L’articolo descrive il ruolo dei dispositivi dissipativi, impiegati per la protezione sismica degli edifici, in grado di ridurre i danni trasformando parte dell’energia del sisma, generalmente in calore. Vengono analizzate le principali categorie utilizzate in ambito strutturale (con riferimento alla norma EN15129): dissipatori fluido-viscosi (dipendenti dalla velocità), dispositivi isteretici e quelli ad attrito (dipendenti dallo spostamento) e i fusibili dissipativi, che combinano funzione di vincolo e dissipazione con una forza di attivazione prestabilita. Sono evidenziati i criteri di scelta in funzione della tipologia e della rigidezza della struttura, delle condizioni di esercizio e delle esigenze manutentive, con un focus sugli interventi nei prefabbricati privi di connessioni efficaci. In chiusura una tabella comparativa di sintesi per orientare nella scelta dei dispositivi in funzione della tipologia strutturale.

---

 

I dispositivi dissipativi 

Principio di funzionamento dei dissipatori sismici negli edifici

Il principio alla base del funzionamento di questi dispositivi consiste nel dissipare l’energia prodotta dalle vibrazioni sismiche: la dissipazione avviene per trasformazione dell’energia cinetica della struttura, solitamente in calore. Questo processo ha come principale effetto la riduzione dell’entità degli spostamenti della struttura e conseguentemente la riduzione del danneggiamento.

Dissipatori fluido-viscosi: funzionamento e applicazioni nelle strutture flessibili

I dispositivi a fluido viscoso sono i dispositivi di dissipazione da più tempo impiegati per la messa in sicurezza delle strutture. Si tratta di dispositivi di derivazione meccanica che hanno una larghissima diffusione, come, per esempio, gli smorzatori idraulici, che vengono montati su tutti gli autoveicoli.

Se utilizzati in edilizia offrono i massimi vantaggi nelle strutture molto flessibili, che quindi hanno già delle azioni sismiche relativamente poco elevate, presentando un periodo proprio nel ramo discendente dello spettro sismico di progetto. Per queste strutture i dispositivi viscosi hanno la prerogativa di produrre una dissipazione di energia senza modificare significativamente il periodo proprio strutturale.

La capacità di dissipazione dei dispositivi viscosi è proporzionale alle velocità; sono classificati dalla norma EN 15129 sui dispositivi antisismici, come dipendenti dalla velocità.

I Dissipatori isteretici e BRB: dissipazione per deformazione plastica

I dispositivi isteretici invece si basano sulla dissipazione di energia per deformazione plastica (snervamento) di elementi metallici. La dissipazione di energia aviene attraverso cicli di isteresi del materiale, generalmente acciaio.

Tra questi una particolare tipologia è quella dei dispositivi ad instabilità impedita, con cui si realizzano dei controventi (Buckling Restrained Braces), che presenta un nucleo di acciaio confinato all’interno di un tubo riempito di malta cementizia. Il materiale dissipativo e quello di confinamento sono separati da una superficie volta a ridurne al minimo l’attrito.

Questi dispositivi trovano impiego generalmente in controventi inseriti in strutture in cui è richiesta una significativa rigidezza iniziale.

    

Da qualche decennio sono presenti sul mercato anche dispositivi dissipativi di tipo meccanico basati sul principio dell’attrito. Il loro funzionamento è molto semplice essendo la dissipazione di energia dipendente dall’attrito tra due superfici a contatto. Possono essere lineari, per cui la dissipazione è dovuta al moto lineare delle due superfici a contatto oppure con superfici che ruotano una sull’altra, attorno ad un perno, per generare così l’attrito necessario alla dissipazione.   

   

La capacità di dissipazione sia dei dispositivi isteretici che di quelli ad attrito è legata allo spostamento e sono classificati dalla norma EN 15129 come dispositivi dipendenti dallo spostamento.

Dispositivi a fusibile dissipativo per prefabbricati e collegamenti strutturali

Differenti sono i dispositivi a fusibile dissipativo che integrano il funzionamento a fusibile con la capacità di dissipare energia. Il dispositivo a fusibile ha il compito di mantenere collegate le strutture fino al raggiungimento di una soglia di forza prestabilita (forza di attivazione), oltre questa soglia scollega le due strutture, attivando il meccanismo di dissipazione.

