Strutture e tecnologie antisismiche
TECNOLOGIE ANTISISMICHE
Un’innovativa tecnologia consente di mettere in sicurezza edifici e monumenti prima di un terremoto, individuando in anticipo le loro parti strutturali a rischio di crollo o distacco
14.07.2018
Testo dell’articolo
Sviluppata dal MIT di Boston (USA) per applicazioni in campo medicale e della security, l’ENEA ha utilizzato questa innovativa tecnologia per il monitoraggio e la prevenzione sismica del patrimonio culturale, in abbinamento con le tavole vibranti del Centro ricerche Casaccia (Roma) e il sistema 3DVision di acquisizione dati. I test sono condotti sia sul campo per individuare le porzioni strutturali a rischio crollo o distacco, sia in laboratorio per sperimentare tecnologie di miglioramento sismico, di rinforzo strutturale del patrimonio edilizio e di conservazione dei beni culturali.
I ricercatori dell’ENEA sono stati in grado di abbinare a questa tecnologia l’analisi quantitativa dei valori di frequenza, ottenendo una vera e propria diagnosi strutturale dell’elemento analizzato. Questo ha permesso di effettuare il monitoraggio delle vibrazioni ambientali e l’identificazione dinamica dei monumenti, di condurre indagini non distruttive sui materiali strutturali, ma anche di adottare tecniche integrate che prevedono il confronto tra moto magnificato ed immagini termografiche e tra risultati di tomografia sonica e prove meccaniche.
Sostanzialmente l’analisi visiva dei video di moto magnificato suggerisce quali parti dell’edificio si muovono in modo più evidente quando sono sollecitate da deboli vibrazioni generate dal traffico, dal vento, da un treno, ecc. Il grado di amplificazione dipende dal rumore presente nel video digitale da magnificare, cioè dai moti relativi tra i pixel dei filmati e dal numero di frame per secondo. Questi incoraggianti risultati consentono all’ENEA di programmare gli interventi preventivi sulle porzioni di muratura maggiormente degradate prima dell’evento sismico, e di proporre un’offerta tecnologica e diagnostica unica al mondo, nei settori della prevenzione e sicurezza sismica.
Il campo di applicazione del moto magnificato è molto vasto: prevenzione dei guasti meccanici nei motori; monitoraggio di parametri fisiologici (ad esempio il battito cardiaco); analisi delle cellule; attività di intelligence e di sicurezza anche attraverso l’analisi delle espressioni facciali e vocali, poichè questa innovazione, infatti, consente di ricostruire le frasi pronunciate da persone sulla base dei movimenti degli oggetti situati nei paraggi (fogli di carta, contenitori, bicchieri) e azionati dalla sola emissione della voce.
Testo redatto su fonte ENEA del 12 luglio 2018
Per approfondimenti sul “moto magnificato”: Phase-Based Video Motion Processing, MIT/CSAIL
Per approfondimenti: Detection of Natural Frequency and Mode Shape Correspondence Using Phase-Based Video Magnification in Large-Scale Structures, DOI: 10.1007/978-3-319-74476-6_12 – Structural Health Monitoring, Photogrammetry & DIC | 30.05.2018
Image credit: Journal of Vibration and Control (2014), DOI: 10.1177/1077546314533580
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SPERIMENTAZIONE SISMICA
CNR: un nuovo impianto di prova per il collaudo fisico-meccanico consente di valutare la risposta sismica di facciate continue in condizioni quasi-statiche e dinamiche
04.06.2018
Testo dell’articolo
I drammatici eventi sismici, che hanno caratterizzato il nostro territorio negli ultimi anni, hanno accresciuto l’interesse da parte di produttori e progettisti nel valutare il comportamento sismico di elementi di chiusura esterni, elementi non portanti dell’edificio, ma che rivestono un significativo ruolo per quanto attiene il funzionamento prestazionale dell’edificio (condizioni di servizio) e la sicurezza delle persone (Stato Limite di Danno e Stato Limite Ultimo).
A tal fine presso l’Istituto per le Tecnologie della Costruzione del Consiglio Nazionale delle Ricerche (ITC-CNR) è stata condotta la prima serie di prove sismiche su facciata continua tramite la nuova apparecchiatura di prova realizzata, nell’ambito dell’Unità di Ricerca SG1, coordinata dall’Ing. Antonio Bonati, nel Laboratorio di Componenti e Sistemi Edilizi di San Giuliano Milanese, da un’azienda di Forlì, su progetto di ITC-CNR, con la consulenza del Prof. Giuseppe Maddaloni (Università del Sannio, Associato ITC), uno dei maggiori esperti mondiali di macchine per prove sismiche.
L’impianto di collaudo fisico-meccanico di ITC, oltre alle classiche prove aria-acqua-vento necessarie per la certificazione delle facciate continue, permette di valutare la risposta sismica sia in condizioni statiche che dinamiche di facciate continue, grazie alla presenza di travi sismiche in grado di sollecitare il sistema facciata nel piano e fuori dal piano. Su tale impianto è stata installata una facciata continua a montanti e traversi fornita da un’azienda di Brescia. Con l’impianto, unico nel suo genere, sono state effettuate delle prove in condizioni quasi-statiche e dinamiche.
La prova quasi-statica è stata caratterizzata da spostamenti applicati a velocità sufficientemente basse da non indurre effetti di natura dinamica e accelerazioni. Sono state applicate diverse sequenze di spostamento che hanno interessato una o due travi sismiche contemporaneamente, raggiungendo durante la prova, un valore massimo di spostamento di interpiano pari a 168 mm, senza apprezzabili danni del sistema facciata.
La prova dinamica ha invece previsto, in una prima fase, il Crescendo test della norma americana AAMA 501-6, caratterizzato da una serie di spostamenti applicati ad ampiezza e frequenza crescente. Sono poi state effettuate prove dinamiche ad ampiezza e frequenza variabile raggiungendo frequenze di 20 Hz. La facciata continua è stata inoltre sottoposta all’accelerogramma dell’evento sismico di Amatrice di agosto 2016 ed a spostamenti in ampiezza e frequenza variabile anche fuori dal piano.
