Isolamento sismico: cosa ci insegnano i terremoti reali?

L'isolamento sismico è ormai una tecnologia consolidata, ma i terremoti reali continuano a rappresentare il banco di prova più severo per valutarne l'efficacia. Durante la keynote di apertura di ANIDIS 2025, il professor Michael Constantinou dell'Università di Buffalo ha analizzato il comportamento di edifici e infrastrutture isolate colpite dai principali eventi sismici degli ultimi decenni, evidenziando successi, criticità e insegnamenti per la progettazione futura. Dai ponti agli ospedali strategici, emerge come le prestazioni dipendano non solo dalla qualità dei dispositivi, ma anche dalla corretta valutazione della pericolosità sismica, dal progetto, dai controlli e dall'esecuzione in cantiere.

Dalla teoria alla realtà: quando l'isolamento sismico affronta il terremoto

L'isolamento sismico rappresenta oggi una delle tecnologie più mature ed efficaci per la protezione delle costruzioni, ma le prestazioni osservate durante i terremoti reali dimostrano che la qualità del progetto e dell'esecuzione rimane determinante quanto la tecnologia stessa. È questo il messaggio centrale della keynote lecture tenuta dal professor Michael Constantinou dell'Università di Buffalo nel corso di ANIDIS 2025, svoltosi ad Assisi dal 7 all'11 settembre.

Nel suo intervento, Constantinou ha proposto una riflessione che supera la semplice descrizione delle tecnologie disponibili per concentrarsi sul comportamento effettivo delle strutture isolate durante alcuni dei più importanti terremoti degli ultimi decenni. Attraverso l'analisi di ponti, edifici strategici e ospedali colpiti da eventi sismici in Turchia, Giappone, Ecuador e Cina, il docente dell'Università statunitense ha mostrato come il successo dell'isolamento sismico dipenda dall'intera filiera progettuale: dalla definizione della pericolosità sismica alla scelta degli isolatori, dalla validazione del progetto fino ai controlli di produzione e di cantiere.

Dall'allungamento del periodo alle grandi deformazioni: il principio dell'isolamento sismico

Il principio di funzionamento dell'isolamento sismico è ormai consolidato. Inserendo dispositivi tra fondazione e sovrastruttura, la costruzione modifica il proprio comportamento dinamico, aumentando il periodo fondamentale e dissipando parte dell'energia trasmessa dal terreno. Il risultato è una drastica riduzione delle accelerazioni che raggiungono la struttura e, soprattutto, dei danni agli elementi strutturali e non strutturali.

Questo beneficio, tuttavia, ha un prezzo: gli isolatori devono essere in grado di sopportare spostamenti molto elevati. Constantinou ha ricordato come oggi si progettino sistemi capaci di accomodare movimenti compresi tra 500 millimetri e oltre 1,5 metri, valori impensabili nelle prime applicazioni degli anni Ottanta. L'evoluzione della tecnologia è stata accompagnata da una crescente consapevolezza del ruolo dell'incertezza nella risposta sismica. Le analisi dinamiche consentono infatti di stimare solo valori medi degli spostamenti, mentre la variabilità dei terremoti reali può aumentare significativamente la probabilità di superare la capacità degli isolatori se il progetto non considera adeguati margini di sicurezza.

Proprio per questo motivo, secondo Constantinou, il dimensionamento degli isolatori non può limitarsi al rispetto formale delle prescrizioni normative, ma deve perseguire obiettivi prestazionali coerenti con l'importanza dell'opera e con le aspettative del committente.

Normative, affidabilità e progettazione: perché gli standard fanno la differenza

Una parte significativa della relazione è stata dedicata al confronto tra gli approcci progettuali adottati negli Stati Uniti e quelli previsti dagli Eurocodici.

Negli Stati Uniti il progetto degli edifici isolati viene generalmente sviluppato rispetto al Maximum Considered Earthquake, corrispondente a un periodo di ritorno dell'ordine dei 2.500 anni, con espliciti obiettivi probabilistici di sicurezza e verifiche dinamiche basate su accelerogrammi rappresentativi. Le capacità di spostamento degli isolatori vengono poi incrementate mediante coefficienti che tengono conto delle incertezze residue.

