1) Sviluppo di modelli per l'analisi statica e dinamica non lineare di strutture in calcestruzzo armato: modelli a plasticità diffusa; modelli a fibre; determinazione della capacità deformativa al collasso.
2) Studio del comportamento sismico e dei criteri di progettazione di strutture in c.a.: influenza della componente verticale del sisma; valutazione del danneggiamento; influenza dei tamponamenti in muratura; progettazione secondo l'Eurocodice 8; metodologie innovative basate su approcci agli spostamenti.
3) Procedure di pushover per la stima della risposta sismica: metodi semplificati per la stima della risposta sismica; procedure di pushover standard, multi-modali ed adattive; procedure di pushover per edifici irregolari in pianta.
4) Inserimento di dispositivi per il controllo degli effetti del sisma: isolamento alla base di strutture soggette a sismi epicentrali; impiego di dissipatori fluido-viscosi per il miglioramento e l'adeguamento sismico di edifici esistenti.
5) Analisi di affidabilità e approcci probabilistici per strutture soggette ad azione sismica: determinazione della pericolosità sismica; influenza del parametro di misura dell'intensità del sisma; calcolo della probabilità di collasso di strutture in c.a.
6) Valutazione della vulnerabilità sismica di edifici in muratura: analisi dei meccanismi di collasso.
7) Identificazione dinamica di strutture e rilevamento del danno sulla base di dati vibrazionali.
1) Si sono studiati i modelli analitici e si sono realizzati
codici di calcolo per l'analisi statica e dinamica non-lineare di
strutture in calcestruzzo armato. E' stato formulato e messo a
punto autonomamente un modello di tipo globale basato
sull'introduzione dei legami momento-curvatura dei tronchi
costituenti gli elementi strutturali. Un aspetto che è stato
approfondito in modo particolare ha riguardato la valutazione
dell'incidenza dello sforzo normale e delle sue variazioni sul
comportamento dei pilastri. Per confronto è stato poi perfezionato
un modello a fibre diffuso in ambito scientifico, più raffinato nel
descrivere gli effetti dello sforzo normale, ma poco agevole per
svolgere estese indagini numeriche. Entrambi i modelli sono stati
tarati e verificati attraverso il confronto con risultati
sperimentali reperibili in letteratura.
Successivamente si è proceduto alla realizzazione ed
implementazione di un nuovo modello a fibre capace di includere
l'interazione taglio-flessione nella risposta non lineare degli
elementi in c.a. soggetti a carico ciclico. Nel modello è stato
applicato un legame costitutivo biassiale per le fibre di
calcestruzzo. Il modello teorico, implementato in un codice di
calcolo, è stato validato tramite confronti teorico-sperimentali ed
è stato utilizzato per valutare l'incidenza della deformabilità per
taglio in campo non lineare di elementi tozzi in c.a.
Un ulteriore aspetto su cui si è concentrata l'attenzione è stato
lo studio della capacità deformativa al collasso di elementi
strutturali in c.a. presso-inflessi. In particolare si è
considerato lo scorrimento delle barre lungo l'elemento e nelle
zone di ancoraggio e si è tenuto conto dell'effetto del
confinamento del calcestruzzo all'interno del nucleo staffato.
2) Diverse misurazioni in recenti terremoti hanno evidenziato il
manifestarsi di forti accelerazioni verticali del suolo,
soprattutto nelle zone epicentrali. Ciò ha portato ad un rinnovato
interesse sugli effetti della componente verticale del sisma,
ritenuti in genere trascurabili. In questa ricerca si sono studiati
gli effetti dell'azione sismica verticale con riferimento ad un
vasto insieme di strutture intelaiate in c.a. progettate secondo
l'Eurocodice 8. A tale fine sono state svolte analisi dinamiche non
lineari sia con modelli a fibre che di tipo globale. Il confronto
tra questi si è rivelato necessario per l'importanza, in presenza
della componente verticale, dei fenomeni di interazione
momento-sforzo normale. I risultati sono stati esaminati in termini
di diversi parametri di risposta, evidenziando gli effetti delle
variazioni di sforzo normale prodotti dall'azione sismica verticale
sul danneggiamento e sulla resistenza a taglio.
