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Il progetto 2010-2013

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Il progetto di ricerca ReLUIS II parte dalle conoscenze e dai risultati nel primo piano triennale, integrandole con altre da acquisirsi con la finalità principale di sviluppare strumenti utili al DPC per la gestione e mitigazione del rischio sismico. Ciò si declina lungo tre assi principali:
- Lo sviluppo di una piattaforma per la valutazione e gestione del rischio sismico delle costruzioni esistenti, adeguate e nuove a scala regionale e l’approfondimento delle metodologie (esistenti ed innovative) per la valutazione della capacità delle strutture esistenti e la progettazione degli interventi di adeguamento;
- La revisione delle recenti normative sismiche, migliorandone ulteriormente l’approccio unitario e l’applicabilità da parte della comunità professionale, nonché valutarne l’estendibilità a casi attualmente non normati o non consolidati, quali infrastrutture strategiche e impianti pericolosi, componenti non strutturali, contenuti museali ed aree archeologiche;
- La valutazione e lo sviluppo di nuovi strumenti e tecnologie per il monitoraggio, la gestione e la mitigazione del rischio sismico e del post-sisma nonché la formazione di una struttura di competenze di supporto al personale DPC in occasione degli eventi sismici.
Il progetto si svolge prevalentemente attraverso ricerche sperimentali che facciano uso delle grandi infrastrutture sperimentali disponibili presso i laboratori del ReLUIS al fine di valorizzare tali attrezzature e il notevole patrimonio acquisito attraverso di esse. Per questo motivo è prevista un’azione di coordinamento generale affinché i dati sperimentali (compresi filmati e foto) del presente progetto, ed anche dei progetti passati, vengano sistemati in repository (web-database), secondo criteri ben definiti.

Tutti i progetti dovranno essere coordinati con i progetti sviluppati dagli altri centri di competenza del DPC per il rischio sismico, ossia l’INGV per gli aspetti sismologici e l’EUCENTRE per aspetti ingegneristici. In particolare con quest’ultimo è necessaria per alcuni progetti una forte azione di integrazione dei prodotti, come richiamato nel seguito.

L’interlocuzione ed il coordinamento con il Dipartimento della Protezione Civile avverranno prevalentemente attraverso i referenti all’uopo nominati dal Direttore dell’Ufficio SIV, che potranno proporre anche opportune rimodulazioni, da condividere con i responsabili delle linee, ai fini di una più immediata utilizzabilità dei prodotti per la Protezione Civile. Tali rimodulazioni potranno richiedere ulteriori azioni e strumenti di coordinamento tra le diverse attività previste in progetto e documenti di sintesi da definire meglio nel corso del progetto.

Il progetto si articola in tre macro-aree tematiche (AT) , cui afferiscono 7 linee di ricerca, nonchè di temi trasversali e speciali:

- Area Tematica 1 (AT-1): Strumenti per la valutazione e la gestione del rischio del patrimonio costruito
1.1
Nuovi aspetti nella valutazione delle strutture esistenti e degli interventi di adeguamento e valutazione del rischio sismico del patrimonio costruito a scala regionale; 1.2
Sviluppo di approcci agli spostamenti per la valutazione della vulnerabilità.

- Area Tematica 2 (AT-2): Innovazioni normative e tecnologiche in ingegneria sismica
2.1
Aspetti nella progettazione sismica delle nuove costruzioni; 2.2
Valutazione della vulnerabilità e del rischio sismico di sistemi speciali; 2.3
Innovazione tecnologica in ingegneria sismica.

- Area Tematica 3 (AT-3): Tecnologie per il monitoraggio del rischio e la gestione delle emergenze
3.1
Sviluppo di tecnologie per il monitoraggio e gestione del rischio sismico; 3.2
Servizi per la gestione delle emergenze e rapid response.

- ReLUIS speciale (RS): Progetti trasversali e speciali

Sono altresì previste attività di ricerca relative a cinque progetti trasversali (progetti RS) rispetto alle aree tematiche AT1, AT2 ed AT3; tali progetto RS hanno ad oggetto le seguenti tematiche:

RS1: Aspetti ingegneristici nell’input sismico;
RS2: Domanda sismica near-source ed effetti sulle strutture;
RS3: Rilevazione di agibilità, quantificazione del danno e regole e strumenti per la ricostruzione;
RS4: Modelli di sicurezza per edilizia esistente;
RS5: Impatto dei risultati della ricerca sulle NTC.

I temi sviluppati nell’ambito dei progetti RS risultano essere complementari rispetto a quelli delle linee di ricerca (1.1, 1.2, 2.1 e 2.2) costituenti le aree tematiche AT 1 ed AT2. In particolare, il progetto RS1 si pone come interfaccia dei progetti DPC-INGV.

- Geotecnica:

E’ prevista infine una linea trasversale geotecnica che risulta suddivisa in macro-temi (MT) e comprende: MT1 (Risposta sismica locale e lifelines), MT2 (Fondazioni superficiali e su pali) e MT3 (Opere di sostegno rigide e flessibili). In particolare il macrotema MT1 risulta a sua volta articolato in 4 subtask:

MT1.1 - Proposte normative su classificazione sottosuolo ed effetti dell’amplificazione locale sulle azioni sismiche;
MT1.2 - Linee guida e codici per analisi di risposta sismica locale;
MT1.3 - Problemi near-fault ed effetti delle discontinuità nel sottosuolo sulla risposta sismica locale;
MT1.4 - Analisi sismica di lifelines e strutture interrate di supporto.

