Discussioni finali per le torrette smorzanti

Si può osservare che è possibile ottenere ottimi risultati modificando il valore del fattore di smorzamento ai diversi livelli dell’edificio e il sistema proposto risulta particolarmente efficiente per la sua elevata versatilità e flessibilità di utilizzo. È possibile riuscire ad ottenere, modificando opportunamente le caratteristiche dei damper, distribuzioni pressappoco costanti del momento flettente massimo ai diversi livelli della pilastrata, e gli spostamenti massimi ottenuti a quota impalcato risultano prossimi a quelli del modello con fattore di smorzamento C = 250 kN·s/m.

Questo permette di considerare la possibilità di variare le caratteristiche degli smorzatori lungo l'altezza al fine di migliorare le prestazioni della costruzione originale senza aumentare il costo dell'intero sistema di smorzamento.

Dato che gli smorzatori sismici che riescono dissipare energia lavorando sulla velocità relativa dei due punti agli estremi del dispositivo, è anche importante conoscere l’entità dei loro spostamenti. Per il particolare sistema adottato, gli spostamenti degli estremi dei damper e quindi il loro allungamento/accorciamento è direttamente legato tramite al fattore di amplificazione FA al drift d’interpiano. Per questo motivo, in Figura 50 si riporta il valore del drift d’interpiano a ogni livello dell’edificio per i diversi valori del coefficiente di smorzamento C e per il modello con smorzamento variabile.

Per ottimizzare la risposta sismica dell’edificio è importante che gli spostamenti relativi d’interpiano siano contenuti entro determinati limiti poiché le caratteristiche di sollecitazioni che nascono sono direttamente correlate agli spostamenti. È importante che il drift relativo d’interpiano assuma valori simili ai diversi livelli dell’edificio in modo tale da avere una distribuzione di sollecitazioni simile negli elementi resistenti dell’edificio potendo così sfruttare nel miglior modo le capacità di resistenza della struttura di partenza.

Figura 50 Spostamento relativo d’interpiano in funzione del fattore di smorzamento per il modello M_1B e per il modello M_1B ottimizzato.

Si può osservare che solamente nel caso di C = 250 kN·s/m e nel caso di C variabile è possibile ottenere valori simili di drift d’interpiano. Ciò conferma ancora una volta l’efficacia del sistema proposto.

utilizzo in edifici pubblici come scuole, biblioteche o ospedali. La possibilità di intervenire all’esterno degli edifici rappresenta un’ottima soluzione per abbattere i costi riguardanti l’interruzione delle attività svolte all’interno dell’opera oggetto d’intervento. Inoltre, spesso l’installazione di sistemi di adeguamento all’interno degli edifici comporta lo smantellamento di porzioni di pareti e/o solai e le lavorazioni necessitano di tempi relativamente lunghi.

Sicuramente non è possibile affermare che intervenire all’esterno degli edifici risulti sempre una soluzione esteticamente valida, ma tramite dei semplici accorgimenti è possibile rendere meno pesante l’impatto visivo, anzi forse dando un carattere di “modernità” all’edificio esistente.

Tali interventi prevedono l’installazione di telai in acciaio in cui sono inseriti dei dispositivi passivi di dissipazione energetica. In letteratura sono già presenti esempi applicativi di strutture esterne in grado di assorbire l’azione sismica, ma si tratta di torri rigide piuttosto ingombranti. Queste torri sono libere di ruotare rigidamente poiché sono vincolate a terra con un supporto di tipo sferico e alla loro base è presente un sistema di leve in grado di amplificare gli spostamenti legati alla rotazione della torre. La dissipazione di energia avviene grazie l’utilizzo di smorzatori posti proprio in corrispondenza delle leve alla base.

