Utilizzo di dissipatori isteretici ad instabilità impedita (BRAD) per il miglioramento sismico di edifici a struttura prefabbricata in c.a.

Applicazione della procedura semplificata ad un caso studio

INTRODUZIONE

Per ridurre la vulnerabilità sismica di costruzioni esistenti in cemento armato, alle tecniche più tradizionali di miglioramento e adeguamento sismico, basate essenzialmente su interventi diffusi o sull’inserimento di nuovi elementi strutturali sismoresistenti, negli ultimi anni sono state affiancate tecniche più innovative basate sull’utilizzo di sistemi basati sulla dissipazione di energia.
L’utilizzo di dissipatori isteretici tipo Brad (Buckling Restrained Axial Damper) prevede generalmente il loro diretto inserimento all’interno della maglia strutturale, spesso in serie con profili in acciaio (profili ad H o tubolari), a costituire un diagonale di controvento (Fig. 1a).

Il posizionamento del controvento all’interno della maglia strutturale è un aspetto cruciale della progettazione, che deve rispettare sia vincoli di tipo architettonico, sia soddisfare esigenze strutturali quali l’irrigidimento globale della struttura, la riduzione delle eccentricità tra centro di massa e centro di rigidezza, la riduzione di irregolarità in elevazione.
È stata studiata un’applicazione alternativa di questi dispositivi per la protezione sismica di edifici prefabbricati. Come rappresentato in Fig. 1b, il dissipatore tipo Brad collega direttamente l’impalcato della struttura esistente ad un controvento posto esternamente ad essa e costituito da un pilastro o setto in c.a, opportunamente dimensionato per resistere all’azione trasmessa dal dissipatore. 

Figure 1. a) Applicazione tipica del dispositivo Brad b) Applicazione del Brad in modo alternativo.

Questo tipo di applicazione risulta efficace in tutti quei casi in cui, vincoli di tipo architettonico o particolari esigenze della committenza, impongano di intervenire quasi esclusivamente dall’esterno. Ciò accade ad esempio nel caso di capannoni industriali sedi di attività produttive ad alto livello tecnologico, che non possono essere interrotte durante la messa in opera degli interventi.
L’incremento di rigidezza della struttura dovuta all’inserimento di questi dispositivi e dei contro-venti comporta una significativa riduzione della risposta in spostamenti, cui corrisponde un incremento della risposta in accelerazioni e quindi delle forze d’inerzia. Il Brad ha quindi il compito di assorbi-re una parte significativa dell’energia sismica.
In questo studio è stata valutata l’influenza dei parametri primari di progetto di un dispositivo tipo Brad e del controvento in c.a. cui esso viene collegato, sulla risposta inelastica complessiva della struttura.
È stata sviluppata una procedura automatizzata che, attraverso l’implementazione di un processo iterativo basato sul metodo dello spettro di capacità (CSM), consente di determinare lo spostamento di un punto di controllo (punto “P” in Fig. 1b) al variare dei parametri caratterizzanti il sistema dissipativo. Viene quindi proposta una procedura per determinare le caratteristiche ottimali del dispositivo al fine di ridurre, per un dato spettro di progetto, lo spostamento della struttura al di sotto del valore fissato come soglia per il particolare stato limite considerato.
La procedura è stata applicata ad un particolare caso studio effettivamente realizzato e l’affidabilità delle soluzioni trovate attraverso questa procedura semplificata è stata validata per confronto con i risultati di analisi dinamiche non lineari.

CARATTERISTICHE DEI DISPOSITIVI BRAD
I Brad sono dissipatori costituiti da due parti, un nucleo interno in acciaio e una camicia esterna, anch’essa in acciaio e riempita di calcestruzzo, che evita al nucleo di instabilizzarsi. Tra il calcestruzzo di riempimento ed il nucleo è interposta una pellicola di materiale che impedisce la trasmissione delle tensioni tangenziali tra i due componenti e permette al nucleo di allungarsi o accorciarsi liberamente dissipando energia (Bovo & Savoia, 2012)
I dispositivi tipo Brad, soggetti a carichi di tipo ciclico, sono caratterizzati da comportamento isteretico ampio e stabile anche dopo molti cicli, indipendente da temperatura e velocità, con una resistenza a compressione prossima a quella a trazione. L’attivazione di questi dispositivi avviene al raggiungimento di un predeterminato valore di sollecitazione e, per azioni eccezionali, l’energia in ingresso viene in gran parte assorbita dai dissipatori.

La dissipazione di energia attraverso lo snervamento di dispositivi tipo Brad comporta numerosi vantaggi:
- la dissipazione di energia è localizzata in un dispositivo che può essere utilizzato come “fusibili”, in quanto facilmente sostituibile, , mantenendo la struttura principale in campo elastico e dunque priva di danni;
- lo snervamento dei dispositivi Brad non influenza la resistenza ai carichi verticali del sistema strutturale.

Inoltre questi dispositivi, realizzati con materiali tradizionali, richiedono poca manutenzione e rappresentando dunque, anche dal punto di vista economico, una valida soluzione per dissipare energia. Questi elementi forniscono però una forza concentrata in corrispondenza del collegamento che deve essere considerata nella verifica delle strutture a cui sono connessi.

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