Gli ottimi risultati ottenuti in seguito alle prove effettuate evidenziano il forte e innovativo contributo della nuova apparecchiatura nella valutazione sismica degli elementi di involucro.
Testo redatto su fonte CNR del 31 maggio 2018
Images credit: CNR/Istituto per le Tecnologie della Costruzione
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MONITORAGGIO STRUTTURALE
ENEA: è essenziale un’ampia diffusione del monitoraggio sismico delle strutture per prevenire danni irreparabili che comporterebbero costi di ristrutturazione molto rilevanti
28.02.2016
Testo dell’articolo
Nel caso di opere di nuova realizzazione, il monitoraggio dinamico è un efficace strumento di diagnosi perché consente di verificare l’effettivo comportamento della struttura da confrontare con quello previsto in fase di progetto, mentre su costruzioni più vecchie permette di stimare lo stato di salute e individuare eventuali danneggiamenti. Il monitoraggio sismico consente quindi di tenere sotto controllo una struttura e intervenire prima che i danni diventino irreparabili, un’attività essenziale soprattutto per infrastrutture strategiche ed edifici “sensibili” come scuole e ospedali.
In Paesi come Giappone e Stati Uniti il monitoraggio sismico è una realtà ormai consolidata. In Italia le tecnologie ENEA sono utilizzate per tenere sotto osservazione la nuova scuola “Francesco Jovine” e il Palazzo Marchesale a San Giuliano di Puglia (CB). Un’attività che coinvolge anche tre strutture del Centro di Protezione Civile Regionale di Foligno: il centro operativo e l’edificio forestale (entrambi costruiti con tecnologie antisismiche) e un capannone industriale. Sulle strutture sono stati disposti accelerometri che consentono di verificare il comportamento dell’edificio in caso di terremoto e valutarne l’affidabilità strutturale nel tempo. I risultati del monitoraggio vengono inviati ai due enti proprietari: Comune di San Giuliano e Regione Umbria.
Il monitoraggio delle strutture consente di acquisire esperienza sulle loro caratteristiche dinamiche e ciò è fondamentale per l’aggiornamento delle norme tecniche, la progettazione di nuove costruzioni e il miglioramento di quelle esistenti.
In quest’ambito, una delle tecnologie più efficaci è l’interferometro radar, uno strumento che consente di misurare, a costi contenuti, le vibrazioni di strutture come torri e ponti a sviluppo lineare (come ad esempio il monitoraggio della Colonna Aureliana a Roma) e di monitorare da remoto siti in frana, senza accedere direttamente alla struttura o al sito. Perfetto per il monitoraggio di un ponte di difficile accesso o di un edificio alto, l’interferometro radar può essere posizionato anche a centinaia di metri perché invia onde elettromagnetiche: dalla variazione del segnale riflesso è possibile dedurre come sta vibrando la struttura. Un caso di studio importante è stato il Ponte della Musica a Roma, con l’utilizzo in contemporanea dell’interferometro radar NHAZCA (Natural HAZards Control and Assessment), spin-off dell’Università La Sapienza di Roma La Sapienza; e di sismometri ENEA.
Le fibre ottiche costituiscono un’altra tecnologia molto efficace e a basso costo, attualmente utilizzata per il monitoraggio di varie strutture, tra le quali una paratia di pali a San Giuliano di Puglia. Nello specifico si tratta di sensori “incollati”, in fase di costruzione, alle armature metalliche dei pali in cemento armato che permettono di misurare le deformazioni della paratia e ottenere informazioni sul suo stato di integrità. Su un singolo cavo è possibile inserire fino a 20 sensori che riflettono il fascio di luce inviato lungo il tratto: dalla caratteristiche della luce riflessa è possibile misurarne la deformazione.
Testo redatto su fonte ENEA del 26 febbraio 2016
Image credit: NHAZCA/Università La Sapienza di Roma
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TECNOLOGIE ANTISISMICHE
L’Italia tra i leader mondiali per numero di strutture protette da sistemi antisismici e leader europeo per l’applicazione dell’isolamento sismico e della dissipazione di energia
15.01.2016
Testo dell’articolo
Nel documento dell’ENEA si distinguono tra nuove costruzioni e strutture esistenti.
– per le nuove costruzioni esistono soluzioni tecniche per progettare e costruire edifici, ponti e infrastrutture in grado di resistere anche ai terremoti più violenti. Le moderne tecnologie antisismiche, possono garantire un grado di sicurezza non perseguibile con tecniche tradizionali, senza incidere significativamente sui costi”, sottolineano gli esperti.
– per le strutture esistenti, ove possibile, sarebbe auspicabile un’utilizzazione più estesa delle moderne tecnologie, specialmente dell’isolamento sismico, con particolare riferimento a paesi come l’Italia, dove avvertono gli esperti, gran parte degli edifici non è in grado di sopportare l’azione sismica che attualmente la normativa prescrive per gli edifici di nuova costruzione nei rispettivi siti.
Da qui la necessità avvertono gli esperti, di una corretta politica di prevenzione, basata su un’oculata programmazione della spesa e degli interventi e su precise priorità rispetto alla pericolosità e allo stato di salute delle costruzioni, con particolare riferimento a opere strategiche o di particolare rilevanza quali scuole, ospedali, prefetture, caserme. Ad oggi le strade per proteggere edifici e infrastrutture dal rischio terremoti sono essenzialmente tre:
– l’approccio tradizionale è quello di rendere la struttura sufficientemente robusta, affinché possa resistere al massimo terremoto atteso nella zona in cui sorge;
– l’applicazione di dispositivi di isolamento sismico che riducono drasticamente le azioni sismiche trasmesse dal terreno alla struttura;
– un mix delle due tecniche precedenti.
