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Dispositivi antisismici

Dispositivi antisismici: cosa sono, tipologie e vantaggi

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I dispositivi antisismici servono a migliorare la risposta sismica di strutture nuove o esistenti. Tipologie, applicazioni e vantaggi

Lo scopo principale della progettazione strutturale è sicuramente la sicurezza sismica delle opere, soprattutto se quest’ultime sorgono in zone ad elevato rischio.

I dispositivi antisismici giocano un ruolo cruciale nella mitigazione del rischio sismico, poiché offrono un’ulteriore protezione alle strutture durante un terremoto assorbendo, dissipando o deviando l’energia sismica in modo da ridurre l’ampiezza delle sollecitazioni trasmesse alla struttura.

Vediamo allora insieme quante e quali tipologie di dispositivi di protezione sismica esistono!

Cosa sono i dispositivi antisismici e quali vantaggi offrono

I dispositivi antisismici sono componenti o sistemi progettati per ridurre gli effetti di un terremoto su edifici, ponti e altre strutture. Questi dispositivi sfruttano principi ingegneristici per assorbire, dissipare o deviare l’energia sismica, riducendo così le sollecitazioni trasmesse alla struttura e migliorandone la resistenza agli eventi sismici (duttilità strutturale).

Esistono 3 principali tipologie di dispositivi antisismici (isolatori sismici, dissipatori sismici, dispositivi di vincolo temporaneo) ognuna con caratteristiche e meccanismi di funzionamento specifici.

I dispositivi antisismici offrono una serie di vantaggi significativi che contribuiscono a migliorare la sicurezza e la resilienza delle strutture durante un terremoto. Esaminiamo più da vicino questi vantaggi:

  • miglioramento della sicurezza strutturale: il vantaggio più evidente dei dispositivi antisismici è il miglioramento della sicurezza strutturale. Questi dispositivi sono progettati per assorbire e dissipare l’energia sismica, riducendo così l’ampiezza delle sollecitazioni trasmesse alla struttura. Ciò riduce il rischio di danni strutturali e il crollo dell’edificio, garantendo la sicurezza degli occupanti;
  • riduzione dei danneggiamenti: utilizzando dispositivi antisismici, è possibile ridurre significativamente i danni alle strutture durante un terremoto. Questo significa che gli edifici sono in grado di sopportare meglio le forze sismiche senza subire danni strutturali irreparabili. Ciò si traduce in minori costi di riparazione e tempi di inattività post-sismica;
  • continuità operativa: le strutture dotate di dispositivi antisismici hanno maggiori probabilità di mantenere la loro funzionalità durante e dopo un terremoto. Questo è particolarmente importante per le infrastrutture critiche come ospedali, centri di trasporto e impianti industriali, che devono rimanere operativi anche in situazioni di emergenza;
  • prolungamento della vita utile delle strutture: l’uso di dispositivi antisismici contribuisce a prolungare la vita utile delle strutture, riducendo l’usura e il deterioramento causati dai terremoti. Ciò significa che le strutture possono mantenere le loro prestazioni nel tempo, riducendo la necessità di costose riparazioni e ristrutturazioni.

Quali sono i principali dispositivi di protezione sismica?

I dispositivi di protezione antisismica sono sistemi tecnologici il cui obiettivo è quello di potenziare la risposta sismica di un edificio di nuova costruzione oppure di migliorarla o adeguarla nel caso si trattasse di un’opera esistente.

Le differenti tecniche di isolamento sismico condividono il principio fondamentale su cui si basano che è quello di introdurre una discontinuità lungo lo sviluppo verticale della struttura. Introdurre una discontinuità nella struttura consente di separarla in diverse “sezioni” e diminuire così la trasmissione delle azioni sismiche lungo il suo sviluppo verticale.

Le tecniche di protezione sismica si distinguono in:

  • tecniche a controllo passivo: i dispositivi basati su questa tecnica vengono installati alla base della struttura – tra le fondazioni e la sovrastruttura – permettendo di disaccoppiare la sovrastruttura dell’edificio dal moto del terreno e riducendo la trasmissione dell’energia sismica;
  • tecniche a controllo attivo: in questo caso il controllo attivo è garantito da dispositivi elettricamente controllati che si attivano in caso di sisma di intensità superiore ad una certa soglia. Attivandosi applicano alla struttura delle forze sismiche “dinamiche” di segno opposto a quelle del sisma, contrastando e minimizzando così le oscillazioni;
  • tecniche a controllo ibrido (o misto): combina il controllo attivo a quello passivo in base alle necessità progettuali.

