Active Mass Damper: un’innovazione nella protezione sismica delle strutture (parte 1)

I terremoti rappresentano una delle principali minacce per il patrimonio edilizio e per la sicurezza delle persone. Negli ultimi decenni, sono state sviluppate strategie progettuali sempre più sofisticate per ridurre il rischio sismico, ma la vulnerabilità di molte costruzioni esistenti e le conseguenze economiche dei danni restano aspetti critici da affrontare. L’evoluzione delle normative e delle tecnologie ha permesso di migliorare significativamente le prestazioni strutturali, ma restano ancora molte sfide aperte, soprattutto per il patrimonio edilizio esistente.

Un approccio efficace per migliorare la protezione sismica senza compromettere le caratteristiche originarie della struttura è l’introduzione di sistemi di dissipazione supplementare di energia. Questi dispositivi consentono di ridurre la domanda sismica trasmessa all’edificio, senza alterarne proprietà fondamentali come rigidezza e resistenza.

In questo contesto, la tecnologia attiva degli Active Mass Damper (AMD) si inserisce perfettamente come una soluzione innovativa ed efficace. Grazie alla capacità di adattarsi dinamicamente alle azioni, gli AMD offrono una strategia avanzata per la protezione sismica, migliorando la sicurezza e la resilienza delle strutture senza interventi invasivi.

LA TECNOLOGIA AMD DI ISAAC

Un sistema di controllo attivo per la protezione sismica funziona rilevando in tempo reale le vibrazioni della struttura attraverso sensori accelerometrici, che trasmettono i dati ad un computer centrale all’interno del quale è implementato un algoritmo di controllo. Questo elabora le informazioni e comanda un sistema di attuatori per generare forze che attenuano la risposta dinamica (Errore. L’origine riferimento non è stata trovata.). Gli attuatori rispondono istante per istante mettendo in moto una massa mobile e, sfruttando il noto principio di azione e reazione, trasferiscono tale forza alla struttura. Il sistema permette di ridurre globalmente le sollecitazioni su di essa e si adatta dinamicamente alla risposta andando a dissipare una quota parte dell’energia sismica entrante.

Il sistema AMD che qui si approfondisce è denominato Electro-Pro, sviluppato da Isaac srl, società italiana innovativa che fornisce tecnologie smart per la protezione sismica di strutture. Electro-Pro rientra nella categoria degli smorzatori attivi di vibrazione, comunemente riconosciuti a livello internazionale come Active Mass Damper (AMD). Il sistema Electro Pro è una macchina elettrica, attiva ed intelligente per il controllo della risposta sismica di edifici nuovi ed esistenti costituito da 4 componenti base, opportunamente assemblati in un “sistema di controllo attivo della risposta sismica”, secondo norma ISO3010:2017 che ne permette l’applicazione a livello nazionale ed internazionale. I quattro elementi sono:

• masse inerziali che generano le forze di controllo, muovendosi su assi inerziali che permettono il collegamento diretto con la struttura;
• sensori accelerometrici analogici a basso rumore elettrico, necessari al controllo della risposta sismica durante il terremoto;
• computer centrale che acquisisce i dati e li elabora in tempo reale tramite algoritmi di controllo;
• batterie per permettere il funzionamento di tutto il sistema anche in mancanza di corrente elettrica.

Le macchine vengono installate, insieme ai sensori accelerometrici sulla struttura e collegati all’unità di controllo centrale, che coordina e controlla l’intero sistema.

Lo scopo del sistema è quello di “contrastare” il movimento dell’edificio sul quale è installato durante l’evento sismico, riducendo le ampiezze di oscillazione della costruzione e di conseguenza gli sforzi applicati sugli elementi strutturali. Questo avviene grazie alla generazione di forze da parte di ogni macchina nella propria direzione di installazione e con ampiezze determinate dall’algoritmo di controllo implementato sul computer centrale, che misura le accelerazioni dell’edificio nei punti di installazione dei sensori, e di conseguenza calcola le forze da generare nei diversi punti di installazione delle macchine. Il sistema richiede di essere collegato alla rete elettrica solo per il funzionamento dei mantenitori di carica delle batterie che permettono a macchine e comandi di funzionare anche in mancanza di corrente elettrica.

Per il controllo della macchina si utilizza una legge di controllo Sky-Hook. La forza di controllo di ciascuna macchina è definita grazie a questo algoritmo come:

•  è la velocità del punto di misura posizionato in corrispondenza della macchina lungo la direzione di applicazione della forza;
• è la velocità del piano terra della struttura in corrispondenza di un punto verticalmente allineato con la macchina, sempre nella direzione di applicazione della forza della macchina stessa;
•  è il gain o guadagno impostato sulla macchina. Il guadagno  definisce la costante di proporzionalità diretta tra la velocità relativa tetto-terreno e la forza di controllo applicata. Il segno negativo garantisce che la macchina generi una forza che vada a “contrastare” la dinamica della struttura e che abbia sempre un comportamento dissipativo: infatti, la macchina agisce idealmente come un elemento viscoso posto tra la base e la sommità dell’edificio. L’unità di misura del guadagno è (kNs)/m.

Nel prossimo articolo ci concentreremo maggiormente sui parametri principali di un AMD da tenere in considerazione durante la progettazione di un retrofit sismico. Si osserva che, in questo spazio si pone l’accento sulla protezione sismica ma molti degli aspetti relativi agli AMD valgono più in generale per vibrazioni indotte da qualsivoglia forzante.

BIBLIOGRAFIA

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