La protezione sismica è uno dei principali ambiti di studio dell’ingegneria strutturale, in particolare nelle aree geografiche ad elevato rischio. Scopo di questa disciplina scientifica è ridurre al minimo i danni alle costruzioni e salvare vite umane in caso di terremoto.
La cultura della protezione sismica è essenziale per gestire le attività di prevenzione, garantire la sicurezza e il ripristino delle costruzioni. Per alcune tipologie di edifici – ponti, viadotti, ospedali, centrali energetiche, musei – la protezione dal sisma poi è un requisito indispensabile.
Negli ultimi decenni, all’approccio tradizionale, basato sulla garanzia dell’elevata duttilità delle strutture che eviti il crollo e limiti i danni, si sono affiancate tecnologie innovative come i sistemi attivi per la protezione sismica.
Si tratta di sistemi che utilizzano meccanismi che, oltre a una certa soglia, si azionano in presenza di una scossa sismica: la loro forza è modulata in base alle accelerazioni registrate in tempo reale. Tecnologie di questo tipo impiegano dispositivi che reagiscono ai movimenti oscillatori dei terremoti.
Gli Active Mass Damper
È il caso degli smorzatori attivi di vibrazioni, gli Active Mass Damper, dispositivi che riducono o eliminano le oscillazioni alle quali le strutture sono soggette. Detto in altri termini, si tratta di masse movimentate da sistemi meccanici le cui oscillazioni sono controllate elettronicamente in ampiezza e frequenza in funzione delle accelerazioni sperimentate dall’edificio.
Ad aver sviluppato un sistema attivo e intelligente per la protezione sismica degli edifici esistenti è l’azienda Isaac, start-up milanese specializzata nello sviluppo di tecnologie smart per la protezione sismica e il monitoraggio strutturale.
Fondata da Alberto Bussini, attuale ceo, la società è attiva dal 2018, dopo un periodo di incubazione trascorso all’interno del PoliHub del Politecnico di Milano. È un’esperienza nata da un progetto di ricerca portato avanti all’interno del dipartimento di Meccanica dell’ateneo milanese.
Il sistema Electro Pro 20x
Il sistema, l’Electro Pro 20x, ideato dai ricercatori della società, s’installa in copertura o nel sottotetto di un fabbricato e, grazie al suo sistema di comando centrale, registra il movimento dell’edificio attraverso dei sensori applicati sulle pareti del fabbricato stesso e calcola, in tempo reale, la quantità di forze da erogare sulla costruzione per ridurre al minimo i danni ed evitarne il crollo.
Si tratta di una tecnologia non invasiva: le macchine vengono installate in copertura, in assenza quindi di impatti negativi sugli abitanti e sull’architettura dell’edificio. È un sistema modulare: può essere realizzato in molteplici configurazioni e dimensionato su misura.
Con il sistema ideato da Isaac la struttura è costantemente monitorata: i sensori accelerometrici registrano i dati 24 ore su 24, permettendo il monitoraggio dinamico in continuo, anche da remoto.
I primi test
I primi test sperimentali furono eseguiti al dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano alla fine del 2020; lì la società completò la progettazione e la realizzazione, in scala reale, del primo prototipo del sistema I-Pro 1. Furono test di qualità per verificare il funzionamento della tecnologia in un ambiente virtuale.
Durante le prove il sistema fu montato su una tavola vibrante realizzata ad-hoc, che simulava il movimento del tetto di un edificio sottoposto a terremoto.
Dal punto di vista meccanico il funzionamento del test sperimentale è abbastanza semplice: un attuatore idraulico, che trasmette la forza alla tavola vibrante, la sposta esattamente come le forze del terremoto sposterebbero l’ultimo piano dell’edificio.
Grazie ai test in laboratorio è stato possibile dimostrare l’effettivo incremento di performance ottenibile grazie all’adozione del sistema, raggiungendo riduzioni del 75% degli effetti di un sisma sulla struttura.
Nel marzo 2021, nei laboratori Eucentre di Pavia, furono effettuati dei test del prototipo su edifici in scala reale. La campagna sperimentale durò tre giorni, per un totale di 18 scosse di terremoto, di intensità crescente rispetto al terremoto di riferimento, corrispondente al sisma dell’Irpinia del 1980, di magnitudo 6.9 della scala Richter.
Dai test, sull’edificio dotato di sistema di controllo, il terremoto di massima intensità produsse solo lievi fessurazioni degli elementi non strutturali, come gli intonaci e le rasature dei muri.