L’isolamento sismico consente di realizzare edifici di nuova costruzione con un elevatissimo grado di sicurezza: un edificio isolato sismicamente (se ben progettato) non si danneggia nemmeno in occasione di un evento sismico violento, preservando anche il contenuto. L’uso dell’isolamento sismico in edifici di nuova realizzazione non comporta, in genere, particolari problemi: è quasi sempre applicabile e, nelle zona a media e elevata sismicità, se ben progettato, non comporta alcun incremento del costo di costruzione. Per gli edifici esistenti, invece, l’inserimento dell’isolamento sismico non sempre è possibile sia per motivi tecnici (possibilità di intervenire in sicurezza alla base della costruzione, vicinanza di altri edifici, ecc.) che economici.
Tuttavia non basta applicare sistemi antisismici, ma occorre farlo in modo corretto, affinché, avvertono gli esperti, risultino effettivamente “salva vita” e non rendano, invece, l’opera meno sicura di una convenzionale. Questo vale, in particolare, per gli isolatori: occorre sceglierli, progettarli, qualificarli, produrli, verificarli, installarli, proteggerli ed ispezionarli in modo adeguato, assicurandosi che le loro caratteristiche previste a progetto restino inalterate durante l’intera vita della costruzione.
In Italia sono oltre 400 gli edifici dotati di dispositivi AS, mentre nel 2013, erano oltre 23.000 le strutture protette in oltre 30 Paesi: ponti e viadotti, edifici civili ed industriali, impianti, inclusi quelli nucleari e chimici a rischio di incidente rilevanti. I materiali utilizzati sono di tutti i tipi: cemento armato, acciaio e anche legno. Il Giappone resta primo per numero complessivo dei sistemi AS, e sono in costante aumento (a metà del 2011 gli edifici isolati erano circa 6.600 e quelli protetti da sistemi dissipativi circa 3.000). Già nel 2013, però, la Cina si stava avvicinando, seguita da Russia, USA e Italia.
Il nostro Paese è leader europeo per l’applicazione dell’isolamento sismico e della dissipazione di energia a edifici, ponti e viadotti ed ha consolidato questo ruolo soprattutto dopo il terremoto in Abruzzo del 2009: solo a L’Aquila i nuovi edifici isolati con sistemi salva-vita sono oltre un centinaio, sia di nuova costruzione che riguardanti retrofit di edifici esistenti.
L’Italia è anche leader, a livello mondiale, per l’uso dei sistemi AS per la protezione del patrimonio culturale, sviluppando importanti progetti in questo settore: ad esempio i Bronzi di Riace, protetti da basamenti antisismici ENEA che, insieme al Politecnico di Torino, ha brevettato un sistema antisismico per gli edifici monumentali. Inoltre, sistemi prodotti in Italia vengono utilizzati anche in altri Paesi, quali Cipro, Russia, Indonesia, Iran, Grecia, Portogallo, Spagna, Turchia.
Testo redatto su fonte ENEA del 14 gennaio 2016
Per approfondimenti: Avezzano 1915-2015: cento anni di ingegneria sismica – Energia, Ambiente e Innovazione | n. 5 Settembre-Ottobre 2015, ENEA
Image credit: Network for Earthquake Engineering Simulation (NEES)/UC San Diego
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TECNOLOGIE ANTISISMICHE
L’ENEA presenta a San Diego (USA) i nuovi basamenti per la protezione di statue ad alta vulnerabilità, applicabili, in futuro, a strumentazioni e infrastrutture strategiche
18.09.2015
Testo dell’articolo
I nuovi dispositivi dell’ENEA proteggeranno i Bronzi di Riace, l’Annunciazione di Francesco Mochi e il San Michele Arcangelo di Matteo di Ugolino al Museo Opera del Duomo di Orvieto, e a breve potrebbero essere impiegati anche per la protezione sismica del David di Michelangelo a Firenze. Le tecnologie che stanno alla base del loro funzionamento sono state ideate, progettate e realizzate nei laboratori del Centro ENEA della Casaccia, utilizzando le “tavole vibranti” sulle quali vengono eseguiti anche i test di resistenza di strutture soggette ad input sismici controllati. Costruiti in marmo, ceramica o acciaio, i nuovi basamenti garantiscono massimo isolamento sismico, bassa rigidità, bassa dissipazione e facilità di manutenzione, caratteristiche che li rendono particolarmente adatti a future applicazioni per la protezione di strumentazioni ospedaliere e infrastrutture strategiche.
In tema di protezione sismica, l’ENEA è impegnata nello sviluppo e nell’applicazione di dispositivi e sistemi antisismici innovativi da oltre 20 anni, fin dalle primissime applicazioni in Italia, raggiungendo e consolidando un ruolo di primissimo piano a livello sia nazionale che internazionale. L’ENEA, infatti, è stato il primo ente di ricerca italiano a svolgere studi e vaste campagne sperimentali sull’isolamento sismico agli inizi degli anni ’90. Ha inoltre promosso l’applicazione dell’isolamento sismico e della dissipazione energetica a strutture di ogni tipologia, dal patrimonio storico alle centrali nucleari.
Testo redatto su fonte ENEA del 10 settembre 2015
Image credit: ENEA, 2011
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SPERIMENTAZIONE SISMICA
Al DIST di Napoli, un test con due tavole vibranti, primo nel suo genere, sperimenterà tecniche di riduzione della vulnerabilità di ponti esistenti in cemento armato
08.04.2015
Testo dell’articolo
Il test, unico al mondo, che inizierà il 9 aprile e durerà circa 10 giorni, rientra nel Progetto STRIT (Strumenti e Tecnologie per la gestione del Rischio delle Infrastrutture di Trasporto) del Distretto ad Alta Tecnologia per le Costruzioni Sostenibili attuato da STRESS (Sviluppo Tecnologie e Ricerca per l’Edilizia Sismicamente Sicura ed ecoSostenibile).
