Una soluzione per l'isolamento sismico degli edifici esistenti: intervista a Paolo Clemente | Ingegneri.info

Una soluzione per l’isolamento sismico degli edifici esistenti: intervista a Paolo Clemente

Abbiamo intervistato l'ing. Paolo Clemente dell'Enea, che insieme al Politecnico di Torino ha sviluppato un'inedita soluzione di isolamento sismico per la salvaguardia degli edifici esistenti e dei loro occupanti

L'ing. Paolo Clemente (Enea)
L'ing. Paolo Clemente (Enea)
image_pdf

Il terremoto de L’Aquila, e non solo, ha evidenziato la vulnerabilità del patrimonio architettonico italiano anche per terremoti di bassa intensità. Tra le possibili soluzioni di adeguamento sismico strutturale vi è l’isolamento sismico, ovvero il disaccoppiamento della risposta della sovrastruttura dal moto del terreno, di modo che la costruzione, il suo contenuto e i suoi occupanti siano salvaguardati.

Un nuovo sistema di isolamento sismico brevettato da Enea e dal Politecnico di Torino prevede la realizzazione di una piattaforma isolata sotto al piano delle fondazioni di un singolo edificio o di un aggregato strutturale anche di grandi dimensioni.

Vista prospettica di uno spaccato della struttura muraria di un edificio tipo, del sistema di isolamento sismico e dell'opera di sottofondazione realizzata mediante infissione di tubi al di sotto del piano di fondazione originario.

Vista prospettica di uno spaccato della struttura muraria di un edificio tipo, del sistema di isolamento sismico e dell’opera di sottofondazione realizzata mediante infissione di tubi al di sotto del piano di fondazione originario.

Affinché questo sistema di isolamento sia messo in opera, sono previste le seguenti fasi esecutive:
1) Inserimento mediante tecnica “spingitubo” o “micro-tunneling” di tubi in c.a. o altro materiale, a conci di diametro interno sufficiente per consentire la posa in opera degli isolatori e la successiva ispezionabilità, in una trincea preliminarmente realizzata ed avente le dimensioni idonee ad ospitare le strutture suddette.

Scavo della trincea e inserimento tubi

Scavo della trincea e inserimento tubi

Completamento inserimento tubi

Completamento inserimento tubi

2) Inserimento dei dispositivi di isolamento sismico e sconnessione tra settori circolari superiori ed inferiori.

Rimozione elementi di collegamento

Inserimento degli isolatori

Inserimento degli isolatori

3) Realizzazione di pareti doppie verticali lungo i quattro lati dell’edificio

2-A3-Figura 4

 

4) Irrigidimento del terreno e/o realizzazione di connessioni rigide tra struttura e sistema di isolamento.

2-A3-Figura 5

Abbiamo intervistato l’ing. Paolo Clemente dell’Enea per conoscere i dettagli tecnici di questa soluzione e le sue potenzialità applicative.
Ing. Clemente, quali sono le condizioni ambientali ed esecutive necessarie affinché questo dispositivo possa essere inserito nel contesto territoriale?

Per inserire un sistema di isolamento sismico alla base di un edificio esistente, oltre alle valutazioni di carattere statico e sismico riferite alla sovrastruttura che si vuole proteggere, va verificato che siano consentiti gli spostamenti relativi tra la sovrastruttura stessa e il terreno o eventuali altre costruzioni. Tali spostamenti, che possono essere anche di alcuni decimetri, variano in funzione dell’intensità sismica e delle caratteristiche del terreno nonché del periodo di oscillazione dell’edificio isolato sismicamente. Pertanto, l’applicazione dell’isolamento sismico non è semplice in presenza di edifici adiacenti, e ciò vale sia per quelli esistenti, come capita spesso nei nostri centri storici, sia per quelli di nuova realizzazione. Tali difficoltà si amplificano per il sistema di isolamento sismico proposto da ENEA e Politecnico di Torino, che richiede uno spazio di alcuni metri almeno da un lato per l’inserimento della macchina spingitubo e di misura inferiore su quello opposto per il recupero del rostro, ossia dell’elemento anteriore di penetrazione. Anche la realizzazione delle pareti perimetrali richiede, a rigore, una certa distanza dalle altre costruzioni, al fine di non interferire con esse. In tutti questi casi, il sistema può essere utilizzato con accorgimenti specifici, da progettare di volta in volta e, comunque, intervenendo a tratti al fine di non pregiudicare l’equilibrio del terreno e delle costruzioni vicine.
Il sistema, però, può essere utilizzato anche isolando sismicamente interi aggregati edilizi o insiemi di edifici, realizzando una sorta di artificial ground, ossia di un’ampia porzione di suolo isolata sismicamente con gli edifici sovrastanti.

