Il gruppo di ricerca svolge da tempo attività scientifica
nell'ambito dell'ingegneria sismica, con specifico riferimento a
nuove metodologie per la progettazione sismica delle strutture
civili, e nel settore dei ponti. Nel dettaglio, si stanno sviluppando i seguenti temi di
ricerca:
1. Inserimento di smorzatori viscosi nelle strutture: ottimizzazione e procedure semplificate.
2. Studio dei fenomeni torsionali su strutture asimmetriche soggette a sisma.
3. Sviluppo di controventi dissipativi isteretici in acciaio di forma speciale (“Crescent-Shaped Braces”) per il raggiungimento di una molteplicità di obiettivi prestazionali in un'ottica Performace Based Seismic Design.
4. Risposta sismica di silos a fondo piano contenenti materiale granulare: sviluppi analitici e progettazione, esecuzione ed interpretazione di prove sperimentali su tavola vibrante ("SEismic Response of Actual steel SILOS ‐ SERA‐SILOS" European Project, SERA call, 2018-2019).
5. Ricerca sperimentale, sviluppi analitici e correlazione analitico/sperimentale sul comportamento sotto carico ciclico orizzontale di strutture a pannelli portanti in conglomerato cementizio armato.
6. Analisi probabilistiche e deterministiche di pericolosità sismica.
7. Identificazione dell'input sismico per analisi dinamiche non lineari tramite accelerogrammi in un'ottica Performace Based Seismic Design.
8. Progettazione, esecuzione ed interpretazione di prove sperimentali su tavola vibrante di un edificio a 3 piani in scala reale, con sistema strutturale costituito da pannelli tozzi in c.c.a. di tipo sandwich presso il Laboratorio EUCENTRE di Pavia, nell'ambito di un progetto SERIES finanziato dalla comunità europea (FP7).
9. Valutazione della sicurezza strutturale, analisi sismiche e interpretazione dei dati di monitoraggio di edifici storici monumentali, con particolare riferimento al Duomo di Modena ed alle Due Torri di Bologna.
10. Prove sperimentali di tipo pseudo statico e su tavola vibrante di modelli in scala volte a crociera soggette a deformazione di tipo tagliante in pianta ("SEeismic BEhavior of Scaled MOdels of groin VAults made by 3D printers - SEBESMOVA3D" European Project, SERA call, 2018-2019).
11. Costruzioni sismo‐resistenti in paesi in via di sviluppo: studio del comportamento sismico di edifici monopiano realizzate con murature di gabbioni, di costruzioni "bhatar", di edifici di muratura in pietra grezza (rubble-stone masonry buildings).
12. Monitoraggio strutturale di edifici monumentali e ponti esistenti.
13. Valutazione della sicurezza strutturale dei ponti, con particolare riferimento al monitoraggio di ponti in calcestruzzo armato precompresso e alla definizione di modelli meccanici per la stima della resistenza residua di trefoli corrosi.
MAGGIORI DETTAGLI
1. Inserimento di smorzatori viscosi nelle strutture, al fine di
ottimizzare la mitigazione degli effetti dinamici dovuti a sisma.
PROBLEMATICA: E' ben noto come gli smorzatori viscosi inseriti
nelle strutture siano in grado di mitigare gli effetti dinamici
dovuti a sisma attraverso la dissipazione dell'energia cinetica
trasmessa dal terreno alla struttura, tanto che si contano già
numerose applicazioni su edifici soprattutto negli Stati Uniti e in
Giappone. Tuttavia, nella letteratura tecnica, il tema
dell'ottimizzazione simultanea del posizionamento e del
dimensionamento degli smorzatori è apparso in parte non
approfondito e non ha ancora fornito criteri di validità generale.
Si trovano infatti, il più delle volte, algoritmi di tipo numerico
sviluppati per la sola ottimizzazione della dimensione degli
smorzatori per quella specifica disposizione che li vede
posizionati tra un piano e l'altro (disposizione tradizionalmente
adottata negli edifici a telaio, ma non la sola possibile).
CONTRIBUTO: Dimostrazione analitica delle superiori proprietà
dissipative fornite dai cosiddetti sistemi MPD (Mass Proportional
Damping). Identificazione delle metodologie per la loro
applicazione ad edifici a telaio. Sviluppo di una originale
procedura operativa per la semplice identificazione delle
caratteristiche degli smorzatori viscosi (es. coefficiente di
smorzamento, esponente di smorzamento, rigidezza del fluido) che
consentono di raggiungere desiderati/prestabiliti livelli di
prestazione (es. riduzione nella risposta sismica rispetto a
strutture senza sistema di dissipatori aggiuntivi). Identificazione
dei fattori di struttura da utilizzarsi per strutture
caratterizzate da elevati valori del rapporto di smorzamento, per
l'accoppiamento dell'economicità data dallo sfruttamento delle
capacità duttili degli elementi strutturali, con l'efficienza data
dall'utilizzo di sistemi di dissipazione viscosa aggiuntivi.