STRIT si pone l’obiettivo di affrontare i temi della valutazione, gestione e mitigazione dei rischi ambientali per le grandi infrastrutture di trasporto, al fine di ottimizzare gli interventi di manutenzione e/o di adeguamento strutturale di elementi o di opere d’arte in un’ottica multi-scala e multi-livello. Le attività sono strutturate in diverse linee di ricerca che si svolgono in modo autonomo, ma in un ottica di complementarità e congruenza con l’obiettivo complessivo di progetto che trova sintesi nell’intervento dimostratore:
– sviluppo di metodi per la valutazione della vulnerabilità delle grandi infrastrutture viarie;
– metodi e tecnologie di riduzione del rischio delle grandi infrastrutture viarie;
– impiego di tecniche di monitoraggio avanzate;
– gestione in tempo reale del rischio sismico delle grandi infrastrutture e gestione dell’emergenza.
Il modello su cui viene eseguito il test è un ponte con una campata (ossia distanza tra i piloni) di circa 7 metri e del peso di 30 tonnellate. “Il test è unico nel suo genere perché per la prima volta utilizza due tavole vibranti che possono simulare terremoti di intensità diversa su due piloni, come accade nella realtà, dove i piloni spesso poggiano su terreni geologicamente diversi che rispondono in modo differente al sisma”, osserva Andrea Prota, docente di Tecnica delle costruzioni presso il DIST. Inoltre, aggiunge, le tavole vibranti simulano in modo bidirezionale il terremoto, sia in direzione della carreggiata sia in modo perpendicolare ad essa. “Un test simile – spiega l’esperto – è stato fatto negli Stati Uniti per studiare strutture di nuova realizzazione, ma è la prima volta al mondo in cui si sperimentano tecniche di riduzione della vulnerabilità di ponti già esistenti in cemento armato”.
La sperimentazione prevede anche test su tecnologie per la messa in sicurezza: come degli isolatori, una sorta di cuscinetti posti sulla sommità del pilone, e pellicole con cui fasciare i piloni fatte di nuovi materiali (come fibre di carbonio) per renderli più resistenti.
Come sottolinea Ennio Rubino, Presidente di STRESS, “raramente tali prove sono state eseguite su tavola vibrante, sia a causa delle notevoli dimensioni (grosse masse coinvolte) sia a causa della particolare conformazione della struttura testata. Grazie al progetto STRIT è stato possibile superare tali problematiche”.
Per approfondimenti: www.stress-scarl.com
Image credit: DIST/Università di Napoli Federico II, STRESS
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SPERIMENTAZIONE SISMICA
Terminata la costruzione del LEDA, il centro di ricerca sull’Ingegneria Sismica dell’Università di Enna dedicato all’attività sperimentale su Dinamica, Materiali e Strutture
12.01.2015
Testo dell’articolo
LABORATORIO DI DINAMICA SPERIMENTALE
Questo Laboratorio sarà dotato di diverse attrezzature che consentiranno di condurre prove in un’ampia gamma di frequenze e di payload. Tali attrezzature consentiranno di sviluppare ricerche nei campi più disparati come l’ingegneria civile ed aeronautica, l’industria del trasporto e nei settori energetici e della difesa. La concezione di questo laboratorio scaturisce da un confront critic con altri laboratori simili all’avanguardia (tra gli altri il Structural Engineering and Earthquake Simulation Laboratory SEESL della New York State University at Buffalo, USA). La principale infrastruttura di ricerca è costituita dal sistema di due tavole vibranti a sei gradi di libertà (6 DOF) delle dimensioni di 4 m x 4 m.
Sfruttando le potenzialità del sistema di controllo, sarà possibile utilizzare le tavole sia separatamente che in maniera simultanea, in modo da riprodurre gli effetti dei terremoti su strutture a grandi luci e su strutture soggette a moti asincroni (per esempio travi da ponte o edifici industriali). Inoltre, potranno essere condotte prove sismiche su modelli a piccola o grande scala, prove di qualifica per sistemi di controllo passivo per la protezione sismica, così come analisi dinamiche su grandi sistemi meccanici o equipaggiamenti. Sarà possibile utilizzare anche il banco prova idraulico a sei gradi di libertà per prove nei settori automobilistici, aerospaziali e del trasporto, o comunque ogni qual volta che vengano richieste alte frequenze (fino a 500 Hz) e elevate accelerazioni.
Per quelle applicazioni che richiedono prestazioni ancora più elevate in termini di accelerazioni (fino a 100 g) e di frequenze (fino a 3.000 Hz) sarà possibile utilizzare lo shaker uniassiale elettromeccanico. Ulteriori attività di ricerca potranno essere condotte in un laboratorio didattico dotato di attrezzature per condurre prove su modelli in piccolo scala che comprendono diversi shaker modali, sensori di forza, accelerometri piezoelettrici adatti per lo studio delle tecniche di identificazione strutturale e del danneggiamento e metodi di controllo strutturale.
LABORATORIO DI MATERIALI E STRUTTURE
La sua infrastruttura di ricerca più importante è rappresentata dal sistema di contrasto Strong Floor – Reaction Wall. Il Muro di Reazione (Reaction Wall) è alto 14 m, mentre la dimensioni della sezione trasversale sono di 14 m x 4 m. Il muro sarà uno dei più alti d’Europa e potrà essere utilizzato per condurre prove statiche, pseudo-dinamiche ed ibride su elementi strutturali e su strutture in scala reale. Le dimensioni della Piastra di Reazione (Strong Floor) sono di 34 m x 14 m, comprensive della sezione del Muro di Reazione. La scelta del sistema costruttivo e funzionale di tale sistema di contrasto è scaturito dall’analisi critica di laboratori simili esistenti. In particolare, il laboratorio ELSA (European Laboratory for Structural Assessment) del JRC (Joint Research Centre), uno dei più importanti laboratori al mondo dotati di grande strutture di reazione per test pseudo-dinamici, è stato considerato come punto di riferimento nella fase di progettazione del sistema di contrasto del centro LEDA.
