Il consorzio ReLUIS ed il Dipartimento della Protezione Civile hanno stipulato un Accordo-Quadro per il quinquennio 2014-2018 avente ad oggetto “Supporto alle attività di gestione tecnica dell’emergenza e connesse ai programmi di prevenzione sismica, per lo sviluppo della conoscenza e l’assistenza alla redazione di norme tecniche, per la collaborazione alle attività di formazione, comunicazione e divulgazione”. Il progetto generale prevede il raggiungimento di obiettivi e risultati inquadrati in un Programma pluriennale i cui risultati oltre che in strumenti di calcolo, valutazioni ed analisi specifiche, mirano allo sviluppo, revisione e pubblicazione di manuali, linee guida, documenti pre-normativi, nonché specifiche proposte di modifica e revisione delle norme vigenti, su richiesta del Dipartimento della Protezione Civile.

Nell'ambito di tale progetto il prof. Felice Carlo Ponzo ha ricoperto il ruolo di co-coordinatore nazionale e responsabile scientifico dell'Unità di Ricerca UNIBAS delle seguenti linee di ricerca:

1) Progetto Speciale: Osservatorio Sismico delle Strutture e Monitoraggio (2014-2016).

Utilizzando le conoscenze acquisite attraverso le sperimentazioni e gli studi sviluppati nelle annualità precedenti, il progetto ha sfruttato le opportunità di scambio di risultati scientifici a livello internazionale per migliorare/modificare/estendere la pertinente normativa, anche alla luce degli avanzamenti scientifici e tecnologici nel settore. Grazie agli importanti progressi fatti nell’ambito delle tecniche di analisi dei segnali sismici, sono stati messi a disposizione della comunità scientifica nuovi strumenti in grado di consentire una più approfondita analisi del comportamento sperimentale di strutture ed infrastrutture sotto azioni sismiche e in condizione di rumore ambientale. Parallelamente è stata condotta un'approfondita ricerca dal punto di vista tecnologico e strumentale, nell'ambito della quale sono stati considerati anche i nuovi strumenti a basso costo, particolarmente utili per il monitoraggio diffuso in condizione di sollecitazioni significative, al fine di comprendere meglio le reali capacità e gli ambiti di applicazione di tale tipologia di sensori e la possibilità di integrazione con altre tipologie di strumenti al fine di massimizzare la qualità delle informazioni e, allo stesso tempo, ridurre al minimo i costi dei sistemi di monitoraggio.

All’interno del nuovo progetto è stata considerata la possibilità di integrazione di tecniche di analisi in continuo e in transitorio al fine di ridurre al minimo l’incertezza sulla stima dei parametri e, allo stesso tempo, minimizzare i tempi di calcolo e di trasmissione delle informazioni dal sito alla centrale. Sono state approfondite, inoltre, le conoscenze sul comportamento dinamico in esercizio e per terremoti frequenti delle strutture anche considerando prioritariamente l’interazione tra le componenti strutturali e non strutturali (influenza di queste ultime sulla stima dei parametri dinamici delle strutture reali in fase di completa operatività) e le problematiche connesse alla distinzione tra fenomeni non lineari e non stazionari (variazioni apparenti delle frequenze di oscillazione).

La possibilità di implementare efficaci sistemi di monitoraggio in continuo delle costruzioni sia per la caratterizzazione dello stato di salute, sia per la gestione dell’emergenza nel corso di crisi sismiche, si associa all’esigenza di rilevare e interpretare l’influenza delle condizioni ambientali sui parametri modali rilevanti delle strutture, frequenze proprie di vibrazione, forme modali, smorzamento. Si rende, quindi, necessario codificare un approccio alla realizzazione e gestione delle reti di monitoraggio capace di coniugare gli avanzamenti fatti nel corso delle precedenti attività di ricerca nel settore dell’analisi modale sperimentale automatica e quelli dell’analisi strutturale di componenti e sistemi critici. Infatti, la disponibilità di dati sperimentali e di misure dei parametri dinamici al variare dell’intensità delle vibrazioni garantisce contestualmente la disponibilità di dati reali utili alla gestione delle strutture in zona sismica, dall’altra di informazioni utili per lo sviluppo di modelli previsionali del comportamento di sistemi speciali come quelli ospedalieri e industriali, anche con finalità di progetto (periodi fondamentali) o di assessment (modelli e tecniche di model-updating che consentano agli ingegneri di computare l’effetto delle diverse componenti non strutturali).

