Progetto triennale Reluis 2019-2021

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NEWS:

 

- Webinar: PRESENTAZIONE DELLE LINEE GUIDA PER L’UTILIZZO DEI DATI INTERFEROMETRICI SATELLITARI AI FINI DELL’INTERPRETAZIONE DEL COMPORTAMENTO STRUTTURALE DELLE COSTRUZIONI

Martedì 20 luglio 2021 - ore 16:30

 

 

 

 

Linee di ricerca:

L'unità di ricerca (UniBas-PO), coordinata dal Prof. Felice Carlo Ponzo, è impegnata su tre linee:

- Monitoraggio e Dati satellitari (Co-Coordinamento Nazionale)

- Contributi Normativi per Isolamento e Dissipazione (Co-Coordinamento Nazionale):

- Rischio Implicito: Isolamento alla base

 

- Monitoraggio e Dati satellitari

L’elevata vulnerabilità del patrimonio infrastrutturale, edilizio e monumentale italiano e l’esigenza di un maggior controllo della sicurezza di strutture e infrastrutture strategiche ubicate in zone potenzialmente sensibili, ha spinto la ricerca ad approfondire gli studi per la messa a punto di tecniche sempre più avanzate per il monitoraggio, alle diverse scale, da quella del singolo edificio o infrastruttura a quella territoriale.

In ambito strutturale, negli ultimi decenni sono state sviluppate varie tecniche che vanno sotto il nome di “tecniche di identificazione” le quali permettono di ricavare, tramite misure sperimentali sul sistema reale, i parametri caratteristici utili a definire e/o calibrare il modello matematico del sistema in esame (sia esso un edificio, una infrastruttura, un’area costruita - borgo storico o area archeologica). Con “tecniche di identificazione” si intende, dunque, l’insieme delle metodologie atte a definire, a partire da misurazioni sperimentali, a valle della scelta del modello, i parametri caratteristici utili a definire un modello matematico che ne riproduca, con sufficiente affidabilità, il comportamento in determinate condizioni operative. L’applicazione a sistemi strutturali ha avuto negli ultimi decenni un notevole incremento; le motivazioni di questo forte interesse possono essere ricondotte alla circostanza che le proprietà dinamiche rappresentano per le strutture, e più in generale per tutti i sistemi meccanici, quelle caratteristiche intrinseche in grado di fornire un quadro oggettivo dello stato di ”conservazione” delle strutture e/o infrastrutture monitorate. Di conseguenza l’apporto dell’identificazione strutturale risulta vantaggioso nel monitoraggio e nell’intervento su strutture esistenti, nel collaudo di nuove costruzioni, ecc. ad esempio, tale tecnica è stata utilizzata per studiare l’evoluzione del danno strutturale e la definizione di scenari di danno in real-time o quasi real-time per le aree colpite da eventi sismici. La presenza di un danno in una struttura, determinato da eventi sismici o, più in generale, da frane, cedimenti delle fondazioni o ancora dal degrado fisiologico dei materiali, risulta spesso non individuabile attraverso una semplice ispezione visiva. Il danno si traduce generalmente in una variazione delle caratteristiche dinamiche della struttura, quali i periodi propri, i fattori di smorzamento viscoso equivalente e le deformate modali (Peeters and De Roeck, 2000; Ponzo et al., 2010; Ditommaso et al., 2012; Vincenzi et al., 2013; Limongelli, 2014; Rainieri et al., 2018). Analizzando opportunamente la variazione di tali caratteristiche è possibile stabilire se nel sistema sia presente un danneggiamento, valutarne l’entità e localizzarlo.

Negli ultimi anni anni, ha avuto un notevole impulso l’utilizzo di dati satellitari per il monitoraggio a livello territoriale dei diversi fenomeni che possono interessare aree costruite o, in generale, aree sensibili, ad esempio per il rilievo degli abbassamenti a causa della subsidenza, grazie anche al numero crescente di satelliti e alla possibilità di acquisire i dati con una elevata frequenza di campionamento. Ciò ha modificato lo scenario del monitoraggio satellitare evidenziando la possibilità di utilizzarlo anche nel settore dell’ingegneria civile (Gamba et al., 2007; Chini et al., 2009; Cuomo et al., 2018)