Il sistema costruttivo delle strutture di reazione è a cassone gettato in opera; entrambi gli elementi saranno post-tesi con barre Dywidag e trefoli al fine di evitare fessurazioni ed assicurare la corretta durabilità al laboratorio. Il laboratorio sarà dotato di diversi attuatori idraulici di capacità differenti, unità di potenza idraulica e sistemi di controllo.
Nel Laboratorio sarà pertanto possibile effettuare test sperimentali su componenti strutturali ed edifici in scala reale al fine di eseguire studi teorico-sperimentali di nuovi metodi di progetto delle costruzioni, verificare tecniche di rinforzo tradizionali e innovativi per edifici esistenti ed edifici appartenenti al patrimonio storico–monumentale, verificare sperimentalmente sistemi di protezione sismica (isolatori, dissipatori e sistemi a controllo attivo) e tecniche di monitoraggio strutturale.
Il laboratorio comprenderà anche tutte le attrezzature per la caratterizzazione meccanica dei materiali da costruzione già presenti nel laboratorio della Facoltà di Ingegneria ed Architettura dell’Università Kore di Enna.
Le attrezzature esistenti comprendono una pressa a controllo di spostamento con capacità di 3.000 kN, un telaio di reazione equipaggiato con un attuatore idraulico della capacità di 2.000 kN, una macchina di prova universale con la capacità di 600 kN e diversi altri strumenti avanzati per l’esecuzione prove in situ distruttive e non distruttive per la valutazione delle proprietà strutturali degli edifici esistenti.
Testo redatto su fonte Università Kore di Enna/LEDA
Image credit: Università Kore di Enna/LEDA
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STRUTTURE SISMO-RESISTENTI
INGV: edifici realizzati per resistere a un singolo sisma di forte intensità potrebbero non riuscire a far fronte a una successione di scosse di magnitudo inferiore
23.09.2014
Testo dell’articolo
Questo importante effetto di amplificazione è stato ricostruito teoricamente, mediante simulazioni numeriche, a partire dalla sequenza dei terremoti maggiori dell’Emilia, avvenuta nel 2012; si è riprodotta l’accelerazione su strutture oscillanti (come gli edifici) che si sarebbe registrata nel caso che le 7 scosse di magnitudo maggiore di 5.0 fossero avvenute a distanza di circa 5-7 secondi l’una dall’altra. Il risultato mostra chiaramente la forte amplificazione delle accelerazioni sulle strutture rispetto a quelle che si avrebbero per terremoti isolati o separati da intervalli temporali significativamente maggiori. Fisicamente, l’effetto di amplificazione si manifesta quando la struttura oscillante viene sottoposta a nuove sollecitazioni mentre l’oscillazione precedente è ancora in corso: è quindi un processo analogo alla risonanza, in cui l’ampiezza dell’oscillazione aumenta all’aumentare del tempo di applicazione della sollecitazione.
Il riconoscimento e la quantificazione di questo importante effetto sugli edifici, finora trascurato ma che può manifestarsi con una certa probabilità nelle sequenze di terremoti italiani, apre nuove importanti prospettive per la mitigazione del rischio sismico, in quanto consente di tener conto in maniera molto precisa anche degli scenari più severi per le accelerazioni sismiche indotte sugli edifici. Nell’immediato, l’applicazione di questi nuovi concetti dovrebbe essere tenuta in conto almeno nella progettazione delle strutture strategiche; attualmente, infatti, la normativa antisismica in una data area è calibrata sulle accelerazioni prodotte da un singolo evento di magnitudo massima nell’area in questione.
Testo redatto su fonte INGV Sezione di Napoli/Osservatorio Vesuviano
Per approfondimenti: The 2012 Emilia, Italy, Quasi‐Consecutive Triggered Mainshocks: Implications for Seismic Hazard – Seismological Research Letters | September/October 2014; 85 (5)
Image credit: INGV
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SPERIMENTAZIONE SISMICA
Progetto LEDA, un centro di ricerca all’avanguardia sull’Ingegneria Sismica: sarà dotato di un sistema di due simulatori a tavole vibranti tra i più avanzati d’Europa
18.02.2014
Testo dell’articolo
Le prime attività di Ricerca programmate attraverso il LEDA, anche con collaborazioni già avviate con università nazionali ed internazionali, sono relative ai seguenti studi: legami costitutivi in campo dinamico, strategie di mitigazione delle vibrazioni su strutture a blocchi, tecniche e strumenti per l’identificazione strutturale e del danneggiamento, effetti della variabilità spaziale del moto sismico sulla progettazione strutturale, generazione di campi aleatori mono- o pluri-variati per la simulazione sismica, studio del comportamento meccanico di materiali innovativi e del potenziamento delle caratteristiche di materiali convenzionali, studio e sviluppo di sistemi strutturali ad alta duttilità, valutazione dell’idoneità statica e sismica di manufatti esistenti e sistemi di monitoraggio e controllo; studio della risposta sismica dei terreni, microzonazione, liquefazione e interazione terreno-struttura in condizioni dinamiche.
Il “laboratorio di dinamica sperimentale” sarà dotato di un sistema di due tavole vibranti di 4 m per lato ciascuno, di cui una a 6 gradi di libertà e l’altra ad 1 grado di libertà. Su ognuna di esse potranno essere realizzati modelli in scala ridotta o al vero per l’analisi sismica e la qualifica di apparecchi per la mitigazione del rischio sismico. Il sistema di controllo consentirà sia l’uso separato delle due tavole ovvero l’uso congiunto finalizzato alla simulazione sismica su strutture di grande luce, come impalcati da ponte o sezioni di edifici industriali, soggetti a moti asincroni. Una ulteriore caratteristica di tale sistema di tavole vibranti sarà quella che entrambe potranno essere accostate ed unite per la realizzazione di un unico simulatore sismico a un grado di libertà di dimensioni pari a 10×4 m e portata non inferiore a 80 tonnellate. Completeranno la dotazione del laboratorio di dinamica due ulteriori tavole vibranti in grado di operare ad elevate frequenze. I banchi vibranti ad alta dinamica permetteranno uno sviluppo della ricerca in diversi ambiti strategici diversi da quello civile, quali i settori dell’industria dei trasporti, dell’aeronautica, dell’ambiente, dell’energia e della difesa.
