Cosa sono e come funzionano gli isolatori sismici

Isolatori sismici per mitigare il rischio sismico

Una delle tecnologie potenziali per affrontare il rischio sismico nelle costruzioni consiste nell'utilizzo dell'isolamento sismico.

In ambito ingegneristico, questa metodologia prevede l'installazione di appositi dispositivi in punti specifici della struttura al fine di separarla dai movimenti del terreno durante un terremoto.
Quando avviene un sisma, le onde sismiche si propagano attraverso le strutture causando crepe, o nella peggiore delle ipotesi, dei crolli.
Poiché non è possibile fermare il movimento del terreno, è fondamentale sapere come reagire e adottare misure preventive per limitare i danni alle strutture stesse.

Gli isolatori sismici, noti anche come controlli passivi della vibrazione, svolgono un ruolo cruciale in questo contesto, agendo come veri e propri cuscinetti all'interno dei pilastri.

In alcuni Paesi, come il Giappone, dove l'attività sismica è costante, questi dispositivi sono ampiamente diffusi. In altri paesi, come l'Italia, stanno diventando sempre più comuni, grazie all'adozione di politiche di prevenzione.

L'isolatore sismico può anche includere smorzatori viscosi che entrano in azione solo quando l'edificio subisce spostamenti eccessivi.

In questo articolo andremo a vedere le diverse tipologie disponibili e tutti i dettagli sul funzionamento.

Isolamento sismico: principi fisici su cui si basa

L'isolamento sismico si basa sul principio fisico del periodo proprio di vibrazione.
In seguito a un terremoto, le costruzioni direttamente a contatto con il terreno reagiscono agli scuotimenti del sottosuolo.

L'energia cinetica accumulata dalle masse della struttura diviene evidente attraverso movimenti oscillatori che possono causare danni localizzati o estesi, e in situazioni estreme, persino il crollo completo.

In termini pratici, si può dire che le forze orizzontali generate da un terremoto sono proporzionali all'altezza dell'edificio, dunque crescono all'aumentare dell'altezza, e sono dipendenti da un parametro noto come periodo proprio di vibrazione.

Esso rappresenta la misura del tempo necessario affinché la struttura compia un ciclo completo di oscillazione, partendo da un punto specifico e ritornando al medesimo punto. I valori assunti da questo parametro indicano il grado di vulnerabilità della struttura alle forze sismiche.

Funzionamento isolatori sismici Atlas

Le diverse strutture oscillano con periodi di vibrazione che variano approssimativamente da 0.1 secondi (per edifici a bassa altezza) a 1 secondo (per edifici multipiano). In questa fascia di valori, si verificano le amplificazioni più significative delle forze sismiche.

Oltre l'intervallo di 1 secondo, si osserva invece una progressiva diminuzione delle forze.

Per aumentare il periodo proprio di vibrazione, basta isolare la struttura dal terreno in modo tale che durante un terremoto essa resti del tutto ferma.

In questo modo si ha una diminuzione delle sollecitazioni che si trasferiscono alle strutture dalle fondazioni.

Ed è qui che entrano in gioco gli isolatori sismici, con i quali è possibile arrivare a periodi propri di vibrazione superiori a 2 secondi.

Tipi di isolatori sismici

Ci sono due tipi principali di isolatori sismici: gli isolatori elastomerici e gli isolatori sismici a scorrimento.

Isolatori elastomerici

Gli isolatori elastomerici sono dei dispositivi di forma cilindrica, creati tramite strati di gomma intervallati da lamine metalliche disposte in orizzontale.

Questa configurazione previene la deformazione eccessiva della gomma a causa del peso dell'edificio.


La gomma offre una notevole deformabilità laterale, determinando un significativo aumento del periodo proprio di vibrazione.

In aggiunta, essa contribuisce a un ulteriore livello di smorzamento, riducendo gli effetti del terremoto. Le proprietà principalmente elastiche della gomma consentono anche una reale capacità ricentrante del sistema alla sua posizione iniziale.

Isolatori a scorrimento

Gli isolatori a scorrimento sono dispositivi che consentono di separare il movimento del terreno dalla struttura attraverso uno scorrimento relativo tra due superfici a contatto.

Lo scorrimento viene attivato quando la forza di attrito tra le due superfici viene superata. Queste superfici di contatto possono essere sia piatte che curve.

Nel secondo caso, gli isolatori vengono definiti a pendolo. Il loro utilizzo presenta il vantaggio di una capacità auto-ricentrante dell'apparecchio, caratteristica che invece si perde quando si utilizzano superfici di contatto piane.

Un aspetto significativo di questa tipologia è la notevole capacità di sostenere carichi verticali, se confrontata con gli isolatori elastomerici.

