Tecnologie di protezione sismica: quali sono i vantaggi delle tecnologie antisismiche passive e attive?
Smorzatori passivi
Attualmente le tecniche più diffuse per la protezione sismica degli edifici prevedono l’impiego di tecnologie passive quali gli isolatori alla base, i dissipatori viscosi (shock transmitter) o i dissipatori a massa accordata (TMD); in Figura 1 sono rappresentate diverse tecnologie di controllo passivo.
Questi sistemi generano delle forze in base al movimento dell’edificio, riducendo le oscillazioni provocate dal terremoto. A tal fine, vengono installati in punti strategici della struttura dispositivi meccanici, quali molle, smorzatori e masse, che dissipano parte dell’energia in ingresso.
Figura 1 – Raffigurazioni di diverse tipologie maggiormente diffuse nel controllo passivo della risposta sismica sugli edifici.
Le principali limitazioni della tecnologia passiva sono:
- invasività dell’intervento, sia a livello strutturale che estetico
- elevato rapporto massa su forza richiesto per il controllo dell’edificio
- caratteristiche meccaniche dei dispositivi tempo-invarianti
Infatti, per poter installare dispositivi passivi è spesso necessario abbattere muri (controventi dissipativi), eseguire lavorazioni sulle fondamenta (isolatori alla base) oppure collocare a lato struttura impalcature per l’applicazione di shock-transmitter (torri dissipative), attività invasive che possono disturbare i residenti o anche influire negativamente sul valore del complesso edilizio.
Inoltre, alcune tecniche di controllo passivo e in particolare i dissipatori a massa accordata, sfruttano il movimento della struttura per la generazione di elevate quantità di forza e richiedono dunque un’elevata quantità di massa (seconda legge di Newton F=m*a). Il significativo incremento di massa sull’edificio, che può arrivare anche al 5% della massa totale della struttura, richiede di conseguenza una verifica degli elementi strutturali, il rinforzo di alcuni elementi o talvolta perfino una progettazione ad-hoc.
Infine, utilizzando elementi meccanici le cui proprietà non possono essere modificate a piacimento, questi sono opportunamente tarati sulle caratteristiche strutturali dell’edificio nel momento dell’installazione; tuttavia, a seguito di un danneggiamento che porta al cambiamento delle proprietà dell’edifico, l’efficacia dei dispositivi passivi può risultarne ridotta o addirittura compromessa.
Smorzatori attivi
Tutti questi aspetti possono essere superati tramite l’applicazione di tecnologie di controllo attive che utilizzano fonti di energia esterne per alimentare attuatori elettro-meccanici o elettro-idraulici, che generano le forze di dissipazione sull’edificio.
Figura 2 – Raffigurazione dello schema logico e meccanico di funzionamento di un dispositivo di controllo attivo.
In Figura 2 viene rappresentato lo schema di funzionamento logico, insieme ad uno meccanico, di questa tipologia di dispositivi, principalmente costituiti da 3 elementi base:
- SENSORI: elementi che forniscono i segnali di feed-back, quali posizione/accelerazione dell’edificio, necessari per il controllo; essi vengono installati in diversi punti della struttura per misurare l’input sismico e/o le vibrazioni dell’immobile. Permettono inoltre di tenere continuamente monitorata la struttura.
- CONTROLLORE: elemento logico di controllo che, ricevendo i segnali dei sensori, genera i profili di forze necessari ad azionare gli attuatori opportunamente; i profili vengono ottenuti dall’analisi dei dati tramite logiche opportunamente studiate e tarate.
- ATTUATORI: elementi che assolvono il compito di scaricare le forze di controllo sull’edificio, in base ai segnali ricevuti dal controllore; la generazione delle forze avviene solitamente per mezzo di una massa inerziale che si muove lungo la direzione di controllo. Il sistema di attuazione può essere elettro-meccanico o elettro-idraulico
Un esempio di tecnologia attiva sono gli smorzatori inerziali (AMD, dall’inglese Active Mass Damper) che, similmente ai TMD, dissipano l’energia della struttura tramite il movimento di una massa inerziale in opposizione di fase.
Rispetto ai dissipatori a massa accordata, gli AMD utilizzano attuatori alimentati da una fonte di energia esterna per amplificare la forza di controllo; in questo modo si riesce ad ottenere un rapporto più vantaggioso tra massa necessaria e forza generata. Inoltre, essendo il movimento della massa gestito da una logica di controllo che sfrutta i sensori installati sull’edificio, i sistemi attivi riescono ad adattarsi ai cambiamenti di proprietà strutturale e conseguentemente a controllare un range di frequenze proprie più ampio.
Infine, gli AMD possono essere posizionati sul tetto o nel sottotetto delle strutture esistenti, riducendo al minimo l’invasività dell’installazione.
La tecnologia di ISAAC antisismica
La tecnologia degli AMD, già adottata su grandi strutture civili (si vedano ad esempio gli AMD installati da TEsolution) è ora disponibile in Europa per la prima volta anche per edifici di dimensioni più contenute grazie ai prodotti di ISAAC antisismica, come I-Pro 1: un attuatore elettro-idraulico di medie dimensioni in grado di sviluppare forze molto elevate (fino a 220 kN).
Autore: Matteo Rosti
