazione, riducendo in tal modo le forze inerziali trasferite alla struttura stessa. Affinché questi dispositivi siano in grado di isolare una struttura mediante dissipazione di energia essi devono poter compiere grandi spostamenti. Per rispondere a tale richiesta essi devono possedere elevata rigidezza in direzione verticale e bassa rigidezza in quella orizzontale. Gli isolatori sismici si suddividono in due categorie:

- isolatori elastomerici

- Isolatori elastoplastici

- isolatori a scorrimento

Isolatori elastomerici

Gli isolatori elastomerici realizzano la dissipazione di energia a spese di grandi deformazioni plastiche, mediante ampi cicli di isteresi. Sono costituiti da strati di materiale elastomerico alternati a piastre di acciaio connessi tra loro mediante processo di vulcanizzazione. Questi dispositivi sono caratterizzati da ridotta rigidezza orizzontale, in modo tale da garantire il disaccoppiamento del moto orizzontale della struttura da quello del terreno, ed elevata rigidezza verticale e portata per i carichi verticali.

Isolatori elastoplastici

Gli isolatori elastoplastici sono costituiti da elementi che si mantengono in campo elastico in presenza di soli carichi verticali ed invece plasticizzano in presenza di azioni orizzontali superiori ad una soglia prefissata.

Isolatori a scorrimento

Sostanzialmente sono apparecchi di appoggio scorrevoli che sostengono i carichi verticali trasmessi dalla struttura, consentendo nel contempo gli spostamenti orizzontali. Normalmente gli isolatori a scorrimento sono sempre accoppiati a dispositivi ausiliari in modo tale da riunire in un unico dispositivo la duplice funzione di sostenere i carichi verticali e di dissipare l’energia sismica. I più frequentemente impiegati sono:

- isolatori a scorrimento con dispositivi isteretici

- isolatori a scorrimento con ammortizzatori viscosi

Mentre i primi sfruttano lo snervamento dei metalli per dissipare energia e limitare la massima forza trasmessa, i secondi raggiungono lo stesso obiettivo sfruttando la viscosità di opportuni fluidi.