Dissipatori metallici T-ADAS per l’adeguamento sismico di edifici

Dissipatori con piastre triangolari: maggiore rigidezza e smorzamento

Nell’articolo viene presentato un metodo speditivo di progetto di dissipatori metallici per l’adeguamento di edifici esistenti. Particolare riferimento viene fatto agli ADAS (“Added Damping and Stiffness”) con piastre triangolari, il cui acronimo evidenzia il duplice effetto da essi indotto di accrescimento della rigidezza, congiunto a quello dello smorzamento. Partendo da valutazioni di tipo energetico, la procedura proposta consente di pervenire in modo semplice agli obiettivi progettuali prefissati.

Dissipatori metallici per l’adeguamento di strutture esistenti

L’uso di dissipatori metallici per l’adeguamento di edifici esistenti con struttura a telaio in acciaio, od in calcestruzzo armato, realizzati in epoca pre-normativa sismica è consolidato ormai da tempo. Come noto, il loro comportamento è caratterizzato da un preminente effetto di irrigidimento legato all’iniziale fase elastica del materiale, seguito da una fase dissipativa la cui entità dipende dalle deformazioni plastiche subite. Quando elementi in acciaio vengono utilizzati come dispositivi di dissipazione supplementare di energia, il progettista si trova a dover controllare sia l’iniziale accrescimento delle azioni sulla struttura, indotto dall’inserimento dei controventi, sia la capacità dissipativa derivante dalla plasticizzazione del materiale costituente i dissipatori, che però dipende dagli spostamenti perseguiti.

A questo riguardo si deve osservare come tanto più rigida risulta la struttura controventata tanto più piccoli saranno gli spostamenti anelastici, con conseguente riduzione della capacità dissipativa del dispositivo.

Il controllo di entrambi gli effetti, partendo da un approccio per duttilità come quello adottato dalla maggior parte dei metodi in letteratura, porta a procedure di tipo iterativo con conseguente onere computativo non trascurabile da parte dei tecnici. Valutazioni di tipo energetico della capacità dissipativa richiesta al sistema di controventamento consentono invece alla procedura proposta di ovviare a tale problema, applicando semplici equazioni che forniscono dirette stime delle caratteristiche dei dispositivi da utilizzare. Come discusso nel seguito in riferimento al caso dei T-ADAS, dissipatori del tipo ADAS composti da piastre triangolari di cui in Figura 1-a viene mostrato un dettaglio geometrico, la progettazione si riduce ad esempio alla definizione del numero complessivo delle piastre da utilizzare.

Il metodo si basa sull’assunzione che la struttura da controventare abbia, allo stato attuale e di intervento, periodi fondamentali di vibrazione traslazionali secondo le due direzioni principali in pianta, T_X e T_Y, compresi fra i valori di T_C e T_D del corrispondente spettro di risposta per intensità dell’azione sismica con probabilità di superamento PVR del 10% nel periodo di vita di riferimento VR.

Come dimostrato nelle formule successive, T_x e T_y minori di T_C non consentono infatti ai dispositivi metallici di plasticizzarsi, operando invece preminentemente da nuclei irrigidenti.

La procedura è articolata nelle tre seguenti fasi:

1. verifica della risposta della struttura allo stato attuale e definizione delle proprietà elastiche da attribuire ai controventi;
2. dimensionamento dei dissipatori;
3. verifica della prestazione sismica della struttura con controventi dissipativi.

1- La definizione delle proprietà elastiche da attribuire ai controventi può essere effettuata partendo dall’analisi modale della struttura allo stato attuale, ricercando dai suoi esiti i primi periodi traslazionali con maggiore massa efficace attivata nelle due direzioni in pianta, X e Y. In entrambi i casi tali periodi costituiranno il dato di periodo iniziale, T_IN a cui far riferimento per il predimensionamento.

Ricordando che l’intervallo di efficienza di tali dispositivi corrisponde a quello fra T_C e T_D, pertanto a quello con valore spettrale di pseudo-velocità costante S_v, una volta stabilita la riduzione di spostamento, ΔS_D richiesta per il soddisfacimento di un dato requisito di prestazione nel passaggio dallo stato attuale allo stato d’intervento, il periodo finale della struttura controventata, T_FIN, è stimabile dalla seguente relazione:

La conoscenza di ΔT, consente di determinare la rigidezza elastica del sistema di controventamento da inserire, ΔK:

Come illustrato in Figura 2, l’irrigidimento procurato dai controventi porta ad un accrescimento del dato di pseudo-accelerazione (ΔS_A+) rispetto allo stato originario che deve essere ridotto, in relazione alle caratteristiche di resistenza delle membrature, di un valore pari a ΔS_A-,diss, generalmente diverso, spesso superiore a ΔS_A+.

In fase progettuale ad esso deve corrispondere una riduzione dell’azione globale di taglio pari a ΔV, stimabile dal prodotto di ΔS_A-,diss per la massa dell’edificio M.

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Rappresentazione, sul piano spettrale, delle grandezze coinvolte nel predimensionamento dei dispositivi.
Caso studio con la presente indagine consiste in un edificio ad uso residenziale in calcestruzzo armato costruito all’Aquila secondo la Normativa sismica del 1986.
Progetto e verifica dell'intervento.

Testo tratto da una Memoria del Congresso ASSISI