Le attività di ricerca coinvolgono UR distribuite capillarmente sul territorio nazionale, così come si evince dalla scheda tecnica che illustra le tematiche che saranno sviluppate nei singoli MT.

L’assegnazione delle risorse alle AT è tale che il 50% delle risorse generali disponibili sia dedicato alle attività sperimentali del progetto.

1.1. Nuovi aspetti nella valutazione delle strutture esistenti e degli interventi di adeguamento e valutazione del rischio sismico del patrimonio costruito a scala regionale.
Coordinatore Manfredi

Questa linea ha l’obiettivo di sviluppare metodi e fornire strumenti per la valutazione e la mitigazione del rischio sulle singole strutture (1.a) e sulla scala territoriale (1.b) e si articola per tipologie e problematiche strutturali.
1.1.1. Edifici in muratura, centri storici e beni culturali
1.1.2. Strutture in cemento armato ordinarie e prefabbricate
Trasversalmente ai temi relativi alle attività di cui ai punti 1.1.1 e 1.1.2 è prevista un’interazione con problematiche di natura geotecnica.




1.1.a. Nuovi aspetti nella valutazione delle strutture esistenti e degli interventi di adeguamento

Motivazioni: La sempre maggiore esigenza di sviluppare valutazioni di capacità di strutture esistenti si scontra con la difficoltà da parte di professionisti ed amministrazioni di applicare in maniera corretta i dettami normativi. Tale circostanza rappresenta da un lato una barriera alla diffusione di tale attività, dall’altra conduce a risultati a volte contrastanti che determinano contenziosi e contrasti con le amministrazioni. In particolare è necessario individuare in maniera più dettagliata il contesto normativo e di responsabilità in cui i professionisti agiscono. A tale scopo vanno approfonditi i metodi di indagine e conoscenza delle strutture, l’interazione tra verifiche per carichi verticali e verifiche sismiche, la necessità di soddisfacimento dei requisiti minimi normativi in termini di dettagli costruttivi e resistenze dei materiali. Inoltre vanno indicate procedure per valutare la robustezza e l’efficacia in termini di costi-benefici degli interventi di adeguamento per fornire alle amministrazioni strumenti di pianificazione strategica e valutazione ex-post.
L’art.3 dell’OPCM 3274 stabiliva un termine, ora protratto al dicembre 2010, entro il quale occorre effettuare le verifiche della sicurezza sismica delle opere strategiche e rilevanti. Molte di queste verifiche sono state effettuate con riferimento alle norme contenute nella suddetta ordinanza, mentre quelle successive all’entrata in vigore del D.M. 14/01/2008 sono svolte con le nuove norme. I risultati che ne scaturiscono possono essere anche significativamente diversi, ed è necessario ricondurre gli esiti delle verifiche ad un quadro di riferimento unico al fine di stabilire priorità di intervento. La diversità dei risultati può anche essere legata al tipo di analisi svolto, e dunque anche rispetto a tale aspetto sono necessari approfondimenti, al fine di non penalizzare eccessivamente strutture analizzate con metodi più prudenziali.
Diverse tecniche per interventi di rafforzamento locale che rispondano ai requisiti delle norme tecniche più recenti per gli interventi sugli edifici esistenti, sono stati già applicate nella fase di emergenza del terremoto di L’Aquila. L'approccio appare promettente in relazione alla necessità di semplificazione e velocizzazione della fase progettuale per conseguire più rapidamente gli obiettivi di una diffusa riduzione della vulnerabilità. Appare necessario un approfondimento sperimentale dell'efficacia di tali interventi, anche ai fini dello sviluppo e controllo dei relativi metodi di calcolo e di verifica.

Obiettivo:
L'approfondimento delle modalità di verifica di strutture esistenti ai sensi della 3274 (art.3) e il miglioramento di metodiche esistenti o la messa a punto di nuove, con riferimento alle NTC, appaiono obiettivi primari del progetto. Tra gli altri dovranno essere affrontati i seguenti aspetti: prove non distruttive, definizione di struttura non a norma, verifiche a carichi verticali, rispetto dei dettagli costruttivi (percentuale di armature longitudinale, passo staffe, etc.), aspetti di responsabilità di legge, etc. Per rendere immediatamente fruibili i risultati della ricerca, verranno sviluppate linee guida destinate ai professionisti che descrivano le tipologie di intervento e le modalità di verifica.
Riguardo alla necessità di omogeneizzare le verifiche effettuate con riferimento alle norme contenute nell'OPCM 3274, occorrerà stabilire delle procedure, anche molto semplificate, che permettano di equiparare, senza dover ri-effettuare il calcolo, gli esiti delle verifiche effettuate a quelli che scaturirebbero dall'applicazione delle nuove norme, con la mappa di pericolosità ad esse associata. Occorrerà inoltre quantificare le differenze nei risultati delle verifiche che scaturiscono dall'utilizzazione di differenti ipotesi di calcolo e differenti modelli e metodi di analisi e di verifica.
Si affronterà inoltre il delicato problema della robustezza degli interventi di adeguamento in relazione ad errori di progettazione ed esecuzione. Si procederà alla determinazione dei costi di varie categorie di intervento (per esempio riparazione, riparazione più miglioramento, riparazione più adeguamento, ovvero multi-criterio) per ciascun sistema strutturale vulnerabile oltre che a stabilire gli eventuali costi di interventi provvisionali.
Per le attività di verifica delle metodologie di calcolo e verifica si utilizzeranno anche le strutture facenti parte dell’Osservatorio Sismico delle Strutture (OSS), per le quali sono disponibili dettagliate informazioni relative alla caratterizzazione dei materiali e modelli numerici FEM a diversi livelli di dettaglio; nel corso degli anni è stata raccolta una significativa messe di dati relativi alla risposta di tali strutture ad eventi sismici intensivi bassa intensità; tali dati, che contengono preziose informazioni relative al comportamento reale delle costruzioni sotto sisma, saranno esaminati nel dettaglio.

