OBIETTIVO B - Valutazione del rischio sismico ed elementi per la sua riduzione

Sub-obiettivo B3: Strumenti per la riduzione del danno

(resp. G. M. Calvi)

B3.1 Definizione della vulnerabilità e delle possibilità di adeguamento delle infrastrutture stradali (ponti e viadotti)

Sono in corso ricerche sui temi seguenti:

a) risposta di singoli elementi e collegamenti;

b) valutazione della sicurezza per mezzo di analisi raffinate;

c) valutazione della sicurezza per mezzo di analisi semplificate;

d) rinforzo per mezzo di interventi di tipo tradizionale;

e) rinforzo per mezzo di materiali compositi;

f) rinforzo per mezzo di sistemi di isolamento e dissipazione;

g) casi studio (Progetto "Catania").

a) Risposta di singoli elementi e collegamenti

I problemi specifici dei ponti italiani sono stati presi in esame per lo sviluppo di modelli specifici per la simulazione di situazioni costruttive inadeguate, quali ad esempio l'interazione di meccanismi di collasso a flessione ed a taglio, la graduale perdita di aderenza ed il successivo scorrimento di barre insufficientemente ancorate, l'instabilità di barre di armatura.

b) Valutazione della sicurezza per mezzo di analisi raffinate

Modelli verificati o sviluppati in precedenti ricerche vengono utilizzati nell'ambito di programmi di calcolo atti ad una simulazione raffinata della risposta di ponti a rischio. Il ruolo di possibili inadeguatezze locali verrà quindi valutato nell'ottica della sicurezza globale dell'opera. L'importanza dell'eventuale applicazione di principi di gerarchia delle resistenze sarà considerata con particolare attenzione.

c) Valutazione della sicurezza per mezzo di analisi semplificate

Sono in corso di sviluppo e verifica metodi di stima della sicurezza di un'opera che non richiedano necessariamente analisi raffinate. I modelli saranno quindi orientati alla valutazione approssimata delle capacità deformative e di assorbimento di energia di elementi e strutture complete comprendenti situazioni inadeguate.

d) Rinforzo per mezzo di interventi di tipo tradizionale

Sono in corso di esame applicazioni di metodi di rinforzo basati su incamiciature in calcestruzzo e precompressione verticale per mezzo di cavi scorrevoli. La ricerca comprenderà analisi costi-benefici che considerino anche i valori indotti (ad esempio: interruzione nell'uso di un ponte).

e) Rinforzo per mezzo di materiali compositi

Applicazioni di metodi di rinforzo basati sull'utilizzazione di materiali compositi sono in corso di studio. La ricerca comprenderà prove sperimentali di modesto impegno, sia in laboratorio sia in-situ, nonché analisi costi-benefici come nel caso precedente.

f) Rinforzo per mezzo di sistemi di isolamento e dissipazione

Sono in corso di sviluppo metodi a diversi livelli di complessità per l'analisi di ponti isolati e per la progettazione di interventi di rinforzo basati sull'inserimento di isolatori e dissipatori.

Metodi di analisi raffinati e semplificati verranno utilizzati in campagne di analisi parametriche che consentano la taratura di metodi e regole di progetto.

g) Casi studio (Progetto "Catania")

E' stata data la disponibilità all'analisi dettagliata di alcuni ponti individuati nell'ambito del Progetto "Catania", che verranno utilizzati come campo applicativo dei modelli, delle tecniche e delle procedure brevemente descritte ai punti precedenti.

B3.2 Adeguamento di edifici in cemento armato costruiti senza norme sismiche

Sono in corso ricerche sui temi seguenti:

a) analisi critica dell'evoluzione della normativa e delle caratteristiche dei telai realizzati in assenza di norme sismiche adeguate;

b) metodi di stima del danno atteso e del collasso;

c) meccanismi di danno di elementi strutturali;

d) influenza dei tamponamenti e loro uso come elementi di rinforzo;

e) risposta e meccanismi di danno e collasso globali;

f) metodi innovativi di rinforzo;

g) casi studio (Progetto "Catania").

a) Analisi critica dell'evoluzione della normativa e delle caratteristiche dei telai realizzati in assenza di norme sismiche adeguate

E' iniziato l'esame critico delle normative del dopoguerra ed il confronto con la normativa - italiana ed europea - attuale, con riferimento alla resistenza ed alla duttilità di sezioni, elementi strutturali e strutture. Sono anche considerate le prescrizioni sui materiali con relative prove di qualificazione, i dettagli costruttivi, le verifiche di sicurezza, le azioni, le modalità di modellazione ed analisi. In parallelo si effettuerà l'analisi critica della manualistica dell'epoca, con individuazione delle regole utilizzate nella pratica. Si evidenzieranno poi le modalità costruttive con particolare riferimento a quelle utilizzate nella Sicilia orientale. In una seconda fase si progetteranno strutture in accordo con quanto prima definito svolgendo analisi numeriche anche considerando possibili interazioni impreviste (tamponature, pavimentazioni). Sono previsti rapporti di sintesi possibilmente con la caratterizzazione degli edifici in c.a. per fasce di età e regioni di appartenenza, e con confronto della risposta rispetto ad edifici identici, ma costruiti in accordo con l'EC8.