Lo studio qui effettuato ha come obiettivo quello di ridurre gli ingombri legati a questi sistemi migliorandone l’efficacia. Affinché sia possibile raggiungere un tale traguardo è necessario intervenire modificando del tutto lo schema di funzionamento rispetto alle soluzioni esistenti. L’idea è di adottare un sistema in grado di agire direttamente sulla risposta sismica del singolo piano dell’edificio esistente. Innanzitutto è stata progettata la cella elementare (riportata in Figura 29): si tratta di un modulo ripetitivo di elementi in acciaio incernierati tra loro. Per la particolare geometria, ogni cella elementare possiede un grado di labilità e permette di amplificare il drift d’interpiano della struttura originaria tramite un sistema di leve, cui è collegato il dispositivo di dissipazione energetica. A seconda dell’ingombro scelto è possibile ottenere un diverso fattore di amplificazione FA che rappresenta il rapporto tra l’escursione del damper e il drif d’interpiano. Per valutare e capire i benefici in termini di dissipazione energetica sono state analizzate e messe a confronto due differenti celle elementari (come riportato al paragrafo 1.2.5.1):

- cella elementare del modello M_1A: base d’ingombro b = 1.5 m, cui corrisponde un fattore di amplificazione FA = 3.4;

- cella elementare del modello M_1B: base d’ingombro b = 2.0 m, cui corrisponde un fattore di amplificazione FA = 6.2.

Sono state svolte le analisi alla Time History considerando l’input sismico dell’accelerogramma naturale (componente Nord-Sud di Figura 13) registrato nella zona di Mirandola (MO) nel maggio 2012 e sono state svolte analisi di sensitività variando il coefficiente di smorzamento C dei damper per valutare la dipendenza da questo parametro.

È stato studiato il telaio tipo di un edificio in c.a. a pianta regolare di tre piani (indicato come modello M_0) e sono state effettuate le analisi confrontando diverse possibili soluzioni per individuare la più performante nei confronti delle azioni sismiche. Lo scopo di questa trattazione non è tanto quello di soddisfare determinati requisiti raggiungendo specifici valori di spostamenti e sollecitazione nell’edificio di partenza, ma quelo di verificare, in un esempio rappresentivo, come l’utilizzo di diverse soluzioni sia in grado di migliorare la risposta sismica della struttura, individuando la più efficace.

Dal confronto tra il modello M_1A e modello M_1B è emerso come l’efficacia della soluzione proposta, a parità di coefficiente di smorzamento C, dipende fortemente dal fattore di amplificazione FA. Maggiore è il fattore di amplificazione e maggiori sono i benefici in termini di sollecitazioni massime e spostamenti nell’edificio esistente. Per tale motivo, il modello M_1B è il più adatto nei riguardi dell’adeguamento sismico degli edifici nonostante abbia un ingombro maggiore rispetto al modello M_1A.

Successivamente, nel paragrafo 1.2.5.2, sono stati confrontati i risultati del modello proposto con le soluzioni attualmente esistenti e con altre possibili soluzioni (introdotte al paragrafo 1.2.3.2). Ancora una volta, a parità di fattore di smorzamento, il modello proposto si conferma come la soluzione più efficiente.

Utilizzando un fattore di smorzamento C = 250 kN·s/m è possibile addirittura dimezzare il momento flettente massimo nei pilastri dell’edificio, ottenendo una riduzione significativa degli spostamenti massimi a quota impalcato.

Differentemente dalle soluzioni attualmente esistenti, data l’elevata versatilità del sistema proposto, è anche possibile modulare la risposta ai diversi livelli dell’edificio. L’idea è quella di ottimizzare le risorse di resistenza della struttura esistente. Per far ciò occorre che la distribuzione delle sollecitazioni massime negli elementi resistenti dell’edificio sia pressappoco la stessa. Nel paragrafo 1.2.5.3 sono stati utilizzati per il modello proposto differenti valori di coefficiente di smorzamento C ai diversi livelli della torretta e i risultati ottenuti sono pienamente soddisfacenti.

Gli elementi che compongono la torretta del sistema proposto sono maggiormente sollecitati rispetto alle altre soluzioni. Tuttavia, l’obiettivo principale rimane quello di ridurre le sollecitazioni della struttura esistente ovviamente a scapito del sistema utilizzato. Anche se le sollecitazioni negli elementi della torretta assumono valori elevati, questi saranno poi dimensionati in base alle sollecitazioni di progetto.