Testo redatto su fonte LEDA/Università di Enna “KORE”
Image credit: LEDA/KORE
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SICUREZZA STRUTTURALE
In ambito sismico, gli interventi di messa in sicurezza con opere provvisionali sono efficaci quando non modificano il comportamento strutturale dei complessi danneggiati
12.01.2014
Testo dell’articolo
L’emergenza dell’Aquila ha visto la messa in campo di tutte le esperienze e strategie acquisite nei terremoti nazionali più recenti, e segnatamente del Friuli (1976), dell’Irpinia (1980), dell’Abruzzo (1984), della Basilicata (1990), di Reggio Emilia (1996), di Umbria e Marche (1997-1998), del Pollino (1998) e del Molise (2002), fermo restando il presupposto della specificità di ogni scenario tellurico, particolarmente in termini di densità e distribuzione territoriale, tipologia e qualità degli insediamenti e contesto socio-economico. In questo senso, il sisma dell’Aquila ha presentato caratteri assolutamente unici, avendo colpito una città Capoluogo di Regione caratterizzata da un centro storico tra i più estesi d’Italia, ricchissima di beni storico-architettonici e culturali, ma anche fulcro della vita istituzionale, economica e sociale dell’intero territorio. Dopo il caso di Messina e Reggio Calabria del 1908, è la prima volta che un terremoto ha colpito una città di dimensioni medio-grandi con effetti così drammatici e catastrofici.
A cominciare dalle prime esperienze maturate nell’emergenza del Friuli, la salvaguardia dei beni storico-artistici colpiti da sisma è diventata un’attività sempre più complessa e specializzata, frutto di un continuo affinamento organizzativo, tecnico e metodologico che ha permesso di rispondere più efficacemente alla protezione della vita umana e alla migliore conservazione possibile del bene culturale. Un processo evolutivo che ha prodotto risultati particolarmente convincenti nell’ambito del sisma umbro-marchigiano del 1997, costituendo poi in ampia misura la base di riferimento per l’azione svolta all’Aquila dopo il 6 aprile 2009 dal Vice Commissario delegato per la tutela dei Beni Culturali, in collaborazione con il Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco, numerose Università facenti capo alla Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica (Consorzio ReLUIS) e centri di ricerca quali l’Istituto per le Tecnologie della Costruzione del Consiglio Nazionale delle Ricerche dell’Aquila (ITC-CNR/AQ).
Nella progettazione dei sistemi provvisionali, è importante ricordare che il sisma è un evento dinamico che non si esaurisce mai con una singola sollecitazione, ma si ripete nel tempo con ulteriori manifestazioni più o meno attenuate, sottoponendo di riflesso a ulteriori sollecitazioni anche l’edificato. L’esperienza ha insegnato che gli interventi di messa in sicurezza sono efficaci quando non modificano il comportamento strutturale dei complessi danneggiati, e ciò impone di evitare il ricorso ai tradizionali presìdi spingenti, che nelle reiterazioni sismiche possono esercitare deleteri martellamenti sulle parti compromesse. Ogni intervento di messa in sicurezza deve quindi scaturire da una scrupolosa e attendibile valutazione del danno, e più specificamente dei meccanismi di collasso e delle condizioni strutturali complessive (anche in riferimento alle possibili o prevedibili evoluzioni).
Testo tratto da “La messa in sicurezza degli edifici danneggiati dal sisma: l’esperienza dell’Aquila” di Luciano Marchetti, ENEA – “Energia, Ambiente e Innovazione”, n. 6, Novembre-Dicembre 2013
Image credit: ENEA
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TECNOLOGIE ANTISISMICHE
Realizzate dall’ENEA le basi antisismiche che garantiranno la massima protezione ai Bronzi di Riace conservati presso il Museo Archeologico di Reggio Calabria
23.12.2013
Testo dell’articolo
Le nuove basi antisismiche sono realizzate in marmo di Carrara e assicurano il massimo isolamento delle statue nei confronti delle sollecitazioni dei terremoti nelle direzioni orizzontali e verticali. Per ciascuna statua è stata realizzata una base costituita da due blocchi di marmo sovrapposti; su entrambe le superfici interne dei due blocchi sono state scavate – in modo speculare – quattro calotte concave, nel mezzo delle quali sono collocate quattro sfere, anch’esse di marmo. Le calotte concave e le sfere di marmo svolgono la funzione antisismica e la loro dimensione viene definita in fase di progettazione in rapporto al grado di protezione sismica necessaria. Nel blocco di marmo superiore sono inseriti elementi dissipativi per l’isolamento sismico da oscillazioni nella direzione verticale. I dispositivi installati richiedono una manutenzione minima.
In presenza di un terremoto sarà la parte sottostante della base a subire l’azione sismica e si potrà muovere con il terreno senza trasmettere alla parte superiore le sollecitazioni, in quanto completamente assorbite dal movimento delle sfere all’interno delle cavità ricavate nel marmo. Il movimento delle sfere conferisce al sistema la capacità di spostamenti rigidi e con un attrito molto ridotto, caratteristiche che minimizzano o rendono quasi nulle le sollecitazioni.
Il sistema è particolarmente adatto per le statue sviluppate in verticale, come i Bronzi di Riace, o il David di Michelangelo, che hanno una base di appoggio molto ridotta e che quindi presentano nelle gambe il loro punto di maggiore vulnerabilità anche alle minime oscillazioni, che ne possono compromettere l’integrità strutturale e causare il ribaltamento.
