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Taipei 101, dotato con tuned mass damper, Taipei, Taiwan

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La sede dell'ONU a Port-au-Prince, Haiti non ha potuto evitare il collasso parziale durante il terremoto del 12 gennaio 2010.

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La tomba di Ciro il Grande in Pasargadae, la più antica struttura isolata alla base nel mondo, Persia, VI secolo a.C.

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Il crollo di un edificio su una fondazione debole, Terremoto del Cile del 2010.


L' ingegneria sismica è una branca dell'ingegneria civile che studia la risposta delle strutture ai sismi e le metodologie per progettare le strutture degli edifici con criteri antisismici, oppure per adeguare ad un grado di sicurezza maggiore le strutture già realizzate e non più conformi alle nuove normative antisismiche (più realistiche) elaborate successivamente alla costruzione.

In termini molto semplificati, si tratta di comprendere come le onde sismiche si propagano attraverso il terreno e come vengono trasmesse alla struttura.

La finalità ingegneristica è di realizzare una soluzione costruttiva economica, che possa proteggere la costruzione dalla più probabile tipologia di sollecitazioni sismiche che prevedibilmente agiranno sulla struttura consentendo, nella migliore delle ipotesi, che l'opera rimanga indenne o che subisca danneggiamenti lievi, facilmente ripristinabili in seguito ad una serie di riparazioni.

Tecniche antisismiche convenzionaliModifica

Nel caso di sollecitazioni sismiche di elevata intensità (terremoti con magnitudo almeno superiore a 5), l'obiettivo è consentire la fuga del più ampio numero di persone, sacrificando l'indennità strutturale. In questo caso la struttura resistente dell'edificio, progettata con i criteri sottoelencati (alta duttilità strutturale), potrà (e dovrà) anche deformarsi in maniera considerevole uscendo ampiamente dal campo elastico, con fessurazioni ampie e diffuse (se in cemento armato); l'opera potrà anche essere soggetta a crolli parziali, ma dovrà, comunque, sempre essere progettata per evitare, o almeno ritardare, il collasso totale, in modo da consentire la fuga di chi vi abita.

Si accetta questo tipo di compromesso poiché, con le tecniche antisismiche convenzionali, realizzare un edificio capace di resistere a terremoti violenti è quasi impossibile, oltre che economicamente insostenibile. Si tratta di dosare il livello di sicurezza appropriato, in funzione della destinazione d'uso e del grado di pericolo prevedibile mediante metodi probabilistici.

Dopo aver ipotizzato un modello teorico su cui basare la progettazione, possono essere utilizzati vari metodi per minimizzare i danni, tra cui:

  • adozione di nuclei di irrigidimento come setti, vani ascensore, vani scale, che tendono ad assorbire le azioni orizzontali, a patto che siano opportunamente collegati al resto della struttura. Le masse strutturali vanno distribuite con particolare accortezza ed, in fase di progettazione, occorre provvedere ad attente verifiche.
  • adozione del criterio della gerarchia delle resistenze: si studia la struttura in modo che le cerniere plastiche si formino nelle travi prima che nei pilastri (pilastro forte - trave debole) in modo tale che il meccanismo di collasso venga attivato dopo la formazione di moltissime cerniere plastiche;
  • progettazione accurata dei nodi strutturali, cioè delle unioni fra travi e pilastri con adeguate staffature;
  • adozione di smorzatori sismici: dispositivi realizzati con materiali di "sacrificio" che vengono posti in posizioni soggette ad elevate deformazioni, ad esempio nei giunti strutturali, attenuando i movimenti ed eventualmente arrivando a rottura, pur di preservare l'integrità strutturale. Essi possono essere successivamente sostituiti.

Tecniche antisismiche basate sull'isolamento sismicoModifica

Negli ultimi decenni del XX secolo, e soprattutto dopo il terremoto di Kobe del 1995, l'ingegneria sismica ha visto affermarsi sempre più rapidamente una nuova strategia contro i terremoti mediante le tecniche dell'isolamento sismico.

Anziché concepire una struttura vincolata rigidamente al suolo che "resista" alle azioni trasmesse dal terremoto (tecniche antisismiche convenzionali), la nuova strategia consiste nel progettare la struttura svincolata dalle vibrazioni del terreno analogamente a quanto si fa nel campo dell'ingegneria meccanica con le tecniche di isolamento delle vibrazioni dei motori.

Tale isolamento avviene mediante idonei apparecchi chiamati appunto isolatori sismici, generalmente realizzati in neoprene armato, che vengono frapposti tra le fondazioni e la soprastruttura e che risolvono "in radice" il problema sismico. Essi consentono di ridurre notevolmente il trasferimento delle sollecitazioni dalle fondazioni alla sovrastruttura. Grazie ad essi, la fondazione rimane libera di muoversi e vibrare, mentre la sovrastruttura si appoggia verticalmente alla fondazione, ma scivola orizzontalmente su di essa, non prendendo parte alla temibile vibrazione in orizzontale.

La superiorità antisismica delle strutture isolate rispetto a quelle a base fissa è data dal diverso periodo fondamentale di oscillazione. Infatti mentre le frequenze proprie delle strutture in cemento armato a base fissa (dai 3 ai 10 piani fuori terra) vanno proprio a coincidere con la maggior parte delle frequenze dei terremoti, e quindi si verifica il fenomeno della risonanza in campo elastico amplificando forze e spostamenti orizzontali, mediante l'isolamento sismico si riesce a progettare la struttura isolata con una frequenza propria molto più bassa di quella dei terremoti attesi disaccoppiando così il moto del terreno dal moto dell'edificio.

La protezione sismica così concepita è totale in quanto si riducono notevolmente le forze orizzontali di natura dinamica trasmesse dal terremoto all'edificio e la struttura non subisce alcun danno rimanendo sempre in campo elastico.

Tecniche antisismiche ancora in fase di ricerca (controllo attivo o semi-attivo)Modifica

Oltre alle tecniche antisismiche convenzionali e a quelle basate sull'isolamento sismico (controllo passivo) sono in fase di ricerca le tecniche basate sul controllo attivo e semi-attivo (si parla in questi casi anche di strutture intelligenti). Semplificando molto, esse consistono nel monitorare con dei sensori, in tempo reale, la struttura durante il sisma e quindi intervenire, sempre in tempo reale, con delle forze attive finalizzate, o a modificare le caratteristiche di rigidezza della struttura (rendendola più flessibile), o a contrastare le forze d'inerzia indotte dal sisma. Si tratta di tecniche analoghe a quelle che nell'ingegneria meccanica hanno portato ai sistemi di controllo attivo della sicurezza delle automobili: ABS, ASR, ESP, così pure come i sistemi di controllo ampiamente utilizzati anche nell'ingegneria aerospaziale.

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