Isolatori sismici a scorrimento con materiali a diverso coefficiente di attrito

Abstract

Negli ultimi trent’anni, sistemi di isolamento basati sullo scorrimento tra superfici curve a basso attrito sono diventati assai popolari. Questo tipo di isolatore è perfettamente rigido sino al raggiungimento del taglio che induce moto relativo, ossia maggiore del peso della sovrastruttura (W) moltiplicato per il coefficiente di attrito. La rigidezza (K) nella fase di moto può essere espressa in funzione del raggio di curvatura (r) come: K = W/r. Questa rigidezza è considerata fondamentale al fine di contenere lo spostamento residuo, ma implica due aspetti negativi: la riduzione dell’energia dissipata per ciclo (che implica uno smorzamento equivalente più basso e quindi una domanda di spostamento più alta) e l’incremento della capacità di trasmettere taglio (che implica il progetto di una struttura più resistente e un incremento del danno non strutturale).
Conseguentemente, si pongono due interrogativi:
- È veramente fondamentale limitare lo spostamento residuo?
- Esistono modi alternativi concretamente applicabili per contenere tale spostamento?
Queste ed altre domande sono connesse all'avanzamento tecnologico ed alla sua affidabilità:
- Quanto è affidabile la stima di un valore nominale del coefficiente di attrito?
- Quanto è rilevante l’effetto dell’attrito di primo distacco? Può essere eliminato?
- Quanto è influenzato il coefficiente di attrito da variazioni di velocità e di azione verticale?
- Con quale accuratezza è possibile variare coefficiente di attrito e raggio di curvatura?
Questi quesiti costituiscono il fondamento del presente articolo e sulla base delle considerazioni da esse derivate vengono qui proposte soluzioni tecnologiche alternative, mostrando che è teoricamente e praticamente possibile ottenere cicli di isteresi con forme diverse, che possono implicare notevoli variazioni nella domanda di spostamento, nello spostamento residuo e nel taglio di progetto. Gli isolatori con cicli di forma diversa sono essenzialmente basati su combinazioni di curvature e di materiali di scorrimento con coefficienti d’attrito variabili ed affidabili.
Le conclusioni che si traggono, sulla base di estese simulazioni numeriche, affrontano il problema di sviluppare ed applicare soluzioni economicamente convenienti, in funzione delle caratteristiche del moto di progetto, dell’uso dell’edificio e delle prestazioni di obiettivo.