Gli isolatori sismici sono dispositivi progettati per ridurre gli effetti del terremoto sugli edifici. Li approfondiamo qui. Vedremo come funzionano, quali tipologie esistono, vantaggi, limiti, installazione e confronto con altre soluzioni antisismiche.

 

Gli isolatori sismici sono considerati tra gli strumenti più efficaci dell’ingegneria antisismica. Su questo pochi nutrono dubbi. Piuttosto, molti non capiscono fino a che punto possano modificare la risposta di un edificio durante una scossa. Per farlo bisogna guardare al loro funzionamento e, soprattutto, capire cosa accade realmente quando il terreno comincia a muoversi.

 

Isolatori sismici: cosa sono e come funzionano

 

Partiamo dall’inizio, ovvero dalla definizione di isolatore sismico. Gli isolatori sismici sono dispositivi collocati tra due parti della costruzione, normalmente tra fondazioni e struttura superiore. Il loro compito non è rendere l’edificio semplicemente più resistente, ma modificare il modo in cui reagisce al movimento del terreno.

 

I fabbricati tradizionali poggiano sostanzialmente sulle fondazioni e seguono le accelerazioni imposte dal sisma. L’isolamento introduce invece un livello capace di deformarsi orizzontalmente. Durante la scossa, quindi, il terreno e la parte inferiore possono muoversi più rapidamente rispetto alla struttura sovrastante.

 

 

Il principio fisico consiste soprattutto nell’allungamento del periodo proprio della costruzione. Gli edifici ordinari relativamente rigidi presentano periodi brevi; introducendo un sistema molto più flessibile alla base, il periodo può superare anche i 2 secondi.

 

In molte condizioni questo spostamento verso periodi maggiori riduce fortemente le accelerazioni trasmesse alla struttura. ENEA indica che sistemi correttamente progettati possono ridurre l’azione sismica di oltre l’80%.

 

L’energia, tuttavia, non sparisce. Una parte viene dissipata dai dispositivi e una parte si traduce in maggiori spostamenti concentrati proprio nello strato di isolamento. Per questo intorno all’edificio devono esistere spazi sufficienti a consentirne il movimento senza urti contro strutture vicine.

È questo il punto centrale: invece di chiedere alla costruzione di deformarsi molto e resistere alle conseguenti sollecitazioni, si cerca di intercettare una quota rilevante del movimento prima che raggiunga i piani superiori.

 

Isolatori sismici: pro e contro

 

La particolarità degli isolatori sta nel fatto che intervengono sulla risposta dinamica dell’intero edificio. Da questa impostazione derivano vantaggi difficili da ottenere semplicemente aumentando dimensioni e resistenza degli elementi strutturali.

 

• Riduzione delle accelerazioni: l’isolamento limita la quantità di movimento trasferita alla sovrastruttura. Ne beneficiano pilastri, travi e pareti, ma anche elementi non strutturali, impianti e contenuti. È un aspetto particolarmente importante per ospedali, centri operativi, scuole o edifici che dovrebbero rimanere utilizzabili dopo il terremoto.
• Limitazione del danneggiamento: riducendo forze d’inerzia e deformazioni dei piani, diventa possibile progettare la struttura affinché affronti terremoti importanti con danni molto più contenuti. L’obiettivo non riguarda quindi soltanto evitare il collasso, ma preservare meglio edificio, finiture e componenti che altrimenti potrebbero richiedere riparazioni considerevoli.
• Protezione dell’intero fabbricato: gli isolatori sismici lavorano alla base e producono quindi un effetto globale. Non intervengono soltanto su una trave o su una parete vulnerabile. Tutta la sovrastruttura beneficia della modifica del comportamento dinamico, a condizione che il sistema sia progettato correttamente nel suo complesso.

 

A questa efficacia corrispondono però alcune condizioni progettuali piuttosto impegnative. Non tutti gli edifici possono essere isolati con la stessa facilità e, soprattutto negli interventi sull’esistente, la fattibilità deve essere verificata con molta attenzione.