2. Analisi dei fenomeni torsionali indotti dall'azione sismica su
edifici caratterizzati da eccentricità in pianta tra “baricentro
delle masse” e “baricentro delle rigidezze”.
PROBLEMATICA: Le strutture eccentriche, caratterizzate da
“baricentro delle masse” e “baricentro delle rigidezze” non
coincidenti, qualora soggette ad eccitazione sismica, sviluppano
una risposta torsionale che può incrementare molto il livello
deformativo degli elementi strutturali più lontani dal baricentro
delle rigidezze. La risposta torsionale di strutture eccentriche
può essere stimata solo con analisi tri-dimensionali che non
forniscono informazioni di carattere generale, perché relative solo
ad una specifica struttura soggetta ad un ben determinato input.
Nell'ottica del Performance Based Design, si ricercano invece
criteri di validità generale che si possano poi tradurre in
semplici indicazioni progettuali da normativa.
CONTRIBUTO: Sviluppo di formule predittive per la stima
dell'incremento della richiesta di spostamento (max spostamento
lato flessibile) in dette strutture eccentriche rispetto alle
corrispondenti strutture non eccentriche. Tali formule, sviluppate
analiticamente a partire da sintetici parametri che caratterizzano
le proprietà fisiche dei sistemi, hanno mostrato, sulla base sia di
estese indagini numeriche parametriche, che di prove sperimentali
su tavola vibrante, la loro capacità nel cogliere l'essenza di tali
fenomeni.
3. Sviluppo di controventi dissipativi isteretici in acciaio di forma speciale (“Crescent-Shaped Braces”) per il raggiungimento di una molteplicità di obiettivi prestazionali in un'ottica Performace Based Seismic Design.
4. Risposta sismica di silos
PROBLEMATICA: Nella problematica generale relativa alla
valutazione delle azioni indotte dal sisma sulle pareti di silos a
fondo piano contenenti materiali granulari (tipo cereale) risulta
di particolare interesse la valutazione delle azioni orizzontali.
Tali azioni vengono usualmente valutate (i) ipotizzando un
comportamento rigido del silos e del contenuto (il che equivale a
considerare silos e contenuto soggetti alle accelerazioni del
terreno) e (ii) assumendo che la massa di cereale corrispondente a
tutto il contenuto del silos meno il cono di base avente
inclinazione pari all'angolo di attrito interno del cereale venga
equilibrata dalle spinte orizzontali fornite dalle pareti
(supponendo che la forza sismica che nasce nel cono di base venga
equilibrata per attrito alla base e pertanto non si scarichi sulle
pareti). Questo approccio progettuale non è tuttavia supportato da
specifici studi scientifici a riguardo; infatti, nonostante vi
siano molte pubblicazioni sul comportamento sotto sisma di silos
contenenti liquidi, in letteratura non sono presenti pubblicazioni
a carattere scientifico relative al comportamento dinamico, e tanto
meno sotto sisma, di silos a fondo piano contenenti materiali
granulari.
CONTRIBUTO: Sviluppo di formule di predizione analitica delle
effettive spinte orizzontali che nascono su pareti di silos a fondo
piano contenenti materiale granulare a seguito di input di tipo
sismico. Le formule di predizione analitica del comportamento
dinamico (basate sulle medesime assunzioni presenti nelle
idealizzazioni “statiche” di Janssen e Koenen) sono oggetto in
questi mesi di specifiche prove dinamiche su tavola vibrante presso
l'Earthquake Centre di Bristol (finanziamento Europeo “SERIES”); i
primi risultati indicano un'efficacia delle formule sviluppate nel
meglio cogliere le effettive sollecitazioni sismiche sulle pareti
dei silos rispetto alle prescrizioni dell'Eurocodice 8.
5. Ricerca sperimentale, sviluppi analitici e correlazione
analitico/sperimentale sul comportamento sotto carico ciclico
orizzontale di strutture a pannelli portanti in conglomerato
cementizio armato.
PROBLEMATICA: Le costruzioni a pannelli portanti in conglomerato
cementizio armato sono una tipologia costruttiva da tempo
utilizzata nell'edilizia di tipo economico. In tali edifici i
pannelli hanno spessori moderati (15 - 25 cm) e le percentuali di
armatura sono piccole. Edifici così realizzati hanno mostrato
pregevoli risorse di resistenza nei confronti di terremoti anche di
elevate intensità. Analisi effettuate in seguito a tali eventi
sismici hanno indicato che la sovraresistenza della struttura ha
permesso di limitare la richiesta di duttilità. Tuttavia, pochi
studi sperimentali ed analitici sono stati finora effettuati allo
scopo di determinare le prestazioni al collasso di strutture
realizzate utilizzando setti in opera con deboli percentuali di
armatura.