Tecniche costruttive per isolare sismicamente

Le tecniche costruttive per l'isolamento sismico possono essere applicate sia a nuove costruzioni che a edifici già esistenti.

L'isolamento sismico in nuove costruzioni

Dal punto di vista costruttivo, l'adozione di un sistema di isolamento sismico non impone vincoli significativi alle fasi di progettazione di una nuova struttura, indipendentemente dalla sua forma o tipologia.

Nel progetto, si prevede lo spazio e l'inserimento di questi dispositivi in alloggiamenti specifici.
Isolamento sismico con dispositivi Tec Group

Successivamente, si esegue la connessione tra il dispositivo e l'edificio.

Per agevolare l'ispezione periodica e, se necessario, la sostituzione nel corso della vita utile dell'edificio, è necessario garantire spazi adeguati intorno ai dispositivi.

Adeguamento edifici esistenti

L'isolamento sismico è frequentemente adottato come strategia per migliorare la resistenza sismica di edifici già esistenti.
Questo processo implica una procedura di progettazione mirata ad assicurare prestazioni sismiche analoghe a quelle di una nuova costruzione.

Questa tecnica costruttiva è piuttosto invasiva: richiede infatti il taglio effettivo della parte superiore dei pilastri al piano in cui si desidera isolare l'edificio per l'inserimento del dispositivo.

In aggiunta, è necessario creare una connessione tra gli elementi alla base per assicurare l'integrità strutturale dell'edificio isolato.

Questo processo richiede spazio operativo sufficiente e può comportare notevoli disturbi alla struttura esistente che dovrà essere adeguatamente stabilizzata durante le fasi di montaggio per evitare crolli dovuti al taglio dei pilastri.

Isolatori elastomerici per edifici in cemento armato

Gli isolatori elastomerici di Atlas Italy sono dispositivi di forma generalmente circolare, composti da strati di elastomero alternati a sottili lamierini interni in acciaio, collegati tramite il processo di vulcanizzazione.

Questi isolatori sfruttano la loro modesta rigidità orizzontale per disaccoppiare il movimento della struttura da quello del terreno e per dissipare la maggior quantità di energia generata durante un terremoto.

Tuttavia, è essenziale che presentino un'elevata rigidezza orizzontale quando si verificano piccoli spostamenti, come quelli causati dal vento, al fine di prevenire movimenti indesiderati. La rigidezza orizzontale si riduce durante grandi spostamenti, come quelli indotti da un terremoto.

Isolatori elastomerici Atlas

D'altro canto, la rigidezza verticale deve essere alta per sostenere la sovrastruttura.
Sia nella parte superiore che in quella inferiore, gli isolatori sono muniti di piastre in acciaio dalla forma circolare, chiamate piastre di collegamento, connesse tramite un perno centrale alle piastre terminali superiore e inferiore di ancoraggio (di forma quadrata).

Il metodo di fissaggio alla sovrastruttura varia in base alla natura della stessa.
Per le strutture in cemento armato il collegamento prevede l'uso di tirafondi che vengono alloggiati sulla piastra superiore di ancoraggio e successivamente incorporati nel getto di calcestruzzo.

Ogni isolatore è dotato di una targhetta identificativa che riporta le specifiche caratteristiche del dispositivo.

Tipologia di isolatori elastomerici

Gli isolatori sismici elastomerici della serie TecIG di Tec Group vengono impiegati per l'isolamento alla base di strutture, collocandosi tra la parte superiore dell'edificio e le sue fondazioni.

Questo meccanismo di isolamento sfrutta la capacità del dispositivo di deformarsi sensibilmente in direzione orizzontale, restando rigido rispetto ai carichi verticali applicati.

Tale approccio permette di aumentare il periodo proprio di oscillazione della struttura, spostandolo verso le porzioni dello spettro sismico in cui le accelerazioni e i carichi sono minori.
Isolatori sismici elastomerici serie TecIG di Tec Group

Ciò si traduce in una limitazione degli effetti del terremoto non solo sulla struttura portante, ma anche sulle pareti divisorie degli edifici, assicurando che la funzionalità rimanga intatta anche dopo l'evento sismico.

Il dispositivo è composto da due piastre di supporto in acciaio, dotate di fori per la connessione alle strutture tramite tirafondi durante il getto del calcestruzzo.

Sulle piastre di supporto, un cuscino in elastomero ad alto smorzamento viene reso solidale tramite vulcanizzazione. Questo cuscino è rinforzato internamente con sottili lamierini in acciaio.

I cuscini in gomma vengono creati in stampi individuali.
Gli inserti metallici sono di dimensioni più piccole rispetto a quelle di appoggio per essere del tutto rivestiti dalla gomma.