 

• Complessità dell’intervento: inserire dispositivi tra fondazione e sovrastruttura in un edificio già costruito richiede lavorazioni strutturali delicate. Bisogna trasferire temporaneamente i carichi, predisporre le nuove zone di appoggio e assicurare lo spazio necessario agli spostamenti. Il progetto è quindi molto diverso da un semplice rinforzo locale.
• Spostamenti alla base: la riduzione delle accelerazioni viene ottenuta lasciando che il sistema di isolamento compia spostamenti orizzontali significativi. Occorre prevedere giunti adeguati e collegamenti flessibili per tubazioni, impianti e altri elementi che attraversano il piano isolato. Spazi insufficienti possono impedire l’impiego della tecnologia.
• Investimento iniziale elevato: progetto, dispositivi, opere strutturali, prove e installazione possono rendere l’intervento economicamente impegnativo. Il confronto deve però essere fatto considerando il livello di protezione ricercato e i potenziali danni evitati, soprattutto quando l’edificio svolge funzioni essenziali oppure ospita beni di particolare valore.

 

Gli isolatori sismici, quindi, offrono prestazioni molto elevate ma richiedono che l’intero edificio venga pensato, o ripensato, intorno al sistema di isolamento.

 

Isolatori sismici: le tipologie

 

Non tutti i dispositivi separano edificio e terreno nello stesso modo. Cambiano materiali, meccanismo con cui viene consentito il movimento e capacità di riportare la struttura verso la posizione originaria dopo la scossa. Le famiglie più diffuse sono essenzialmente queste.

 

• Isolatori sismici elastomerici: alternano strati di elastomero e lamine di acciaio. La configurazione mantiene un’elevata capacità di sostenere i carichi verticali e, contemporaneamente, permette deformazioni orizzontali. Le mescole possono essere progettate con differenti livelli di smorzamento, modificando così la quantità di energia dissipata durante il movimento sismico.
• Isolatori elastomerici con nucleo in piombo: alla struttura in gomma e acciaio viene aggiunto un elemento centrale in piombo. Durante gli spostamenti quest’ultimo si deforma plasticamente e contribuisce alla dissipazione dell’energia. Si combinano così flessibilità orizzontale, capacità di ricentraggio e un livello di smorzamento maggiore rispetto a numerose configurazioni elastomeriche tradizionali.
• Isolatori a scorrimento piano: il movimento avviene mediante lo scorrimento controllato tra superfici caratterizzate da un determinato attrito. Consentono di limitare le forze trasferite alla sovrastruttura, ma normalmente devono essere inseriti in un sistema capace anche di assicurare il ricentraggio dell’edificio dopo che l’azione sismica è terminata.
• Isolatori a pendolo scorrevole: utilizzano superfici curve sulle quali avviene lo scorrimento. Durante il sisma l’edificio compie un movimento assimilabile a quello di un pendolo, mentre la gravità favorisce il ritorno verso la posizione iniziale. L’attrito contribuisce contemporaneamente a dissipare parte dell’energia accumulata.

 

Da quali terremoti proteggono gli isolatori sismici più efficaci?

 

Pronunciare un’affermazione categoria, es. gli isolatori “resistono terremoti di magnitudo 7” sarebbe tecnicamente scorretto. La magnitudo misura l’energia liberata alla sorgente, mentre l’edificio deve sopportare lo scuotimento che effettivamente raggiunge il sito.

 

La magnitudo, sia chiaro, incide. Ma incidono distanza dalla faglia, profondità dell’ipocentro, durata della scossa, caratteristiche delle onde e terreno locale. A parità di magnitudo, un terremoto superficiale e vicino all’edificio può risultare molto più impegnativo di uno profondo o molto distante. L’USGS classifica come superficiali gli eventi fino a 70 km di profondità e sottolinea che lo scuotimento tende a diminuire aumentando la distanza dalla sorgente.

 

Prendiamo due eventi italiani reali. Il terremoto di Amatrice del 24 agosto 2016 raggiunse magnitudo 6,0 e una profondità di circa 8 km; quello di Norcia del 30 ottobre arrivò a Mw 6,5, con ipocentro attorno ai 9 km.

 

Ancora più significativo è il terremoto del Tōhoku del 2011: Mw 9,1 e profondità di circa 29 km. In uno studio su 65 edifici isolati giapponesi, le accelerazioni registrate alla base raggiunsero valori compresi tra 6 e 756 cm/s², mentre nelle sovrastrutture il massimo osservato fu circa 250 cm/s²; lo spostamento massimo degli isolatori arrivò a circa 24 cm.