Prodotti:
- Proposte di modifiche e integrazioni dell’attuale DM 2008 e relativa circolare
- Linee guida per professionisti per la valutazione delle strutture esistenti.
- Linee guida per professionisti ed enti locali per la valutazione degli interventi di rafforzamento locale, miglioramento ed adeguamento delle strutture esistenti.
- Procedura di equiparazione delle verifiche effettuate con riferimento all’OPCM 3274 rispetto al DM 14.01.2008.

1.b. Popolazione di una piattaforma per la valutazione del rischio sismico del patrimonio costruito a scala regionale

Motivazioni: L’analisi della vulnerabilità sismica delle strutture nuove ed esistenti è stata oggetto del precedente programma di ricerca DPC-ReLUIS 2005-2008. In particolare sono state effettuate analisi numerico-sperimentali su diverse tipologie strutturali realizzate in muratura (Linea di ricerca n.1), c.a. (Linea di ricerca n.2), acciaio e miste acciaio-calcestruzzo (Linea di ricerca n.5). I risultati ottenuti nel precedente progetto hanno consentito di interpretare la risposta sotto azioni sismiche di diversa intensità di tipologie strutturali comunemente utilizzate per edifici e ponti. Sono state identificate e discusse diverse criticità della risposta dinamica non lineare delle strutture, che meritano ulteriori approfondimenti di natura numerico-sperimentale. I risultati già acquisiti nel precedente progetto di ricerca costituiscono una fonte affidabile ed ampliabile per la valutazione della vulnerabilità sismica delle costruzioni esistenti. Esiste in parte una categorizzazione su base tipologica del patrimonio costruito italiano che richiede un'organizzazione e opportune elaborazioni per poter effettuare analisi complete di rischio sismico, attraverso un sistema di supporto alle decisioni da fornire al DPC.

Obiettivo: La valutazione della vulnerabilità sismica delle costruzioni esistenti sarà ottenuta attraverso l’organizzazione di una piattaforma per analisi delle conseguenze in relazione a scenari di evento. Si intende come piattaforma l’insieme delle informazioni adeguatamente organizzate.
Le informazioni verranno generate dalle unità di ricerca (UR) e immesse nel database. Tutte le U.R. debbono operare secondo gli stessi standard per arrivare a delle curve di vulnerabilità più approfondite a carattere regionale. Queste vulnerabilità possono essere valutate anche in relazione ai diversi rischi.
Il coordinamento nazionale delle diverse U.R., ma anche tra i diversi progetti di ricerca attuali e futuri, richiede la compilazione di un elenco in particolare degli:
• elementi (edifici privati, pubblici, monumentali, industriali, opere infrastrutturali, impianti, etc.)
• lo studio della loro vulnerabilità per tipologie strutturali o singoli oggetti
• l’inventario (localizzazione)
• l’esposizione (vite umane, oggetti, attività, etc)
in modo da avere una grande matrice le cui caselle verranno man mano riempite con gli studi ad hoc, in modo da potere, nel giro di alcuni anni, avere un modello completo di elementi e strutture con tutte le loro caratteristiche necessarie ad effettuare analisi di rischio.
Questo sistema dovrà essere dotato di un elevata flessibilità per poter essere utilizzato per valutazioni multirischio a scala regionale e anche a medio termine. La piattaforma per la valutazione multirischio sarà progettata sulla base delle esigenze specifiche di ogni tipologia strutturale e materiale da costruzione, ma al contempo avrà un grado di flessibilità tale da poter includere anche tipologie di materiali e costruzioni non tipiche, nonché effetti di altre sorgenti di pericolosità, oltre quella sismica, che possono accadere in concomitanza o successivamente all’evento sismico, amplificando la perdita attesa. Database dedicati potranno essere successivamente implementati per includere anche opere strategiche ed infrastrutturali e l’interazione di queste con il patrimonio costruito nel caso di evento catastrofico (per esempio, disponibilità reti per la gestione dei flussi di traffico nel post-evento e il raggiungimento delle infrastrutture critiche operative).
Per determinare la fragilità i parametri prestazionali di riferimento ed i loro valori soglia per la caratterizzazione dei vari livelli di danneggiamento saranno definiti anche sulla base di prove sperimentali ben finalizzate, che dovranno essere condotte per alcune tipologie strutturali e per materiali da costruzione.
Il sistema implementato dovrà consentire anche di determinare, attraverso le curve di vulnerabilità delle diverse tipologie strutturali considerate, le priorità di intervento di adeguamento per le costruzioni esistenti nonché la tecnologia più adatta sulla base delle caratteristiche della classe, il rischio e i limiti di budget per gli interventi.
E’ prevista un’interazione con il gruppo dei geotecnici impegnati nella revisione e sviluppo normativo al fine di tener conto anche degli effetti dell’interazione suolo-struttura per la determinazione delle curve di fragilità.

