Ridurre la vulnerabilità sismica attraverso la dissipazione

Introduzione
Nella progettazione antisismica si tende a realizzare costruzioni in grado di subire danni via via più consistenti al crescere dell’intensità sismica, ovvero al ridursi della probabilità di superamento dell’azione di riferimento, conservando in ogni caso una ragionevole distanza dal collasso strutturale. Perché ciò sia possibile è necessario che le strutture siano in grado di mantenere un comportamento stabile in campo inelastico, evitando dunque meccanismi globali instabili o rotture locali di tipo fragile. Le strutture dotate di queste caratteristiche si dicono “duttili”, ovvero capaci di dissipare, attraverso il danneggiamento strutturale, parte dell’energia trasmessa dal terremoto. La risposta della struttura, in termini di accelerazioni, velocità e spostamenti, è il frutto di un bilancio energetico: l’energia sismica in ingresso viene in parte dissipata attraverso il danneggiamento strutturale e in parte si traduce in energia cinetica ed energia di richiamo elastico. Ne consegue che l’azione di progetto dipende dal livello di duttilità, e quindi dalla capacità dissipativa, che si “attribuisce” alla struttura da realizzare. Tale scelta non è, tuttavia, arbitraria, in quanto è strettamente connessa alle caratteristiche geometriche e tipologiche della struttura stessa ed è in genere guidata dalle norme, attraverso il fattore di comportamento. I criteri di progetto definiti dalle norme mirano ad assicurare i livelli di duttilità prescelti.
Nel caso delle costruzioni esistenti, si ha a che fare, spesso, con costruzioni progettate considerando i soli carichi gravitazionali.
Queste costruzioni presentano in genere lacune progettuali e costruttive, che non garantiscono un’adeguata duttilità, non essendo concepite in modo da scongiurare meccanismi fragili o globalmente instabili e da coinvolgere nella dissipazione di energia il maggior numero possibile di elementi.
Una struttura soggetta a una storia di accelerazioni manifesta una risposta che dipende dalle proprie caratteristiche geometriche, di massa e di rigidezza. Pertanto, il danneggiamento strutturale, a cui si associa una progressiva riduzione di rigidezza e un progressivo incremento della dissipazione di energia, comporta una risposta modificata rispetto a quella che avrebbe la stessa struttura mantenendosi elastica; in particolare, ciò si traduce in un incremento di spostamenti (effetto negativo) e in una riduzione di accelerazioni (effetto positivo).
La vulnerabilità sismica delle costruzioni esistenti deve essere valutata in relazione al livello di azione sismica che si considera e alla relativa probabilità di superamento, non solo in condizioni ultime (in genere determinate da rotture fragili, da una domanda eccessiva di deformazioni, incompatibile con la capacità dei materiali, o da eccesso di spostamenti, incompatibili con la funzione primaria di sostenere i carichi verticali), ma anche in relazione al livello di danno e alle conseguenti perdite di carattere economico. Anche nell’ottica della scelta degli interventi è essenziale la valutazione delle perdite attese nell’arco della vita futura della costruzione. Tali perdite forniscono una misura quantitativa del rischio sismico. La vulnerabilità, insieme alla pericolosità sismica (caratteristica del sito) e all’esposizione (misura della quantità di beni e servizi) è una delle tre grandezze di base che definiscono il rischio sismico e, fra le tre, se non si modifica l’esposizione, è quella che si può ridurre attraverso interventi specifici.
Per ridurre la vulnerabilità sismica delle costruzioni esistenti sono disponibili tecniche di intervento anche molto diverse tra loro, dal punto di vista sia applicativo sia concettuale. Oltre alle tecniche classiche, che consistono in interventi diffusi atti a incrementare la capacità degli elementi, in termini di resistenza e/o di duttilità, risultano essere particolarmente efficaci l’isolamento sismico e la dissipazione di energia. L’isolamento consiste nell’interporre tra la struttura e la fondazione dispositivi a bassa rigidezza laterale, tali da innalzare il periodo proprio, riducendo di conseguenza le accelerazioni trasmesse alla sovrastruttura (parte di struttura al di sopra del sistema di isolamento). A fronte di questo significativo abbattimento delle forze di inerzia e dunque delle sollecitazioni nella struttura in elevazione, si ha un incremento della domanda di spostamento nei dispositivi (isolatori sismici). Proprio per questo motivo, anche nel caso dell’isolamento è necessario in molti casi ricorrere alla dissipazione, sfruttando quella propria degli isolatori (elastomerici, ad attrito, ecc.) ed eventualmente quella aggiuntiva fornita da dispositivi ausiliari. In questo modo si ottiene anche un ulteriore abbattimento delle accelerazioni nella sovrastruttura.

I controventi dissipativi
Le tecniche di intervento basate sulla sola dissipazione richiedono l’introduzione nella struttura di appositi dispositivi di dissipazione. Per le strutture intelaiate, queste tecniche si associano normalmente all’introduzione, all’interno della maglia strutturale, di un sistema di controventi. In questo caso l’effetto principale è l’incremento di rigidezza della struttura con una conseguente significativa riduzione della risposta in spostamenti, a cui corrisponde, però, un incremento della risposta in accelerazioni e quindi delle forze d’inerzia. D’altra parte, per dissipare energia è necessario che venga convogliata nei dispositivi una quota parte significativa dell’energia sismica in ingresso; pertanto, la rigidezza del sistema di controventi a cui si associa la dissipazione di energia deve essere adeguata allo scopo. La progettazione di un intervento con controventi dissipativi richiede la comprensione degli aspetti concettuali e filosofici alla base di tale tecnica di intervento.

All'interno dell'ARTICOLO INTEGRALE il progetto di un sistema di Controventi dissipativi