Un interessante prospettiva applicativa è altresì rappresentata dalle opportunità di definire criteri e metodi efficaci per la definizione dei caratteri dell’interazione delle strutture con il terreno di fondazione, soprattutto per quanto attiene a strutture critiche o industriali.

In definitiva, le attività sono state sviluppate su tre direttrici (Work Packages):

WP1   tecnologia:

    1. integrazione di sistemi di misura e valutazione delle proprietà dinamiche in condizioni operative;
    2. modulazione dei sistemi di misura e della sensoristica per applicazioni su strutture critiche come sistemi ospedalieri e industriali;
    3. ottimizzazione dei processi di elaborazione e comunicazione per il supporto alle decisioni e ai processi di gestione delle emergenze/agibilità;

WP2   risposta dinamica:

    1. caratterizzazione del periodo fondamentale e delle forme modali di classi omogenee di strutture,
    2. caratterizzazione dello smorzamento di classi omogenee di strutture, al variare dell’ampiezza delle sollecitazioni dinamiche
    3. interazione tra componenti strutturali e non strutturali

WP3   Soglie di capacità e di danno:

    1. Definizione di soglie di comportamento mediante approcci semplificati e di dettaglio;
    2. Effetti delle sollecitazioni sismiche di bassa e media intensità su componenti e sistemi speciali;
    3. Interpretazione delle misure dinamiche e correlazione con le capacità dei componenti con finalità di gestione dell’emergenza e agibilità;

Il progetto si è articolato in più fasi:

  • Esecuzione di campagne sperimentali di identificazione dinamica su determinate tipologie di strutture (strutture strategiche o scuole) in aree ad elevato rischio sismico, al fine della costituzione di un ampio database da integrare, eventualmente, anche con il fascicolo di fabbricato in via di costituzione per tali strutture. Successiva redazione di documenti di sintesi sulle attività di ricerca condotte e stesura di un rapporto con le caratteristiche dinamiche rilevate su tutte le strutture durante la campagna sperimentale, in modo da stabilire un riferimento utilizzabile in caso di evento sismico e/o per valutare eventuali stati di degrado.
  • Progettazione di sistemi di monitoraggio completi, integrati anche con sensori low-cost, su strutture benchmark opportunamente selezionate considerando varie tipologie strutturali, almeno una per unità di ricerca coinvolta nel progetto, per l’avanzamento e l’estensione degli algoritmi implementati e dei sistemi prodotti nel corso dei progetti precedenti.
  • Codifica di un protocollo di connessione dei sistemi di monitoraggio con centri acquisizione dati dell’osservatorio sismico delle strutture del DPC.
  • Sperimentazione in sito su strutture reali finalizzata alla definizione di correlazione con parametri geometrici e meccanici rilevanti – anche con il ricorso a tecniche di model updating - per la valutazione degli effetti dell’interazione dinamica terreno-struttura e dell’effetto delle principali componenti non strutturali sul comportamento globale dinamico degli edifici; ciò con la finalità di estendere e validare le principali formulazioni semplificate dei parametri dinamici da impiegare nella progettazione di nuove strutture e nella valutazione delle costruzioni esistenti;
  • Sperimentazione di laboratorio su tavola vibrante di strutture in scala ridotta, sottoposte a livelli di danneggiamento variabile, al fine di valutare i relativi effetti sulla risposta dinamica ai diversi regimi di vibrazione delle diverse componenti strutturali e non strutturali;
  • Sviluppo di algoritmi e di modelli numerici a diversi livelli di complessità e avvio della campagna di acquisizione dati sperimentali per la valutazione del comportamento dinamico delle strutture in condizioni di esercizio al fine di comprendere e approfondire le conoscenze relative (a) alle diverse componenti fenomenologiche dell’interazione dinamica terreno-struttura (b) allo smorzamento strutturale e (c) all’influenza degli elementi non strutturali sulla risposta dinamica in condizione di vibrazione ambientale e sotto l’effetto di terremoti frequenti;
  • Definizione di criteri e metodi per l’aggiornamento e il potenziamento delle risorse disponibili presso l’Osservatorio Sismico delle Strutture con riferimento a edifici, ponti e viadotti, strutture ad elevata valenza storico-monumentale, ma anche di natura industriale;
  • Sviluppo di proposte normative finalizzate alla regolamentazione dell’utilizzo delle tecniche di identificazione dinamica come strumento diagnostico di strutture esistenti e gestione del rischio di strutture critiche come quelle ospedaliere o scolastiche;
  • Sviluppo di proposte normative finalizzate alla regolamentazione dell’utilizzo delle tecniche di identificazione dinamica, semplificate e non, per la valutazione degli effetti dell’interazione dinamica terreno-struttura sulla risposta strutturale (a) per la calibrazione degli interventi di messa in sicurezza del patrimonio strutturale ed infrastrutturale esistente (b) per il progetto di nuove strutture ed infrastrutture, ordinarie e strategiche.

