Dall’automobilismo alle costruzioni, dalle linee elettriche ai generatori eolici. Il Mass Damper, conosciuto anche come assorbitore dinamico, è un dispositivo che viene montato su diverse tipologie di strutture al fine di attenuare effetti negativi derivanti da vibrazioni.
Su quale concetto si basa il mass damper?
Lo scopo del mass damper è quello di trasferire l’energia introdotta da un campo di forze in un sistema vibrante, mandando volutamente una parte in risonanza per far sì che la restante porzione di sistema sia mantenuta in quiete. Gli edifici, tra cui i grattacieli caratterizzati da un’elevata altezza, sono facilmente soggetti ad oscillazioni dovute a raffiche di vento o a scosse di terremoto.
Il Mass Damper può essere di due tipologie: passivo, come nel caso del Tuned Mass Damper (TMD), o attivo, Active Mass Damper (AMD).
Il TMD (è una massa oscillante in grado di scaricare delle forze sugli elementi strutturali sui quali viene ancorato tramite un collegamento molla-smorzamento. Consente di “catturare” l’energia di movimento della struttura nell’intorno della sua frequenza di risonanza.
Gli Active Mass Damper (AMD), la versione attiva e più evoluta del dispositivo passivo Tuned Mass Damper, sono costituiti da una massa oscillante ausiliaria, azionata da un attuatore, che esercita una forza sulla massa, facendola vibrare. La forza di controllo esercitata sulla struttura è data dalla forza d’inerzia della massa grazie al principio di azione e reazione.
Chi ha inventato i mass damper?
La tecnica di smorzamento della massa è stata inventata per la prima volta da Herman Frahm nel 1901. Successivamente, nel 1909, fu sviluppato il concetto di smorzatori a massa accordata (Tuned Mass Damper – TMD) quando Frahm inventò un dispositivo di controllo delle vibrazioni chiamato assorbitore dinamico di vibrazioni.
Il mass damper fu applicato poi alla sismica da Bill Robinson, all’inizio degli anni ’70, che sviluppò l’ammortizzatore sismico, costruito utilizzando piombo e gomma ad alta densità per assorbire la forza dei terremoti.
Bill Robinson, ingegnere sismico neozelandese
Dall’Asia all’Europa – L’evoluzione del mass damper
I mass damper sono sistemi adottati soprattutto in Asia, dove da decenni sono soluzioni antisismiche comuni, in grado di contrastare qualsiasi tipo di vibrazione, anche quella del vento, e per questo utilizzati su edifici molto alti, come i grattacieli.
L’esempio sicuramente più famoso di TMD esistente riguarda il grattacielo Taipei101 in Taiwan, dove è stato installato un pendolo di 660 tonnellate dotato complessivamente di otto enormi smorzatori idraulici.
Schema dell’edificio Taipei 101, Taiwan
La prima implementazione di un dispositivo di controllo attivo su un edificio è stata con l’adozione, nel 1989, di un sistema AMD a Tokyo all’interno del Kyobashi Seiwa.
Questa struttura di 11 piani monta al suo interno due masse attive di 5 tonnellate totali (il peso dell’edificio è pari a circa 400 ton) per contrastare sia il moto trasversale dell’edificio sia il moto torsionale dalle azioni di vento.
Schema dell’edificio Kyobashi Seiwa, Tokyo
Active Mass Damper in Europa e in Italia: i casi ISAAC
ISAAC ha brevettato il primo sistema di controllo attivo di tipo AMD in Europa in grado di migliorare in modo significativo il comportamento globale di una struttura soggetta ad un evento sismico.
Il sistema prevede l’installazione degli attuatori sul piano di copertura del fabbricato da proteggere e di sensori accelerometrici posizionati in punti strategici della struttura. Un computer centrale coordina e controlla l’intero sistema. Lo scopo di quest’ultimo è quello di contrastare il moto dell’edificio durante il terremoto, andando a ridurre le ampiezze di oscillazione della costruzione e di conseguenza andando a rendere meno intense le forze agenti sugli elementi strutturali resistenti. Questo processo avviene attraverso la generazione di forze da parte delle macchine, determinate dall’algoritmo di controllo implementato all’interno del computer centrale. Quest’ultimo misura le accelerazioni dell’edificio nei punti in cui sono posizionati i sensori e, di conseguenza, calcola le forze che le macchine devono generare.
L’adozione di sistemi di controllo attivo all’interno delle strutture civili permette di ottenere miglioramenti del comportamento dinamico dell’edificio in caso di sisma paragonabili a quelli ottenibili con l’adozione di sistemi passivi, ma sfruttando il vantaggio della minore invasività in fase di installazione. Un sistema di questo tipo, infatti, consente di intervenire sugli edifici senza arrecare disturbo agli abitanti e permette di ridurre al minimo i lavori accessori propedeutici per l’installazione del sistema.
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