PRO-SIS
Obiettivo specifico: SO 1.1: Sviluppare e rafforzare le capacità di ricerca e di innovazione e l'introduzione di tecnologie avanzate
Tipologia: Progetto di capitalizzazione
Nell'ambito del Progetto "CONSTRAIN" sono state sviluppate strategie di intervento per la riduzione della vulnerabilità sismica delle costruzioni esistenti in muratura e verificata l'efficacia attraverso una significativa campagna sperimentale. Sostanzialmente le strategie proposte permettono di ottenere importanti riduzioni della vulnerabilità sismica con interventi eseguiti dall'esterno degli edifici, senza per questo richiedere lo spostamento delle persone e cose che stanno all'interno degli edifici, con significativi risparmi in termini economici ma soprattutto in termini di disagio per le persone.
- Nel progetto ci si propone di sviluppare gli strumenti necessari per una corretta progettazione ed applicazione di queste strategie, nonché l'applicazione su edifici pilota per i quali sono programmati interventi per il miglioramento delle prestazioni strutturali nel prossimo futuro.
- In particolare saranno sviluppati algoritmi analitici e numerici accurati, da calibrare sulle base dei risultati sperimentali di "CONSTRAIN", per estendere le casistiche studiate sperimentalmente e consentire di fornire ai progettisti gli strumenti per la progettazione esecutiva dei sistemi proposti con l'impiego degli strumenti di calcolo automatico che essi usano correntemente.
La fase iniziale del progetto ha impegnato le due università sullo sviluppo e sulla calibrazione degli algoritmi originali che permetteranno ai progettisti di quantificare l'efficacia degli interventi studiati sperimentalmente nel progetto "CONSTRAIN" (Fig.1, 2). L’attività ha visto la raccolta e l’analisi dei risultati delle prove sperimentali relative a maschi murari, fasce di piano, pareti inflesse fuori piano, cordoli di piano e di copertura.
Fig.1 Rinforzo "CONSTRAIN" di pareti in muratura di pietra: rinforzo su entrambi i lati (a), e su un solo lato (b)
Fig.2 Rinforzo "CONSTRAIN" di pareti in muratura di mattoni: rinforzo su entrambi i lati (a) e su un solo lato, nel caso di parete a uno (b) o a più paramenti (c)
L’analisi dei dati sperimentali ha permesso la definizione della risposta meccanica tramite modelli analitici, per valutare il contributo del rinforzo (Fig.3). In tal senso sono state sviluppate delle semplici correlazioni per facilitare la valutazione delle prestazioni degli elementi rinforzati da parte dei progettisti. Questi risultati sono stati raccolti nel Report 1.1 (Modelli analitici di dimensionamento).
Fig.3 Confronto tra le correlazioni analitiche e le curve sperimentali per i maschi murari (a) e le fasce di piano (b) del progetto "CONSTRAIN"
In seguito, sono stati sviluppati dei modelli numerici agli elementi finiti, in grado di simulare l'effettivo comportamento dei campioni sperimentali testati nel progetto "CONSTRAIN", utilizzando il software OOFEM dall’Università di Trieste e Abaqus SIMULIA dall’Università di Lubiana. In particolare, OOFEM è un programma open source agli elementi finiti, sviluppato dall’Università di Praga. I modelli numerici in OOFEM sono stati sviluppati con un livello di dettaglio intermedio, con elementi solidi multistrato equivalenti (rappresentativi della muratura rinforzata), mentre in Abaqus i modelli presentano un grado di dettaglio più elevato, utilizzando elementi finiti solidi diversi per ciascun materiale. Per questa attività le due università hanno lavorato a stretto contatto per definire i parametri da assumere nella modellazione e per validare i modelli numerici con i risultati delle prove sperimentali di "CONSTRAIN" (Fig.4).
Fig.4 Confronto tra le correlazioni analitiche e le curve sperimentali per i maschi murari (a) e le fasce di piano (b) del progetto "CONSTRAIN"
I modelli numerici così calibrati sono stati utilizzati nelle analisi parametriche, volte a valutare l’incidenza delle geometrie delle murature e delle condizioni al contorno sulle prestazioni del rinforzo (Fig.5). Le analisi parametriche consentono di estendere i casi trattati sperimentalmente e forniscono nuovi risultati in modo più rapido ed economico.
Fig.5 Analisi in Abaqus dell’effetto del rinforzo su maschi murari con rapporto di forma 0.56 (altezza/larghezza): Curve forza-spostamento (sinistra) e concentrazioni di deformazione (destra). Le curve grigie corrispondono a pareti con rapporto di forma 1.0
In parallelo sono stati definiti degli esempi benchmark di configurazioni di pareti a complessità crescente per l'applicazione dei criteri di modellazione semplificata e delle correlazioni analitiche sviluppate. Sono stati analizzati una serie di esempi di singoli elementi strutturali (maschi e fasce di piano), portali, pareti a uno e a due piani (Fig.6), e un intero edificio (Fig.7). La costruzione di modelli numerici semplificati utilizza il metodo del telaio equivalente. Questi sono stati simulati sia nella configurazione non rinforzata che rinforzata, mediante le tecniche di rinforzo "CONSTRAIN". È stato eseguito il confronto grafico e la discussione critica dei risultati delle simulazioni eseguite con i diversi software.