Prodotti: Popolazione di una piattaforma per l’elaborazione e visualizzazione degli scenari multirischio a scala regionale tipo HAZUS, RISK UE, PAGER, ma a scala regionale italiana.

1.2. Sviluppo di approcci agli spostamenti per la valutazione della vulnerabilità

Motivazioni: Metodi di valutazione basati su un confronto tra domanda e capacità in termini di spostamento sono da molti ritenuti come i più promettenti al fine di ottenere valutazioni attendibili della risposta strutturale in relazione a prestazioni globali di agibilità e di danno atteso.
È necessario che approcci di questo tipo siano indagati ed applicati in modo esteso a diversi tipi strutturali e confrontati con i risultati di prove sperimentali su grandi modelli, di accurate analisi di simulazione numerica in dinamica non lineare, in modo da valutarne la reale efficacia e da costituire le basi per una futura generazione di linee guida e codici normativi.

Obiettivo: L’obiettivo fondamentale del progetto consiste nella definizione dei principi e delle regole di dettaglio per lo sviluppo di un codice modello per la valutazione della sicurezza delle strutture, basato su confronti domanda – capacità in termini di spostamento. Il progetto dovrà concludersi con la redazione di tale codice modello, di un commentario e di un’ampia casistica di progetti da utilizzare come riferimento ed esempio.
Il progetto sarà organizzato in un task a valenza generale, cui parteciperanno in qualche misura tutte le unità di ricerca ed in alcuni tasks a carattere specifico, relativamente a diversi tipi strutturali. Per ogni tipo strutturale si procederà alla definizione di una serie di casi studio, per i quali si confronteranno i risultati ottenibili con approcci tradizionali, con approcci agli spostamenti e con metodi raffinati di analisi non lineare. I confronti potranno essere utilmente svolti in sinergia con le attività svolte nell'ambito del tema 1.
Per ogni specifico tipo strutturale, si definiranno le logiche di valutazione delle caratteristiche di resistenza e deformabilità degli elementi, le caratteristiche appropriate per la definizione di parametri di smorzamento equivalente atti a simulare le effettive capacità dissipative della struttura e la forma della struttura, anche in relazione al metodo di analisi strutturale appropriato.
Prodotti:
Un codice modello agli spostamenti per la valutazioni di strutture con commentario ed allegati volumi di casi-studio di valutazione agli spostamenti, confrontati con metodi tradizionali

2. Aspetti nella progettazione sismica delle nuove costruzioni

2.1. Strutture in cemento armato
2.2 Strutture in acciaio e composte acciaio-calcestruzzo
2.3 Strutture in legno

Motivazioni: La recente emanazione del D.M. 14/01/2008 e la relativa Circolare esplicativa del 26/02/2009 ha determinato per la prima volta in Italia un corpus normativo unico e coerente. Esso richiede una verifica continua sul campo, propedeutica per una eventuale revisione, per gli aggiornamenti conseguenti agli avanzamenti dello stato dell’arte e per migliorare la coerenza interna, ciò anche in vista della definitiva entrata in vigore degli Eurocodici.
Oltre agli sviluppi strettamente legati alle singole tipologie strutturali, è importante la rivisitazione della parte relativa alla definizione delle azioni, una delle più importanti novità delle nuove norme, in relazione sia al generale approccio puntuale, sia alla necessità di migliorare la definizione della componente verticale dell’azione, sia ad una verifica delle modalità di messa in conto degli effetti di amplificazione locale nella definizione degli spettri di risposta. Quest’ultima attività potrebbe essere direttamente svolta dai coordinatori che possono avere una visione d’insieme dei riflessi della definizione delle azioni sulle varie tipologie strutturali.
Infine, la parte geotecnica richiede un ulteriore sforzo di omogeneizzazione con la parte di sovrastrutture, in particolare riguardo a pali, cerniere plastiche, gerarchia delle resistenze, vulnerabilità di muri di sostegno esistenti, interazione tra scavi urbani e vulnerabilità sismica degli edifici.

Obiettivo: L’attività della presente linea tematica è finalizzata a definire indicazioni e raccomandazioni per una futura revisione delle parti dedicate alla progettazione sismica del recente D.M. del 14/01/2008 e della relativa Circolare esplicativa del 26/02/2009, per tener conto sia degli ulteriori sviluppi tecnico-scientifici, sia delle esperienze applicative, sia, infine, per una migliore armonizzazione delle prescrizioni normative del D.M. del 2008 con quelle contenute negli Eurocodici. La revisione normativa interesserà anche le Linee Guida Beni Culturali, per queste ultime sono previste anche proposte di modifica e miglioramento.

Prodotti:
- Documento di revisione e commentario al D.M. del 14 gennaio 2008.

3. Valutazione della vulnerabilità e del rischio sismico di sistemi speciali (strutture strategiche, impianti industriali e lifelines)

3.1 Dighe in calcestruzzo
3.2 Ospedali
3.3 Impianti industriali e lifelines
3.4 Impianti nucleari

Motivazioni: esistono una serie di strutture ed infrastrutture strategiche o critiche di elevato in interesse per questioni di protezione civile per cui lo stato dell’arte della conoscenza sulla valutazione del rischio sismico non è consolidato e richiede significativi sviluppi per la redazione di documenti pre-normativi finalizzati alla loro protezione sismica. Dal punto di vista delle singole strutture/edifici questo riguarda gli ospedali, gli impianti industriali pericolosi, gli impianti nucleari, le dighe, etc. Per quanto riguarda i sistemi distribuiti si considerano le reti di trasporto, di distribuzione e le lifelines in genere le quali possono anche interagire con il patrimonio edilizio. Entrambe le categorie considerate sono caratterizzate da un elemento peculiare: la valutazione del rischio sismico richiede un approccio di sistema. E’ fondamentale rilevare che per le strutture critiche spesso il rischio è dovuto maggiormente al collasso dei componenti di impianto o più in generale dei componenti non strutturali (es. ospedali o centrali nucleari). Per quanto riguarda le lifelines l’approccio di sistema è richiesto dalla distribuzione spaziale delle stesse. Per queste ultime l’analisi di rischio sismico è tesa a valutarne la disponibilità e il livello di servizio nel post sisma e non può prescindere dalla valutazione della capacità residua e del rischio di aftershock.