Il quadro europeo, pur adottando metodologie analoghe, utilizza invece livelli di azione generalmente riferiti a periodi di ritorno inferiori, pari a circa 475 anni, lasciando inoltre alcuni aspetti demandati alle appendici nazionali. Secondo Constantinou, questa differenza può tradursi in richieste di progetto significativamente diverse, soprattutto nelle aree caratterizzate da elevata pericolosità sismica.

La progettazione prestazionale assume quindi un ruolo fondamentale. Non tutte le opere hanno infatti gli stessi obiettivi. Un edificio ordinario può accettare livelli di danneggiamento limitati, mentre ospedali, ponti strategici o sedi operative devono continuare a funzionare anche dopo terremoti eccezionali. È il caso, ad esempio, della sede centrale di Apple in California, il cui sistema di isolamento è stato progettato per soddisfare requisiti prestazionali superiori rispetto ai minimi normativi.

Quando l'isolamento funziona... e quando fallisce

La parte più significativa della keynote è stata dedicata alle esperienze maturate sul campo. Analizzando diversi terremoti avvenuti negli ultimi venticinque anni, Constantinou ha evidenziato come la maggior parte delle criticità osservate non sia riconducibile alla tecnologia dell'isolamento in sé, ma a errori progettuali, controlli insufficienti o dettagli costruttivi inadeguati.

Tra gli esempi più emblematici figura il ponte Bolivar in Turchia, danneggiato durante il terremoto di Düzce del 1999. In questo caso gli spostamenti richiesti superarono largamente la capacità del sistema di isolamento, determinando il collasso dei dispositivi di scorrimento. Secondo Constantinou, il problema non derivava dalla scelta dell'isolamento sismico, bensì da un progetto che non rispettava pienamente le prescrizioni tecniche già disponibili all'epoca e che non era stato sottoposto a un adeguato processo di peer review.

Risultati opposti sono stati invece osservati nel ponte Los Caras, in Ecuador, colpito dal terremoto del 2016. Grazie a una progettazione più conservativa, all'impiego di isolatori con elevate capacità di spostamento e a un sistema strutturale ridondante, il ponte rimase pienamente operativo, richiedendo soltanto la sostituzione di alcuni dispositivi successivamente all'evento.

Anche il terremoto giapponese del 2016 ha fornito indicazioni interessanti. Diversi edifici isolati continuarono a funzionare senza danni significativi, mentre un ospedale con isolatori in gomma armata registrò spostamenti prossimi alla capacità di progetto mantenendo comunque la piena operatività e accogliendo pazienti provenienti da strutture tradizionali gravemente danneggiate.

Non sono però mancati casi problematici. In Cina, ad esempio, un edificio isolato evidenziò la rottura di tutti gli smorzatori installati pur essendo stato interessato da un terremoto inferiore all'azione di progetto, episodio che secondo Constantinou potrebbe essere riconducibile a errori di modellazione, assenza di prove sui dispositivi e insufficiente controllo indipendente del progetto.

XX Convegno ANIDIS: focus su sicurezza sismica e vulnerabilità del costruito
Ad Assisi si è svolto il XX Convegno ANIDIS, principale appuntamento per la comunità dell’ingegneria sismica. Al centro del dibattito: vulnerabilità del costruito, tecniche di rinforzo, monitoraggio strutturale, nuovi materiali, strategie multi-hazard e politiche di riduzione del rischio. INGENIO segue l’evento con video e interviste ai protagonisti.
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Gli ospedali turchi del 2023: il banco di prova dell'isolamento sismico

La parte finale della relazione si è concentrata sul terremoto che nel febbraio 2023 ha colpito la Turchia sud-orientale.

L'introduzione dell'obbligo di isolamento sismico per tutti i nuovi ospedali turchi ha consentito di valutare il comportamento di numerose strutture strategiche sottoposte a un terremoto di eccezionale intensità.

Secondo Constantinou, il bilancio complessivo è decisamente positivo. La maggior parte degli ospedali isolati ha infatti riportato danni nulli o limitati, confermando l'efficacia della tecnologia.