I risultati delle analisi dinamiche sono stati analizzati
introducendo, inoltre, indici capaci di quantificare in modo
sintetico il danneggiamento subito e di dare una misura del grado
di sicurezza nei confronti del collasso. Si sono considerati indici
di danno basati sulla duttilità, sull'energia dissipata, ed indici
combinati. Essi sono stati adoperati per costruire le curve di
danno tipiche per una data struttura in c.a. in funzione
dell'intensità del sisma.
Lo studio della risposta sismica di telai in c.a. è poi proseguito
estendendo le analisi al caso di telai con tamponamenti in
muratura. I danneggiamenti riscontrati in recenti eventi sismici
hanno evidenziato, infatti, che i tamponamenti, generalmente
trascurati nel calcolo, possono causare effetti determinanti. Un
ulteriore aspetto della ricerca ha riguardato i criteri di
progettazione. In particolare si sono utilizzati i risultati delle
analisi dinamiche non lineari per verificare alcuni parametri e
criteri di progettazione dell'EC8, tra cui il coefficiente di
struttura e la gerarchia delle resistenze. Successivamente si è
iniziato uno studio sugli approcci innovativi basati sugli
spostamenti, nei quali, rispetto alle metodologie correnti basate
sulle forze, gli spostamenti vengono assunti come parametro di
progetto fondamentale.
3) L'analisi di pushover, ovvero l'analisi statica non lineare
condotta applicando forze laterali gradualmente crescenti fino al
raggiungimento di un determinato stato limite, può costituire una
alternativa sia ai metodi convenzionali di analisi lineare, che ai
metodi più complessi fondati su analisi non lineari di tipo
dinamico. La previsione ed il controllo della risposta inelastica
rappresenta infatti un aspetto fondamentale della progettazione
sismica. L'impiego dell'analisi di pushover richiede particolare
attenzione riguardo ad alcuni aspetti, tra cui la valutazione della
domanda sismica e la definizione di una appropriata distribuzione
di forze laterali. Riguardo al primo aspetto sono stati confrontati
i metodi semplificati basati sull'individuazione di un oscillatore
equivalente alla struttura: metodo N2, metodo dello spettro di
capacità e metodo del coefficiente di spostamento. Con riferimento
al secondo aspetto si è eseguita una campagna di indagini numeriche
per valutare l'efficacia sia di procedure standard, basate su una
singola distribuzione di forze invariante, sia di procedure più
avanzate, tra cui quelle multi-modali, finalizzate ad
includere gli effetti dei modi di vibrare superiori, e quelle
adattive, finalizzate a tenere conto della variazione del vettore
delle forze laterali durante l'analisi in campo non lineare.
L'efficacia è stata studiata tramite il confronto con analisi
dinamiche non lineari per livelli crescenti di intensità sismica.
Le procedure sono state applicate ad una ampia casistica di telai
piani in c.a. medio alti regolari ed irregolari in elevazione.
Inoltre si è affrontato il problema dell'estensione ad analisi in
3D, particolarmente sentito nel caso di edifici irregolari in
pianta. Si è così studiata l'efficacia della procedura multi-modale
applicata ad un insieme di edifici con diversi valori
dell'eccentricità tra centro delle masse e delle rigidezze e del
momento polare d'inerzia delle masse di piano.
4) L'utilizzo di tecnologie innovative come l'introduzione di
isolatori alla base o di smorzatori all'interno dell'edifico appare
una soluzione promettente sia per il controllo degli effetti del
sisma in nuovi edifici, sia per l'adeguamento di edifici esistenti,
per i quali l'obiettivo di soddisfare i requisiti dei nuovi edifici
è spesso particolarmente oneroso e di difficile realizzazione. Ciò
si evidenzia soprattutto nel caso di edifici strategici.
Inizialmente si è valutata l'efficacia di un possibile adeguamento
sismico tramite l'introduzione alla base di isolatori elastomerici
ad elevato smorzamento. Una volta progettato il sistema di
isolamento si è passati all'analisi della risposta della struttura,
sviluppando un modello tridimensionale con legge a parametri
variabili per gli isolatori ed assumendo un comportamento non
lineare per la sovrastruttura. In particolare si è studiato
l'effetto dei sismi epicentrali sulla risposta degli edifici
isolati alla base e si è valutato l'impiego di smorzatori
viscosi alla base per mitigare gli effetti di tali sismi sugli
isolatori.