Per effettuare le verifiche di funzionalità e sicurezza, sono state realizzate delle copie in scala reale delle statue dei Bronzi di Riace, che sono state poi poggiate sulle nuove basi di marmo, e poi messi sulle “tavole vibranti” che simulano i terremoti presso il Centro Ricerche ENEA della Casaccia. Le tavole vibranti sono impianti sperimentali complessi, di grandi dimensioni, in grado di riprodurre i terremoti reali nelle componenti orizzontali e verticale, e che per le prove di qualificazione delle basi hanno simulato terremoti anche superiori al livello massimo previsto per il sito del Museo a Reggio Calabria, senza che le copie delle statue abbiano subito alcuna sollecitazione.
La realizzazione di queste basi deriva da una convenzione stipulata dall’ENEA e la Direzione Regionale per i Beni Culturali e Paesaggistici della Calabria. L’esigenza di un più adeguato e sicuro isolamento sismico dei Bronzi di Riace è stata determinata dalla loro nuova collocazione all’interno del Museo Archeologico Nazionale della Magna Grecia di Reggio Calabria.
Per queste basi sono stati utilizzati gli isolatori sismici sviluppati dall’ENEA per la protezione di strumentazioni delicate, sistemi di comunicazione e di gestione dei dati rilevanti ai fini della sicurezza, sale operatorie, gasdotti, apparecchiature in centrali di produzione e/o trasformazione dell’energia elettrica, sistemi di sicurezza di impianti a rischio, e per il patrimonio culturale.
L’ENEA è impegnata a sviluppare ampie sinergie tra il mondo della ricerca e il settore dei beni culturali, mettendo a disposizione del nostro patrimonio storico e artistico tutte le migliori tecnologie realizzate nei nostri laboratori.
Testo redatto su fonte ENEA del 21 dicembre 2013
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SPERIMENTAZIONE SISMICA
ENEA e Università Roma Tre effettuano prove sismiche su tavole vibranti per la verifica di nuove tecniche di rinforzo applicate agli edifici storici in muratura
27.11.2013
Testo dell’articolo
Per realizzare queste prove sono stati costruiti degli edifici in scala reale, nei quali è stata riprodotta anche la connessione tra le pareti tipica delle case in muratura delle diverse tipologie edilizie molto diffuse nei centri storici delle città italiane e nelle zone pedemontane e montane dell’Appennino.
Le prime prove su tavola vibrante sono state effettuate senza applicare le tecniche di rinforzo alla struttura in muratura, che sottoposta alle vibrazioni sismiche simulate ha subìto danni gravissimi, compreso il ribaltamento di una parete in muratura. Successivamente la parete è stata riparata ed è stata rinforzata la connessione della parete con il resto della struttura con un innovativo sistema di fasciature con nastri in fibre di acciaio galvanizzato inglobate in malta idraulica naturale. Si tratta di tecniche basate sull’uso di materiali a basso costo, e facilmente applicabili agli edifici storici. La struttura così rinforzata verrà ora sottoposta ad una nuova sequenza di sollecitazioni sismiche che riproducono terremoti realmente accaduti negli ultimi 15 anni in varie località italiane e con differenti tipi di terreno, secondo i dati registrati dalla rete sismica nazionale dell’INGV.
Le scosse sismiche saranno ripetute con intensità crescente fino al collasso della struttura, allo scopo di verificare la capacità di resistenza ultima della struttura rinforzata e di investigare i meccanismi di formazione delle fratture e di collasso per questo tipo di struttura.
Ricercatori ed esperti nel campo dell’ingegneria sismica appartenenti a varie università italiane avranno la possibilità di seguire lo svolgimento delle prove “in remoto” e di interagire in tempo reale per scambiarsi dati ed informazioni con i ricercatori dell’ENEA e del Dipartimento di Ingegneria dell’Università Roma Tre. La partecipazione in remoto all’esperimento viene realizzata grazie al laboratorio virtuale DySCo (Structural Dynamics, numerical Simulation, qualification tests and vibration Control), appositamente messo a punto dal Laboratorio di Qualificazione di Materiali e Componenti dell’ENEA Casaccia.
Per l’acquisizione dei dati delle prove viene utilizzato un innovativo sistema elettro-ottico, denominato 3DVision, il quale utilizza una costellazione di telecamere ad alta risoluzione in grado di rilevare il moto nello spazio di speciali marcatori, tracciando una traiettoria che definisce il moto completo dei punti selezionati in termini di spostamenti, velocità e accelerazioni.
Testo redatto su fonte ENEA del 25 novembre 2013
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STRUTTURE SISMO-RESISTENTI
Progetto di ricerca INSYSME: finanziato dalla CE un budget di 1,8 milioni di euro per potenziare le prestazioni sismiche delle pareti divisorie e da tamponamento
08.11.2013
Testo dell’articolo
INSYSME mira a potenziare le prestazioni sismiche delle pareti divisorie e da tamponamento (monostrato e pluristrato con rivestimento faccia a vista) nelle strutture in cemento armato, attraverso sia lo sviluppo e l’applicazione di soluzioni innovative, sia la definizione di opportuni criteri di dimensionamento, linee guida e software per la progettazione. Il progetto, rivolto essenzialmente alle associazioni di categoria, è coordinato dalla Dr. Ing. Francesca da Porto, con la supervisione tecnica del Prof. Ing. Claudio Modena dell’Università di Padova. INSYSME coinvolge 7 paesi europei (Italia, Belgio, Germania, Grecia, Portogallo, Romania e Turchia) con la partecipazione di TBE (Tiles and Bricks of Europe), la Federazione europea dei laterizi, associazioni nazionali di produttori di elementi in laterizio, università, centri di ricerca, studi di progettazione e PMI (Piccole e Medie Imprese) dell’intera filiera delle costruzioni; per un totale di 16 partner. Il valore complessivo del progetto di ricerca, della durata di 3 anni, è di circa 2,6 milioni di euro, di cui 1,8 finanziati dalla CE.
