Isolatore sismico

Materiali da isolamento

Isolatori sismici

Gli isolatori sismici rappresentano il modo più valido per proteggere dai terremoti la struttura di un edificio, in quanto consentono di smorzare le vibrazioni prodotte dalle scosse.

di Redazione

12 ottobre 2016

Isolatori sismici

Gli isolatori sismici sono molto diffusi in Giappone essendo un paese sottoposto a numerosi eventi sismici. Usare gli isolatori sismici è la tecnica vincente per separare la struttura dell'edificio dal movimento del terreno. Quindi, gli isolatori sismici sono dei dispositivi che diminuiscono l'effetto del terremoto su tutta la struttura. Quest'ultima essendo isolata verrà protetta dai danni che un terremoto può provocare ai muri, agli impianti e alle persone. Gli isolatori sismici alla fine dovranno essere dissipativi, resistenti, deformabili, poco ingombranti, durevoli nel tempo, ma dovranno avere soprattutto un adeguato centraggio ed essere di appoggio all'immobile. Inoltre, è possibile scegliere l'isolamento sismico che più si adatta al proprio edificio, ridurre il taglio della struttura e lo spostamento della base, ma si può anche minimizzare l'accelerazione al piano. Queste, sono tutte le caratteristiche degli isolatori sismici che si possono trovare in un unico sistema, il quale avrà un costo piuttosto incisivo ma abbordabile, considerato il suo alto valore in termini di vite umane e danni agli edifici. Perché il terremoto non perdona niente e nessuno.

Isolatore sismico elastomerico

Esistono tanti tipi di isolatori sismici, ma i più importanti sono due, e più specificatamente sono gli isolatori elastomerici e quelli a scorrimento che portano gli edifici fuori dalle frequenze del terremoto. I diversi isolatori sismici possono essere usati anche insieme nello stesso edificio. Comunque sia, gli isolatori elastomerici presentano tanti e diversi movimenti in capo all'elastomero e ai lamierini, mentre all'interno sono caratterizzati da un nucleo di piombo che funge da dissipatore di energia. La funzione più importante di questo tipo di isolatore è la sua minima rigidezza in orizzontale che serve per assicurare l'aumento del periodo della struttura e nello stesso tempo diminuisce l'abbassamento. Gli isolatori elastomerici possono essere costruiti in gomma, sia naturale che sintetica. Ma a parte il tipo di gomma usata si possono trovare isolatori con smorzamento basso oppure con inserto di piombo e anche a smorzamento elevato.

Isolatore sismico a scorrimento

Un tipo diverso di isolatore è quello sismico a scorrimento che è formato da due superfici. Queste ultime sono curvate e si spostano fra di loro una sopra l'altra. Utilizzano lo stesso moto che ha il pendolo per aumentare il naturale periodo della struttura. Questi isolatori sismici svolgono due attività: disperdono per attrito l'energia e creano il richiamo del centraggio dell'edificio grazie alla gravità. Gli isolatori a scorrimento sono meno cari se messi in confronto con quelli elastomerici e non hanno bisogno di essere sempre controllati e verificati. Esistono due tipologie di isolatori a scorrimento: unidirezionali usati generalmente per i ponti, e multi direzionali che invece vengono utilizzati per i fabbricati. Alla fine, sono proprio questi isolatori sismici che assicurano un'ottima difesa contro i terremoti. Basti pensare che esistono degli isolatori a scorrimento metallici che sono detti a rotolamento. Questi isolano delle strutture anche leggere utilizzando il valore basso dell'attrito. Come già fanno in Giappone che impiegano degli isolatori sismici su rulli o a sfere.

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Domande frequenti

  • Qual è la differenza principale tra isolatori elastomerici e quelli a scorrimento?
    La differenza sostanziale risiede nel meccanismo di azione e nei costi. Gli isolatori elastomerici utilizzano strati di gomma (naturale o sintetica) alternati a lamierini, spesso con un nucleo di piombo interno per dissipare l'energia; garantiscono una minima rigidezza orizzontale aumentando il periodo strutturale. Gli isolatori a scorrimento, invece, funzionano come un pendolo: due superfici curve scorrono l'una sull'altra, disperdendo energia per attrito e usando la gravità per riportare l'edificio in posizione centrale. In termini economici, quelli a scorrimento risultano generalmente meno costosi rispetto a quelli elastomerici.
  • Gli isolatori sismici servono solo per nuovi edifici o possono essere installati sulle ristrutturazioni?
    Sebbene l'installazione sia tecnicamente fattibile anche su edifici esistenti durante interventi di adeguamento sismico, la procedura è complessa e richiede valutazioni ingegneristiche approfondite. Il testo evidenzia che questi dispositivi sono ideali per 'separare la struttura dall'ambiente', ma la loro applicazione dipende dalla compatibilità con la fondazione e la statica preesistente. Spesso, per le ristrutturazioni, si preferiscono altre tecniche di rinforzo. L'installazione è più comune e standardizzata nella progettazione di nuove costruzioni, specialmente in zone ad alta pericolosità sismica, dove permette di ottimizzare fin dalle fondamenta la risposta dinamica dell'intera opera.
  • Come funziona esattamente un isolatore sismico a scorrimento?
    Il principio di funzionamento si basa sulla fisica del pendolo. L'isolatore è composto da due superfici curve che scorrono l'una sull'altra durante le oscillazioni del terreno. Questo movimento aumenta il periodo naturale di vibrazione dell'edificio, allontanandolo dalla frequenza predominante del sisma e riducendo così le accelerazioni trasmesse. Parallelamente, l'attrito tra le superfici genera dissipazione di energia. Una volta cessata la scossa, la geometria curva e la forza di gravità agiscono come elementi di centraggio, riportando automaticamente l'edificio nella sua posizione originaria senza bisogno di sistemi attivi di recupero.
  • Cosa significa che un isolatore deve essere 'dissipativo' e 'deformabile'?
    Queste due caratteristiche sono fondamentali per la protezione strutturale. 'Deformabile' indica la capacità del dispositivo di assorbire grandi spostamenti orizzontali senza rompersi, permettendo all'edificio di muoversi indipendentemente dal terreno. 'Dissipativo' significa che l'isolatore converte l'energia cinetica del terremoto in calore (spesso tramite attrito o deformazione interna, come nel nucleo di piombo degli elastomerici), impedendo che questa energia distruttiva si propaghi fino ai muri e agli elementi portanti. Un buon isolatore combina queste proprietà per garantire resistenza, durata nel tempo e un efficace smorzamento delle vibrazioni.
  • È vero che gli isolatori sismici riducono i danni anche agli impianti interni?
    Sì, assolutamente. Uno dei vantaggi principali dell'isolamento sismico è che, proteggendo la struttura portante, si riducono drasticamente le solitazioni trasmesse agli elementi non strutturali. Poiché l'edificio 'galleggia' virtualmente sul suolo, le accelerazioni interne sono minime. Di conseguenza, tubazioni, condotti HVAC, divisori e arredi subiscono stress molto inferiori rispetto a un edificio tradizionale. Questo non solo previene crolli secondari, ma garantisce la continuità operativa dell'edificio (fondamentale per ospedali o centri dati) e riduce i costi di riparazione post-sisma, tutelando indirettamente anche la sicurezza delle persone all'interno.