Antisismica - Ville Italiane

L’ISOLAMENTO SISMICO DEGLI EDIFICI
Per isolamento sismico di un edificio si intende l’inserimento tra la struttura e le fondazioni (o il piano interrato) di opportuni dispositivi flessibili orizzontalmente e rigidi in direzione verticale. L’inserimento degli isolatori consente in caso di sisma di aumentare il periodo proprio di vibrare della struttura e dissipare l’energia distruttiva riducendo le accelerazioni.
Ne conseguono i seguenti benefici effetti, rispetto ad un edificio senza isolamento sismico:
1.  la sensibile riduzione delle accelerazioni trasmesse alla parte di edificio al di sopra degli isolatori compresi piani più alti;
2.  la riduzione degli spostamenti d’interpiano, cioè, sotto l’azione del sisma l’edificio si muove come un blocco rigido al di sopra degli isolatori, nei quali viene concentrata quasi tutta la deformazione.
 
Ciò consente di:
•  evitare qualsiasi danno agli elementi strutturali: la struttura si mantiene sostanzialmente in campo elastico; pertanto è possibile progettare la struttura con riferimento alla zona sismica 4;
•  evitare anche il danno degli elementi non strutturali, come le tamponature (danni che comunque possono rendere inagibile un edificio costruito in modo tradizionale);
•  mantenere la funzionalità dell’edificio: le minori accelerazioni consentono infatti di evitare danni anche a tutto ciò che è contenuto all’interno dell’edificio (ad esempio ribaltamento di mobili);
•  ridurre il panico degli occupanti: la percezione umana delle scosse sismiche è notevolmente ridotta, grazie al fatto che l’edificio si sposta lentamente, e le accelerazioni sono molto basse.

Per apprezzare appieno questi benefici dell’isolamento alla base, occorre evidenziare che la progettazione sismica tradizionale (basata sulla gerarchia delle resistenze) ha come obbiettivo quello di evitare il collasso dell’edificio e quindi la perdita di vite umane, ma prevede ed accetta il verificarsi di danni ingenti, anche non riparabili. Ciò perché con le metodologie tradizionali sarebbe antieconomico evitare completamente i danni, e si fa quindi lavorare la struttura in campo plastico, facendo attenzione che la sua duttilità sia sufficiente. Va inoltre sottolineato che con le metodologie tradizionali è assolutamente impossibile ridurre le accelerazioni al fine di mantenere la funzionalità dell’edificio e preservarne il suo contenuto.
La maggiore peculiarità dell’isolamento alla base degli edifici è dunque la possibilità di eliminare completamente, o quantomeno ridurre sensibilmente, i danni a tutte le parti strutturali e non strutturali degli edifici e a tutto ciò che gli edifici contengono. Quest’ultimo aspetto è importantissimo per gli edifici che devono rimanere operativi dopo un violento terremoto, ad esempio gli ospedali o i centri operativi per la gestione dell’emergenza (centri di protezione civile, caserme dell’Esercito e dei Vigili del Fuoco, ecc.), oppure per tutti quegli edifici il cui contenuto ha un valore molto superiore a quello degli edifici stessi (musei, banche, centri di calcolo, ecc.).
E’ importante notare che in un edificio isolato alla base occorre realizzare un giunto sismico intorno all’edificio per consentirne gli spostamenti orizzontali, che possono raggiungere e anche superare i 20÷30 cm. Nel caso dell’applicazione dell’isolamento alla base nell’adeguamento sismico di edifici esistenti, la necessità del giunto sismico impone quindi che non ci siano altri edifici adiacenti. Anche per gli edifici residenziali, la tecnica dell’isolamento sismico è competitiva, grazie ai suoi ridotti costi.

COSTI DELL’ISOLAMENTO SISMICO DEGLI EDIFICI
Un corretto confronto economico tra edifici con e senza isolamento sismico andrebbe fatto considerando la vita utile della struttura, e la possibilità che il terremoto massimo di progetto avvenga durante tale periodo, con conseguenti costi dovuti alla riparazione dei danni o alla demolizione e ricostruzione dell’edificio progettato in modo tradizionale. Da tale confronto risulterebbe una netta convenienza dell’isolamento sismico.
Tuttavia, il confronto economico tra edifici con e senza isolamento sismico viene fatto solitamente considerando il solo costo di costruzione. Occorre comunque aver ben presente che il grado di protezione sismica dell’edificio isolato alla base è di molto superiore a quello di un edificio convenzionale.
Si noti che il costo aggiuntivo dell’introduzione dell’isolamento - comprensivo degli isolatori veri e propri, delle prove di laboratorio a cui essi devono essere sottoposti, della realizzazione delle opere strutturali aggiuntive e del giunto sismico - è parzialmente o totalmente compensato dal risparmio sulla sovrastruttura (ad esempio, in una struttura intelaiata in c.a., minori dimensioni dei pilastri – che ha come vantaggio secondario l’aumento della superficie utile - e minore quantità di armatura). Alcune applicazioni recenti hanno mostrato che l’isolamento sismico non ha comportato costi aggiuntivi rispetto ad una struttura tradizionale: è ad esempio la nuova scuola di San Giuliano di Puglia (CB), in zona 2, in altri casi l’isolamento può comportare un lieve incremento dei costi di costruzione, incremento solitamente contenuto entro il 6-7 % del costo della sola struttura. In altri casi di edilizia scolastica realizzata in zona sismica 3, l’extra-costo è stato del 2 %. L’incremento di costi è solitamente pressoché nullo in zona sismica 1, mentre può aumentare in zone con sismicità inferiore; diminuisce inoltre all’aumentare dell’irregolarità. Al fine di minimizzare l’incremento di costi legato all’isolamento sismico, l’edificio andrebbe pensato come isolato fin dalle fasi iniziali del progetto: per esempio, l’aumento delle luci consente solitamente una riduzione del costo del sistema di isolamento sismico.

ISOLATORI SISMICI PER EDIFICI
Le tipologie di isolatori sismici più adatte ad essere usate negli edifici sono gli isolatori elastomerici e gli isolatori a scorrimento a superficie curva. Questi ultimi sono particolarmente adatti ad edifici leggeri, ad esempio edifici ad uno/due piani fuori terra. Gli isolatori elastomerici sono spesso combinati con isolatori a scorrimento a superficie piana. Invece gli isolatori a scorrimento a superficie curva non possono essere combinati con isolatori di diverso tipo.
 
L’Ufficio Tecnico del gruppo Ville Italiane è a disposizione dei clienti per valutare la scelta degli isolatori sismici e il loro predimensionamento, facendo anche una stima dei costi.

POSA IN OPERA
La tipica procedura di installazione dell’isolatore vincolato superiormente ed inferiormente a strutture in c.a. gettate in opera, prevede le seguenti fasi:
• getto della sottostruttura fino ad un livello più basso di alcuni centimetri di quello degli isolatori, prevedendo fori di alloggiamento delle zanche di ancoraggio di diametro almeno doppio di quello delle stesse;
• posizionamento degli isolatori al livello di progetto e con la superficie di base orizzontale;
• costruzione di una cassaforma di dimensioni leggermente più grandi dell'isolatore e più alta di circa un centimetro del livello inferiore dello stesso;
• allettamento con malta (epossidica o cementizia antiritiro) per uno spessore consigliato tra i 2 e i 5 cm;
• avvitamento delle zanche superiori (se non già fissate);
• approntamento della cassaforma superiore adattandola con precisione attorno alla piastra superiore dell'isolatore;
• posizionamento dell’armatura lenta della sovrastruttura ed esecuzione del getto in c.a.