Ristrutturazione antisismica: I-Pro 1 il sistema che installato sul tetto degli edifici li protegge dal terremoto

I-Pro 1 è il primo sistema attivo e intelligente per la protezione sismica degli edifici esistenti. 

L’innovativa tecnologia, sviluppata da ISAAC, si compone di macchine installate sulla copertura del fabbricato e di sensori posizionati sull’involucro. La tecnologia ne registra i movimenti e contrasta in autonomia le forze del terremoto, evitando danni alla struttura o collassi.

Per conoscere meglio il funzionamento di I-Pro 1 e gli ambiti applicativi, Ingenio ha intervistato Fabio Menardo, responsabile dell’area Strutture di Isaac, startup che dal 2018 è specializzata nella progettazione di sistemi a controllo attivo per la protezione sismica degli edifici esistenti.

Che cos’è I-Pro 1

Ing. Menardo, che tipo di tecnologia è I-Pro 1 e come funziona?

«I-Pro 1 è un sistema a controllo attivo della risposta sismica degli edifici ed è il primo distribuito in Europa. Si tratta di uno smorzatore di massa che viene posto sopra il piano di copertura dei fabbricati e serve per ridurne le oscillazioni in caso di sisma. A differenza di uno smorzatore passivo, I-Pro 1 è a controllo attivo. Praticamente vengono installati dei sensori su degli elementi strutturali prestabiliti che registrano sia l'accelerazione del terremoto sia gli spostamenti, la velocità e le accelerazioni dei nodi della struttura. C’è poi un computer centrale in cui è implementato un algoritmo di controllo che legge in input tali dati, li elabora e permette la generazione di forze mandandole in output alle macchine che sono installate sul tetto degli edifici. I macchinari poi esercitano le forze attive per contrastare l’azione del terremoto».

Quanto sono grandi queste macchine?

«Si tratta di macchine di quattro metri per un metro e mezzo in pianta, alte circa un metro e 20 centimentri. Nel piano di copertura, oltre alla macchina vera e propria, vi sono dei dispositivi accessori come la centralina di ricarica dell’olio, il computer in cui c’è l’algoritmo di controllo e poi vi sono i sensori dislocati sull’edificio».

Gli ambiti applicativi di I-Pro 1

Su che tipo di struttura può essere applicato I-Pro 1? Ci sono casi in cui non è possibile utilizzarlo?

«Considerato che le forze esercitate dalle macchine hanno una significativa intensità, proprio per contrastare quelle generate dal terremoto, occorre che l’edificio sia in grado di sostenerle. Se prendiamo in considerazione strutture intelaiate come quelle in calcestruzzo armato o in acciaio, non si ha alcun tipo di problema, se invece si tratta di una struttura in muratura le forze che andrebbero a investire i maschi murari potrebbero minarne la stabilità. Quindi, a oggi, questa tecnologia non può essere applicata alle strutture in muratura».

La calibrazione del sistema per la sicurezza antisismica degli edifici 

Come avviene la calibrazione del sistema? Viene calibrato per un terremoto di intensità massima?

«Vi è una prima fase in cui si fa uno studio di fattibilità andando a recuperare la documentazione progettuale, le piante, le sezioni della struttura e le dimensioni degli elementi strutturali. Una volta reperita la documentazione necessaria si costruisce un modello a elementi finiti con un software FEM e si estrapolano, a esempio, le frequenze proprie, le forme modali e le masse nei nodi. Il modello in sostanza fornisce le indicazioni su quante macchine installare e dove posizionarle, iniziando a vedere un primo miglioramento dell’edificio. Poi vi è una seconda fase più esecutiva in cui lo studio di progettazione strutturale compie delle prove sul calcestruzzo e sull’acciaio per la caratterizzazione meccanica. Allo stesso tempo, noi portiamo avanti un’identificazione dinamica sul campo, cioè andiamo a studiare la dinamica della struttura in situ. Una volta ottenuti questi dati, l’obiettivo è quello di calibrare il modello precedente affinché si sposi bene con quello misurato sul campo. A questo punto la struttura è praticamente modellata come quella reale e vengono inseriti dei parametri un po’ più complicati: si modellano le tamponature, s’introduce il comportamento non lineare dei materiali e attraverso un software di co-simulazione sviluppato dal nostro team, s’interfaccia il software FEM dell’edificio, l’output del processo ci consente di definire il numero di macchine da installare per raggiungere la prestazione di miglioramento sismico desiderata dal cliente. In fase conclusiva Isaac fornisce lo storico delle forze di controllo allo studio di progettazione così che possa essere inserito nei loro modelli strutturali».

Ci sono le potenzialità affinché in futuro questa tecnologia possa essere utilizzata anche per migliorare la sicurezza strutturale dei ponti?

«Al momento il target sono gli edifici di medie e grandi dimensioni, ma il nostro team di ricerca e sviluppo sta studiando la possibilità di estendere la tecnologia anche ad altri campi. In futuro I-Pro 1 potrebbe essere applicato anche alle infrastrutture».

I vantaggi di I-Pro 1

Quali sono le differenze tra I-Pro 1 e le altre tecnologie?

