Di Alessandro Martelli (esperto di sistemi antisismici, già direttore ENEA) – In considerazione dell’elevatissimo rischio sismico del suo territorio, da molti anni il Giappone attua corrette politiche di prevenzione da tale rischio. In particolare, è stato uno dei primi Paesi al mondo ad applicare in modo esteso le più moderne tecnologie per la protezione dal terremoto sia delle strutture civili (edifici, ponti e viadotti), sia degli impianti industriali: mi riferisco, soprattutto, a quelle di isolamento sismico e di dissipazione dell’energia sismica.
Inizialmente, le applicazioni giapponesi delle suddette tecnologie riguardarono le nuove costruzioni, ma, ben presto (alla fine degli anni ‘90) l’uso di tali tecnologie fu esteso all’adeguamento sismico di numerose costruzioni esistenti.
Ormai le strutture giapponesi isolate sismicamente o protette da sistemi dissipativi sono varie migliaia. Già nel 2013 erano stati isolati sismicamente circa 3.000 grandi edifici (condomini, scuole, ecc.) e circa 5.000 edifici residenziali (incluse case di piccole dimensioni); inoltre, già a metà del 2011 erano circa 3.000 gli edifici protetti da sistemi dissipativi.
Molti dei grandi edifici (erano circa 120 nel 2011) sono, addirittura, grattacieli, sebbene parecchi esperti (ed anche lo scrivente) non condividano la scelta di questa tecnologia per proteggere gli edifici molto alti. Infatti, data la notevole flessibilità laterale dei grattacieli, per isolarli è necessario sia utilizzare dispositivi in grado di conferire alla struttura periodi di vibrazione orizzontali molto alti (spesso di non agevole realizzazione), sia aggiungere in serie agli isolatori altri dispositivi in grado di fornire un’elevatissima dissipazione d’energia, per limitare gli spostamenti orizzontali della sommità degli edifici suddetti a valori accettabili: un’eccessiva dissipazione dell’energia sismica, però, può “sporcare” il filtro di tale energia che è operato dagli isolatori, causando amplificazioni locali a frequenze tipiche dei “contenuti” degli edifici (pareti interne, apparecchiature). Inoltre, nei grattacieli isolati sismicamente è spesso necessario inserire alla base, in corrispondenza degli spigoli, anche dispositivi “anti-uplift”, per impedire, appunto, sollevamenti della sovrastruttura durante il terremoto. Al fine di proteggere efficacemente i grattacieli dal terremoto, quindi, è probabilmente meglio utilizzare sistemi con controventi dissipativi.
Due esempi di grattacieli giapponesi ove sono stati installati sistemi d’isolamento sismico sono illustrati nelle Figure 1 e 2 (gallery in alto). La Figura 1 ne mostra uno a Tokyo, alto 87,4 m, protetto alla base, nel 2000, con 30 isolatori elastomerici a basso smorzamento (Low Damping Rubber Bearing o LDRB) e 99 dissipatori elastoplastici (Elastic Plastic Device o EPD), oltre che con dispositivi “anti-uplift” (il periodo di vibrazione dell’edificio isolato è di ben T = 4 s). La Figura 2 si riferisce all’Applause Building di Osaka, dove, invece, un sistema di controllo ibrido (cioè costituito da dispositivi sia passivi che attivi) protegge un’elisuperficie (del peso di ben 480 t) posta alla sua sommità, che è utilizzata come “Active Mass Damper” (AMD, letteralmente “Smorzatore di Massa Attivo”).
Un’utilizzazione molto interessante dell’isolamento sismico alla base, iniziata in Giappone, è poi costituita dai cosiddetti “artificial ground” (“terreni artificiali”): essi consistono in grandi piattaforme in cemento armato (c.a.) molto rigide, isolate sismicamente, che sorreggono numerosi edifici di nuova costruzione. La prima di tali applicazioni fu realizzata a Sagamihara, nell’area di Tokyo (Figura 3), dove un’unica piattaforma – isolata con 48 isolatori elastomerici con nucleo interno in piombo (Lead Rubber Bearing o LRB), 103 isolatori a scorrimento a superficie piana (Sliding Device o SD) ed 83 isolatori a ricircolo di sfere (Ball Bearing o BB) – sorregge 21 edifici residenziali di 6÷14 piani. La piattaforma (Figura 4), di area pari a 12.350 m2, conferisce alle sovrastrutture (del peso complessivo di 111.600 t) un periodo T = 6,7 s ed uno spostamento di progetto S = 80 cm. Al di sotto di essa, ove sono installati gli isolatori, è stato realizzato un grande garage (Figura 5).