Obiettivo:
Per le dighe in calcestruzzo procederà alle verifiche secondo normativa esistente evidenziandone e proponendo temi di sviluppo. L’analisi sismica delle dighe sarà utilizzata per la determinazione della vulnerabilità delle dighe su territorio nazionale, vulnerabilità che sarà opportunamente integrata e gestita attraverso un sistema GIS opportunamente integrato con i sistemi DPC. Tale attività sarà coordinata con il progetto “d6” sulle dighe in terra del progetto Eucentre in modo da avere un risultato omogeneo sulle due tipologie di dighe ai fini degli usi del DPC.
Per gli ospedali si affronterà la delicata e fondamentale analisi delle problematiche inerenti gli elementi non strutturali, impianti e attrezzature. Saranno eseguite prove sperimentali finalizzate alla caratterizzazione delle prestazioni della componentistica medicale e suppellettili in genere al fine di proporre linee guida per la valutazione della vulnerabilità di detti sistemi.
Per gli impianti industriali si prevede un esame critico dello stato dell’arte sulla valutazione sismica degli impianti industriali.
Per le lifelines è previsto lo sviluppo di metodologie per l’analisi di rischio a livello urbano con interazioni con altri sistemi vulnerabili. In particolare si procederà alla valutazione degli effetti di interazione con edifici a seguito del collasso di reti distribuzione gas.
Per le centrali nucleari si prevede un esame critico della normativa vigente relativamente al comportamento sismico di strutture e componenti di concerto con le azioni condotte da ENEA

Prodotti:
- Vulnerabilità delle dighe in calcestruzzo
- Linee guida per la valutazione di vulnerabilità di strutture ospedaliere, per la sperimentazione per l’analisi di fragilità componenti non strutturali e proposta normativa per elementi non strutturali soggetti ad accelerazioni.
- Stato dell’arte sulla valutazione sismica degli impianti industriali e ricadute normative
- Stato dell’arte sulla valutazione sismica delle centrali nucleari e ricadute normative
- Linee guida per l’analisi di disponibilità e rischio sismico di reti spazialmente distribuite.

4. Innovazione tecnologica in ingegneria sismica
4.1. Sviluppo ed analisi di nuovi materiali per l’adeguamento sismico
4.2. Sviluppo ed analisi di nuove tecnologie per l’adeguamento sismico
4.3 Analisi di fattibilità e cantierabilità

Motivazioni: La recente emanazione del D.M. 14/01/2008 ha portato ad un significativo aumento di interesse da parte del mondo professionale verso tecniche di protezione sismica di strutture nuove e adeguamento di quelle esistenti, la cui diffusione risulta però ancora limitata. Appare necessario sostenere la ricerca nel settore dei materiali e delle tecnologie innovative, sviluppando anche approfonditi studi sulla fattibilità di tali soluzioni in relazione a diversi casi possibili.
In questo ambito, l’impiego di materiali naturali e da riciclo sta acquistando una connotazione sempre più marcata per le spiccate caratteristiche di fattibilità economica, eco-compatibilità ed eco-sostenibilità. Ad esempio l’utilizzo di gomme in materiale riciclato e lamine di armatura in materiale composito anziché acciaio potrebbe portare ad un significativo abbattimento dei costi, oltre che del peso degli isolatori, e la possibilità di produrre elementi di grosse dimensioni, da tagliare opportunamente con notevole semplicità a seconda delle esigenze. E’ necessario però verificare dal punto di vista sperimentale e sul campo che dispositivi di questo tipo abbiano caratteristiche meccaniche e durabilità tali da soddisfare i requisiti normativi. Nel campo dei materiali compositi per l’adeguamento sismico, l’impiego di nuove fibre (metalliche, naturali, basaltiche, etc.) e nuove matrici inorganiche apre nuovi orizzonti, ma richiede indagini sperimentali e nuove regole normative.

Obiettivo: Si prevede lo sviluppo ed analisi di nuovi materiali, ovvero materiali naturali e da riciclo, nuove fibre e matrici, che possano essere impiegati nelle zone dissipative o nelle intere membrature delle strutture soggette ad azioni sismiche. Occorrerà procedere alla caratterizzazione fisico-meccanica di detti materiali, valutare la loro resilienza, la fattibilità l’eco-compatibilità ed eco-sostenibilità. Si provvederà inoltre alla caratterizzazione delle proprietà statiche e dinamiche di dispositivi dissipativi e di controllo a basso costo basati sull’utilizzo di gomme in materiale riciclato e lamine di armatura in materiale composito. Saranno eseguite prove sperimentali per la determinazione delle proprietà meccaniche dei dispositivi analizzati. Si valuterà l’applicabilità delle procedure di qualificazione dei dispositivi tradizionali ai nuovi sistemi a basso costo ed eco-compatibili considerati.