CONTRIBUTO: Il gruppo di ricerca si è occupato sia
dell'organizzazione e progettazione, che della interpretazione
scientifica (con sviluppo di modelli analitici in grado di cogliere
il comportamento sperimentale) di prove di carico ciclico sotto
azione orizzontale (svolte presso il laboratorio del centro sismico
europeo EUCENTRE di Pavia) di una tipologia particolare, con
blocco-cassero “a perdere”, di pannelli in conglomerato cementizio
debolmente armato. Il procedimento costruttivo di tali pannelli
prevede la realizzazione di pareti portanti mediante il getto di
conglomerato cementizio ordinario all'interno di blocchi cassero in
legno-cemento. La particolare conformazione del cassero in legno
–cemento fa sì che la parete così ottenuta si caratterizzi per la
presenza di zone alveolari di alleggerimento. All'interno dei
blocchi, prima del getto vengono posizionate opportune armature sia
orizzontali che verticali, in modo tale da costituire, a getto
completato, un setto in c.a. armato. Al fine di ottenere una
adeguata caratterizzazione del comportamento sismico (rigidezza,
resistenza, duttilità) di tali pannelli, sono state condotte prove
pseudostatiche con carico verticale costante e con carico
orizzontale ciclico sia su pannelli singoli che su un sistema con
pianta ad H, rappresentativo di una porzione di struttura a due
piani. I risultati ottenuti mostrano un buon comportamento duttile,
elevate resistenze alle azioni orizzontali ed il mantenimento della
capacità di resistenza ai carichi verticali anche dopo il
danneggiamento provocato dal carico orizzontale. Anche il degrado
delle caratteristiche meccaniche dei pannelli appare
sostanzialmente accettabile.
6. Analisi probabilistiche e deterministiche di pericolosità
sismica (studi analitici e numerici).
PROBLEMATICA: In un framework Performance Based Seismic Design
risulta centrale la determinazione della “domanda” imposta alla
struttura dall'azione sismica. La domanda, in genere, viene
valutata mediante una serie di analisi dinamiche non lineari
utilizzando input sismici di progetto di tipo time-history
(accelerogrammi) eseguite per diversi livelli sismici di progetto e
mediante l'individuazione di opportuni Engineering Demand
Parameter. Passaggio fondamentale risulta essere pertanto la
corretta identificazione degli accelerogrammi di progetto che si
devono utilizzare nelle analisi. L'identificazione di tali gruppi
di accelerogrammi associati ad un dato livello sismico di progetto
è ottenuta attraverso l'associazione di un dato valore della
probabilità di superamento, in un determinato periodo di
osservazione, con uno specifico valore di soglia di una opportuna
Intensity Measure (IM, parametro di intensità descrittivo del
terremoto).
CONTRIBUTO: Il gruppo di ricerca ha sviluppato un'analisi
probabilistica di pericolosità sismica che perviene alla
determinazione delle funzioni di probabilità (PDF e CDF) relative
al fatto che, in una data località e in un dato tempo di
osservazione, si abbiano valori di accelerazione massima del
terreno o di velocità massima del terreno superiori a valori
prefissati. Si è quindi proposta una Intensity Measure di tipo
vettoriale basata sulla combinazione di PGA e PGV. Analisi
dinamiche non lineari di tipo time-history condotte utilizzando
come input gruppi di sismi ottenuti a partire da coppie di valori
di PGA e PGV hanno mostrato risultati molto meno dispersi di quelli
ottenuti con analisi condotte utilizzando come input gruppi di
sismi ottenuti a partire da altre Intensity Measures proposte in
letteratura.
7. Identificazione dell'input sismico per analisi dinamiche non
lineari tramite accelerogrammi in un'ottica Performance Based
Seismic Design (studi analitici e numerici).
8. Progettazione, esecuzione ed interpretazione di prove
sperimentali su tavola vibrante di un edificio a 3 piani in scala
reale, con sistema strutturale costituito da pannelli tozzi in
c.c.a. di tipo sandwich presso il Laboratorio EUCENTRE di Pavia,
nell'ambito di un progetto SERIES finanziato dalla comunità europea
(FP7).
9. Valutazione della sicurezza strutturale, analisi sismiche e
interpretazione dei dati di monitoraggio di edifici storici
monumentali, con particolare riferimento al Duomo di Modena ed alle
Due Torri di Bologna.
10. Prove sperimentali di tipo pseudo statico e su tavola vibrante di modelli in scala volte a crociera soggette a deformazione di tipo tagliante in pianta ("SEeismic BEhavior of Scaled MOdels of groin VAults made by 3D printers - SEBESMOVA3D" European Project, SERA call, 2018-2019).
11. Costruzioni sismo‐resistenti in paesi in via di sviluppo: studio del comportamento sismico di edifici monopiano realizzate con murature di gabbioni, di costruzioni "bhatar", di edifici di muratura in pietra grezza (rubble-stone masonry buildings).
12. Monitoraggio strutturale di edifici monumentali e ponti esistenti.
13. Valutazione della sicurezza strutturale dei ponti, con particolare riferimento al monitoraggio di ponti in calcestruzzo armato precompresso e alla definizione di modelli meccanici per la stima della resistenza residua di trefoli corrosi.