    

La categoria dei fusibili dissipativi è una tipologia di dispositivo che vincola le strutture collegate fino al raggiungimento di una forza di attivazione; superata tale soglia, si deforma, consentendo lo spostamento, ma mantenendo la capacità di resistere alla forza di attivazione.

Riferimenti normativi essenziali
UNI EN 15129:2018 - requisiti, progettazione, prove, installazione e manutenzione dei dispositivi antisismici.
EN 1998-1 (Eurocodice 8) - principi e regole di progettazione sismica per edifici.
D.M. 17 gennaio 2018 (NTC 2018) - principali prescrizioni antisismiche (Capitolo 7 NTC 2018).

  

Criteri di scelta dei dissipatori in funzione della tipologia strutturale

Gli impieghi in ambito strutturale dei dispositivi dissipativi sono legati a tutte le situazioni in cui si abbiano delle azioni di vibrazione che sollecitano le strutture. Le applicazioni principali includono interventi volti al miglioramento sismico delle strutture e l’assorbimento delle vibrazioni indotte da vento nelle strutture leggere. Più in generale, la scelta di questi dispositivi è opportuna in tutte le situazioni in cui le strutture siano sollecitate da azioni cicliche.

Negli edifici con struttura a telaio, i piccoli spostamenti tra gli elementi strutturali, richiedono dispositivi che riescano a dissipare una notevole quantità di energia in modo ciclico per sfruttare ogni deformazione, anche di entità contenuta.

Quando i telai sono particolarmente deformabili, come nel caso delle strutture in acciaio, possono essere impiegati dispositivi viscosi oppure i dispositivi ad attrito, che risultano meno sensibili alle variazioni di temperatura e richiedono meno manutenzione.

Se, invece, la struttura presenta già una rigidezza elevata, quale per esempio una struttura a telaio in calcestruzzo, possono essere impiegati i dispositivi a instabilità impedita o i dispositivi ad attrito.

  

Negli edifici prefabbricati esistenti costruiti senza criteri sismici e privi di collegamenti tra gli elementi strutturali, per effetto dell’azione sismica, si verificano grandi spostamenti. Proprio in tale contesto l’impiego di dispositivi a fusibile, per creare collegamenti dissipativi, consente un beneficio sismico significativo.

L’analisi della tipologia strutturale, unita alla conoscenza delle caratteristiche dei differenti dispositivi dissipativi, consente di ottimizzare le scelte per la messa in sicurezza sismica secondo le specificità di ciascun edificio.

Di seguito una tabella di confronto tra i vari tipi di dispositivi dissipativi che trovano applicazione in ambito strutturale.

Tabella comparativa tra le differenti tipologie di dispositivi di dissipazione

   

---

FAQ

Quando sono indicati i dispositivi fluido-viscosi?

Su strutture flessibili e su collegamenti/giunti quando si vuole aumentare lo smorzamento senza modificare in modo rilevante il periodo proprio.

I dispositivi isteretici e i fusibili vanno sostituiti dopo l’attivazione?

In funzione dell’intensità dell’azione sismica: è sempre prevista un’ispezione post-evento e, se necessario, sostituzione dell’elemento dissipativo.

Che requisiti documentali servono in cantiere?

Dichiarazioni e certificazioni previste dalle norme europee (es. EN 15129 e marcatura CE quando applicabile), istruzioni di posa e piano di ispezione/manutenzione del produttore.

Quali dispositivi risultano efficaci nei prefabbricati esistenti senza connessioni antisismiche?

Soluzioni che creano collegamenti dissipativi e al contempo consentono spostamenti relativi controllati; la scelta del dispositivo è accompagnata dai dettagli definiti sui cinematismi del sistema.

Come si sceglie il dispositivo in fase di progetto?

Con un’attenta analisi delle caratteristiche della struttura e dell’obiettivo di prestazioni sismiche da assicurare, attraverso l’impiego di modellazioni numeriche e la definizione di dettagli di collegamento e requisiti di manutenzione.