Prodotti:
- Linee Guida per nuovi materiali e sistemi dissipativi e di controllo a basso costo ed eco-compatibili per l'ingegneria sismica.
- Linee guida per l’applicazione delle nuove tecnologie per l'ingegneria sismica che includa aspetti di fattibilità e cantierabilità con riferimento a studi teorici e casi studio.

5. Sviluppo di tecnologie per il monitoraggio e gestione del rischio sismico

Motivazioni: Esistono molte tecnologie innovative con significative prospettive per quanto riguarda l’applicazione al rischio sismico e che potrebbero essere di significativo interesse per il DPC. Per i sistemi tradizionali di early warning (EW) occorre formulare metodiche di applicazioni a casi reali. A tal proposito è necessario riferirsi a casi studi che mettano in evidenza eventuali criticità dell’applicazione dei sistemi disponibili per l’EW e consentano di quantificare il beneficio derivante dall’applicazione.
Altro esempio di tecnologie innovative che vanno ulteriormente investigate, per quanto riguarda l’applicazione al rischio sismico, sono i sensori a basso costo (ad esempio MEMS). Grazie al continuo abbattimento dei costi dell’hardware, è oggi possibile realizzare sistemi di monitoraggio sismico a costi estremamente contenuti, studi preliminari in questo senso sono stati sviluppati nel primo progetto triennale nella Linea 9. E’ necessario però effettuare un’accurata analisi di affidabilità di detti sistemi e valutarne la fattibilità per l’applicazione al patrimonio costruito per la mitigazione degli effetti e per la gestione delle emergenze post-sisma.
Le potenzialità dei sistemi di early warning e di monitoraggio strutturale si amplificano se si sviluppano sistemi integrati. In fase di rapid response tale integrazione va estesa a dati ottenuti da satelliti e da sensori aviotrasportati anche da velivoli senza pilota.

Obiettivo: Si prevede la formulazione di metodiche per l’impiego dell’EW. In particolare saranno svolti studi di fattibilità di EW di insediamenti industriali con sistemi dedicati che utilizzino strumentazione specifica che circonda l’area o anche all’interno delle strutture. Detti sistemi saranno in grado di valutare il danno e determinare le azioni da intraprendere in relazione alla pericolosità dell’impianto considerato. Contestualmente sarà effettuato uno studio delle metodiche di EW sulla base dell’analisi delle conseguenze e dei costi. I punti critici da sviluppare sono l’utilizzo delle informazioni disponibili dai sistemi di EW e gli aspetti di responsabilità legati alla emanazione di un allarme, nonché la analisi di fattibilità per specifiche applicazioni. Infine va esplorato l’utilizzo dei sistemi di EW subito dopo l’evento al fine di creare l’evoluzione delle mappe di danno. La valutazione del danno avverrà in remoto a partire dai dati registrati, attraverso procedure di simulazione per spostamenti impressi o comunque utilizzando un insieme di grandezze monitorate ed una modellazione semplificata.
Nell’ambito del sistema di monitoraggio a basso costo si valuterà l’affidabilità di tali sistemi innovativi rispetto ai sistemi tradizionali, anche al fine di diffondere il loro utilizzo per il miglioramento della sicurezza sismica del costruito su territorio nazionale.
Si svilupperanno sistemi di integrazione tra sistemi di early warning e di monitoraggio con dati provenienti da satellite e da sensori aviotrasportati con l’obiettivo di ottenere mappe di danno real-time con aggiornamento dinamico fornito da integrazione di reti di sensori e piattaforme satellitari ed aviotrasportate. Tale attività prevede una interazione con il progetto Eucentre relativo all’uso di dati satellitari.

Prodotti:
- Studio delle potenziali applicazioni di EW a diverse situazioni di insediamenti industriali e lifelines.
- Applicazione del sistema di early warning ad un caso studio comprendente un’area industriale o un grande impianto.
- Metodiche per l’elaborazione e visualizzazione di mappe di danno di tipo real time con aggiornamento dinamico ed integrazione di reti ti sensori e piattaforme satellitari ed aviotrasportate.
- Applicazione dimostrativa e linee guida per l’applicazione di sistemi di monitoraggio a basso costo su strutture.

6. Servizi per la gestione delle emergenze e rapid response

6.1. Organizzazione e gestione della rete territoriale di supporto tecnico al DPC
6.2. Organizzazione e gestione dei sistemi di supporto tecnico alla comunità professionale
6.3. Organizzazione di banca dati di attività sperimentali svolte da RELUIS

Motivazioni: La creazione di un’attività di servizio che si traduca in una concreta ed efficace organizzazione e gestione delle emergenze in fase di post-sisma ha un ruolo fondamentale sia come supporto tecnico al DPC che per le comunità professionali interessate. Allo stato sono disponibili schede, mappe, dati di monitoraggio, progetti, esempi che vanno organizzati e resi disponibili in una forma direttamente fruibile dagli operatori tecnici che saranno protagonisti della gestione delle emergenze.