Riguardo all'impiego di dissipatori si sono esaminate, applicate e
confrontate le procedure di progettazione presentate in
letteratura, e successivamente si sono sviluppati casi studio
relativi all'adeguamento sismico di edifici esistenti di tipo
ospedaliero. Si sono quindi studiati i criteri di progettazione,
modellazione ed analisi per dissipatori di tipo fluido-viscoso
lineare e non lineare introdotti in edifici in c.a., considerando
il comportamento non lineare degli elementi strutturali e valutando
i contributi energetici in gioco. Tale aspetto è stato affrontato
anche in collaborazione con l'University at Buffalo. Inoltre è
stata proposta una nuova procedura semplificata di progettazione
per strutture con dissipatori fluido-viscosi di tipo non
lineare.
5) Nell'ambito dell'approccio di progettazione sismica di tipo
prestazionale le attuali tendenze sono volte ad un inquadramento
rigoroso del metodo di tipo probabilistico. Lo scopo della ricerca
è stato quello di studiare l'applicazione di un approccio
probabilistico completo denominato “Metodo 2000 SAC/FEMA” per il
calcolo della probabilità di collasso di strutture in c.a. soggette
ad azione sismica. Si è svolta l'analisi di pericolosità
sismica con il metodo di Cornell per alcuni siti nazionali, e si
sono determinate le curve di domanda tramite analisi dinamiche non
lineari di tipo incrementale. Per la capacità si sono considerati
sia meccanismi di crisi per flessione che per taglio. Il metodo è
stato applicato a diverse strutture intelaiate in c.a. Si è quindi
studiata l'influenza della misura di intensità sismica sia sulla
valutazione della pericolosità che della domanda sismica e quindi
sul calcolo della probabilità di collasso.
L'aspetto relativo alle misure di intensità sismica è stato poi
approfondito nell'ambito di uno studio in collaborazione con il
Blume Earthquake Engineering Center della Stanford University. La
misura di intensità deve possedere infatti determinate
proprietà, come la computabilità della pericolosità, l'efficienza,
la sufficienza e la robustezza al processo di scala nelle analisi
dinamiche. Si sono esaminate tali proprietà per le più comuni
misure di intensità sismiche e si è cercato di superare alcuni
inconvenienti di esse. In particolare è stata proposta una nuova
misura basata su una media dell'accelerazione spettrale per un
certo intervallo di periodi.
6) L'obiettivo della ricerca è di sviluppare strumenti di
analisi e di verifica per la valutazione della vulnerabilità
sismica degli edifici di muratura, con riferimento alla
modellazione del comportamento non lineare della struttura e
all'influenza dei meccanismi di collasso, in particolare di quelli
locali fuori dal piano. Questi ultimi rappresentano in genere la
modalità più probabile di collasso degli edifici esistenti di
muratura.
La valutazione della sicurezza delle pareti murarie per
sollecitazioni fuori del piano può essere condotta con modelli a
blocchi rigidi. Si possono adottare approcci basati sulle forze
(analisi cinematica lineare) o sugli spostamenti (analisi
cinematica non lineare). Come evidenziato da recenti ricerche, in
genere le condizioni di collasso di pareti fuori dal piano vengono
raggiunte per valori eccessivi di domanda di spostamento. La
determinazione della capacità e della domanda di spostamento sembra
essere dunque l'elemento fondamentale per caratterizzare il
comportamento delle pareti fuori dal piano. Tuttavia sono ancora
pochi gli studi che prendono in considerazione l'influenza di
alcuni parametri importanti, quali l'attrito e la deformabilità
degli impalcati.
In questa ricerca l'analisi dei meccanismi locali fuori piano è
stata effettuata anche attraverso analisi dinamiche, con lo scopo
di effettuare valutazioni accurate della domanda di spostamento e
di studiare l'applicabilità di metodi semplificati. Per tenere
conto della deformabilità degli impalcati si sono considerati
modelli a più gradi di libertà rimuovendo l'ipotesi che gli
spostamenti alla base e in sommità siano uguali ed in fase.
Per questi modelli si sono ricavate le equazioni del moto e si sono
sviluppati algoritmi di integrazione.