La differenza tra i dispositivi sismici passivi e quelli attivi?

Nel paragrafo precedente abbiamo introdotto i tre macrogruppi in cui si suddividono le tecniche di protezione sismica. Vediamo adesso più nel dettaglio in cosa si distinguono i dispositivi sismici passivi da quelli attivi e alcuni esempi concreti di entrambe le categorie.

I dispositivi sismici attivi sono tecnologie smart che reagiscono al sisma attivandosi solo in caso di scosse al disopra di una determinata soglia. Questi dispositivi sviluppano una forza modulata in base alle accelerazioni, contrastando e minimizzando le oscillazioni. La caratteristica principale di questi dispostivi, che li differenzia dai dispositivi a controllo passivo, è che presentano ridotti costi di installazione e manutenzione in primis perché non richiedono interventi invasivi per essere installati sull’edificio. Alcuni di essi vengono ad esempio installati sulla copertura dell’edificio ed effettuano un controllo automatico e periodico delle proprie performance.

I dispositivi sismici passivi invece disaccoppiano la sovrastruttura dell’edificio dal moto del terreno, riducendo la trasmissione dell’energia sismica. All’interno dei dispositivi sismici a controllo passivo si individuano altre due macrocategorie:

  1. isolatori sismici: vengono applicati alla base della struttura, sono caratterizzati da un’elevata rigidezza verticale e da una limitata rigidezza orizzontale. Una struttura isolata sismicamente risulta più flessibile e di conseguenza il periodo proprio della struttura trasla verso valori più elevati. Le principali tipologie di isolatori sismici sono:
    • isolatori elastomerici;
    • isolatori a scorrimento, inclusi quelli a pendolo scorrevole.
      Esempio di struttura isolata

      Esempio di struttura isolata con isolatori elastomerici |EdiLus

  2. dissipatori sismici: hanno il compito di dissipare l’energia sismica assorbita. All’interno di questa categoria troviamo varie tipologie (viscosi, isteretici e a massa accordata);
  3. dispositivi di vincolo temporaneo (a fusibile o di tipo dinamico): questi dispositivi sono utilizzati per obbligare i movimenti in uno o più direzioni secondo modalità differenziate a seconda del tipo e dell’entità dell’azione. Entrano in funzione e cessano di agire al presentarsi e all’interrompersi di terremoti.

I dispositivi sismici passivi e la modellazione di strutture isolate sismicamente

Durante la progettazione di strutture nuove con dispositivi sismici passivi, è essenziale tenere conto di diversi fattori critici al fine di garantire l’efficacia e la sicurezza dell’intero sistema. Di seguito sono elencate alcune considerazioni fondamentali da prendere in considerazione:

  • tipologia e caratteristiche dei dispositivi sismici: la scelta della tipologia dipende dalle caratteristiche specifiche della struttura, inclusa la sua forma, la massa, l’altezza e la localizzazione geografica;
  • integrazione con altri elementi strutturali: i dispositivi sismici devono essere integrati in modo armonioso con gli altri elementi strutturali della costruzione, come le travi, le colonne e le fondazioni. È importante considerare gli effetti della presenza dei dispositivi sismici sulla risposta globale della struttura agli eventi sismici e assicurarsi che non vi siano interferenze con altri componenti strutturali;
  • analisi e verifica strutturale: è fondamentale condurre un’attenta analisi strutturale per valutare l’impatto del sistema di dissipazione sismica sull’intera struttura. Sono necessarie verifiche approfondite per garantire che la presenza dei dispositivi sismici non comprometta l’integrità strutturale o la capacità portante della costruzione.

La progettazione di strutture richiede un’approfondita comprensione delle dinamiche sismiche, delle tecnologie di dissipazione dell’energia e delle normative di settore. È fondamentale adottare un approccio integrato che tenga conto di tutti i fattori sopra menzionati al fine di garantire la massima efficacia e sicurezza del sistema di dissipazione sismica.

Puoi approfondire di seguito guardando il video esempio di modellazione di un edificio isolato sismicamente con isolatori elastomerici.

La progettazione strutturale è ovviamente delicatissima e richiede grosse responsabilità e conoscenze, soprattutto quando avviene in zone ad elevato rischio sismico. La progettazione sismica richiede, infatti, prima di tutto, la salvaguardia della vita umana e poi per alcune costruzioni strategiche come ospedali o edifici destinati alla protezione civile, è necessario non solo che garantiscano l’evacuazione delle persone ma anche che rimangano operative immediatamente dopo il sisma.

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Edilus

 

Edilus

 

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