Fare il dottorato di ricerca con noi significa immergersi nel mondo della ricerca scientifica studiando e sviluppando un tema di ricerca per un triennio fino a diventarne padroni e poter competere con gli esperti del settore a livello internazionale, appunto diventare “Dottore di ricerca”. La tematica di ricerca sarà scelta tra quelle relative alla valutazione e mitigazione del rischio sismico del costruito. Essa potrà essere incardinata a progetti di ricerca avanzati nel campo dell’ingegneria sismica a cui partecipiamo attivamente (ad esempio, ciclo di progetti di ricerca ReLUIS ed il progetto di ricerca e-SAFE) oppure potrà essere autonoma e fondata su un progetto di ricerca costruito ad hoc. Si riporta un elenco delle tesi di dottorato. Per ciascuna tesi viene fornita una descrizione sintetica mentre cliccando sul titolo si può visualizzare l’intera tesi. L’accesso al dottorato di ricerca avviene attraverso concorso pubblico ed il bando viene generalmente pubblicato nel mese di luglio. Ulteriori informazioni si trovano nelle pagine dedicate al dottorato del sito dell’Università degli Studi di Catania.
Per portare a termine con profitto un dottorato di ricerca sulle tematiche di nostra competenza è necessario possedere preliminarmente una buona conoscenza della tecnica delle costruzioni e della progettazione antisismica delle strutture. A titolo di esempio, per gli studenti del Corso di laurea magistrale in Ingegneria Edile-Architettura, è sufficiente aver assimilato i contenuti dei corsi di “Tecnica delle costruzioni e laboratorio di tecnica delle costruzioni” e di “Progetto di costruzioni in zona sismica”. Utile, ma non indispensabile, è aver fatto la tesi di laurea magistrale su argomenti nel campo dell’ingegneria sismica. Chi mette in conto di proseguire i propri studi universitari con il dottorato di ricerca già quando chiede la tesi di laurea è bene che lo comunichi subito; ciò consentirà di assegnare l’argomento di tesi pensando ad un possibile sviluppo negli studi di dottorato e pianificare un percorso di formazione utile anche a prepararsi al concorso di ammissione al dottorato.
Il territorio di molti paesi nel mondo, incluso quello italiano, presenta pericolosità sismica elevata. A dispetto di ciò, il patrimonio edilizio è spesso vulnerabile al sisma a causa di tecniche costruttive obsolete o metodi di progettazione strutturale inadeguati. Questo binomio determina un livello di rischio inaccettabile per una società che vuole essere moderna, solidale e resiliente. Ciascuna delle nostre tesi di dottorato si inserisce in questo quadro e, in linea con le direttive del PNRR, mira a fornire un tassello all’obiettivo più generale del miglioramento della resilienza delle nostre città. Allo scopo di consentire al dottorando di portare a compimento la tesi di dottorato, il suo background sarà completato attraverso attività di studio individuale e partecipazione a corsi per la formazione di competenze specifiche sotto la guida costante dei tutor. Il dottorando verrà introdotto nel quadro nazionale/internazionale della ricerca attraverso la partecipazione a convegni, anche nella qualità di relatore, l’inserimento nella nostra rete di contatti e collaborazioni, nonché esperienze di studio/ricerca presso altri enti di ricerca all’estero. Tutto il processo verrà pianificato in modo che il dottorando possa affrontarne ogni passaggio avendo preliminarmente acquisito gli strumenti necessari. Attraverso il dottorato di ricerca, il dottorando potrà acquisire la padronanza di strumenti e metodologie all’avanguardia nel campo della modellazione e dell’analisi strutturale, imparerà ad affrontare problematiche strutturali complesse ideando la soluzione e dimostrandone l’efficacia, si confronterà con esperti nel campo riconosciuti nel panorama internazionale ed apprenderà come presentare il proprio lavoro e difenderlo di fronte ad una platea qualificata.
Claudia Strano, XXXIX ciclo, 2023-2026 – IN CORSO, (in co-supervisione con prof.ssa Francesca Barbagallo): Soluzioni innovative per la valutazione e riduzione del rischio sismico di strutture esistenti. Borsa PNRR – D.M. 117/2023, Inv. 3.3, in collaborazione con Technoside Srl.
Periodo presso ente di ricerca all’estero: sede ospitante da definire, 6 mesi.
Periodo presso azienda: TECHNOSIDE, Catania (CT), 18 mesi.
Abstract: progetto di ricerca in fase di definizione, da concordare con l’azienda.
William Leni, XXXVIII ciclo, 2022-2025 – IN CORSO, (in co-supervisione con prof.ssa Francesca Barbagallo): Adeguamento sismico mediante esoscheletri dissipativi in acciaio.