Fig.6 Alcuni esempi di elementi e configurazioni strutturali valutate col metodo analitico-meccanico e con i modelli a telaio equivalente
L’attività ha coinvolto l’Università degli Studi di Trieste e le aziende Fibre Net e GI ZRMK per il confronto dei risultati ottenuti con i programmi di calcolo commerciali Midas Gen, PRO-SAP e 3Muri, i quali richiedono diverse strategie di modellazione e la definizione dei parametri da utilizzare. Queste strategie sono state raccolte nel Report 1.4 (Definizione parametri per programmi di calcolo automatico semplificati).
Fig.7 Curve forza-spostamento di un esempio di edificio a due piani nello stato non rinforzato (URM), rinforzato da un lato (R1) e rinforzato da due lati (R2)
Tutti i partner hanno collaborato, in relazione alle proprie specifiche aree di competenza, alla stesura di Linee guida per la progettazione e applicazione delle strategie "CONSTRAIN". Queste definiscono la procedura per l’uso, la progettazione, l’installazione e la manutenzione del rinforzo. Nel documento è stata trattata la strategia per definire i parametri da utilizzare nelle analisi delle prestazioni sismiche e sono stati svolti alcuni esempi. Vengono inoltre esplicati gli aspetti operativi per la realizzazione corretta degli interventi. Il documento è strutturato in capitoli, ciascuno dedicato a un ruolo specifico del lettore, suddividendo le informazioni per proprietari, investitori, progettisti e appaltatori.
Infine, i partner hanno condotto una ricerca sui potenziali casi studio per l'applicazione futura della strategia di rinforzo proposta. In Italia è stato individuato un gruppo di edifici di edilizia popolare a Udine, di proprietà di ATER Udine, che risalgono agli anni '50. Questi edifici rappresentano una parte significativa delle costruzioni realizzate all'epoca, in quanto costruite su progetto del Ministero dei Lavori Pubblici. In Slovenia è stato individuato un edificio storico di Lubiana, soggetto a tutela delle facciate esterne e di alcuni affreschi interni (Fig.8). La documentazione tecnica e i disegni originali sono stati raccolti per valutarne gli aspetti strutturali. I partner hanno svolto le operazioni di sopralluogo e rilievo degli edifici per verificare la corrispondenza del costruito con gli elaborati grafici disponibili.
Fig.8 Disegni storici della vista frontale della facciata principale dell’edificio a Lubiana
Sull’edificio a Udine sono state svolte indagini in-situ, ove possibile con limitata invasività, per acquisire ulteriori informazioni sulle caratteristiche dei materiali (Fig.9). Per l’edificio storico a Lubiana sono invece state eseguite delle visite ispettive per verificare lo stato di fatto e delle indagini visive sulla struttura per stimarne le caratteristiche. I documenti e le indagini sono riportati nel Report 3.1 (Raccolta di elaborati grafici di edifici selezionati e descrizione delle caratteristiche).
Fig.9 Prove di caratterizzazione della muratura: (a) prova di compressione con martinetti piatti; (b) prova di scorrimento Shove-test
Le analisi di vulnerabilità sismica degli edifici pilota sono state supportate dall’utilizzo dei software Midas Gen per l’edificio in Italia e 3Muri per quello in Slovenia. I risultati hanno evidenziato che, allo stato attuale, la resistenza sismica di entrambi gli edifici risulta insufficiente rispetto ai requisiti previsti dalle normative vigenti.
L’intervento a Udine si prefigge di minimizzare l’impatto sugli occupanti, intervenendo prevalentemente sulle superfici all’esterno degli appartamenti. Per l’edificio situato a Lubiana, sottoposto a vincolo della soprintendenza per la tutela dell’aspetto esteriore, sono state individuate le pareti interne sulle quali è consentita l’installazione del rinforzo superficiale. Le simulazioni stanno proseguendo sui modelli che trattano lo stato rinforzato con le tecniche "CONSTRAIN". In parallelo vengono sviluppati i disegni esecutivi degli interventi di rinforzo e lo studio dei loro costi d’intervento.
Relativamente alle attività di comunicazione e disseminazione dei risultati, l’Università di Trieste ha partecipato a due convegni internazionali nel settore dell’ingegneria civile, in cui ha avuto modo di comunicare e divulgare i primi risultati delle attività in corso:
- REHABEND Congresso “Construction Pathology, Rehabilitation Technology and Heritage Management” (7-9 maggio 2024): presentazione della memoria dal titolo “The strengthening of floor and roof masonry ring beams with fibre-based composite materials: experimental tests”;(link)
- HIVIB Symposium “16th International Symposium on Human-Induce Vibrations and Seismic Influencer on Structures” (15-18 maggio 2024): presentazione della memoria del titolo “Seismic performance of CRM strengthened masonry: from experiments to analytic approach” (link)
Sono di prossima pubblicazione sulla sezione news di questo sito le locandine dei seminari e le conferenze tematiche che si svolgeranno nei mesi di ottobre e novembre, rivolte a:
- iscritti degli ordini professionali (Ingegneri) - 8 incontri di 3h (4 in Italia, 4 in Slovenia)
- tecnici della PA, Protezione Civile, Associazione Nazionale Costruttori Edili - 6 incontri di 3h (3 in Italia, 3 in Slovenia).
