Maria Gabriella Castellano, Samuele Infanti
FIP MEC srl, Selvazzano Dentro (PD)
Mark Matthews, Jamieson K. Robinson
Motioneering, Canada
A seguito del terremoto avvenuto a Taiwan il 3 aprile, sui media ha avuto molta visibilità lo smorzatore a massa accordata (Tuned Mass Damper – TMD in inglese) installato alla sommità del grattacielo Taipei 101 di Taipei, che con i suoi 101 piani e 508 m era il più alto al mondo all’epoca della costruzione (2004), ed oggi è invece all’undicesimo posto.
Uno smorzatore a massa accordata è un dispositivo progettato per avere la stessa frequenza propria della struttura ma con una massa più piccola, e per muoversi in controfase rispetto alla struttura, riducendone così gli spostamenti.
Il TMD del Taipei 101, progettato e costruito dall’azienda canadese Motioneering, è il principale sistema smorzante della torre, ne controlla i movimenti indesiderati ed assicura sicurezza e comfort ai suoi occupanti. È installato tra l’87° ed il 92° piano, ed oltre ad essere una grande opera di ingegneria è diventato una delle principali attrazioni turistiche di Taipei. L’enorme massa sferica di 660 t è appesa ai cavi connessi al 92° piano, mentre 8 speciali dissipatori viscosi, progettati e prodotti in Italia da FIP Industriale (oggi FIP MEC) la collegano all’87° piano e ne controllano gli spostamenti.
Lo scopo principale del TMD è la riduzione – fino al 40% – degli spostamenti orizzontali del grattacielo causati dal vento, che può essere molto intenso in quell’area soggetta a tifoni. Nei suoi 20 anni di vita l’efficacia del TMD è stata dimostrata in occasione di diversi eventi estremi, il più forte dei quali è stato il tifone Soudelor, che nel 2015 raggiunse raffiche fino a 233 km/h.
Per quanto riguarda il comportamento al sisma, il grattacielo è stato progettato e costruito per resistere a sismi ben più alti di quelli previsti dalle normative locali all’epoca della costruzione, e la sua resistenza al sisma non è affidata solo al TMD. Tuttavia, il comportamento dello smorzatore a massa accordata per effetto del sisma e non solo del vento è stata una delle sfide di questo progetto.
I dissipatori viscosi svolgono un ruolo chiave nella riduzione degli spostamenti dovuti sia al vento che al sisma. Essendo queste azioni dinamiche caratterizzate da velocità e durate molto diverse, non è facile scegliere i parametri progettuali dei dissipatori che risultino ottimali per entrambe le azioni. Durante i tifoni, che possono durare molte ore, è importante garantire che la capacità dissipativa rimanga costante nel tempo; invece durante l’azione sismica, che dura poche decine di secondi, è importante dissipare il più possibile per controllare lo spostamento massimo. La soluzione richiesta dai progettisti del TMD, e sviluppata dai progettisti dei dissipatori, è stata quella di dissipatori che cambino il loro comportamento a seconda dell’intervallo di velocità a cui sono soggetti, in modo completamente passivo. In pratica, l’esponente a della velocità v nella legge costitutiva F=cva non è costante per tutte le velocità ma varia. I dissipatori viscosi sviluppano una forza massima di 1000 kN in corrispondenza di una velocità massima di 1 m/s, con esponente a=2; per velocità maggiori di 1 m/s e fino alla velocità massima di 2,3 m/s l’esponente della velocità è invece a=0,1. La capacità di spostamento dei dissipatori è di ±750 mm. Prima dell’installazione, i dissipatori viscosi furono soggetti ad una campagna sperimentale molto severa, eseguita nel laboratorio FIP, che riproduceva tutte le possibili sollecitazioni sia da vento che da sisma.
I temi degli smorzatori a massa accordata e di altri sistemi di smorzamento per le strutture saranno approfonditi in articoli dedicati, nei prossimi numeri di Costruzioni Metalliche.
(Immagine: courtesy Armand du Plessis)