In particolare, la tecnica SAR (Synthetic Aperture Radar) (ad es. Bamler e Hartl, 1998; Zhou et al., 2009), che si basa sul rilievo dei movimenti con tecniche radar di specifici punti detti Permanent Scatterers (Diffusori Permanenti),  può essere utilizzata per il controllo degli spostamenti superficiali del contesto in cui l’opera è inserita, con il vantaggio, rispetto alle usuali tecniche di monitoraggio, di coprire aree ben più ampie di quelle tipicamente controllate dal monitoraggio tradizionale, su un arco temporale più esteso, e senza installazione di strumentazione fisica a terra. Tale tecnologia è stata utilizzata con successo anche per il monitoraggio di spostamenti di strutture, ad esempio nel caso di infrastrutture e beni di interesse culturale (Giannico et al, 2012, 2013, Zhou et al, 2015). La capacità di osservazione in qualsiasi condizione atmosferica, sia di giorno che di notte, e la flessibilità della costellazione dovuta all’utilizzo di sensori radar, unita ai brevi intervalli di tempo presenti tra una "ripresa" e l'altra, possono fornire un valido strumento, per l'accurata valutazione dei danni, in caso di disastri naturali o emergenze, quali inondazioni, terremoti e frane, nonché per un importante supporto nell’ambito della prevenzione dei rischi. Al momento sono pochi i casi di applicazione delle tecniche di rilevamento satellitare al monitoraggio di strutture o infrastrutture civili, ma i primi risultati appaiono certamente significativi e meritano di essere oggetto di una specifica ricerca. È necessario infatti verificare che i Permanent Scatterers che il rilievo satellitare individua siano in numero e posizione tale da consentire una valutazione di spostamenti significativi della struttura/infrastruttura, e che la precisione di tali misure (nonché la loro collocazione topografica) sia compatibile con gli spostamenti che possono evidenziare potenziali problemi di sicurezza.

Oltre alle tecniche interferometriche multitemporali utilizzabili per il monitoraggio di fenomeni deformativi superficiali (deformation analysis - SAR imagery), ulteriore possibilità offerta dalle tecniche di telerilevamento satellitare riguarda le misure di change detection (optical imagery), che hanno l’obiettivo di monitorare le variazioni spaziali nei rapporti tra edifici, strutture e terreni. Ad esempio tali misure possono essere utilizzate per identificare le variazioni del tessuto urbano dovute a interventi antropici (lavori nel sottosuolo, attività di origine criminale etc.) o a dissesti - e quindi monitorare le conseguenze di questi sugli edifici circostanti - ovvero per individuare e monitorare le strutture sepolte sotto la superficie (applicazioni particolarmente efficaci e in espansione di queste rilevazioni possono riguardare il monitoraggio delle aree archeologiche, Agapiou et al.2014, Carlucci et al. 2014) così come, nelle fasi di emergenza post evento, per consentire la definizione di una cartografia speditiva mirata all’immediata organizzazione dei soccorsi. Infine, attraverso il telerilevamento satellitare, si possono monitorare elementi meteoclimatici quali temperatura del suolo, livello delle particelle in sospensione (aerosol), umidità e temperatura dell’aria. Questi parametri possono fornire utili elementi per la valutazione del degrado (e.g. erosione), soprattutto di beni di interesse storico artistico, Tapete et al. 2018, Copernicus 2015.

Infine, un aspetto di assoluta novità è la possibilità di integrare misure satellitari con misure tradizionali in sito, siano esse di tipo topografico (ad es rilevatori GPS al fine di aumentare la precisione degli spostamenti misurati con la metodologia SAR), di tipo statico (quali ad esempio inclinometri sulle infrastrutture da ponte), che di tipo dinamico (come descritto al punto precedente). La sfida principale consiste pertanto nel riuscire a sviluppare tecniche basate sull’utilizzo integrato dei dati acquisiti direttamente sulle strutture monitorate con quelli acquisiti via satellite. Ovviamente tale obiettivo ha accezioni e problematiche molto diverse in funzione della tipologia di opera, sia essa un edificio, una infrastruttura, o un’area costruita, e dei tipi di parametri che devono essere monitorati per evidenziare il raggiungimento di potenziali livelli di attenzione. Per tradurre movimenti rilevati in scenari di danno potenziale, è necessario che sia disponibile un modello strutturale dell’opera che deve essere a sua volta calibrato mediante prove in situ. 

L’obiettivo principale del WP è lo sviluppo di tecniche e protocolli operativi per l’integrazione delle informazioni acquisite on-site con tecnologie di monitoraggio tradizionali e di quelle ricavate mediante l’utilizzo di dati satellitari, al fine di consentire il monitoraggio in modo permanente dello stato di salute di strutture ed infrastrutture, nonché di beni di rilevanza culturale, programmarne la manutenzione straordinaria e valutare, anche real-time, eventuali danni o potenziali criticità nel caso di eventi eccezionali quali terremoti, movimenti franosi, dissesti causati da alluvioni, etc

 

- Contributi Normativi per Isolamento e Dissipazione:

A livello mondiale, sono ormai oltre 20.000, localizzate in più di 30 nazioni, le strutture (edifici civili ed industriali, ponti e viadotti, edifici di interesse storico e monumentale, componenti ed installazioni industriali incluso alcune centrali nucleari ed stabilimenti dell’industria chimica), sia nuove costruzioni che strutture esistenti, protette con sistemi di isolamento sismico e/o di dissipazione supplementare di energia [1]. Il maggior numero di applicazioni si registra in Giappone, seguito dalla Repubblica Popolare Chinese (in questi due paesi, oltre l’80% delle applicazioni nel nostro pianeta) e dalla Federazione Russa. L’Italia rappresenta con le sue diverse centinaia di applicazioni il quarto paese nel mondo (primo in Europa), seguito subito dopo dagli Stati Uniti.