Periodo presso ente di ricerca all’estero: University of Birmingham, Birmingham, Regno Unito, 3 mesi.
Periodo presso azienda: TECHNOSIDE, Catania (CT), 6 mesi.
Abstract: La ricerca è finalizzata a definire una tecnica di adeguamento sismico di edifici in c.a. mediante esoscheletro in acciaio ed i relativi criteri di progetto. L’esoscheletro, che deve impedire i pericolosi meccanismi di collasso di piano soffice e mobilitare la capacità di dissipazione della struttura esistente, può essere equipaggiato con dissipatori e beneficiare di una fonte aggiuntiva di dissipazione di energia. L’efficacia dell’esoscheletro sarà testata su edifici realizzati negli anni ’70 e ’80 del XX secolo (la quota più importante del patrimonio edilizio in c.a. che necessita di adeguamento sismico). La ricerca prevede lo studio dello stato dell’arte sugli esoscheletri, la formulazione e calibrazione della procedura di progetto, la calibrazione dei parametri che la governano. La tecnica di adeguamento sismico proposta si inserisce in un quadro di interventi da tempo oggetto di studio del gruppo di ricerca che presentano un comune denominatore rappresentato da: (1) di materiali eco-compatibili, per garantire soluzioni strutturali sostenibili sotto l’aspetto ambientale, (2) uso di prodotti ingegnerizzati, per minimizzare i tempi d’implementazione dell’intervento e (3) esecuzione dell’intervento dall’esterno per minimizzare il disturbo agli occupanti.
Erika Licciardello, XXXVIII ciclo, 2022-2025 – IN CORSO, (in co-supervisione con prof.ssa Francesca Barbagallo): Adeguamento sismico mediante con pannelli in CLT e dissipatori.
Periodo presso ente di ricerca all’estero: Laboratorio Nacional de Engenharia Civil, Unità di ingegneria sismica e dinamica delle strutture, Lisbona, Portogallo, 6 mesi.
Abstract: La ricerca è finalizzata a definire una tecnica di adeguamento sismico di edifici in c.a. mediante placcaggio con pannelli in CLT equipaggiati con dissipatori ed i relativi criteri di progetto. Il dissipatore è stato sviluppato in una precedente tesi di dottorato. Il pannello in CLT accoppiato al dissipatore funge da elemento di controvento che fornisce rigidezza e resistenza dove si riscontrano carenze nel telaio in c.a. originale promuovendo l’attivazione di un meccanismo di collasso globale. L’attivazione dei dissipatori consente di avere fonte aggiuntiva di dissipazione di energia. L’efficacia del sistema proposto sarà testata su edifici realizzati negli anni ’70 e ’80 del XX secolo (la quota più importante del patrimonio edilizio in c.a. che necessita di adeguamento sismico). La ricerca prevede lo studio dello stato dell’arte, la formulazione e calibrazione della procedura di progetto, la calibrazione dei parametri che la governano. La tecnica di adeguamento sismico proposta si inserisce in un quadro di interventi da tempo oggetto di studio del gruppo di ricerca che presentano un comune denominatore rappresentato da: (1) uso di materiali eco-compatibili, per garantire soluzioni strutturali sostenibili sotto l’aspetto ambientale, (2) uso di prodotti ingegnerizzati, per minimizzare i tempi d’implementazione dell’intervento e (3) esecuzione dell’intervento dall’esterno per minimizzare il disturbo agli occupanti.
Carola Tardo, XXXIV ciclo, 2018-2021 (in co-supervisione con prof. Giuseppe Margani): Adeguamento sismico ed energetico di edifici con struttura intelaiata in c.a. con pannelli in legno lamellare equipaggiati con dissipatori ad attrito innovativi.
Periodo presso ente di ricerca all’estero: Faculty of Science and Technology, Norwegian University of Life Sciences, Drøbakveien, Norvegia, 6 mesi (attività svolta a distanza a causa della pandemia).
Periodo presso azienda: ADVECO, Villa Carcina (BS), 6 mesi da ottobre 2019 a marzo 2020.