In ultima analisi, il progetto ha avuto come obiettivo, la messa a punto di strumenti utili al fine di Protezione Civile, basati su una approfondita conoscenza del comportamento dinamico delle strutture ai fini di una corretta e rapida valutazione / quantificazione dello stato di salute a seguito di eventi sismici e anche in esercizio. Si tratta di un tema di grande attualità, come testimoniato dalle recenti evoluzioni normative, a livello sia nazionale che internazionale, che mirano a valutare il comportamento delle costruzioni anche in esercizio, sia sotto azioni ordinarie (vento e carichi verticali mobili, pedoni, attrezzature, ecc.) sia sotto l'azione di carichi eccezionali come i terremoti, quelli frequenti in particolare. Pertanto, controllo delle vibrazioni e degli effetti del vento e valutazione delle prestazioni strutturali per azioni dinamiche di bassa intensità (ad esempio, terremoti di esercizio), per le quali gli elementi non strutturali svolgono un ruolo fondamentale nella definizione del comportamento dinamico delle costruzioni, sono specifici obiettivi del presente progetto di ricerca.

Pubblicazioni scientifiche

 

2) Linea L6: Isolamento Simico e Dissipazione (2014-2018).

Le tecnologie per l’isolamento sismico e la dissipazione di energia concentrata in appositi dispositivi, anche se ormai mature dal punto di vista della loro comprovata efficacia ai fini della riduzione del rischio sismico e della effettiva possibilità applicativa su larga scala, richiedono ulteriori approfondimenti dal punto tecnologico e della verifica sperimentale al fine di ottimizzare il rapporto costi-benefici, anche in funzione della specificità delle strutture alle quali tali tecnologie vengono applicate e dei nuovi dispositivi disponibili.

Le attività svolte nei precedenti progetti ReLUIS (2005-2008 e 2010-2013) sono state tutte finalizzate all’effettiva diffusione e corretta applicazione delle tecniche di protezione sismica basate sull’inserimento all’interno dell’organismo strutturale di dispositivi (isolatori e/o dissipatori, e/o dal loro accoppiamento) appositamente progettati. Sono stati approfonditi, mediante studi numerici e sperimentali coordinati ed integrati tra le varie unità di ricerca, numerosi aspetti riguardanti, in particolare, la nuova progettazione e l’adeguamento e miglioramento sismico delle costruzioni esistenti tramite isolamento sismico e dissipazione di energia, inclusi ponti.

