Dissipatori sismici: cosa sono e come funzionano

A cura di Giovanni Ferrarella 

Principio fondamentale delle tecniche di isolamento sismico è quello di introdurre, lungo lo sviluppo verticale di una determinata struttura, una discontinuità. Questo consente di separare in diverse ‘’sezioni’’ l’intera struttura, in modo da diminuire la trasmissione delle azioni sismiche lungo lo sviluppo verticale della struttura stessa. Benché questi dispositivi siano in parte ancora poco conosciuti, essi furono applicati ad una struttura per la prima volta nel 1985 negli Stati Uniti d’America.

Le tecniche di protezione sismica possono riassumersi in tre principali macrogruppi:

• Tecniche a controllo passivo
• Tecniche a controllo attivo
• Tecniche a controllo ibrido (o misto)

Il controllo attivo, è garantito da dispositivi, elettronicamente controllati, che si attivano in occasione di un sisma di intensità superiore ad una certa soglia, così da applicare alla struttura delle forze ‘’dinamiche’’ di segno opposto a quelle imposte dall’azione sismica.

Il controllo passivo riguarda l’isolamento sismico e la  dissipazione di energia. Il termine passivo evidenzia il fatto che queste determinate tecniche riducono la risposta sismica della struttura subendo il sisma in maniera passiva. Questi dispositivi di isolamento sismico, appartenenti alla categoria di controllo passivo, vengono interposti tra la struttura di fondazione e la sovrastruttura, consentendo un disaccoppiamento tra il moto della struttura di fondazione e il moto della struttura in elevazione, in modo tale da ridurre la trasmissione dell’energia del sisma. Questi isolatori sono caratterizzati da un’elevata rigidezza assiale e da un’elevata flessibilità.

I dissipatori sono dei sistemi che assorbono (dissipano) buona parte dell’energia che il sisma trasmette alla struttura. Questi trovano applicazione laddove siano possibili spostamenti, seppur minimi, tra due elementi strutturali durante una sollecitazione di carattere dinamico. È chiaro che il numero di dissipatori da inserire in una struttura dipende fondamentalmente dall’entità dei carichi verticali.

I dissipatori a fluido viscoso sono costituiti da un pistone in acciaio inossidabile, all’interno di un cilindro a tenuta stagna, pieno di un fluido altamente viscoso (ad esempio olii siliconici). Questo tipo di dissipatori hanno riscontrato, nell’ultimo decennio, un netto incremento riguardo la loro introduzione in strutture civili al fine di ridurre l’effetto delle azioni indotte dai terremoti.

Ulteriore vantaggio di questi dissipatori è dovuto al fatto che non richiedono alcuna manutenzione, garantendo le loro prestazioni anche dopo diversi cicli di sollecitazione.  Dal punto di vista analitico, il modello meccanico usualmente utilizzato per la modellazione dei dissipatori a fluido viscoso è il modello di Maxwell, composto da un elemento elastico posto in serie ad un elemento dissipativo.

I dissipatori ad attrito (o frizione), sono costituiti da due corpi soliti che scorrono l’uno sull’altro con un attrito che permette di ‘’frenare’’ gli spostamenti della struttura.

Gli smorzatori visco-elastici, sono formati da una struttura caratterizzata da piatti in acciaio inossidabile a cui si contrappongono degli strati di materiale viscoelastico (essenziamente di tipo polimerico). I movimenti relativi dei piatti in acciaio inox producono una deformazione da taglio sul materiale visco-elastico con conseguente dissipazione di energia. L’altezza degli smorzatori è commisurata al numero di strati polimerici necessari a garantire gli spostamenti orizzontali massimi. Ci sono in fine i dispositivi in lega a memoria di forma  formati da leghe di acciaio-titanio-nichel, che garantiscono una resistenza notevole alla corrosione.

I terremoti che, di recente, hanno colpito lo Stato Italiano, hanno fortemente sensibilizzato l’opinione pubblica sul reale rischio sismico. In parte, hanno permesso di sapere anche ai non addetti ai lavori, che esistono una serie di tecniche di protezione e prevenzione sismica. Questo fa si che cominciano a far parte del vocabolario di ogni giorno termini come ‘’dissipatore’’ o ‘’smorzatore’’ sismico. A questo dovrebbe aggiungersi, però, una cultura della prevenzione indotta da politiche mirate, da una serie di informazioni che consentano di apprezzare meglio le capacità di questi strumenti e, perché no, una serie di incentivi per l’adeguamento sismico del costruito e un maggiore controllo per le nuove costruzioni.