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Tomaso Trombetti

Professore associato confermato

Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali

Settore scientifico disciplinare: ICAR/09 TECNICA DELLE COSTRUZIONI

Temi di ricerca

Parole chiave: tavole vibranti strutture a setti portanti forma e struttura definizione dell'input sismico di riferimento progettuale strutture eccentriche progettazione strutturale prestazionale affidabilità strutturale funzionamento strutturale smorzatori viscosi strutture realizzate additive manufacturing costruzioni in acciaio realizzate con 3d printing

Il gruppo di ricerca si è da tempo occupato di metodologie innovative per la progettazione statica e sismica delle strutture civili, sviluppando, nel dettaglio, i seguenti temi di ricerca:

1. Progettazione antisismica  di tipo prestazionale (Performance Based Seismic Design); 

2. Comportamento dinamico di strutture eccentriche (non coincidenza in pianta fra baricentro delle masse e baricentro delle rigidezze). 

3. Monitoraggio e consolidamento di costruzioni di tipo storico monumentale.

4. Sistemi innovativi (smorzatori, isolatori, strong back) per la mitigazione degli effetti del sisma sulle costruzioni.

5. Comportamento sismico di silos contenti materiale di tipo granulare.

6. Comportamento sismico di strutture a pareti portanti in c.c.a..

7. Sviluppo di Malte innovative di tipo "duttile" per la realizzazione di pareti con superiori prestazioni sismiche.

8. Modellazione e comportamento dinamico di tavole vibranti.

9. Costruzioni in acciaio ottenute mediante "additive manufacturing" (3D printing)

10. metodi probabilistici applicati all'ingegneria civile (valutazioni di rischio sismico, identificazione delle intensity measure appropriate per la scelta degli input sismici di riferimento...).

La progettazione sismica di strutture civili risulta essere particolarmente impegnativa, data la complessa e molteplice caratterizzazione sia dell'azione sismica che della risposta strutturale. A tal fine, hanno recentemente avuto particolare successo le metodologie di studio che prendono il nome di Performance Based Seismic Design (PBSD). Nell'ambito di tali approcci, l'elemento di principale criticità sta nella identificazione dei corretti input sismici di riferimento.  In tema di identificazione di input sismico, il gruppo ha sviluppato una metodologia per analisi probabilistiche di pericolosità sismica, che perviene alla determinazione delle funzioni di probabilità (PDF e CDF) della accelerazione massima del terreno (Peak Ground Acceleration, PGA) e della velocità massima del terreno (Peak Ground Velocity, PGV).

 

Dall'analisi critica dei danni indotti da recenti eventi sismici distruttivi è emerso come una notevole percentuale di crolli sia direttamente riconducibile agli effetti torsionali indotti dall'azione del sisma sulle strutture caratterizzate da irregolarità in pianta (non coincidenza tra “baricentro delle rigidezze” e “baricentro delle masse”). Il gruppo di ricerca ha sviluppato un approccio innovativo (metodo ALPHA) per la valutazione della risposta torsionale di sistemi eccentrici proposto dagli scriventi. L'approccio identificato dal gruppo di ricerca si caratterizza per (1) un'estrema semplicità di formulazione (si basa sul rapporto tra la massima rotazione ed il massimo spostamento sviluppati dai sistemi eccentrici in oscillazione libera), (2) la capacità di identificare un parametro (ALPHA) di risposta in grado di cogliere la predisposizione dei sistemi dinamici allo sviluppo di risposte torsionali e (3) la possibilità di ottenere una stima delle massime rotazioni indotte dall'azione del sisma a partire dalla risposta sismica di una struttura equivalente, ma caratterizzata da eccentricità nulle.

 

I sistemi innovativi per la mitigazione dell'azione del sisma sono l'oggetto di un'intensa attività di ricerca sviluppata a livello mondiale. Tra i vari dispositivi studiati gli smorzatori sismici di tipo viscoso hanno mostrato di essere in grado di fornire prestazioni ottimali a fronte di costi di installazione relativamente ridotti. Il gruppo di ricerca ha affrontato questa problematica occupandosi in particolare dell'inserimento “ottimale” di smorzatori viscosi in strutture a telaio individuando un peculiare schema di inserimento (chiamato “MPD”) caratterizzato da superiori “prestazioni” sismiche se paragonato a sistemi “tradizionali” pervenendo alla messa a punto di una procedura sintetica per il dimensionamento degli stessi denominata "five step procedure".

