Recentemente è stato proposto un nuovo dispositivo meccanico, chiamato Inerter, costituito da un volano collegato cinematicamente a
due terminali che, sfruttando l'effetto di amplificazione dell'inerzia della massa, è in grado di sviluppare una forza proporzionale alla
massa amplificata e alla accelerazione relativa tra i terminali. La principale caratteristica del dispositivo risiede nel fatto che la massa
amplificata equivalente può essere anche di due ordini di grandezza più grande di quella reale dell'Inerter. La ricerca si inquadra nel tema del controllo passivo delle vibrazioni di strutture eccitate alla base. Tra le strategie di controllo passivo il sistema a masse accordate (TMD), tipicamente lineare e realizzato attraverso una massa ausiliaria, una molla e uno smorzatore viscoso, ha ricevuto negli ultimi anni una notevole attenzione dovuta agli indiscutibili vantaggi che offre, come il funzionamento e la manutenzione, l'affidabilità e l'efficacia, e i bassi costi di implementazione. L'isolamento alla base, invece, è una strategia ben nota e matura per ridurre le vibrazioni di edifici multi-piano, ma può incontrare, in pratica, importanti limitazioni tecniche come la larghezza del giunto sismico necessario per consentire i grandi spostamenti laterali e l'impraticabilità nel caso di edifici medio-alti a causa della loro flessibilità. L'obiettivo del progetto di ricerca è studiare una nuova strategia di controllo strutturale che combini i vantaggi dell'isolamento alla base a quelli di un sistema a masse accordate innovativo denominato in letteratura TMDI che prevede l'uso di dispositivi Inerter. La ricerca è principalmente rivolta alle applicazioni dell'Ingegneria Civile dove, a differenza dell'Ingegneria Meccanica, le potenzialità del dispositivo Inerter sono ancora poco esplorate, con particolare attenzione alla valutazione della possibilità di impiego nella riduzione della risposta sismica di serbatoi per lo stoccaggio di liquidi.
L'obiettivo del progetto di ricerca è di contribuire all'avanzamento dello stato dell'arte nel campo del controllo passivo delle vibrazioni
di strutture eccitate alla base mediante un sistema TMD innovativo, denominato TMDI [1-2], che prevede l'uso di dispositivi Inerter [3].
In questa ricerca si vuole quindi proporre l'utilizzo di sistemi TMDI capaci di ridurre gli spostamenti laterali nelle strutture isolate alla
base senza aumentare le accelerazioni assolute nella struttura isolata .La ricerca quindi è da ritenersi innovativa nel panorama sia
nazionale sia internazionale ed è promettente per i risultati attesi.
Il dispositivo Inerter, applicato per la prima volta per aumentare le prestazioni delle sospensioni dei veicoli [4], può essere di tipo: meccanico (a pignoni e cremagliere o a viti e sfere [5]), idraulico [6] ed elettromagnetico [7]. Tra queste tipologie, nell'Ingegneria
Civile, si preferiscono gli Inerter passivi poiché non richiedono, per il loro funzionamento, l'apporto di energia esterna. La principale
caratteristica del dispositivo Inerter risiede nel fatto che è in grado di generare una massa inerziale anche due ordini di grandezza più
grande di quella gravitazionale del dispositivo. Questa caratteristica rende particolarmente interessante l'utilizzo dell'Inerter nel
controllo passivo delle vibrazioni insieme ai sistemi TMD. Infatti, aggiungendo a un TMD convenzionale (massa ausiliaria piccola) un
dispositivo Inerter (massa gravitazionale piccola ma inerziale equivalente grande) è possibile ottenere un TMDI a elevato rapporto di massa inerziale. Questo sistema innovativo riesce a unire le caratteristiche positive di un TMD convenzionale, la leggerezza, con
quelle di un TMD non convenzionale [8], la maggiore efficacia e robustezza dovuta all'elevato rapporto di massa raggiunto. Pertanto, l'utilizzo del sistema innovativo TMDI per ridurre gli spostamenti nelle strutture isolate alla base presenta notevoli potenzialità poiché permette di risolvere le limitazioni che diversi autori evidenziano in Letteratura nell'utilizzo di sistemi a masse accordate di tipo convenzionale. Infatti, sfruttando le caratteristiche dell'Inerter non è necessario che la massa ausiliaria sia grande ma, al limite, può anche essere nulla (configurazione denominata in letteratura TID [1]), senza perdere l'efficacia e la robustezza del sistema di controllo. Inoltre, è stato dimostrato in [2] che il TMDI rispetto ai TMD di uguale massa è più efficace e robusto anche nel caso di terremoti near-fault. Le ricadute, dal punto di vista applicativo, riguarderanno la possibilità di proporre nuovi sistemi di controllo passivo a elevate prestazioni realizzati con sistemi d'isolamento convenzionali e innovativi TMDI che possano ridurre la risposta di sloshing di serbatoi isolati alla base non solo nei terremoti di tipo far-field, ma anche nel caso di terremoti near-fault e long-period. Le evidenti ricadute nella mitigazione della risposta di strutture strategiche, quali impianti per lo stoccaggio di liquidi industriali, coniugate con la scarsa letteratura ad oggi prodotta in materia, mettono in luce l' importanza e l'innovatività della ricerca proposta.
1. Laurentiu M, Agathoklis G (2014). Optimal design of a novel tuned mass-damper-inerter (TMDI) passive vibration control
configuration for stochastically support-excited structural systems. Probabilistic Engineering Mechanics; 38:156-164
2. Pietrosanti D, De Angelis M, Basili M (2017). Optimal design and performance evaluation of systems with Tuned Mass Damper
Inerter (TMDI). Earthq. Eng. Struct. Dyn., 46(8):1367-1388.
3. Smith MC (2002). Synthesis of mechanical networks: The Inerter. IEEE Trans Autom Contr; 47-10:1648-1662
4. Smith MC, Wang FC (2004). Performance benefits in passive vehicle suspensions employing inerters. Vehicle system dynamics;
42(4), 235-257.
5. Papageorgiou C, Smith MC (2005). Laboratory experimental testing of inerters. CDC-ECC¿05. 44th IEEE Conference on. 3351- 3356.
6. Wang FC, Hong MF, Lin TC (2010). Designing and testing a hydraulic inerter. Proceedings of the Institution of Mechanical
Engineers, Part C: Journal of mechanical Engineering Science; 225 (1): 66-72
7. Nakamura Y, Fukukita A, Tamura K, Yamazaki I, Matsuoka T, Hiramoto K, Sunakoda K. (2014). Seismic response control using
electromagnetic inertial mass dampers. Earthq. Eng. Struct. Dyn.; 43 (4): 507-527.
8. Reggio A, De Angelis M. (2015). Optimal energy-based seismic design of non-conventional Tuned Mass Damper (TMD)
implemented via inter-story isolation. Earthq. Eng. Struct. Dyn.; 44(10): 1623-1642
9. Luo H., Zhang R., Weng D. (2016). Mitigation of liquid sloshing in storage tanks by using a hybrid control method. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 90:183-195
10. Zhang R., Zhao Z., Pan C. (2018). Influence of mechanical layout of inerter systems on seismic mitigation of storage tanks. 114: 639-649