Isolatori sismici elastomerici

Parlando di materiali innovativi in ambito strutturale non si possono non citare gli isolatori sismici elastomerici.

Gli isolatori sismici hanno l’obiettivo di aumentare in modo significativo il periodo di vibrazione della struttura con la conseguente diminuzione dell’accelerazione a cui essa è sottoposta. La riduzione di accelerazione provoca un aumento degli spostamenti che si concentrano nei dissipatori alla base della struttura stessa. Ciò che si ottiene, in sostanza, è il disaccoppiamento del moto della struttura da quello del suolo.

In questo modo si riesce quindi a preservare la struttura dall’azione del sisma, evitando il suo danneggiamento e rendendola, di fatto, agibile una volta che l’azione sollecitante dovuta al terremoto si interrompe.

Gli isolatori sismici, contrariamente a ciò che è comune pensare, hanno origini antiche. Sembra infatti che già i Greci usassero interporre, tra il terreno e le fondazioni dei templi da loro costruiti, dei materiali idonei a far scivolare le strutture durante una sollecitazione sismica.

Anche nella costruzione del tempio di Artemide ad Efeso, secondo quanto riportato nella Naturalis Historia di Plinio il Vecchio, era stato utilizzato uno strato di argilla mista a cenere tra la fondazione e il terreno per rendere la struttura, in caso di sollecitazione sismica, indipendente dal movimento del terreno.

Oggi, gli isolatori sismici sono molto più evoluti e possono essere di vari materiali come, ad esempio, gli isolatori elastomerici o gli isolatori elastomerici con nucleo in piombo. Gli isolatori elastomerici si possono dividere a loro volta in isolatori a basso smorzamento (LDRB) o isolatori ad alto smorzamento (HDRB) in funzione della rigidezza della gomma utilizzata.

Questi isolatori sono formati da una serie di piatti, solitamente in acciaio, tra i quali viene posta una gomma elastomerica fissata mediante vulcanizzazione. La gomma elastomerica è un polimero allo stato gommoso la cui proprietà principale è quella di subire grosse deformazioni elastiche senza diminuire le sue caratteristiche di resistenza.

Unendo in questo modo acciaio e gomma elastomerica si riesce ad ottenere una buona rigidezza verticale e orizzontale oltre ad un buon confinamento dell’elastomero. Gli isolatori elastomerici con nucleo a piombo, invece, vengono realizzati come gli isolatori elastomerici normali ma con un’unica differenza: l’inserimento di un cilindro di piombo al centro dell’isolatore.

Questa tipologia di isolatori permette uno smorzamento maggiore grazie al contributo della deformazione a taglio dovuta al cilindro di piombo. La scelta del piombo non è casuale ed è legata alle sue principali caratteristiche: comportamento elasto-plastico a temperatura ambiente, snervamento a taglio per azioni modeste di circa 10 MPa e un ottimo comportamento a fatica. [Isolatori sismici: tipologie e caratteristiche dei dispositivi antisismici, www.ediltecnico.it, 24 maggio 2019]

L’isolatore elastomerico a piombo presenta, a confronto con l’isolatore elastomerico semplice, una maggiore rigidezza laterale in quanto nella prima fase di deformazione sia il nucleo che la gomma si deformano in campo elastico; raggiunto lo snervamento della parte centrale rimane il contributo offerto dall’elastomero.