Molti dei risultati presentati nei precedenti progetti sono il frutto dell’esperienza condotta sul campo dai partecipanti alla ricerca anche in occasione dei recenti terremoti [L’Aquila (2009), Emilia (2011), Pollino (2012)], e nascono dall’esigenza di fornire risposte alle istanze provenienti dal mondo professionale, coerentemente con le finalità della Protezione Civile di diffusione di tali tecniche per pervenire ad una reale e significativa riduzione del rischio sismico. A tale scopo sono state modellate e testate nuove tipologie di dispositivi, anche a basso costo, ed è stata considerata anche la possibilità di escursione in campo plastico delle strutture da adeguare/migliorare al fine di contenere costi dell’intervento e ampliare la base di strutture sulle quali applicare tali tecnologie.

Riguardo le applicazioni mediante l’approccio basato sulla dissipazione di energia particolare attenzione è stata riposta sull’applicabilità delle varie tecniche, anche mediante la predisposizione di procedure di progettazione semplificate, di appositi manuali esplicativi sull’utilizzo delle diverse soluzioni tecnologiche disponibili e di linee guida di progettazione.

E’ stata studiata ed analizzata per la prima volta, inoltre, la possibilità di utilizzare sistemi di protezione per infrastrutture di particolare importanza basati sull’integrazione di dispositivi di tipo semiattivo e sistemi di early warning, in grado di calibrare ed ottimizzare le proprietà di controllo dei dispositivi in funzione della caratteristiche strutturali e della tipologia e intensità dell’input sismico.

Il nuovo progetto, utilizzando le conoscenze acquisite dai precedenti studi e sperimentazioni, dovrà basarsi su nuove esperienze di ricerca sperimentale e sfruttare utilmente opportunità di scambio di risultati scientifici a livello internazionale per migliorare/modificare/estendere la pertinente normativa, anche alla luce degli avanzamenti tecnologici nel settore.

Struttura Progetto

Dai risultati scaturiti dai precedenti progetti e dall’osservazione dei comportamenti delle strutture nei recenti terremoti italiani si è evidenziata, però, l’esigenza di approfondire alcuni aspetti essenziali, ai fini di una più ampia diffusione e corretta applicazione di tali tecnologie e per la formulazione di proposte di aggiornamento e ulteriori indicazioni normative. Le attività previste sono le seguenti:

- Completamento analisi dati sperimentali ottenuti nell’ambito del progetto speciale JETBIS (Joint Experimental Testing on Base Isolation Systems), condotto nel progetto ReLUIS 2010-13, finalizzate al confronto fra diversi sistemi di isolamento proposti dalle varie U.R.. Tali attività potranno essere integrate con eventuale ulteriori prove sperimentali di caratterizzazione dei dispositivi e/o su tavola vibrante per approfondimenti sull’importanza dei parametri progettuali dei vari sistemi di isolamento considerati;

- Approfondimento delle problematiche specifiche legate alla scelta e all’ottimizzazione delle tecnologie di protezione sismica passiva tecnicamente ed economicamente più vantaggiose per l’adeguamento/miglioramento delle strutture esistenti, considerando le tipologie di isolatori/dissipatori maggiormente diffuse nelle applicazioni reali recenti e utilizzo di nuove tipologie di dispositivi antisismici;

- Definizione di tecnologie e procedure progettuali per l’applicazione della protezione sismica passiva anche ad altre tipologie strutturali rispetto a quelle standard;

- Predisposizione di materiale divulgativo e sviluppo di procedure operative e relativi software, ad uso di tecnici professionisti e aggiornamenti/revisioni normative, al fine di diffondere l'utilizzo delle tecniche di protezione passiva.

Pubblicazioni scientifiche