Metabarriera sismica per onde di superficie: ottimizzazione delle prestazioni mediante risonatori multimassa

I metamateriali localmente risonanti sono materiali e/o strutture ingegnerizzate capaci di controllare la propagazione delle onde elastiche a differenti scale: dalla scala molecolare, per il controllo delle vibrazioni termiche, alla scala metrica, per l'attenuazione delle vibrazioni meccaniche e sismiche. In un evento sismico, buona parte dell'energia elastica liberata si propaga in forma di onde di superficie che possono essere manipolate mediante l'uso di metamateriali. Tramite fenomeni di rifrazione indotta, le onde di superficie possono essere trasformate in onde di taglio che si allontanano dal piano campagna senza interessare i manufatti circostanti. Una "metabarriera" costituita da risonatori multimassa in grado di generare tali fenomeni di rifrazione, interagisce col moto del terreno per proteggere uno o più edifici da onde sismiche di superficie. La metabarriera è esterna alla struttura da proteggere ed è in grado di schermare le frequenze del sisma che andrebbero ad eccitare i primi modi di vibrare della struttura stessa. Ogni risonatore è formato da più masse cilindriche collegate da elastomeri (rigidezze). Variando la distribuzione di masse e rigidezze dei singoli risonatori, si ottimizzano gli intervalli in frequenza, band-gaps, per cui la metabarriera risulta efficace. L'ottimizzazione ha lo scopo di massimizzare l'attenuazione dell'input sismico alle frequenze di risonanza della struttura protetta, minimizzando le dimensioni della metabarriera.