Dispositivi di isolamento sismico inseriti nel piano diametrale del tubo: quale tipologia di materiale e di soluzione adottereste?
Non ci sono limitazioni alle tipologie di dispositivi utilizzabili. Il sistema più utilizzato e più affidabile resta quello formato da isolatori in elastomero e acciaio ad alto smorzamento e da isolatori a scorrimento con superfici piane, disposti in modo da ottimizzare il comportamento dinamico della sovrastruttura che, in questo caso, è composta dall’intero edificio, incluse le fondazioni, e da una porzione di terreno che deve essere adeguatamente irrigidito. Sono oramai di largo uso anche gli isolatori a scorrimento con superfici curve: in tal caso i dispositivi devono essere rigorosamente uguali e ben protetti dall’umidità e dalla polvere e altre impurità che potrebbero influenzare l’attrito. Dispositivi ausiliari potrebbero essere disposti al fine di incrementare la dissipazione e, quindi, ridurre gli spostamenti. Siffatti dispositivi sarebbero obbligatori in caso di appoggi costituiti da soli isolatori a scorrimento con superfici piane, privi di rigidezza, o isolatori a ricircolo di sfere molto utilizzati in Giappone.

Al fine di garantire nel tempo le prestazioni di questo sistema di isolamento sismico, quali tipi di prove saranno condotte sui dispositivi sia sui dispositivi tubo sia sui dispositivi di isolamento?
Le tecniche spingitubo sono ben note e consolidate. La scelta della tecnica più appropriata va fatta in funzione delle caratteristiche del terreno, tenendo conto del diametro che non può essere inferiore a 2 m, dovendo garantire la possibilità di ispezione e di sostituzione dei dispositivi di isolamento. Le operazioni di spingitubo possono causare vibrazioni nelle strutture sovrastanti e cedimenti del terreno e, quindi, delle fondazioni. Le vibrazioni sono, in genere, tali da non provocare danni, mentre i cedimenti potrebbero creare problemi nella sovrastruttura e vanno adeguatamente controllati ed eventualmente bilanciati con opportuni martinetti, sia per la salvaguardia della sicurezza strutturale sia per evitare danni ad opere artistiche, come gli affreschi. Sarebbe auspicabile l’installazione di un sistema di monitoraggio statico e dinamico già durante i lavori, da lasciare in funzione anche durante la vita dell’opera.
Per quanto riguarda i dispositivi di isolamento, le norme prevedono procedure di qualificazione, con prove su materiali e dispositivi eseguite presso laboratori accreditati, e la marcatura CE. Si tratta di prove statiche e dinamiche volte a verificare che il dispositivo sia in grado di garantire la propria funzionalità in esercizio durante la vita utile. Al riguardo va osservato che andrebbero stabiliti protocolli più severi e rispondenti alle effettive condizioni di esercizio dei dispositivi. È recente l’inaugurazione di un’attrezzatura all’Università di Messina che consente prove dinamiche anche su dispositivi in scala reale, prima possibili soltanto all’Università di San Diego in California e al National Centre for Reasearch on Earthquake Engineering di Taipei a Taiwan.
Infine, le norme prevedono anche prove di accettazione, da eseguire su un numero significativo di dispositivi da mettere in opera, scelti in cantiere dal direttore dei lavori in accordo col collaudatore.
Non va sottovalutato che la prescrizione di prove sperimentali garantisce un certo controllo nella progettazione e nell’esecuzione dei lavori e, quindi, un’affidabilità maggiore rispetto alle costruzioni tradizionali.