Il successo di queste tecnologie, giunte ormai ad uno stadio di notevole maturazione, è certamente anche dovuto al fatto che le costruzioni dotate di tali sistemi di protezione si sono sempre comportate egregiamente durante i più recenti terremoti, senza praticamente patire alcun danno significativo. Nel nostro Paese, nonostante le numerose applicazioni, tuttora sussistono però delle difficoltà per la loro implementazione su larga scala, nonostante già da ormai 15 anni il loro utilizzo risulti espressamente previsto dalle norme (O.P.C.M. n° 3274 del 20.3.2003), almeno in maniera più esplicita per quanto riguarda l’isolamento sismico. Ciò è dovuto certamente alle non indifferenti difficoltà di ordine pratico che si incontrano quando si vuole applicare tali tecnologie alle strutture esistenti ed ai costi addizionali che si registrano nell’applicazione alle nuove costruzioni, ma anche alla difficoltà riscontrate dai tecnici (progettisti e direttori dei lavori) nell’applicare correttamente la prescrizioni della normativa (NTC 2018 e relativa circolare esplicativa). Occorre pertanto uno sforzo di aggiornamento ed al tempo stesso semplificazione normativa, nonché di divulgazione delle opportunità offerte dalla norma presso tutti i potenziali fruitori (condomini, enti pubblici e privati e singoli proprietari, ecc.) e gli implementatori (progettisti ed imprese di costruzione), che facciano comprendere e consentano di quantificare il livello di sicurezza sismica addizionale derivante dall’utlizzo di tali tecnologie. Ciò anche alla luce delle notevoli opportunità derivanti dal cosidetto “Sisma Bonus” (L. 232/2016 e ralativo decreto attuativo D.M. 58 del 28/02/2017), che rappresenta certamente uno strumento molto importante per la messa in sicurezza del patrimonio costruito nel nostro Paese.

Un ulteriore aspetto importante per garantire il comportamento ottimale delle strutture con isolamento sismico e/o dissipazione supplementare di energia è la corretta definizione dell’azione sismica di progetto. E’ dimostrato, infatti, che l’utilizzo degli usuali metodi probabilistici semplificati presenta dei limiti nella definizione degli spostamenti di progetto nel campo dei periodi elevati caratteristici delle costruzioni isolate, ovvero dei livelli di smorzamento elevati. È auspicabile, pertanto, una stretta interazione fra i relativi WP proposti nel presente progetto (quello su isolamento e dissipazione e quelli sul rischio implicito e sulle mappe di rischio).

Il principale obiettivo del presente WP è l’approfondimento e l’eventuale revisione di alcuni aspetti specifici delle nuove normative tecniche per le costruzioni (NTC 2018 e relativa Circolare esplicativa), per la corretta applicazione dell’isolamento sismico e della dissipazione di energia alle strutture e alle infrastrutture esistenti, coerentemente con i risultati ottenuti dai progetti Reluis condotti nelle annualità precedenti e con gli ultimi aggiornamenti delle spetifiche normative europee (UNI 15129).

 

- Rischio Implicito: Isolamento alla base

Il progetto in questione raccoglie l’eredità dei progetti RINTC (2015-2017) e RINTC-E (2017-2018), ma se ne differenzia per gli obiettivi finali. Infatti, il progetto si articolerà su tre anni e avrà quattro obiettivi principali:
1. Completamento progetto legacy 2015-2018 (RINTC-e) e benchmarking della modellazione con casi reali in terremoti recenti;
2. rivalutazione dei risultati di RINTC (edifici nuovi) a seguito di riprogettazione degli edifici coinvolgendo la comunità professionale (RINTC-n);
3. produzione di mappe di rischio convenzionale sulla base della vulnerabilità di strutture di nuova progettazione (RINTC-i);
4. valutazione rischio implicito dei ponti (RINTC-p).
A tal fine, il progetto sarà composto da cinque task: uno gruppo di coordinamento e processamento dell’input e dei risultati, e quattro per gli obiettivi sopra elencati.
Gli obiettivi principali (1)-(4) sono illustrati con maggiore dettaglio sotto. In tutti i casi si prenderanno a riferimento principalmente i tre siti del progetto RINTC (Milano, Napoli e L’Aquila; MI, NA, AQ) e le tipologie strutturali muratura (URM), cemento armato ordinario (CA), cemento armato prefabbricato (CAP), e anche strutture isolate (BI). Ai fini dei punti (1-2) si considereranno anche le strutture in acciaio (Steel; S).