La macchina
Il sistema brevettato si compone di due elementi: meccanico ed elettronico di controllo, a cui si aggiunge un master di coordinamento dei sistemi.
Il sistema meccanico è composto da una massa mobile, costituita da lastre in acciaio componibili secondo le esigenze, e dal forcer, elemento fondamentale per lo scorrimento della massa mobile lungo gli statori (magneti permanenti disposti in serie che rappresentano la guida fissata alla struttura sottostante e che determina la lunghezza di Electro Pro 20x).
Il sistema elettronico è collocato all’interno di un quadro indipendente: fornisce l’alimentazione necessaria alla movimentazione della massa mobile attraverso l’utilizzo di due batterie LiPo e di un sistema di azionamento preposto alla trasmissione di corrente modulata verso il forcer.
L’Electro Pro 20x può avere una lunghezza che varia tra i 2 e i 4 metri, una larghezza massima di 70 centimetri e un’altezza massima di 50. Il peso varia in base alle dimensioni e oscilla da 350 a 1.000 chilogrammi. Il quadro elettrico remoto pesa 126 chilogrammi e possiede queste dimensioni: 140 centimetri di lunghezza, 40 di larghezza e 70 di altezza. Il quadro elettrico centrale invece pesa 280 chilogrammi, ha una lunghezza di 60 centimetri, 81 di larghezza e 1 metro e 30 centimetri di altezza.
La macchina viene installata o in copertura o nel sottotetto e posata su un massetto di calcestruzzo, armato con rete, di 8 centimetri di spessore, che viene vincolata alle strutture portanti dell’edificio.
L’installazione della macchina è curata direttamente dai tecnici Isaac (in prospettiva l’azienda intende affidarne il compito a squadre esterne appositamente formate).
Sul fronte prestazioni, la forza massima di picco è pari a 20,8 kN, l’accelerazione massima di picco di 8 g, la velocità massima di picco di 4,9 metri al secondo, la potenza massima di picco delle batterie è di 216 kW, con un consumo minore di 3 kW. Le batterie hanno un’autonomia di 24 ore.
Di sistemi attivi per la protezione sismica Imprese Edili ne ha parlato con l’ingegner Giovanni Rebecchi, responsabile tecnico commerciale di Isaac. Ecco cosa ci ha detto.
Ingegner Rebecchi, ci racconti com’è stato l’avvio di Isaac…
Isaac è attiva dal 2018. Allora, a lavorarci, eravamo veramente in pochi. Oggi la società, tra tecnici, amministrativi e commerciali, dà lavoro a 16 persone. All’inizio, per autofinanziarci abbiamo lanciato un Fund Raising, grazie al quale abbiamo raccolto i fondi necessari per avviare le prime attività. Attualmente abbiamo aperte due sedi, la prima a Milano e la seconda a Gaggiano, nella zona sud ovest del capoluogo, ma a breve trasferiremo anche la sede legale nel quartiere generale di Gaggiano. Contiamo di lanciare un secondo Fund Raising per poterci espandere.
In quali campi di attività operate?
Principalmente nell’ideazione e produzione di tecnologie per la protezione sismica degli edifici. Da poco però abbiamo aperto un secondo filone di business, con un apposito brevetto, per operare nelle attività di controllo delle strutture di telecomunicazioni, i cui tralicci sono sottoposti alla forza del vento. Siamo proprietari di un know how tecnico molto sofisticato, quello dell’identificazione dinamica e del controllo attivo, che cerchiamo di impiegare nel modo migliore per la nostra società e per la collettività.
Dove nasce la tecnologia basata sui sistemi attivi per la protezione sismica?
Si tratta di una tecnologia impiegata da anni in diversi Paesi dell’Est asiatico per proteggere gli edifici alti nei confronti del vento e dei terremoti.
E si può applicare su tutti gli edifici indistintamente?
La nostra tecnologia è performante in siti di medio-bassa sismicità. In questi contesti è efficace senza l’ausilio dei rinforzi statici. È particolarmente indicata in presenza di edifici snelli, che hanno un periodo di oscillazione non troppo basso. Non si adatta invece ai fabbricati a pianta larga. I suoi effetti vengono apprezzati in presenza di fabbricati con un comportamento dinamico pronunciato, flessibile e leggero. Se l’edificio ha invece una massa edilizia consistente la risposta è poco influente.