«La prima differenza è la non invasività, in quanto le macchine, i dispositivi e gli accessori vengono portati in cantiere e montati sulla copertura dell’edificio. Se pensiamo ad altre soluzioni, come ad esempio il rinforzo dei pilastri, l’inserimento di controventi dissipativi o l’isolamento alla base, sono tutte tecnologie molto più invasive. Il rinforzo di un pilastro all’interno di un’abitazione richiede che si lavori all’interno degli ambienti con il rischio di creare disagi di diversa natura. Oppure pensiamo all’isolamento sismico alla base che in alcuni casi potrebbe portare all’evacuazione dell’edificio. Invece la nostra tecnologia prevede che le macchine vengano installate sul tetto degli edifici: l’intervento non solo non è invasivo, ma ha anche tempistiche e operazioni di montaggio molto precise. Oltretutto l’installazione dei sensori sulle pareti dell’edificio permette di monitorare la struttura 24 ore su 24 e consente di rilevare eventuali comportamenti anomali lanciando segnali di allarme. Questa è sicuramente un’altra peculiarità che differenzia la tecnologia messa a punto da Isaac dagli interventi di rinforzo tradizionali».

Secondo quali normative è certificato il prodotto?

«Il sistema è applicabile secondo normativa ISO 3010 come Active Mass Damper. Si tratta di una normativa internazionale di comprovata validità ed è riconosciuta dalla Normative Tecniche per le Costruzioni del 2018 (capitolo 12). Il sistema I-Pro 1 può essere commercializzato nello spazio economico europeo perché marcato CE, secondo Direttiva macchine. Inoltre, per garantire la massima sicurezza sull’utilizzo, sono state adottate normative quali la EN 61508 che definisce il parametro Safety Integrity Level (SIL) che riguarda il sistema nella sua totalità».

Come si fa ad adottare la tecnologia per il miglioramento sismico di un edificio esistente?

«Come accennato prima, allo studio di progettazione che ci richiede l’intervento, chiediamo la documentazione per costruire un primo modello a elementi finiti. Da questo punto in poi, il lavoro procede gomito a gomito fra Isaac e lo studio di progettazione, nel senso che c’è un’interazione interna ed esterna costante perché alla fine è lo studio di progettazione che deve installare le macchine nell’edificio. ISAAC sta già sviluppando dei tools applicativi che in futuro consentiranno direttamente al progettista strutturale di inserire a I-PRO 1 all’interno dei progetti».

Come avviene l’installazione del dispositivo sul tetto degli edifici 

Con I-Pro 1, come cambia la gestione del cantiere? Può spiegarci esattamente come avviene l’installazione?

«La tecnologia viene montata sul piano di copertura degli edifici e, una volta collaudate, le macchine sono pronte per l’installazione. Prima però è necessario montare dei profilati metallici sui quali installarle, perché le forze generate dalle macchine devono essere scaricate su punti strutturali prestabiliti, solitamente pilastri o setti in calcestruzzo armato. I profili permettono una distribuzione del carico verticale, anche perché la macchina ha un peso di 4 tonnellate quando è statica. Una volta collocati i profili si installano le macchine e le componenti aggiuntive. Preventivamente si devono posizionare i sensori accelerometrici sui nodi strutturali dell’edificio e realizzare anche il sistema di cablaggio».

Quanto tempo richiede l’installazione? Le dimensioni delle macchine cambiano a seconda dell’edificio?

«Dipende dalla gestione del cantiere, l’intervento cambia da caso a caso, ma in generale, l’installazione delle macchine, la cui grandezza è standard, è molto veloce, all’incirca poche settimane. A variare è il numero delle macchine da collocare e la loro disposizione». 

Il sistema è un tecnologia smart che si avvale dell'ausilio di sensori posizionati sull'edificio. Se in caso di sisma viene a mancare la corrente elettrica, entra in funzione ugualmente? 

«Certo, ci sono delle batterie navali che permettono il funzionamento della centralina idraulica che serve a far funzionare sempre e comunque la macchina, poi c’è un gruppo di continuità che fornisce energia elettrica per circa 24 ore. In ogni caso, dopo una scossa di terremoto, la macchina è pronta a entrare nuovamente in funzione dopo poco meno due minuti».

Il sistema deve essere installato sull'ultimo piano dell'edificio. È possibile anche nel caso di immobili con tetti spioventi?

«Se l’edificio ha il tetto spiovente, I-PRO 1 può essere posizionato nel sottotetto piano, senza perdere l’efficacia garantita dal sistema. A esempio, lo stiamo facendo per un condominio a Milano».

Lo state già applicando in alcuni edifici?

«La domanda è stata tanta in questi mesi e diversi studi di ingegneria si sono interessati al sistema. Abbiamo fatto numerosi studi di fattibilità e siamo in procinto di chiudere contratti per l’installazione su diversi condomini a Milano. Abbiamo testato I-Pro 1 in condizioni reali su un edificio in cemento armato di tre piani costruito presso i laboratori EUCENTRE in cui abbiamo dimostrato il funzionamento della tecnologia e verificato tutti gli aspetti legati all’applicazione del sistema, infatti abbiamo fatto una serie di prove di laboratorio su tavola vibrante simulando condizioni reali e dimostrandone l’efficacia».

Guarda i video della campagna sperimentale per testare I-PRO 1

La manutenzione di I-Pro 1

È una tecnologia che richiede manutenzione?

«Sicuramente, c’è una manutenzione ordinaria che prevede che una parte di sensoristica venga sostituita in base a quelli che si chiamano MTTF, ossia Mean Time to Failure, che indicano ogni quanto le componenti vanno sostituite. Poi ci sono delle verifiche periodiche che servono per testare l’integrità del sistema. In ogni caso i sistemi sono continuamente monitorati da remoto e poi ogni macchina esegue un self-check, ossia un controllo autonomo tramite il quale la macchina verifica che ogni componente sia sempre correttamente funzionante e per permettere anche il ricircolo dell’olio».

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