Per quanto attiene alle applicazioni giapponesi dell’isolamento sismico ad altre tipologie di edifici, sono da ricordare, ad esempio, quelle a stabilimenti industriali: 3 di essi, per la produzione di semiconduttori (di altezza h = 24,23 ed area totale ≈ 27.000 m2), furono ultimati nel 2006 (Figure 6 e 7).
È poi da citare l’isolamento sismico di nuovi edifici dedicati al culto, come, ad esempio il Jyorakuin (Figura 8), un tempio buddista in legno che fu eretto nel 2004 a Tokyo Tachikawa su una piattaforma in c.a. sorretta da 20 isolatori BB, in serie ad un grande dissipatore in piombo (che fornisce la dissipazione di energia atta a limitare a valori accettabili lo spostamento del tempio) ed a 3 coppie di isolatori elastomerici sovrapposti (che garantiscono il necessario ricentraggio dopo il terremoto, Figure 9 e 10).
Infine, un esempio di piccoli edifici residenziali giapponesi di nuova costruzione isolati sismicamente è mostrato nella Figura 11. Molti di questi edifici sono protetti da BB (Figura 12), una tipologia di isolatori utilizzata prevalentemente in Giappone, unitamente a dissipatori e dispositivi ricentranti (così come per il tempio summenzionato).
Circa l’utilizzazione dell’isolamento per l’adeguamento sismico di edifici esistenti, una delle applicazioni più rilevanti ha riguardato il National Western Art Museum (Le Corbusier) e l’adiacente Gates of Hell di Tokyo (Figure 13÷15), nei quali il sistema di isolamento sismico fu inserito in sottofondazione nel 1999, in considerazione del loro elevato valore dal punto si vista storico-artistico (https://www.meteoweb.eu/2021/06/isolamento-sismico-la-protezione-delle-opere-darte-dal-terremoto/1694680/). Comunque, l’isolamento sismico è stato usato in Giappone anche per l’adeguamento di edifici antichi, come, ad esempio, a partire dal 2007, per quello del tempio Daigokuden di Nara (Figure 16 e 17).
Oltre alle applicazioni dei sistemi di isolamento sismico, come ho scritto, numerose sono, in Giappone, anche quelle di controventi dissipativi. In particolare, per i motivi che ho già citato (condivisi da parecchi progettisti, pure in Giappone), sono numerosi gli edifici di notevole altezza per i quali si è preferito utilizzare questo tipo di protezione: un esempio è quello dell’edificio per telecomunicazioni, di 30 piani, mostrato nelle Figure 18 e 19, che è protetto da dissipatori viscosi “a ricircolo di sfere” (Resistance Temperature Detector o RTD), sviluppati in Giappone per minimizzare le deformazioni laterali (Figura 20).
Così come accade per l’isolamento sismico, anche in Giappone la dissipazione di energia è utilizzata non solo per la protezione di edifici di nuova costruzione, ma anche per l’adeguamento sismico di quelli esistenti: ad esempio, la Figura 21 mostra i controventi dissipativi installati in una struttura ospedaliera esistente.
Prima di concludere, vale la pena di citare ulteriori tipologie di tecnologie antisismiche utilizzate in Giappone, ad esempio i cosiddetti “Green Mass Damper” (GMD), giardini pensili realizzati alla sommità di edifici alti, che fungono da TMD (Figura 22) ed “Active Dissipation Bridge” (ADB, letteralmente “ponti dissipativi attivi”); questi ultimi consistono nell’inserimento di dissipatori fra edifici adiacenti di notevole altezza, in prossimità della loro sommità, per ridurre le deformazioni laterali di tali edifici causate dal sisma, sfruttandone le diverse caratteristiche vibratorie (Figura 23).
Il Giappone è, senza dubbio, un Paese più sismico dell’Italia, ma, grazie a corrette politiche di prevenzione e, in particolare, ad una vasta applicazione delle moderne tecnologie antisismiche, i giapponesi devono ora temere il terremoto molto meno di quanto dobbiamo farlo noi italiani. Prendiamo, dunque, esempio dai giapponesi: le tecnologie più efficaci per rendere sicure tutte le nostre strutture le possediamo anche noi e ciò da tanti anni (https://www.change.org/p/presidenza-del-consiglio-dei-ministri-governo-italiano-che-si-inizino-finalmente-ad-attuare-serie-politiche-di-prevenzione-dai-rischi-naturali).
