Proteggere edifici, centrali elettriche e ponti grazie ai metamateriali
Sappiamo che i terremoti, causati da perturbazioni che si verificano in profondità a causa dello spostamento delle placche tettoniche, possono creare disastri in superficie. Le vibrazioni trasmesse dal suolo, tuttavia, possono avere anche origini d’altro tipo, tra cui il passaggio di automobili e treni, le attività edilizie e le operazioni di estrazione mineraria. «A seconda dell’intensità, delle caratteristiche di risonanza e della vicinanza della sorgente, tutte queste vibrazioni possono esercitare un notevole impatto sull’ambiente costruito», spiega Marianna Loli, coordinatrice del progetto INSPIRE e consulente senior presso l’impresa greca Grid Engineers. «Gli impatti possono essere di svariata tipologia, dai disturbi acustici ai crolli di edifici e infrastrutture potenzialmente letali, con conseguenze di ampia portata per la società e l’economia.»
Soluzioni innovative grazie all’impiego dei metamateriali
Il principale obiettivo del progetto INSPIRE, coordinato dall’Università tecnica nazionale di Atene in Grecia e sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, era quello di progettare soluzioni innovative volte a proteggere meglio l’ambiente costruito dalle pericolose vibrazioni del terreno. Queste soluzioni sono state sviluppate attraverso l’impiego di metamateriali. «I metamateriali sono materiali ingegnerizzati non esistenti in natura, che possono tuttavia essere fabbricati per dimostrare proprietà eccezionali», spiega Loli, che continua: «Tra queste potrebbe figurare la capacità di reindirizzare le onde sismiche per mitigare le scosse strutturali.» Il progetto si basa su una crescente quantità di prove scientifiche che suggeriscono la presenza di potenzialità insite nei metamateriali per migliorare la resilienza di edifici, ponti e altre infrastrutture critiche nel corso di terremoti. Inoltre, tali materiali potrebbero fornire un maggiore isolamento acustico, migliorando in tal modo le condizioni di vita nelle città.
Utilizzo di tecnologie all’avanguardia
I nuovi concetti sono stati sviluppati nell’ambito di un programma di formazione pionieristico che ha riunito otto università europee e 11 leader del settore, in cui in seguito allo svolgimento di un processo altamente competitivo 15 ricercatori di dottorato sono stati selezionati tra oltre 100 candidati provenienti da svariate parti del mondo. «Nel corso dei loro programmi di dottorato, con una durata di tre anni, i ricercatori hanno studiato un’ampia gamma di concetti di metamateriali antivibrazione», osserva Loli, proseguendo: «Tra questi figurano costruzioni sotterranee che fungono da scudi con proprietà dispersive, filtranti e di guida d’onda, nuovi dispositivi di smorzamento e assorbitori passivi di vibrazioni, nonché materiali di ghiaia ingegnerizzati in grado di proteggere le condutture.» Tra le altre innovazioni analizzate ricordiamo dispositivi di controllo delle vibrazioni personalizzati per ottimizzare la risposta sismica dei ponti e soluzioni di ingegneria ferroviaria volte a controllare le vibrazioni indotte dai treni e ridurre al minimo il rumore nelle aree urbane. Un altro ricercatore ha esaminato soluzioni quali superfici acustiche e assorbitori dinamici di vibrazioni, studiate su misura per l’isolamento acustico a bassa frequenza. Per sviluppare le loro idee, i ricercatori si sono avvalsi di tecnologie all’avanguardia come la stampa 3D, oltre a effettuare simulazioni numeriche avanzate rese possibili dall’utilizzo di supercomputer. Queste tecnologie sono state impiegate per ottimizzare le progettazioni e dimostrare l’efficacia delle soluzioni proposte.
Sicurezza e vivibilità dell’ambiente costruito
Il progetto INSPIRE ha dimostrato con successo il modo in cui è possibile usare i metamateriali per migliorare la sicurezza e la vivibilità dell’ambiente costruito. «La fattibilità delle progettazioni proposte è stata dimostrata attraverso lo svolgimento di simulazioni analitiche avanzate e campagne sperimentali su piccola scala», osserva Loli. Il progetto ha inoltre fornito un kit di strumenti contenente algoritmi, metodi numerici e strumenti di elaborazione che potranno essere utilizzati in futuro da ricercatori impegnati in progetti simili. I prossimi passi verso l’introduzione sul mercato delle soluzioni comprendono test pilota su larga scala e l’ulteriore ottimizzazione delle progettazioni. «I possibili utenti finali includono il mercato dell’isolamento sismico, le aziende che promuovono la ricerca e lo sviluppo nel campo della protezione strutturale, gli enti pubblici e le imprese di costruzione», dichiara Loli, che conclude: «Riteniamo inoltre che i risultati di INSPIRE siano in grado di contribuire a migliorare le linee guida professionali per la progettazione sismica.»
Parole chiave
INSPIRE, metamateriali, sismico, terremoti, stampa 3D, tettonica
