Il problema degli effetti di bordo negli isolatori sismici elastomerici e l’approccio semplificato delle normative


Continuiamo a parlare di isolamento sismico e di dispositivi elastomerici (basta fare una ricerca nel sito per spulciare tra i precedenti articoli). In questa bella mattinata di inizio settembre mi piacerebbe parlare degli effetti di bordo, i quali costituiscono un problema assolutamente non trascurabile negli isolatori sismici di tipo elastomerico.

Nel seguito troverete un isolatore sismico modellato dal sottoscritto con il programma agli elementi finiti Abaqus il quale sarà di aiuto ai lettori per avere un riscontro visivo del problema trattato. Successivamente verrà fatto riferimento alla normativa vigente per vedere in quale maniera essa tiene conto di questo problema.

Dunque, preso un generico isolatore soggetto a grandi deformazioni e carichi verticali, si ha:

Isolatore nella configurazione deformata (gli strati di elastomero sono stati disattivati dalla vista).

Di seguito vi è un ingrandimento sul bordo in basso a destra dell’isolatore precedente:

Zoom sulle piastre.

Dalle immagini riportate si vede come le piastre, nelle zone esterne, siano soggette a flessione. Le verifiche attualmente impiegate dalla normativa non tengono conto di questi effetti se non con un coefficiente moltiplicativo:

dove N è lo sforzo normale agente, t1 e t2 sono gli spessori degli elastomeri direttamente a contatto con la piastra in esame, AR è l’area ridotta e ts è lo spessore della piastra. La tensione così ottenuta viene aumentata del 30%.

Si è visto dalle analisi numeriche (vedi futuri articoli su questo sito) che la sollecitazione nelle piastre può raggiungere valori ben maggiori da quanto previsto con questa semplice relazione.

Il problema risiede nel fatto che sotto grandi deformazioni la piastra viene a trovarsi in una condizione di vincolo e di carico del tipo:

La condizione di vincolo delle piastre sotto grandi deformazioni.

Ovvero si hanno sollecitazioni elevate esattamente nel punto in cui si ha passaggio dall’area ridotta all’esterno di essa (per una definizione di area ridotta vedi bibliografia sul tema oppure futuri articoli su questo sito); venendo a mancare il supporto degli strati sottostanti quando la piastra si affaccia all’esterno dell’area ridotta e gravando i carichi al di sopra di essa, si crea una sorta di incastro con fortissime sollecitazioni nel punto vincolato:

Forti sollecitazioni nel punto in cui la piastra si affaccia all’esterno dell’area ridotta.

Attualmente non ci sono relazioni in grado di tener conto di questo fenomeno e si fa riferimento al massimo a coefficienti moltiplicativi, presi, tra l’altro, costanti ed indipendenti dalla deformazione imposta. Volendo mantenere la semplicità delle relazioni attuali, comode dal punto di vista pratico, una soluzione potrebbe consistere nell’adottare coefficienti moltiplicativi che tengano conto quantomeno della deformazione laterale imposta.

Come al solito, per chiarimenti, segnalazioni o altro potete scrivere al sottoscritto alla seguente e-mail:

ofs@hotmail.it

Ing. Onorio Francesco Salvatore

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