La multinazionale giapponese THK (acronimo di Thoughness High quality Know-how), presente in Italia con una filiale a Monza (MI), ha aderito al Gruppo di Lavoro Isolamento Sismico lo scorso settembre 2006, rappresentata da Roberto Toniolo, responsabile dell’azienda per i dispositivi antisismici. Quest’ultimo è fra i soci fondatori della nuova associazione “GLIS – Isolamento ed altre Strategie di Progettazione Antisismica”, che è subentrata al Gruppo di Lavoro Isolamento Sismico il 1° gennaio u.s.
La THK è nata nei primi anni Settanta ed è stata la prima azienda ad ideare, sviluppare e diffondere le guide lineari a ricircolo di sfere, componenti che hanno rivoluzionato la tecnologia applicata dei sistemi di moto lineare. Le applicazioni hanno riguardato dapprima le macchine utensili ed i robot, per poi estendersi alla maggior parte dei settori industriali, come quelli automobilistico e ferroviario, dell’elettronica e dei semiconduttori, dell’ottica e dei laser, delle apparecchiature medicali e, nell’ultimo decennio, dell’isolamento sismico degli edifici.
La costante propensione del Giappone a sviluppare sistemi antisismici diversificati in funzione delle caratteristiche delle strutture da proteggere e delle necessità del territorio, ha fatto nascere, a metà degli anni Novanta, importanti sinergie fra gli enti di ricerca, gli studi di progettazione e la THK. Il frutto di tali collaborazioni sono gli attuali sistemi d’iso-lamento sismico della THK a ricircolo di sfere, che sono già stati applicati con successo in oltre 200 edifici in Giappone (Figura 1).

Figura 1

Guide lineari a ricircolo di sfere
Le guide a ricircolo di sfere della THK applicano il principio dei cuscinetti volventi per ottenere un moto lineare (Figura 2). Le sfere rotolano su piste ad arco circolare con raggio RP appena superiore al raggio RS delle sfere stesse (RP = 1,04 RS), in modo da offrire alle sfere una superficie di appoggio che conferisce grande capacità di carico, 13 volte superiore rispetto a quella che esse avrebbero se fossero poggiate su una superficie piana (Figura 3). Ad esempio, il singolo carrello della THK della serie “CLB780”utilizza     sfere di diametro pari a 30,16 mm, di cui 72 sono in zona di carico, ed ha una capacità di carico radiale di 7800 KN.

Figura 2

Le guide della THK di tipo “CLB” hanno anche corone di sfere laterali con un angolo di contatto di 45°, che conferiscono agli isolatori la capacità di sopportare carichi di trazione pari a circa il 1/3 di quelli radiali (Figura 4). Grazie alle caratteristiche degli elementi volventi, le guide lineari della THK hanno un coefficiente d’attrito molto basso, pari a circa 0,005 ÷ 0,008, e costante per tutta la corsa desiderata. Per fare un esempio pratico, ciò permette lo spostamento di una massa di 1 t con una forza laterale costante di 5 daN, per una corsa di 400 mm (Figura 5). Le guide suddette sono disponibili con capacità di carico da 110 a 31200 kN. 

 
 

Figura 3

 Applicazioni e vantaggi degli isolatori sismici a ricircolo di sfere
Gli isolatori sismici della THK sono costituiti da due guide a ricircolo di sfere montate ortogonalmente, che possono muoversi liberamente sui 360° del piano (Figura 1). Avendo una resistenza al-l’avanzamento molto bassa e costante per tutta la corsa, essi hanno un funzionamento ottimale con carichi leggeri, spostamenti ampi (potenzialmente senza limiti progettuali di corsa) e periodi lunghi (oltre 4 s, vedi Figura 6). Sono quindi idonei per isolare strutture leggere, quali edifici di 1 o 2 piani, sovrastrutture come i tetti, o ancora per strutture mobili strategiche e/o di grande valore, quali impianti energetici e delle telecomunicazioni, statue e teche museali, per citare solo alcuni esempi. Anche il fatto di essere costituiti da materiali di elevatissima durabilità (acciai speciali) rende gli isolatori suddetti di grande interesse, ad esempio (ma non solo) nel settore della protezione sismica del patrimonio culturale. 

Figura 4

Figura 5

Gli isolatori sismici della THK trovano, però, applicazioni anche in edifici di notevole altezza e, comunque, laddove i calcoli progettuali identificano possibili carichi di trazione in caso di terremoto. Inoltre, è da sottolineare che, in Giappone, per ottimizzare l’efficacia dell’isolamento sismico, si ricorre sovente ad una combinazione di isolatori a ricircolo di sfere con  quelli elastomerici, posizionati secondo le necessità. In ogni caso, occorre considerare che i sistemi a sfere necessitano di componenti ausiliari per il ricentraggio e per la dissipazione d’energia. Nei prossimi numeri della rivista avremo occasione di presentare alcuni esempi d’applicazione.

Figura 6