Abstract: Nei paesi europei a rischio sismico, una parte importante del patrimonio edilizio è energivoro e carente sotto l’aspetto sismico perché costruita prima dell’entrata in vigore di norme efficaci sul contenimento dei consumi energetici e sismo-resistenza delle costruzioni. In questi paesi sono fortemente necessarie azioni di ristrutturazione che integrino sinergicamente sia interventi di efficientamento energetico che antisismici, guardando alla resilienza degli edifici ai terremoti come uno dei valori principali di una città sostenibile. Tuttavia, l’attuazione di tali interventi è attualmente limitata da barriere per lo più legate ai costi eccessivi e all’elevata invasività delle tecniche di adeguamento sismico tradizionali. Per superare queste barriere è necessario un nuovo approccio progettuale olistico per la ristrutturazione edilizia, che dovrebbe tradursi in interventi di adeguamento innovativi e integrati in grado di soddisfare specificatamente le esigenze di economicità, rapidità di installazione, ridotto disturbo degli utenti e basso impatto ambientale. la tesi mira ad analizzare il potenziale di una nuova tecnologia di adeguamento integrata per edifici con struttura in c.a. Il sistema di adeguamento proposto consiste nel rivestire in manufatto edilizio esistente con un nuovo involucro esterno prefabbricato a base di legno che funge da pelle antisismica efficace anche dal punto di vista energetico, contribuendo anche a rinnovare l’immagine architettonica dell’edificio. La nuova pelle combina pannelli strutturali in legno laminato incrociato (CLT) – collegati al telaio in c.a. esistente tramite innovativi dissipatori ad attrito – con pannelli non strutturali che integrano finestre ad alte prestazioni. Il potenziale della tecnologia proposta viene analizzato in termini di prestazioni sismiche ed energetiche e di fattibilità tecnica. Le analisi statiche non lineari, monotone e cicliche, eseguite su un telaio in c.a. dimostrano preliminarmente l’elevato impatto che il sistema di adeguamento sismico proposto (pannelli in CLT dotati di nuovi ammortizzatori di attrito) può avere sulla risposta degli edifici esistenti da riqualificare. Vengono quindi testati diversi prototipi del dissipatore ad attrito sotto carico ciclico, individuando i più promettenti in termini di efficienza strutturale. Le simulazioni termiche dinamiche su edifici multipiano, allo stato pre e post intervento, mostrano la rilevante efficienza energetica del sistema, soprattutto nel periodo invernale. Inoltre, vengono studiate adeguate soluzioni tecniche per garantire la fattibilità tecnica e la versatilità della tecnologia di adeguamento proposta.
Francesca Barbagallo, XXX ciclo, 2014-2017: Una procedura statica non lineare multi-modale e adattiva per la valutazione sismica di telai in c.a. tamponati.
Periodo presso ente di ricerca all’estero: Disaster Prevention Research Institute, Kyoto University, Kyoto, Giappone, 12 mesi da maggio 2015 a maggio 2016.
Abstract: La valutazione sismica delle strutture esistenti è considerata il passaggio fondamentale per (i) stimare la capacità sismica della struttura iniziale (ii) prevedere il meccanismo di collasso e le deficienze strutturali, (iii) selezionare la tecnica di adeguamento sismico più appropriata e determinare la nuova capacità dell’edificio riqualificato. In questo contesto, i metodi di analisi statici non lineari si configurano come strumenti in grado di prevedere il comportamento sismico delle strutture con una buona accuratezza un onere computazionale ragionevole. Sebbene i metodi di analisi esistenti siano generalmente affidabili, essi trascurano il contributo alla risposta sismica di modi di vibrazione più elevati e non considerano la progressiva riduzione di rigidezza laterale dovuta al comportamento non lineare della struttura. Un altro aspetto importante per quanto riguarda le strutture esistenti è la presenza delle tamponature. Sebbene queste forniscano alla struttura una forte rigidezza e la loro posizione e le loro proprietà meccaniche influenzino il meccanismo dissipativo della struttura, le tamponature sono considerate elementi non strutturali e il loro contributo alla risposta sismica è trascurato. Nella tesi si sviluppa un metodo di analisi statico non lineare in grado di stimare con precisione la risposta sismica dei telai in c.a., con e senza tamponature, mantenendo accettabile l’onere computazionale. Nello specifico, la tesi propone una procedura adattativa multimodale denominata OverDamped Displacement Adaptive Procedure (D-DAP). Questo metodo è stato sviluppato dalla combinazione degli approcci proposti da Pinho et al. e da Ghersi et al. Dal primo è tratto il procedimento adattativo multimodale per aggiornare il vettore di carico, dal secondo il metodo per associare l’accelerazione di picco del suolo alla domanda di spostamento senza la necessità di passare da un sistema SDOF equivalente. Inoltre, la D-DAP è dotata di uno smorzamento equivalente per considerare la dissipazione di energia crescente dovuta al danno cumulato nella struttura. A tal fine, il valore dello smorzamento equivalente viene aggiornato ad ogni passaggio secondo una nuova legge di smorzamento opportunamente calibrata in questo lavoro per telai in c.a. con e senza tamponature. L’accuratezza della D-DAP nella valutazione sismica dei telai in c.a. è stata confrontata con quella della DAP di Pinho, dell’MPA di Chopra, del metodo N2 (EC8) e del CSM (FEMA 440). A tal fine, un insieme di 54 telai in c.a. è stato progettato per essere rappresentativo di edifici esistenti con vari livelli di carenze sismiche e le loro risposte sismiche sono state previste dai suddetti metodi di analisi. Questi confronti hanno mostrato che la D-DAP applicata con la legge di smorzamento proposta garantisce un’accuratezza di previsione della risposta sismica dei telai in c.a., con e senza tamponature, generalmente superiore agli altri metodi di analisi statici non lineari.