Obiettivo: E’ prevista la creazione di un software dedicato che si integri con il programma di caricamento delle schede AEDES e BC e calcoli costi di intervento secondo diverse ipotesi reimpostate o impostate di volta in volta (riparazione solo, riparazione e miglioramento, riparazione ed adeguamento). Questo strumento potrà essere utilizzato per la valutazione dei costi di danno in condizioni di gestione dell’emergenza.
Si procederà alla divulgazione ed integrazione di dati relativi al monitoraggio su strutture dell’Osservatorio Sismico delle Strutture. Occorrerà pertanto realizzare un database accessibile via web tipo ITACA per la RAN.
Si procederà all’organizzazione di una banca dati, con sintesi dei risultati principali, di attività sperimentali svolte da ReLUIS nel precedente e presente progetto. In questo caso si tratta di un’azione di coordinamento generale affinchè i dati sperimentali (descrizione delle prove, registrazioni dei parametri di misura delle prove, foto, filmati, etc.) del presente progetto ed anche dei progetti passati vengano sistemati in repository (web-database) secondo criteri ben definiti: -
Occorre creare lo strumento informatico (come NEESit o anche qualcosa di più semplice) -
Creare una struttura di coordinamento e controllo -
Creare delle motivazioni affinché avvenga il deposito dei dati (condizionamento del finanziamento ma anche qualche forma di riconoscimento scientifico) -
Stabilire delle regole per garantire l’origine del dato
Si prenderà a riferimento per questa attività quanto è stato ottenuto nel progetto TRE.RE.M.

Prodotti:
- Attività di formazione ed organizzazione di gruppi DPC regionali e nazionali.
- Messa a punto di database delle registrazioni dell'OSS per la diffusione dei dati delle registrazioni
- Organizzazione e gestione della banca dati sperimentali relativi alle attività svolte da ReLUIS.

- ReLUIS speciale (RS): Progetti trasversali e speciali

RS1 - Aspetti ingegneristici nell’input sismico
RS2 - Domanda sismica near-source ed effetti sulle strutture
RS3 - Rilevazione di agibilità, quantificazione del danno e regole e strumenti per la ricostruzione
RS4 - Modelli di sicurezza per edilizia esistente
RS5 - Impatto dei risultati della ricerca sulle NTC

Motivazioni: A valle del primo progetto triennale e dell’esperienza del terremoto de L’Aquila è emersa la necessità di affrontare una serie di temi che rispondano a esigenze trasversali rispetto all’ingegneria sismica e alle linee di ricerca fin qui discusse. Infatti, gli aspetti di interfaccia con la parte sismologica della ricerca italiana e internazionale richiedono attività mirate e fortemente interdisciplinari, così come anche la traduzione, in strumenti normativi, della ricerca del primo e del secondo piano triennale. Allo stesso modo, la progettazione sismica in condizioni vicine alla sorgente è un problema non ancora risolto internazionalmente e drammaticamente riemerso a valle del terremoto del 6 aprile 2009, che non può essere ora trascurato così coma la verifica degli strumenti previsionali del rischio sismico attraverso la stima del danno e gli strumenti di verifica dell’agibilità.

Obiettivo: Per quanto riguarda l’interfaccia con la ricerca sismologica si prevede di valutare l’affidabilità dell’uso di accelero grammi sintetici nella valutazione delle risposta non lineare delle strutture, nonché di affinare ulteriormente gli strumenti per la valutazione delle azioni sismiche sulle strutture e la selezione dell’input sismico messi a punto nel primo piano triennale e di svilupparli ulteriormente, ad esempio, verso la selezione di accelero grammi compatibili con spettri di spostamento e di banche dati ad hoc per situazioni particolari di progettazione sismica; es. near-source. Sempre in relazione a strutture in condizioni di near-source, si intende siviluppare metodi di valutazione delle azioni e di progetto ad hoc.
Per quanto riguarda le strutture esistenti, avendo riconosciuto che esse necessitano di procedure di indagine e di verifica sismica non ancora soddisfacenti nelle norme attuali, si intende sviluppare approcci di codice dedicati e probabilistici o almeno semi-probabilistici.
Per quanto riguarda la valutazione del danno si intende rafforzare il legame tra quanto sviluppato dalla ricerca nella stima della prestazione strutturale e gli strumenti per la valutazione della agibilità e del danno post evento.
Infine, esistono una serie di risultati della ricerca di diretto impatto sulle norme attuali: l’input sismico, i metodi di analisi, la definizione dei fattori di struttura, etc; per i quali ci si prefigge di ottenere formati implementabili in una versione rivista della norma.



Prodotti:
- Strumenti avanzati di definizione delle azioni sismiche e selezione dell’input sismico direttamente applicabili al caso italiano;
- Metodi di progettazione in condizioni near-source;
- Formati e procedure di codice per l’indagine e la verifica sismica di strutture esistenti;
- Strumenti avanzati di rilievo del danno e per le verifiche di agibilità;
- Formati di codice per i risultati della ricerca direttamente implementabili in una versione rivista delle normative italiane in vigore.

- Geotecnica:

Motivazioni: Nelle nuove Norme Tecniche per le Costruzioni, la valutazione degli effetti di amplificazione locale può essere effettuata sulla base di una procedura semplificata, tramite classifica del sottosuolo in base al parametro VS30 (che sintetizza il profilo di velocità delle onde di taglio dei primi 30 m di sottosuolo) ed assegnazione dell’amplificazione stratigrafica in funzione dell’ampiezza del moto di riferimento, espressa dal prodotto F0 ag. Sempre con riferimento alle nuove Norme Tecniche per le Costruzioni, le analisi di risposta sismica locale costituiscono lo strumento ideale per la valutazione delle azioni sismiche sugli edifici ed altri manufatti. Le incertezze dei risultati della analisi derivano dalla definizione dell’input sismico da assegnare al bedrock, dalla caratterizzazione geotecnica del modello di sottosuolo, e dalle prestazioni ed affidabilità dei codici di calcolo. Le procedure con cui però, caso per caso, l’input sismico viene generato, o selezionato ed eventualmente corretto, non sono però ancora codificate. Usualmente, la definizione del modello geotecnico del sottosuolo viene condotta con approcci deterministici, che non prendono in considerazione le incertezze insite nella valutazione dei parametri di modello.
La Normativa classifica i metodi di analisi in dinamiche semplificate ed avanzate, realizzabili al giorno d’oggi con numerosi codici di calcolo commerciali basate prevalentemente su modellazioni di tipo 1D e 2D. Pochissimi di questi codici hanno però una versatilità tale da poter modellare l’estrema varietà dei comportamenti dei terreni e delle strutture con essi interagenti. Tutti i metodi di analisi di risposta sismica locale fanno in genere riferimento a condizioni far-field, cioè ad un moto sismico in ingresso nel dominio d’analisi con le medesime caratteristiche in ogni punto della frontiera. Il campo di radiazione nelle zone prossime alla sorgente sismica (near fault) è invece fortemente variabile (tipicamente, per effetto della polarizzazione e della direttività) inducendo ciò che viene convenzionalmente definito in letteratura come “effetto near field,. Tutti i fattori sopracitati possono in definitiva risultare determinanti sia nelle verifiche di stabilità del sito che nella valutazione delle azioni sismiche di progetto, ma la loro valutazione non è contemplata nei recenti sviluppi della Normativa.
Durante terremoti recenti particolarmente distruttivi, sono stati registrati danni ingenti e irreversibili a gallerie, tubazioni e serbatoi interrati, causandone la temporanea o definitiva sospensione dell’utilizzo. Sia per limitare il danno subito da una comunità, sia per la gestione dell’emergenza dopo un evento sismico strong-motion, risulta dunque di estrema importanza garantire la sicurezza ed il funzionamento dei serbatoi e delle tubazioni per l’adduzione dell’acqua e del gas. L’analisi dell’interazione tra il terreno, l’infrastruttura ed il fluido è quindi necessaria in primo luogo nella pratica progettuale, ma anche nelle analisi di scenario, per la valutazione della funzionalità delle reti su un territorio esteso. Infine occorre evidenziare che le proposte normative attualmente esistenti per l’analisi della risposta sismica delle fondazioni superficiali e profonde è stata in larga parte basate su simulazioni numeriche e/o prove molto semplificate realizzate prevalentemente negli Stati Uniti ed in Giappone, con condizioni al contorno che risultano essere talora molto dissimili da quelle che si rinvengono in molti casi pratici in ambito nazionale, sia per le caratteristiche stratigrafiche specifiche del nostro territorio, sia per le soluzioni progettuali delle opere fondazioni tipicamente utilizzate in Italia.

Obiettivo: Ci si propone di superare le sopracitate limitazioni delle Norme Tecniche per le Costruzioni, e di proporre criteri alternativi ed innovativi, basandosi sullo stato dell’arte delle conoscenze a livello nazionale ed internazionale, ed in particolare sull’avanzamento della definizione della pericolosità sismica locale in Italia. Altri obiettivi sono: definire le limitazioni ed ampliare le potenzialità degli strumenti di valutazione dell’input sismico, della definizione del modello geotecnico di sottosuolo, e di analisi dinamica della risposta sismica locale.
Per quanto riguarda gli effetti locali, ci si propone di mettere a punto metodologie d’analisi ed indicazioni pre-normative per l’introduzione nei metodi d’analisi della risposta sismica locale di effetti dovuti alla vicinanza della sorgente ed a discontinuità nel bedrock e nei depositi superficiali.
Infine, ci si propone di mettere a punto metodologie d’analisi ed indicazioni pre-normative per la valutazione dell’interazione terreno-infrastruttura-fluido e delle deformazioni permanenti di tubazioni e serbatoi interrati. Ulteriore obiettivo è quello di fornire formulazioni semplificate per la valutazione delle azioni cinematiche ed inerziali per sistemi fondazionali di tipo profondo per diverse geometrie e condizioni stratigrafiche.

Prodotti:
- definizione di criteri di classificazione alternativi, basati su più parametri rappresentativi della risposta del sito;
- definizione di fattori di amplificazione affidabili, per esprimere l’amplificazione stratigrafica in funzione di ampiezza e contenuto in frequenza del moto di riferimento.
- sviluppo di procedure per individuare le principali caratteristiche delle onde incidenti e definire l’input sismico da utilizzare nelle analisi di risposta locale;
- sviluppo di procedure di carattere stocastico per valutare la propagazione delle incertezze dell’input sismico e della caratterizzazione sperimentale dei terreni nelle analisi numeriche della risposta sismica locale;
- sviluppo di metodi di analisi dinamica di sistemi semplificati sottosuolo-struttura, con eventuale presenza di discontinuità nella struttura o nel terreno, caratterizzato da legame costitutivo avanzato.
- sviluppo di metodi di analisi dinamica semplificata ed avanzata per lo studio del comportamento sismico di tubazioni di acqua o gas in direzione longitudinale e trasversale;
- sviluppo di analisi numeriche dell’interazione sismica terreno/struttura/fluido e dei fenomeni deformativi permanenti di serbatoi interrati.
- sviluppo di analisi numerico-sperimentali per la valutazione degli effetti inerziali e cinematiche relativi alle fondazioni profonde.
 
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