Ci indichi le proprietà della vostra tecnologia…
È modulare, adattabile, scalabile, collaudata, applicabile in differenti contesti. È riconosciuta da norme internazionali, non è invasiva, è concorrenziale nel prezzo.
Gli interventi antisismici tradizionali sono alternativi al vostro?
No, affatto. Entrambe le opzioni, quella tradizionale e la nostra, sono compatibili. Molto dipende dallo stato di conservazione dell’edificio su cui si intende intervenire, in particolare delle strutture portanti. Al contrario di quanto si possa pensare, gli interventi antisismici tradizionali si sposano bene con la nostra tecnologia, in quanto l’intervento strutturale aumenta le prestazioni degli elementi strutturali, mentre la nostra tecnologia accresce il livello di sicurezza rappresentando un presidio evoluto.
Il sistema che avete ideato interviene in presenza di fenomeni sismici ondulatori. E rispetto a quelli sussultori?
Nella maggior parte dei casi la componente del moto sismico che produce danni è quella ondulatoria. La componente sussultoria è quasi sempre meno rilevante. Lo afferma la stessa normativa nazionale, che consiglia di trascurare questa componente, a meno di non essere in presenza di situazioni particolari, come per esempio le campate infrastrutturali di notevole lunghezza.
Veniamo ai progetti e alle realizzazioni. Dove avete lavorato e dove state lavorando in questo momento?
Abbiamo in corso numerosi studi di fattibilità. A Giffoni di Valle Piana, in provincia di Salerno, abbiamo installato le nostre prime macchine in tre edifici residenziali di cinque piani fuori terra. È stato un intervento di adeguamento derivante dalle agevolazioni del sisma bonus. Di recente abbiamo vinto un appalto pubblico in un comune in provincia di Pisa per l’installazione dei nostri sistemi attivi nel corpo principale di un complesso scolastico. Stiamo lavorando molto anche sulla seconda business unit, quella relativa all’applicazione sui tralicci per le telecomunicazioni.
A un condominio di medie dimensioni, quanto potrebbe venire a costare una vostra applicazione?
Siamo una società che fornisce tecnologia, ma prestiamo anche servizi di ingegneria, a supporto delle analisi e della progettazione che il professionista deve produrre a seguito della decisione di implementare i sistemi di Active Mass Damper per la riduzione del rischio sismico. Isaac possiede il know how e le attrezzature per eseguire prove di caratterizzazione dinamica dell’opera, fondamentali per accedere a una sua completa e profonda conoscenza, finalizzata alla redazione di un progetto di retrofit. Detto questo, sulla base delle offerte finora presentate, se spalmiamo l’importo di tutti i servizi su una singola unità macchina – importo comprensivo dei servizi di analisi preliminare, caratterizzazione dinamica, supporto alla progettazione esecutiva, ordine, assemblaggio, fornitura a piè d’opera dei sistemi, escluso il sollevamento, installazione dei sistemi, run-up e manutenzione ordinaria per un anno – il costo macchina è di circa 65mila euro. Sul totale, i servizi di analisi preliminare, indagini dinamiche e progettazione esecutiva, incidono per circa il 5%, l’hardware per circa l’80%, mentre la manodopera del restante 10-15% circa. Il costo infine può variare in relazione al numero di macchine da installare.
Quali possono essere i mercati più interessanti per la vostra tecnologia?
Sicuramente le realtà in cui vi è sensibilità al tema della prevenzione sismica, unita alla capacità di dare valore a soluzioni di retrofit non invasive. Queste spaziano dal settore residenziale a quello produttivo, sia nel privato che nel pubblico. Infatti, stiamo ricevendo molte richieste di studi di fattibilità nel campo dell’edilizia ospedaliera e scolastica. In queste realtà è infatti fondamentale minimizzare il disturbo o interruzioni delle attività, pena aggravi di costo e disfunzioni. E ciò grazie al fatto che la nostra tecnologica non è invasiva.
Ultima domanda. Siete entrati in contatto con Edera, l’Energiesprong italiana. Come mai?
Ci siamo incontrati e abbiamo verificato di condividere i valori base che muovono le nostre reciproche attività e di possedere un approccio similare all’innovazione nel settore delle costruzioni. Abbiamo aderito in quanto le iniziative di Edera potrebbero rappresentare un importante occasione di visibilità per la nostra società, ma soprattutto perché vorremmo dare il nostro contributo a una causa meritoria.
servizio a cura di Pietro Mezzi