 

Ancorchè non noto ai più, i silos rappresentano una risorsa strategica di notevole rilievo nell'economica e sostenibilità mondiale, grazie alle capacità di conservazione di beni primari quali granaglie. Pur tuttavia il comportamento sotto sisma di tali costruzioni non è al momento completamente noto. Le metodologie di progettazione proposte da livello mondiale non appaiono, al momento avere precisi ed efficaci riscontri sperimentali. Il gruppo di lavoro ha da qualche anno messo a punto una metodologia analitica che consente di avere una molto più precisa stima delle azioni indotte dai contenuti "grain like" dei silos sulle pareti dei medesimi in caso di eventi sismici. La metodologia analitica sviluppata è stata  oggetto di prove su tavola vibrante (in collaborazione con la Università di Bristol) che hanno confermato la validità della medesima e che si auspica potrà portare in futuro ad un miglioramento delle correnti pratiche progettuali. In questi mesi è in fase di messa a punto una nuova campagna di prove da svilupparsi presso il laboratorio Eucentre di Pavia.

Le strutture a pareti portanti in conglomerato cementizio armato rappresentano una risorsa per il raggiungimento di costruzioni in grado di fornire una sicurezza assoluta in caso di eventi sismici (assenza di danno) a fronte di costi contenuti e sostanzialmente inferiori rispetto a quelli delle tradizionali costruzioni a telaio in cca. Il gruppo di studio ha da anni portato avanti una campagna di studi sia teorici che sperimentali (sviluppate attraverso sia prove statiche, pseudo-dinamiche dinamiche su tavola vibrante, in collaborazione con Eucentre di Pavia) che hanno mostrato come tali costruzioni siano in grado di fornire superiori prestazioni sismiche sia in termini di resistenza che di duttilità. 

 

Nell'ambito di due progetti di ricerca finanziati su base competitiva (MIUR e Por FESR) il gruppo è recentemente pervenuto alla messa a punto (in collaborazione con una primaria azienda del settore) di una tipologia di malta innovativa in grado di garantire uno specifico comportamento duttile ai paramenti murari con la medesima realizzati, con conseguente garanzia di superiori prestazioni dei paramenti murari di tamponamento in caso di eventi sismici. In questi ultimi mesi è in corso la mesa a punto di tali malte per ampie classi di laterizi così come la valutazione delle prestazioni offerte dalla medesima se utilizzata anche per paramenti murari di tipo portante.

 

Le tavole vibranti rappresentano lo strumento principale per la sperimentazione del comportamento sismico delle strutture.Il gruppo di ricerca ha sviluppato una modellazione analitica relativa al comportamento dinamico delle tavole vibranti. A tal proposito da tempo il gruppo di ricerca ha fattivamente collaborato alla mesa a punto della tavola vibrante LHPOST  dell'Università di California a San Diego.

 

Nella primavera del 2017 è iniziata la collaborazione con alcune ditte pionieristiche nella realizzazione di costruzioni utilizzando la tecnologia connessa all'uso di Robots accoppiati a stampanti 3D. In questi mesi sono in fase di sviluppo alcune pionieristiche prove su elementi strutturali in acciaio realizzati secondo tali metodologie. Nell'Ottobre 2018 è stato presentato al pubblico il primo ponte in acciaio realizzato con la tecnica del 3d printing. Il gruppo ha collaborato nella definizione delle caratteristiche meccaniche dei materiali.

 

Da anni il gruppo di ricerca si occupa di interpretare le risultanze ingegneristiche che emergono dai sistemi di monitoraggio in essere su due dei principali monumenti presenti nella regione Emilia Romagna: Le due torri di Bologna ed il Duomo di Modena (monumento Unesco). Nell'ambito di tali attività il gruppo ha messo a punto sia specifiche tecniche per l'analisi dei segnali dati dai sistemi di monitoraggio tipo "statico" (con analisi di correlazione con le condizioni ambientali, per la identificazione "early warning" di variazioni nel trend di comportamento) che specifici studi in grado di coordinare le risultanze date dal monitoraggio con analisi di tipo multi disciplinare e multi approccio necessarie per la conoscenza del comportamento strutturale di edifici di tipo storico monumentale.