b) Metodi di stima del danno atteso e del collasso

E' in corso la caratterizzazione delle registrazioni accelerometriche in modo da individuare terremoti che siano rappresentativi di un'ampia casistica e di valutare alcuni parametri accelerometrici significativi da correlare alla risposta non lineare della struttura. Gli eventi sismici considerati rappresentano le principali registrazioni italiane recenti, ma l'indagine sarà estesa ad alcuni terremoti distruttivi avvenuti all'estero, particolarmente significativi per intensità e contenuto in frequenza. Gli accelerogrammi verranno classificati in gruppi omogenei in base a differenti criteri, quali accelerazione di picco, contenuto in frequenza, durata effettiva, indici di intensità. Particolare attenzione verrà dedicata alla definizione di accelerogrammi caratterizzati da potenziale di danneggiamento equivalente in base a procedure innovative. Ad esempio verrà considerata una stima diretta della richiesta di energia dissipata per un sistema ad un grado di libertà, estendendo i risultati a telai multipiano. Verrà altresì considerata una misura del terremoto basata sulla richiesta di spostamento, che appare oggi come il più promettente indice di danno atteso. Il prodotto atteso consiste nella classificazione di possibili indici di danno e collasso in relazione alla risposta strutturale ed all'input sismico.

c) Meccanismi di danno di elementi strutturali

E' in corso la preparazione di uno stato dell'arte sui risultati sperimentali e modelli teorici riguardanti gli elementi strutturali sia a livello scientifico sia a livello normativo. Tale raccolta avrà l'obiettivo di individuare parametri da cui dipendono le prestazioni degli elementi e definire le relazioni che intercorrono tra metodi progettuali e caratteristiche prestazionali. In particolare l'attenzione si concentrerà sulla regione critica individuata dall'intersezione tra travi e pilastri. Il comportamento del nodo è particolarmente importante per la risposta dell'intero sistema strutturale, contribuendo in modo significativo alle deformazioni globali. Un'altra zona critica di particolare importanza corrisponde al piede delle colonne all'attacco con le fondazioni, la cui risposta è spesso connessa al potenziale collasso globale dell'edificio. Appare infine importante considerare il caso specifico di travi con spessore ridotto e considerevole larghezza, interagenti con pilastri normali.

d) Influenza dei tamponamenti e loro uso come elementi di rinforzo

Proseguendo studi già intrapresi, si stanno analizzando esperienze condotte su telai tamponati soggetti ad azioni orizzontali con individuazione dei meccanismi fondamentali di danneggiamento con riferimento ai materiali impiegati, alle tecniche ed alle sequenze costruttive ed alla geometria dei campi tamponati.

Modelli meccanici capaci di descrivere i principali fenomeni non lineari nel telaio tamponato verranno acquisiti, eventualmente perfezionati ed utilizzati per la simulazione di prove sperimentali. Si passerà quindi ad ampie analisi parametriche, considerando variazioni geometriche e meccaniche, tra cui l'eventuale presenza di aperture nei tamponamenti. L'obiettivo finale sarà costituito dalla definizione di rappresentazioni semplificate equivalenti al sistema telaio-tamponamenti, atte ad una utilizzazione per la stima della risposta globale del telaio tamponato (si veda il punto successivo).

e) Risposta e meccanismi di danno e collasso globali

Gli insegnamenti e le conclusioni dedotte dall'osservazione di recenti terremoti sono in corso di esame per l'effettuazione di analisi numeriche lineari e non lineari di edifici in c.a. In particolare si stanno analizzando i comportamenti osservati durante terremoti distruttivi, con particolare riferimento alla risposta globale ed ai meccanismi di collasso. I modelli analizzati e sviluppati verranno utilizzati al fine di definire il ruolo e l'interazione di diversi meccanismi di danno e collasso locale. Verrà studiata la rilevanza dell'applicazione di principi di gerarchia delle resistenze nonché la capacità deformativa e dissipativa globale in funzione della sequenza dei meccanismi di danno e collasso locale. Gli indici di danno comunemente utilizzati verranno confrontati con la risposta stimata con metodi a diverso livello di raffinatezza.

f) Metodi innovativi di rinforzo

L'efficacia dei principali metodi di adeguamento e rinforzo di edifici in c.a., con particolare riferimento alle tecniche innovative recentemente sviluppate e non ancora comunemente utilizzate nella pratica è in corso di studio. Particolare rilievo viene dato al possibile utilizzo di controventi dissipativi in acciaio, tema già sviluppato con precedenti finanziamenti, progettando e verificando diverse modalità di collegamento con i telai in c.a., continuando prove dinamiche già iniziate nel passato e realizzando modellazioni sofisticate. E' comunque prevista e considerata prioritaria la stesura di un manuale applicativo di sintesi, con indicazione dei dettagli costruttivi e delle possibili tipologie di intervento.

g) Casi studio (Progetto "Catania")

Si è data disponibilità all'effettuazione di analisi a diversi livelli di raffinatezza di edifici in c.a. costruiti a Catania negli anni '60 e '70, prescelti tra quelli interessati dai rilievi effettuati nell'ambito delle linee 5 e 6. Verranno presi in considerazione anche edifici interessati dal sisma del 1990, su cui è stato realizzato un dettagliato rilievo dei danni.