Uno sguardo alle Norme Tecniche delle Costruzioni (NTC08) ed al loro aggiornamento: le NTC08 considerano tra le loro prescrizioni i dispositivi di isolamento sismico, offrendo forse però un approccio semplificato. Quali aggiornamenti sarebbe utile inserire nelle future norme e a quali codici europei o internazionali (ad esempio Cina e Giappone) ci si potrebbe riferire, tenendo presente la diversità del rispettivo patrimonio storico architettonico?
Le NTC08, come già l’OPCM 3274/2003, consentono l’utilizzo dell’isolamento sismico e dei sistemi di dissipazione, elencano le tipologie, prescrivono le relative prove di qualificazione e accettazione e descrivono le modalità di verifica. Ribadisco che per le prove andrebbero proposti protocolli più aderenti alle condizioni di lavoro dei dispositivi.
Per quanto riguarda la verifica strutturale e dei dispositivi, le norme consentono sia complesse analisi non lineari sia modelli lineari semplificati. In alcuni casi, ben evidenziati dalle norme, questi ultimi non sono affidabili e non vanno presi in considerazione. Sarebbe opportuno fare sempre riferimento a modelli più aderenti alla realtà fisica e, quindi, a modelli non lineari che tengano conto della variabilità dei vari fattori in gioco, ma va anche osservato che modelli semplici sono sempre utili al progettista per verificare celermente e con facilità i risultati di calcoli complessi.
Con riferimento al patrimonio storico architettonico, gli esempi di altri paesi, come il Giappone, non sono utili. In Italia, giustamente, al primo posto c’è sempre la necessità di conservare senza modificare sostanzialmente le opere esistenti e non si accettano interventi invasivi o non reversibili. Ciò comporta la ricerca di nuove soluzioni per la salvaguardia e, ove necessario, il miglioramento sismico delle strutture che lascino inalterata l’opera e consentano anche alle future generazioni di poterne fruire.
In tale ottica il sistema di isolamento sismico, proposto da ENEA e Politecnico di Torino, contempera molto bene i due obiettivi di conservazione e sicurezza, lasciando inalterata la struttura, sulla quale gli interventi diretti sarebbero minimi o inesistenti, ma puntando con l’isolamento sismico a un grado di sicurezza non perseguibile con tecniche tradizionali. Al riguardo va ricordato che queste si basano sull’incremento si resistenza e duttilità e, quindi, sulla capacità della struttura di danneggiarsi senza crollare in occasione di un terremoto; con l’isolamento sismico, invece, la sovrastruttura può restare in campo elastico, senza subire danni, salvaguardando anche il contenuto, aspetto di particolare importanza per le strutture di interesse storico e artistico.

Fonti

http://webtv.enea.it/Members/webtvadmin/videos/aquila-new-sistema-antisismico.mpg
ENEA, Politecnico di Torino, Brevetto “Struttura di isolamento sismico di edifici esistenti”
P. Clemente et al., 2015, Int. J. of Safety and Security Eng., Vol. 5, No. 2
P. Clemente, A. De Stefano, 2011, Earthquake Resistant Engineering Structures VIII, pp. 41-52
De Stefano A., Clemente P., Invernizzi S., Matta E., Quattrone A., Innovative technique for the base isolation of existing buildings, COMPDYN 2015, 2015

 

Copyright © - Riproduzione riservata
L'autore
Una soluzione per l’isolamento sismico degli edifici esistenti: intervista a Paolo Clemente Ingegneri.info