L’isolamento alla base è ormai una strategia progettuale di uso consolidato, basti guardare all’esempio per eccellenza di applicazione dell’isolamento su larga scala rappresentato dal Progetto C.A.S.E.; tuttavia, vari aspetti, in particolare per quel che riguarda il comportamento dei dispositivi elastomerici, meritano di essere ancora approfonditi nel campo della ricerca.  L’attività di ricerca qui descritta ha come obiettivo quello di fornire, sulla base dei risultati di analisi numeriche, una conferma della validità degli strumenti progettuali per sistemi di isolamento ed eventualmente  proporre modifiche all’attuale quadro normativo.  

Nell’articolo sono presentati i risultati di una campagna di sperimentazione numerica condotta mediante la modellazione agli elementi finiti (utilizzando il codice di calcolo Abaqus CAE) di isolatori elastomerici multistrato soggetti a carichi verticali ed orizzontali, a simulare le condizioni di esercizio in presenza di sisma, con particolare attenzione all’individuazione degli stati limite con i quali può essere identificata la crisi del dispositivo.

E’ stato analizzato al variare della geometria (S1=cost.=20; S2 = 6.15, 5, 4, 2.96, 2, 1.5) e dei carichi verticali applicati (pressione media 6, 10 e 15MPa) il comportamento dei dispositivi per effetto di azioni orizzontali.

Sono state individuate convenzionalmente quattro modalità di collasso: Rottura a trazione dell’elastomero, Delaminazione (crisi del contatto gomma-acciaio), Instabilità globale del dispositivo e rottura per cavitazione; a tali stati limite si aggiunge convenzionalmente lo stato limite di snervamento delle piastre di confinamento in acciaio.

I risultati delle analisi FEM, al fine di avere un riscontro che ne garantisse la bontà, sono stati confrontati con quelli  ottenuti dall’applicazione della trattazione teorica (pressure solution) presente in bibliografia (Kelly) e sono stati successivamente elaborati al fine di individuare la variazione del comportamento (in particolare della modalità di collasso) in funzione della geometria.

Dalle analisi si osserva che i dispositivi mostrano tutti un comportamento coerente con quanto ci si attende, anche in base all’osservazione di prove sperimentali; in particolare, osservando le curve forza spostamento, si nota un softening iniziale seguito da un irrigidimento che si protrae fino alla rottura, che generalmente avviene per taglio negli isolatori tozzi; gli isolatori snelli invece presentano in condizioni ultime una forte riduzione della rigidezza dovuta a fenomeni di instabilità globale. Le condizioni di collasso per cavitazione dell’elastomero non si verificano in nessuno dei casi presi in considerazione, mentre la plasticizzazione delle piastre in acciaio, pur verificandosi, non rappresenta in nessun caso uno stato limite ultimo, ma contribuisce comunque in maniera non trascurabile al degrado della caratteristiche meccaniche del dispositivo.

Il confronto con le indicazioni delle normative italiana e internazionali vigenti (NTC’08-CM’09, American Code, Japanese Code) in merito ai limiti di impiego previsti per questa tipologia di dispositivi è stato condotto mediante il confronto nel piano “drift%-pressione media”(γ-p_m) dei risultati delle analisi parametriche con i domini di rottura ottenuti inviluppando le disposizioni normative.

Dal confronto dei risultati con i domini previsti dalla norma italiana si nota come questi siano ben calibrati in quanto tutti i punti rappresentativi del collasso degli isolatori analizzati ricadono all’esterno o, al limite, sul bordo di tali domini. E’ necessario tuttavia evidenziare, nell’ottica di futuri sviluppi della ricerca, come la norma italiana consideri solo la rottura per taglio ed instabilità, trascurando invece la crisi per cavitazione che potrebbe invece sopraggiungere in presenza di bassi sforzi di compressione ed elevate sollecitazioni flessionali.