La mia attività di ricerca investe varie problematiche inerenti l’ingegneria sismica. Tra i principali argomenti studiati si citano: l’analisi della risposta sismica e la progettazione di edifici con risposta laterale-torsionale accoppiata (formulazione di criteri di progetto per edifici di nuova realizzazione e di metodi di analisi per la previsione della risposta sismica delle strutture esistenti), criteri di progetto per telai in acciaio formulati e calibrati per garantire gli obiettivi prestazionali richiesti dalla normativa antisismica europea (telai a nodi rigidi, telai con controventi concentrici, telai con controventi eccentrici, e telai con controventi ad instabilità impedita), metodi statici non lineari per la previsione della risposta sismica degli edifici esistenti (individuazione del campo di applicazione dei metodi di normativa e formulazione di nuove varianti), adeguamento sismico di edifici esistenti con struttura intelaiata in cemento armato mediante mediante tecniche sostenibili e a basso disturbo, performance-based design, e normative antisismiche. Attualmente, la mia attività di ricerca è organizzata in più linee di ricerca ed è finalizzata a fornire un contributo per migliorare la resilienza del patrimonio edilizio. L’obiettivo viene perseguito attraverso lo sviluppo di strumenti di analisi e/o progetto per tipologie strutturali innovative e convenzionali impiegate per la protezione sismica di edifici nuovi ed esistenti.
Adeguare sismicamente edifici con struttura in c.a. mediante tecniche sostenibili e a basso disturbo
Il territorio italiano e quello di altri paesi europei presentano una pericolosità sismica elevata. A dispetto di ciò, il patrimonio edilizio esistente è spesso vulnerabile al sisma. In Italia, 3.5 milioni di edifici residenziali sono stati realizzati tra gli anni ’70 e ’80 del XX secolo e presentano struttura intelaiata in c.a. progettata senza considerare l’azione sismica perché realizzati prima dell’entrata in vigore delle norme antisismiche o in zone non ancora considerate sismiche. Ciò determina un rischio simico elevato del sistema Italia ed espone il paese a perdite ingenti in caso di terremoti in termini di vite umane, danni subiti dagli edifici e interruzione delle attività economico/sociali nel tempo di recupero di operatività. È pertanto vitale eseguire interventi di adeguamento sismico degli edifici in maniera estensiva che, riducendo la vulnerabilità del costruito, migliorino la resilienza della nostra società. Purtroppo, l’applicazione delle tecniche tradizionali richiede spesso costi e i tempi di implementazione elevati, nonché elevato disturbo degli occupanti che può tradursi anche in un fermo temporaneo dell’edificio. Ciò ne scoraggio l’impiego e costituisce una barriera quasi insormontabile sulla strada che conduce ad una società sismicamente resiliente. Questa linea di ricerca si inserisce in questo contesto proponendosi di ideare a validare nuove tecniche di adeguamento sismico ed i relativi metodi di progetto. Il comune denominatore delle tecniche in corso di studio è rappresentato (1) dall’uso di materiali eco-compatibili, per garantire soluzioni strutturali sostenibili sotto l’aspetto ambientale, (2) dall’uso di prodotti ingegnerizzati, per minimizzare i tempi d’implementazione dell’intervento e (3) dall’esecuzione dell’intervento dall’esterno per minimizzare il disturbo agli occupanti.
Incentivare l’impiego di tecnologie innovative per la protezione sismica degli edifici nella pratica europea
Negli ultimi decenni, la comunità scientifica ha prodotto una corposa attività di ricerca dedicata allo sviluppo di nuove tecnologie per la protezione sismica degli edifici. Sono stati ideati diversi dispositivi antisismici, le loro caratteristiche ed i loro limiti sono stati analizzati mediante studi sperimentali e teorici ed è stata dimostrata la loro efficacia nella protezione sismica degli edifici. Adesso, i progettisti strutturali che operano sul campo possono essere il principale veicolo per trasferire queste tecnologie dai centri di ricerca che le hanno prodotte alle applicazioni reali. Tuttavia, essi utilizzano raramente queste tecnologie, perché nelle normative antisismiche mancano indicazioni specifiche per il loro progetto. Sulla base di questa considerazione, questa linea di ricerca si propone di sviluppare strumenti di progetto per strutture sismo-resistenti che impiegano tecnologie innovative. Questi strumenti sono formulati in maniera da risultare compatibili con la normativa europea, favorendo così l’utilizzo delle tecnologie innovative per la protezione sismica degli edifici in Europa.
Verso una previsione più affidabile della risposta sismica degli edifici mediante analisi statica non lineare
Una valutazione affidabile della risposta sismica delle strutture esistenti è essenziale per rilevarne le carenze strutturali, quantificarne la capacità ed, infine, per scegliere e progettare l’intervento di adeguamento sismico. Tra i metodi di analisi (lineari e non lineari) disponibili, il metodo statico non lineare è considerata un ragionevole compromesso tra semplicità di applicazione e precisione della previsione della risposta sismica. Pertanto, l’impiego del metodo statico non lineare è oggi consentito dalla maggior parte delle normative antisismiche. Tuttavia, i metodi statici non lineari forniti dalle normative antisismiche, ad esempio quella europea, sono efficaci solo per strutture piane che vibrano prevalentemente secondo un unico modo. Quindi, questa linea di ricerca è dedicata alla formulazione di varianti migliorate del metodo statico non lineare in grado di riprodurre gli effetti di modi superiori di vibrazione, di considerare la variazione graduale delle proprietà dinamiche della struttura a causa delle plasticizzazioni, e di prevedere correttamente l’effetto della rotazione degli impalcati sulla risposta sismica degli edifici.
Semplificare e migliorare i criteri di progetto per le tipologie strutturali convenzionali
Le tipologie strutturali convenzionali rappresentano ancora una valida soluzione per garantire agli edifici un’adeguata resistenza alle azioni sismiche. Ancora oggi, queste tipologie strutturali sono ampiamente utilizzate dai progettisti per molte ragioni: la conoscenza maturata in decenni di applicazione delle peculiarità di ciascuna tipologia strutturale, l’esperienza maturata nell’uso dei modelli numerici e dei metodi di analisi utilizzati per la loro progettazione ed il know-how posseduto dalle maestranze per la loro realizzazione. Questa linea di ricerca mira a rendere più efficaci i metodi di progetto delle tipologie strutturali convenzionali. La ricerca di possibili miglioramenti è orientata verso la semplificazione delle procedure di progetto, il riesame dei vincoli progettuali per ampliarne l’ambito di applicazione, e la calibrazione dei parametri di progetto (ad esempio il fattore di struttura) sulla base di modelli numerici raffinati e degli obiettivi prestazionali stabiliti nelle attuali normative antisismiche. Inoltre, l’attività di ricerca è finalizzata anche a proporre nuove tipologie strutturali ottenute accoppiando quelle convenzionali.