 

Questo non significa che qualsiasi edificio isolato possa affrontare automaticamente un sisma Mw 9,1. Significa piuttosto che la tecnologia può funzionare anche in presenza di terremoti estremamente severi, quando viene dimensionata sulla specifica domanda sismica del sito.

 

L’efficacia reale, dunque, non si esprime con una “magnitudo massima sopportabile”. Si verifica progettando l’edificio per le accelerazioni, gli spostamenti e gli stati limite previsti per quel luogo.

 

Un confronto tra le soluzioni antisismiche

 

L’isolamento alla base tipico degli isolatori sismici è soltanto una delle strategie disponibili. Vanno considerati anche altri interventi, magari quelli che puntano a rendere la struttura più resistente. Altri ancora introducono elementi capaci di dissipare energia. Metterli a confronto permette di comprenderne meglio le differenze.

 

Soluzione	Principio	Invasività	Ideale per	Costo
Isolatori sismici	Separano dinamicamente la sovrastruttura dal movimento del terreno	Alta sull’esistente	Edifici da proteggere globalmente e nuove costruzioni	Alto
Dissipatori sismici	Assorbono e dissipano parte dell’energia trasmessa dal sisma	Media	Strutture nelle quali è possibile inserire dispositivi dissipativi	Medio-alto
Controventi e rinforzi strutturali	Aumentano rigidezza, resistenza o capacità deformativa	Media-alta	Edifici con vulnerabilità strutturali individuate	Medio-alto
Rinforzi locali con materiali compositi	Migliorano specifici elementi o collegamenti	Bassa-media	Interventi mirati su elementi vulnerabili	Medio

 

Le strategie non sono necessariamente autoescludenti. In progetti complessi possono essere utilizzate insieme, purché il comportamento complessivo venga analizzato dal progettista strutturale.

 

Installazione isolatori sismici: come si fa e disagi

 

Nelle nuove costruzioni, l’installazione viene prevista fin dal progetto: si realizza un piano di isolamento tra fondazione e sovrastruttura e ogni dispositivo viene collocato nei punti stabiliti dal calcolo strutturale.

 

Sugli edifici esistenti, il procedimento è decisamente più delicato. I carichi devono essere temporaneamente sostenuti, quindi vengono create le sedi necessarie a inserire gli isolatori sotto pilastri, pareti o altri elementi portanti. Lavorazioni e sequenza cambiano completamente in base alla struttura presente.

 

Occorre inoltre creare il giunto che consentirà all’edificio di spostarsi durante il terremoto e adeguare gli attraversamenti impiantistici affinché non blocchino il movimento.

 

E’ proprio in questo caso che i disagi possono essere importanti. Il riferimento è a polvere, lavorazioni sulle strutture, occupazione delle aree di cantiere e limitazioni all’utilizzo di alcune zone. In determinate situazioni può rendersi necessario liberare temporaneamente parte dell’immobile.

 

Isolatori sismici: come risparmiare?

 

Quando entrano in gioco la stabilità dell’edificio e la vita delle persone, gli isolatori sismici valgono l’investimento. Ma nulla impedisce di cercare un prezzo competitivo. Anzi, l’obiettivo risparmio è sensato finché non riduce qualità, verifiche o sicurezza.

 

Per contenere la spesa degli isolatori sismici senza ridurre la qualità bisogna confrontare proposte riferite allo stesso intervento. Numero e tipologia dei dispositivi, opere strutturali, verifiche, lavori accessori e modalità di installazione devono essere comparabili; altrimenti due totali differenti dicono ben poco sulla reale convenienza.

 

Trovare più offerte comparabili per gli isolatori sismici rivolgendosi individualmente a numerose imprese può essere laborioso. Proprio qui intervengono i portali di richiesta preventivi, che permettono invece di descrivere l’intervento e raccogliere più proposte, facilitando una prima selezione degli operatori a cui chiedere approfondimenti tecnici.

 

Tra i servizi utilizzabili c’è Edilnet. Per gli isolatori sismici, però, il preventivo economico deve sempre seguire una valutazione strutturale seria: la piattaforma può agevolare il confronto tra operatori, mentre dimensionamento e scelta tecnica rimangono necessariamente materia di professionisti abilitati.

 

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