Isolamento sismico: ne vale davvero la pena? [+Caso Studio]

Isolatori

In quest’articolo cercherò di fornirti degli strumenti utili per valutare la convenienza dell’isolamento sismico di una struttura rispetto alla realizzazione di una struttura tradizionale a base fissa. Alla fine dell’articolo potrai scaricare un interessante Caso Studio, un esempio pratico che mette a confronto il calcolo e la verifica di una struttura a base fissa, con la stessa struttura isolata sismicamente. Continua a leggere e non te ne pentirai.

Se ti venisse affidata la progettazione strutturale di un nuovo fabbricato, proporresti al tuo cliente di isolare sismicamente la struttura utilizzando degli isolatori sismici? Per nuovo fabbricato non intendo una struttura con funzioni strategiche, come può essere un’ospedale, una scuola o un edificio pubblico, ma un classico fabbricato per civile abitazione su commessa di un committente privato.

Gli isolatori sono apparecchi sofisticati e molto costosi. Un isolatore elastomerico può arrivare a costare diverse migliaia di euro. Ipotizzando un costo di 6000 € per ciascun isolatore e una struttura costituita da 20 pilastri, saranno necessari 20 isolatori. In tal caso il costo dell’isolamento sismico si aggirerà intorno ai 120’000 €. Tale importo può arrivare a rappresentare il 20% dell’importo totale necessario per la realizzazione della struttura grezza.

Sapresti motivare e giustificare al tuo cliente questa consistente spesa aggiuntiva? Saresti in grado di valutare se  è effettivamente conveniente prevedere un tale sistema di protezione dal sisma?

Prima di procedere con il caso studio, vorrei darti dei brevi cenni su cos’è un isolatore elastomerico, come è fatto e come funziona.

 

Esistono principalmente isolatori di tre tipi:

  • Isolatori elastomerici
  • Isolatori a scorrimento
  • Isolatori metallici a rotolamento

In quest’articolo parleremo degli isolatori elastomerici. Questo tipo di isolatore è composto da strati alterni di acciaio e di elastomero collegati tra loro mediante un processo di vulcanizzazione. Gli strati di acciaio rappresentano l’armatura dell’isolatore ed hanno il compito di incrementare notevolmente la rigidezza verticale del dispositivo, facendo sì che solo la rigidezza orizzontale sia molto bassa. Questi dispositivi consentono di incrementare notevolmente il periodo proprio di vibrazione della struttura. Con un periodo di vibrazione più elevato le sollecitazioni sismiche sulla struttura si riducono notevolmente. Per rendertene conto ti basta osservare l’andamento di uno spettro di progetto fornito dalla Normativa Tecnica per le Costruzioni NTC2008. Nella parte destra dello spettro le accelerazioni a cui sarà sottoposta la struttura saranno notevolmente più basse. E’ proprio a quella zona di basse accelerazioni a cui bisogna puntare ad arrivare con la messa in opera degli isolatori elastomerici.

Spettro_Esempio02

Avendo bassi valori delle sollecitazioni, avremo spostamenti relativi di interpiano ridotti e basse sollecitazioni negli elementi strutturali della sovrastruttura e di conseguenza minori quantità di armatura.

A questo punto ti starai chiedendo: una struttura isolata è più sicura di una struttura tradizionale a base fissa?

La risposta è: assolutamente no! Le strutture tradizionali sono progettate e verificate secondo i principi del Capacity Design. In parole semplici le classiche strutture a base fissa sono progettate per danneggiarsi il più possibile in caso di eventi sismici, perchè è danneggiandosi che dissipano l’energia in ingresso del sisma. L’obiettivo quindi è quello di far sì che si creino il maggior numero di cerniere plastiche in corrispondenza delle estremità delle travi senza che l’edificio collassi.

C’è però una fondamentale differenza fra una struttura isolata sismicamente ed una struttura a base fissa. Dopo un forte evento sismico, la struttura isolata non avrà riportato alcun danno, sarà praticamente quasi intatta. Le accelerazioni del suolo saranno state filtrate grazie alla presenza degli isolatori. Una struttura a base fissa dopo un forte evento sismico sarà completamente danneggiata, il calcestruzzo sarà fortemente fessurato, le armature snervate, manifesterà spostamenti di interpiano residui. Quanto mi costerebbe ripristinare, quando possibile (in alcuni casi l’unica soluzione possibile è la demolizione e la ricostruzione), una struttura in questo stato per renderla di nuovo agibile? Il costo da sostenere per il ripristino supera il costo della messa in opera degli isolatori sismici al momento della costruzione? Ponendoci queste domande saremo in grado di rispondere se è conveniente o meno prevedere una protezione dal sisma isolando la struttura.

In questo articolo metto a disposizione un’interessante risorsa da scaricare. Come ti avevo anticipato, si tratta di un ebook in pdf che analizza un caso studio, ovvero due strutture multipiano in cemento armato identiche di cui:

  • una struttura tradizionale a base fissa
  • una struttura dotata di isolatori sismici

Per entrambe le strutture è stato effettuato il calcolo strutturale agli elementi finiti, il calcolo delle armature necessarie e la verifica degli elementi strutturali.

Scaricando questa risorsa potrai inoltre leggere approfondite nozioni sull’isolamento sismico e sui diversi tipi di isolatori esistenti. Molto interessante è il paragrafo delle conclusioni, dove si riassumono i risultati complessivi e il quadro economico generale.

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Spero che la consultazione di questa interessantissima risorsa possa chiarirti le idee sull’utilità dell’isolamento sismico, sulla sua incidenza sul costo complessivo dell’opera e su quanto sia conveniente prevedere tale sistema di difesa dal sisma.

Costruire una casa è come produrre un film. Non c’è un modo giusto per farlo, ma ci sono un sacco di modi sbagliati. Devi essere flessibile e creativo. Bisogna muoversi velocemente, essere pronti, oppure può rapidamente diventare molto costoso.
Jeremy Renner
 

Ti è mai capitato di progettare una struttura isolata alla base? Che opinione hai sull’isolamento sismico? Fammelo sapere nei commenti qui sotto.

Al prossimo articolo.

Marco

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Dettagli sulla risorsa: Tesi di laurea dell’ Ing. Luca Liberatore. Tesi diffusa gratuitamente dal portale AMS Tesi di Laurea dell’Università di Bologna.