I terremoti rappresentano una minaccia costante per il patrimonio edilizio, causando danni ingenti e mettendo a rischio la vita delle persone. Per mitigare questo rischio, sono state sviluppate diverse strategie, tra cui i sistemi di smorzamento. Questi sistemi, integrati nelle strutture degli edifici, hanno lo scopo di dissipare l’energia sismica, riducendo le vibrazioni e limitando i danni.
Smorzatori inerziali: concetti base e classificazione
Tra i sistemi di smorzamento più efficaci figurano gli smorzatori inerziali. Il loro funzionamento si basa sull’utilizzo di una massa mobile, vincolata meccanicamente alla struttura. Quando l’edificio è sottoposto a sollecitazioni sismiche, la massa mobile si muove in opposizione al movimento della struttura, dissipando l’energia sismica attraverso l’attrito o altri meccanismi.
Esistono due principali categorie di smorzatori inerziali:
- Smorzatori inerziali passivi (TMD): In questo caso, la massa mobile è collegata alla struttura tramite molle o sistemi pendolari. La rigidezza della molla o la lunghezza del pendolo sono accuratamente progettate per “accordare” lo smorzatore alla frequenza di vibrazione naturale della struttura. Questo permette di massimizzare l’efficacia dello smorzamento per quella specifica frequenza.
- Smorzatori inerziali attivi (AMD): In questo caso, la massa mobile è azionata da un attuatore, controllato da un sofisticato algoritmo. L’algoritmo riceve informazioni in tempo reale da sensori installati sull’edificio e regola il movimento della massa mobile per contrastare le vibrazioni in modo ottimale.
Vantaggi e svantaggi dei sistemi attivi e passivi
Smorzatori Passivi (TMD):
- Vantaggi: Semplicità di progettazione e installazione, bassi costi di manutenzione, affidabilità nel tempo.
- Svantaggi: Efficacia limitata a una specifica frequenza di vibrazione, massa mobile relativamente grande per ottenere un buon livello di smorzamento.
Smorzatori Attivi (AMD):
- Vantaggi: Elevata efficacia di smorzamento su un ampio spettro di frequenze, possibilità di adattare il comportamento del sistema in tempo reale, massa mobile più piccola rispetto ai TMD per ottenere lo stesso livello di smorzamento.
- Svantaggi: Maggiore complessità tecnologica, costi di installazione più elevati, necessità di manutenzione periodica del sistema elettronico e delle batterie.
Progettazione e analisi strutturale: integrazione degli AMD nei modelli FEM
La progettazione di un sistema AMD richiede un’analisi strutturale accurata, che tenga conto del comportamento dinamico dell’edificio e dell’interazione con il sistema di smorzamento. Per questo scopo, vengono utilizzate analisi FEM dinamiche con integrazione al passo (Time History Analysis).
Un aspetto chiave nella modellazione degli AMD è la legge di controllo implementata nell’algoritmo.
Grazie a questa analogia con uno smorzatore viscoso equivalente, è possibile modellare l’effetto degli AMD all’interno di un modello FEM inserendo un dissipatore viscoso fittizio.
Aspetti normativi e collaudo del sistema
In Italia, i sistemi AMD sono inquadrati come sistemi “artigianali”, non prodotti in serie, in quanto ogni unità viene realizzata e testata in opera. Non esiste ancora una normativa europea armonizzata per la progettazione e l’installazione di questi sistemi, ma ci si basa sullo stato dell’arte e sulle analisi previste dalle NTC 2018.
Il collaudo del sistema avviene in due fasi principali:
- Qualifica del singolo AMD: Si testa il funzionamento del motore e dell’attuatore, confrontando le prestazioni reali con quelle teoriche.
- Test sull’edificio completo: Si induce una vibrazione controllata sull’edificio (utilizzando una vibrodina) e si misura l’effetto di smorzamento prodotto dagli AMD.
Manutenzione e monitoraggio continuo: garanzia di efficienza e sicurezza
I sistemi AMD, come ogni sistema meccanico ed elettronico, richiedono una manutenzione periodica per garantire la loro efficienza nel tempo.
Un ulteriore vantaggio dei sistemi AMD è la possibilità di monitoraggio continuo della struttura. I sensori installati per il funzionamento del sistema possono essere utilizzati per raccogliere dati in tempo reale sulla dinamica dell’edificio.
Questi dati possono essere utili per:
- Calibrare i modelli FEM: Confrontando i dati reali con le previsioni del modello, è possibile migliorare la precisione delle analisi strutturali.
- Valutare lo stato di salute della struttura: Variazioni significative nel comportamento dinamico dell’edificio possono indicare la presenza di danneggiamenti o degrado strutturale.
- Gestire eventuali vibrazioni indotte da fonti esterne: Ad esempio, è possibile monitorare le vibrazioni causate dal traffico veicolare o ferroviario.
Discussione nel forum
Per approfondire il tema dell’isolamento sismico e delle sue applicazioni pratiche, segnaliamo una interessante discussione avviata sul nostro forum dal super moderatore “Betoniera”. Nel suo intervento, condivide le difficoltà incontrate durante uno studio di predimensionamento per un nuovo stabilimento industriale in zona sismica, mettendo in luce le sfide tecniche ed economiche legate all’implementazione di sistemi di protezione sismica.
Tra i punti toccati, cita la necessità di rispondere alle richieste di committenti sempre più esigenti, l’importanza di una corretta valutazione dei costi e l’opportunità di confrontarsi con esperti del settore, come l’Ing. Paolo Cicchiello, noto per la sua esperienza in questo campo.
Invitiamo i lettori interessati a contribuire alla discussione, condividendo esperienze o ponendo domande dirette. Per maggiori dettagli, visitate la discussione sul forum.