Tuttavia, due strutture situate nell'area di Malatya hanno mostrato danni non trascurabili, prevalentemente di natura non strutturale ma accompagnati anche da alcune criticità strutturali. Le ispezioni hanno inoltre evidenziato il possibile ostacolo al libero movimento di alcuni isolatori, suggerendo come dettagli costruttivi apparentemente secondari possano compromettere il corretto funzionamento dell'intero sistema.

Il caso più significativo rimane quello dell'Adana State Hospital, unico ospedale isolato della regione dotato di una completa strumentazione accelerometrica. Situato a circa 160 chilometri dall'epicentro, il complesso ha consentito di confrontare direttamente registrazioni reali e modelli numerici.

Le misure hanno mostrato una riduzione di circa il 50% delle accelerazioni immediatamente sopra il piano di isolamento rispetto al terreno. Sebbene ai piani superiori siano stati registrati fenomeni di amplificazione dinamica, la struttura non ha subito danni significativi e il confronto tra dati sperimentali e simulazioni ha confermato l'affidabilità delle proprietà meccaniche assunte in fase di progetto. Anche i test eseguiti su tutti i circa 1.500 isolatori installati hanno evidenziato una variabilità pienamente compatibile con le ipotesi progettuali.

Una tecnologia matura che richiede qualità progettuale

Le conclusioni di Michael Constantinou restituiscono un quadro chiaro. Dopo oltre quarant'anni di applicazioni e migliaia di edifici realizzati nel mondo, l'isolamento sismico può essere considerato una tecnologia pienamente matura, capace di garantire prestazioni eccezionali anche durante terremoti di elevata intensità.

Le esperienze raccolte dimostrano però che il successo non dipende esclusivamente dal dispositivo installato. La corretta definizione della pericolosità sismica, la scelta della tipologia di isolatore più adatta, la verifica indipendente del progetto, le prove sui dispositivi di produzione, la qualità dell'esecuzione e le ispezioni in cantiere rappresentano elementi imprescindibili per conseguire le prestazioni attese.

In altre parole, l'isolamento sismico non è una soluzione "automatica" ai problemi della progettazione antisismica, ma uno strumento estremamente efficace quando viene inserito all'interno di un processo progettuale rigoroso e controllato. Le evidenze raccolte nei terremoti degli ultimi anni confermano che, laddove questo processo è stato rispettato, gli edifici isolati hanno continuato a funzionare anche dopo eventi estremi, offrendo un livello di sicurezza e continuità operativa difficilmente raggiungibile con le tecniche costruttive tradizionali.

DI SEGUITO L'INTERVENTO INTEGRALE DI MICHAEL COSTANTINOU

Il testo è stato elaborato mediante la videoregistrazione dell'intervento, con l'aiuto di strumenti di IA (ChatGpT).

IN SINTESI
-L'isolamento sismico si conferma una tecnologia matura ed efficace, ma le sue prestazioni dipendono dalla qualità dell'intero processo progettuale, dalla definizione della pericolosità sismica fino ai controlli in fase di costruzione.
-L'analisi di casi reali in Turchia, Giappone, Ecuador e Cina mostra che i principali problemi riscontrati non derivano dagli isolatori, bensì da errori di progettazione, dettagli costruttivi inadeguati, carenze nei test e assenza di peer review.
-Gli ospedali isolati della Turchia colpiti dal sisma del 2023 hanno dimostrato, nella maggior parte dei casi, elevati livelli di sicurezza e continuità operativa, pur evidenziando alcune criticità riconducibili all'esecuzione e alla gestione degli spazi di isolamento.
-Il caso dell'Adana State Hospital, unico edificio isolato della zona dotato di monitoraggio strumentale, conferma la capacità dell'isolamento sismico di ridurre sensibilmente le accelerazioni trasmesse alla struttura e valida le ipotesi progettuali attraverso il confronto tra dati registrati e simulazioni numeriche.
-Secondo Michael Constantinou, il futuro dell'isolamento sismico passa attraverso una progettazione prestazionale sempre più rigorosa, dispositivi adeguatamente dimensionati, prove sui componenti, controlli indipendenti e verifiche in cantiere, soprattutto per le opere strategiche come ospedali e infrastrutture essenziali.