Paola Roberta Stramondo, XXVIII ciclo, 2012-2015: Formulazione di un metodo di progetto per l’adeguamento sismico di telai in C.A. mediante controventi ad instabilità impedita.
Abstract: Molti degli edifici in c.a. esistenti sono stati progettati in passato per soli carichi verticali o per modeste azioni sismiche e necessitano di un intervento di adeguamento sismico per rispondere ai requisiti prestazionali previsti dalle normative attuali. Nella presente Tesi di Dottorato è proposto e validato un metodo basato sugli spostamenti per l’adeguamento sismico di tali strutture mediante l’impiego di controventi a instabilità impedita (BRBs, Buckling-Restrained Braces), la cui idea di base è stata recentemente presentata per il progetto di telai in acciaio con BRBs. I BRBs sono controventi dissipativi in acciaio che manifestano un ciclo isteretico stabile e un comportamento simile in trazione e in compressione, con una buona capacità di dissipazione energetica grazie agli alti valori di duttilità che possono raggiungere. La procedura di progetto proposta permette di definire, a ogni piano, la rigidezza e la resistenza dei BRBs, tramite la scelta di valori appropriati di area della sezione trasversale, lunghezza del segmento duttile e tensione di snervamento dell’acciaio. Il metodo di progetto prevede l’imposizione di due requisiti: il requisito sugli spostamenti di interpiano riduce la domanda sismica a valori compatibili con la capacità deformativa della struttura e permette di determinare a ciascun piano la rigidezza laterale aggiuntiva da fornire tramite i controventi; il controllo della duttilità massima subita dai BRBs durante il sisma consente di stabilire la tensione di snervamento e, quindi, la resistenza assiale necessaria per i controventi. Il metodo proposto è applicato a tre casi studio rappresentativi di edifici esistenti che necessitano di adeguamento sismico. L’efficacia del metodo è evidenziata tramite analisi dinamiche non lineari condotte sulle strutture controventate al variare dei parametri di progetto.
Giovanna A.F. Ferrara, XXIV ciclo, 2007-2011: Previsione della risposta sismica di edifici asimmetrici mediante il metodo statico non lineare.
Abstract: Obiettivo della tesi è l’estensione di una nuova modalità di applicazione dei metodi statici non lineari, inizialmente proposta per schemi semplificati monopiano, a sistemi multipiano asimmetrici in pianta. Essa presuppone l’esecuzione di due distinte analisi statiche non lineari con altrettante eccentricità “correttive” definite in ragione dei parametri chiave che governano il comportamento dinamico dei sistemi monopiano. La generalizzazione del metodo agli edifici multipiano pone molteplici problematiche. In primo luogo la ridefinizione dei parametri chiave, per i quali non esistono dei diretti corrispondenti nel caso di edifici a più piani. Successivamente la definizione di un certo numero di sistemi strutturali multipiano su cui validare il metodo proposto. A tal proposito è stato definito un ampio campione di edifici multipiano a struttura intelaiata in cemento armato, appositamente progettati, modificando la filosofia ed i criteri di progetto. La modellazione degli edifici, realizzata con il software OpenSEES, è realistica e consente di simulare tutti i più significativi fenomeni meccanici che caratterizzano il comportamento inelastico degli elementi strutturali in cemento armato e, in particolare, il degrado di resistenza e rigidezza sotto carichi ciclici. Inoltre è stata elaborata una procedura per determinare un modello di carico evolutivo, che, per la sua complessità, non si caratterizza come una proposta da abbinare alla correzione in pianta della risposta, ma costituisce unicamente uno strumento per l’esecuzione delle analisi pushover nell’ambito del presente studio. Infine, sono state messe a punto delle proposte alternative alla metodologia originariamente suggerita. Le metodologie proposte sono capaci di migliorare ulteriormente la stima degli spostamenti dinamici e risultano di più semplice applicazione.