Tavole Vibranti: Strumenti Avanzati per l’Analisi e la Validazione della Risposta Sismica

Comprendere come gli edifici e le infrastrutture reagiscono ai terremoti è basilare per proteggere vite umane e prevenire danni catastrofici. L’ingegneria sismica, il campo dedicato a questo scopo, ha fatto passi da gigante negli ultimi decenni, sviluppando strumenti sempre più sofisticati per studiare e di conseguenza mitigare gli effetti dei terremoti. Tra questi strumenti, le tavole vibranti rappresentano una tecnologia all’avanguardia, essenziale per analizzare e confermare come le strutture reagiscono alle scosse sismiche. Questi sofisticati banchi di prova permettono di ricreare in laboratorio le complesse forze che si scatenano durante un terremoto, consentendo di osservare da vicino il comportamento di edifici, ponti e altri manufatti, in condizioni estreme.

La Fondazione Eucentre si distingue a livello internazionale come uno dei centri di ricerca più avanzati in questo campo. Dotata di infrastrutture all’avanguardia, Eucentre è in grado di simulare nei suoi laboratori terremoti reali e artificiali con grande accuratezza. Tra le sue eccellenze spiccano la tavola vibrante mono-assiale, la tavola a 6 gradi di libertà e il sistema a 9 gradi di libertà, veri e propri punti di riferimento per lo studio sperimentale della risposta di strutture e componenti non strutturali alle forze dinamiche generate dai sismi.

Il cuore del primo laboratorio Shake-Lab di Eucentre è una tavola vibrante mono-assiale ad alte prestazioni. Immaginate una grande piastra di acciaio di 5.6 m x7 m che può muoversi avanti e indietro, proprio come farebbe il terreno durante un terremoto. Questa tavola ad elevate prestazioni è in grado di replicare con grande fedeltà sia i terremoti che hanno segnato la storia mondiale, sia scenari sismici ipotetici. La sua potenza permette di testare edifici interi a scala reale, caratterizzati diverse tipologie strutturali, come ad esempio strutture in cemento armato ordinario, strutture in cemento armato prefabbricato, strutture muratura di pietra, in muratura di laterizio, strutture in acciaio e in legno.

Oltre a edifici completi sulla tavola vibrante mono-assiale è possibile anche testare porzioni di strutture, piuttosto che elementi industriali complessi o porzioni di infrastrutture viarie.

Dal 2017, è presente in Eucentre una tavola vibrante a 6 gradi di libertà che rappresenta un’eccellenza per lo studio degli elementi non strutturali, ovvero quei componenti di un edificio che non fanno parte della sua ossatura portante, ma che consentono all’edificio di funzionare e di svolgere le attività a cui è destinato. Spesso questi elementi sono causa di danni economici ingenti e, talvolta, di feriti durante un terremoto, pensiamo, ad esempio, a impianti, facciate, controsoffitti, tramezzi, pavimenti galleggianti, unità di trattamento dell’aria, gruppi di continuità, macchinari sofisticati, etc. La tavola vibrante multi-assiale installata in questo laboratorio permette di testare il comportamento dinamico di questi elementi sottoponendoli a tutte le sollecitazioni di un terremoto contemporaneamente.

Il nome “6D” si riferisce ai sei gradi di libertà di cui è dotata questa tavola. Immaginate un oggetto sospeso nello spazio: può muoversi avanti e indietro, a destra e a sinistra, in alto e in basso (tre movimenti chiamati traslazioni), ma può anche ruotare su sé stesso in tre modi diversi (rollio, beccheggio e imbardata, chiamate rotazioni). Il Sistema 6D è in grado di riprodurre tutti questi sei movimenti simultaneamente, offrendo una simulazione estremamente realistica delle sollecitazioni sismiche. Inoltre nel caso si volessero analizzare solo alcune componenti del moto sismico questo sistema consente di analizzare le componenti del moto che sono più rilevanti per la sperimentazione e non per forza tutte e 6 le componenti.

L’elemento distintivo di questo laboratorio è la combinazione di questo simulatore a sei gradi di libertà con una piattaforma sospesa a tre gradi di libertà aggiuntivi. Questo sistema denominato 9D permette di analizzare gli effetti dello spostamento interpiano, ovvero il movimento relativo tra un piano e l’altro di un edificio, sugli elementi testati.

Il Sistema 9D rappresenta il vertice della tecnologia di simulazione sismica disponibile a livello internazionale. Integrando i sei gradi di libertà della tavola vibrante con tre ulteriori gradi di libertà di una piattaforma sospesa, questo sistema è in grado di replicare in laboratorio le condizioni a cui è soggetto un elemento non strutturale a qualsiasi piano lo si voglia pensare o realizzare. Questo in particolare perché la combinazione delle due tavole vibranti consente di riprodurre gli spostamenti, le velocità e le accelerazioni dei due solai tra i quali è posizionato l’oggetto che si sta andando ad analizzare. Questo consente una grande flessibilità in termini di sperimentazione, perché non è più necessario andare ri-costruire tutto l’edificio attorno al nostro elemento non strutturale, ma basterà conoscere quelle che sono le condizioni di vibrazione del piano in esame. Per fare un esempio se si vuole analizzare il comportamento di un’unità di trattamento dell’aria posta all’ultimo piano di un ospedale di 20 piani, bisognerà fare un modello analitico della struttura dell’ospedale sottoposto a terremoto il quale dirà quali sono gli spostamenti, le velocità e le accelerazioni del piano a cui è posizionata l’unità di trattamento dell’aria e grazie al sistema a 9D potrà essere riprodotto il movimento di quel determinato piano all’interno del quale verrà posizionata l’unità di trattamento dell’aria da analizzare. Grazie a questa struttura è possibile in modo veloce considerare l’analisi di dettaglio di elementi non strutturali a diversi piani, senza dover ricostruire la struttura intorno.

Le avanzate infrastrutture di Eucentre forniscono dati cruciali per la validazione dei modelli computazionali utilizzati dagli ingegneri e per lo sviluppo di strategie innovative per la riduzione del rischio sismico. La possibilità di condurre test su larga scala permette di affinare le normative tecniche e di supportare la progettazione di edifici che possano rispondere in modo efficace alle sollecitazioni dinamiche di un terremoto. Ad esempio, i risultati dei test condotti presso Eucentre possono portare a modifiche nei codici di costruzione, rendendo gli edifici futuri più sicuri. Inoltre, la sperimentazione con tavole vibranti consente di verificare il comportamento di soluzioni costruttive innovative, come l’impiego di nuovi materiali più resistenti o di dispositivi di isolamento sismico che riducono la quantità di energia sismica trasmessa all’edificio.

Grazie alle sue infrastrutture di ricerca all’avanguardia, la Fondazione Eucentre continua a svolgere un ruolo centrale nel panorama dell’ingegneria sismica mondiale. Supportando il progresso scientifico e tecnologico nel settore, Eucentre contribuisce in modo significativo al miglioramento della sicurezza sismica delle costruzioni e alla riduzione del rischio per la società di fronte a eventi sismici di elevata intensità. Le conoscenze acquisite attraverso la sperimentazione diretta rappresentano un patrimonio inestimabile per costruire un futuro più sicuro e resiliente.