INSYSME si propone di sviluppare sistemi innovativi per tamponature in muratura, utilizzati per creare facciate, involucri e partizioni di edifici a telaio in c.a., di formulare concetti scientificamente fondati per la loro analisi, e di elaborare metodi affidabili, semplici ed efficienti per la loro progettazione nella pratica ingegneristica. In sintesi, la ricerca a favore delle associazioni di produttori, essendo finalizzata allo sviluppo di procedure di progettazione e di sistemi di involucro innovativi, puntando al progresso tecnologico e all’aggiornamento normativo, offrirà nuove soluzioni a problemi scientifici e industriali, con un impatto ad ampio spettro. L’esperienza delle associazioni di PMI partner del progetto, con l’ausilio dei diversi interlocutori interessati al processo, garantirà che siano soddisfatte le esigenze di estese comunità di PMI. In questo schema di finanziamento, le
associazioni di PMI e le PMI coinvolte sono i principali attori della ricerca. Infatti, sono queste a ricevere direttamente il finanziamento da parte della CE e a commissionare ai partners scientifici lo svolgimento degli studi e delle sperimentazioni oggetto della ricerca stessa, attraverso contratti di subappalto. Le associazioni di PMI e le PMI detengono in questo modo la maggior parte della proprietà dei risultati, della ricerca.
Sono quattro i principali obiettivi tecnico-scientifici di INSYSME:
I Sviluppo di materiali e tecnologie. Sulla base dell’organizzazione di un catalogo completo di diverse tipologie di telai e relativi sistemi d’involucro, si svilupperanno materiali avanzati, tecnologie innovative e processi di costruzione per pareti di tamponamento e di rivestimento, arrivando alla produzione e progettazione di prototipi e pareti.
II Modellazione della risposta sismica e definizione dell’input sismico. Valutazione dell’influenza reciproca di telai e pareti di tamponamento/rivestimento nella risposta sismica per mezzo di simulazioni numeriche e valutazione del carico sismico agente sugli elementi non strutturali. I risultati saranno utilizzati per la progettazione.
III Prove sperimentali/numeriche per il comportamento combinato nel piano/fuori piano. Derivazione sperimentale delle leggi costitutive dei materiali, e sviluppo di strategie di prova per la valutazione delle prestazioni dei sotto assemblaggi sotto azioni combinate nel piano/fuori piano. Stima numerica e parametrica dei muri di tamponatura per definire i parametri critici e sviluppare regole di progettazione ottimizzate. Caratterizzazione sperimentale quantitativa della risposta sismica globale del modello di edificio attraverso test su tavola vibrante.
IV Regole per la verifica di muri di tamponatura e linee guida. Saranno definiti i requisiti prestazionali degli elementi non strutturali sulla base dei livelli prestazionali globali definiti per l’edificio, basandosi sulle analisi numeriche e sui test sperimentali fatti. Saranno sviluppate e calibrate formulazioni e procedure per le verifiche fuori piano. I risultati del progetto saranno implementati in software e in linee guida di progettazione e, successivamente, trasferiti all’interno di standard e normative.
Testo redatto su fonte ANDIL
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TECNOLOGIE ANTISISMICHE
Sicurezza sismica degli impianti chimici a rischio di incidente rilevante: applicare correttamente le moderne tecnologie antisismiche per mitigare gli effetti dei terremoti
18.09.2013
Testo dell’articolo
L’ENEA ha avviato da tempo una discussione nell’ambito della comunità scientifica per porre in evidenza la necessità di valutare accuratamente la vulnerabilità delle strutture e dei componenti. Sulla base di queste analisi si potrà avviare un programma per l’adeguamento sismico degli impianti esistenti, partendo dalle situazioni più a rischio di incidente, che saranno valutate in funzione della pericolosità sismica, della vulnerabilità degli impianti e delle potenziali conseguenze dannose sulla popolazione e sull’ambiente.
“Il problema della sicurezza degli impianti in Italia è un aspetto che non possiamo affatto sottovalutare, dato che quasi tutto il nostro territorio è esposto al rischio sismico. La consapevolezza della vulnerabilità del nostro territorio richiede una cultura della prevenzione e l’attuazione di interventi di messa in sicurezza, i cui costi sono nettamente inferiori a quelli necessari per la bonifica e la ricostruzione dopo un incidente, senza contare le perdite connesse alla destabilizzazione del ciclo economico-produttivo. L’ENEA mette a disposizione delle istituzioni le sue competenze tecnico-scientifiche, sviluppate nel corso degli anni a partire dagli originari programmi nucleari, per mitigare gli effetti dei sismi anche attraverso una corretta applicazione delle moderne tecnologie antisismiche”, ha dichiarato Giovanni Lelli, Commissario dell’ENEA.
Di questi temi si è parlato oggi a Roma al convegno “Sicurezza sismica degli impianti chimici a rischio di incidente rilevante”, organizzato dall’ENEA in collaborazione con il GLIS (Gruppo di Lavoro Isolamento Sismico), con il patrocinio dell’Accademia Nazionale dei Lincei, dell’Accademia Nazionale delle Scienze detta dei XL, del Consiglio Nazionale degli Ingegneri, del Parco Scientifico e Tecnologico del Lazio Meridionale, della Società Geologica Italiana e dell’ASSISi (Anti-Seismic Systems International Society).
Esperti in rappresentanza di vari enti e istituzioni nazionali, tra i quali l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) rappresentato dal Presidente Prof. Stefano Gresta, il Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, il Consiglio Nazionale degli Ingegneri con il Presidente Ing. Armando Zambrano e il Consiglio Nazionale dei Geologi con il Presidente Prof. Gian Vito Graziano, hanno affrontato sia gli aspetti legati alla verifica e all’adeguamento delle strutture degli impianti esistenti, sia quelli relativi agli interventi in emergenza, con l’obiettivo di stimolare la discussione sul tema e di attivare le istituzioni competenti.
Testo redatto su fonte ENEA del 7 febbraio 2013
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