Metodi avanzati di protezione sismica: dissipazione supplementare di energia a opera di controventi dissipativi

La storia della protezione sismica delle strutture, negli ultimi decenni, ha sempre più accentrato l’at­tenzione sul raggiungimento di una performance in termini di duttilità. Normalmente tale duttilità risulta espressa come capacità di incassare deformazioni pla­stiche, quindi danno a seguito delle azioni sismiche.

Come è noto il danno è alla base della dissipazione e quindi, della riduzione della risposta in termini di accele­razione e forza di una struttura. Quando la dissipazione di energia è veicolata all’interno di particolari elementi re­alizzati ad hoc ed introdotti nella compagine strutturale si parla di dissipazione supplementare di energia, essa può essere inserita all’interno di una struttura esistente, allo scopo di proteggerla, ma può anche essere pensata come elemento sismoresistente di una struttura nuova, in aggiunta ad altri elementi tradizionali (per esempio sistemi a telaio) allo scopo di conferire un’alta capacità dissipativa, senza ricorrere al danno degli elementi strut­turali. La maggior parte dei casi la dissipazione supple­mentare avviene mediante l’introduzione di controventi dissipativi, ma spesso essa è presente anche in sistemi sismicamente isolati. Sono ormai numerose le installa­zioni di dispositivi di dissipazione supplementare di energia nel mondo, particolarmente concentrate in nord America.

Pensando all’evoluzione della protezione sismica di nuo­ve strutture, si può constatare come l’impianto norma­tivo e culturale negli anni, partendo dal conseguimento di resistenza dei singoli elementi strutturali, sia passato al concetto del conseguimento di una duttilità generale. Tale duttilità è raggiunta mediante la filosofia del “Capa­city Design”, con la quale, si perviene all’individuazione di zone a “danneggiamento controllato” nelle quali con­centrare la dissipazione, in modo da salvaguardare gli elementi strutturali principali.

Questa modalità di progettazione, tuttavia, non sempre risulta economicamente conveniente, richiedendo necessariamente interventi di riparazione dei danni pro­dotti dal sisma.

Come è noto, sfruttare la dissipazione a carico del dan­neggiamento degli elementi strutturali produce una riduzione delle forze sismiche complessive; si pensi per esempio al concetto su cui si basa il fattore di compor­tamento q. Maggiore è il fattore di comportamento, maggiore sarà la capacità dissipativa della strut­tura, minore sarà il taglio che gli elementi strutturali sono chiama­ti ad assorbire. Ma cosa succede allo spostamento generale a cui la struttura è sottoposta?

Per effetto del danneggiamento de­gli elementi sismoresistenti, la strut­tura, mentre da una parte dissipa energia, dall’altra vede diminuire la propria rigidezza, con il risultato, va­lido nella maggior parte dei casi che il taglio si riduce ma gli spostamenti al più rimangono uguali a quelli che avrebbe avuto la stessa struttura pensata per rimanere in regime ela­stico e in alcuni casi essi aumentano per effetto del danneggiamento. Di conseguenza, le forze diminuiscono ma le deformazioni no.

Le deformazioni del sistema sismo­resistente sono le principali respon­sabili del danneggiamento degli ele­menti non strutturali.

Una dissipazione supplementare, d’altra parte, riduce le forze a cui la struttura è sottoposta e interviene nel contempo anche alla riduzione delle deformazioni elastiche del si­stema, proteggendo anche gli ele­menti non strutturali ed in generale il contenuto della struttura.

Lo scopo di questo documento è quello di descrivere le procedure di modellazione e di analisi per stu­diare interventi di adeguamento, miglioramento o in generale pro­tezione sismica (anche nel caso di nuove strutture), condotti mediante dissipazione supplementare di ener­gia. [...]

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Socio di CSI Italia e coordinatore scientifico della rivista "Lo Strutturista". Esperto di metodologie avanzate di protezione sismica delle strutture.

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