UN APPROCCIO SPEDITIVO PER LA LOCALIZZAZIONE DEL DANNO SU STRUTTURE INTELAIATE IN CEMENTO ARMATO

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Mirella Deluca
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1 UN APPROCCIO SPEDITIVO PER LA LOCALIZZAZIONE DEL DANNO SU STRUTTURE INTELAIATE IN CEMENTO ARMATO Autori: C. Iacovino, G. Auletta, R. Ditommaso, A. Mossucca, A. Nigro, D. Nigro, F.C. Ponzo Scuola di Ingegneria, Università della Basilicata, Potenza

2 Structural Health Monitoring Valutazione delle caratteristiche dinamiche della struttura - Frequenza - Deformata modale - Smorzamento viscoso equivalente Metodi Non-destructive Damage Evaluation (NDE) (Rytter, 1993) Variazione nel tempo - Valutazione del danno e della sua entità - Valutazione scenari di danno

Structural Health Monitoring 1 Livello: in grado di individuare la presenza di un danno sulla struttura 2 Livello: in grado di individuare la posizione del danno 3 Livello: in grado di localizzare e

3 Structural Health Monitoring 1 Livello: in grado di individuare la presenza di un danno sulla struttura 2 Livello: in grado di individuare la posizione del danno 3 Livello: in grado di localizzare e valutare l entità del danno 4 Livello: in grado di individuare l eventuale presenza del danno, stimarne l entità e la posizione oltre a dare indicazioni circa l impatto che il danneggiamento ha sulla struttura (Rytter, 1993)

4 Descrizione della procedura di localizzazione STEP 1: Valutazione della risposta strutturale in accelerazione all ultimo livello STEP 2: Definizione della matrice filtrante relativa al modo di vibrare considerato (tarata sul segnale registrato all ultimo livello) STEP 3: Convoluzione della matrice filtrante con la trasformata di Stockwell dei segnali registrati a tutti i livelli e lungo la stessa direzione STEP 4: Determinazione della deformata modale nel tempo Valutazione della curvatura modale

5 Descrizione della procedura di localizzazione STEP 1: Valutazione della risposta strutturale in accelerazione all ultimo livello Sensore

Descrizione della procedura di localizzazione STEP 2: Definizione della matrice filtrante relativa al modo di vibrare considerato (tarata sul segnale

6 Descrizione della procedura di localizzazione STEP 2: Definizione della matrice filtrante relativa al modo di vibrare considerato (tarata sul segnale registrato all ultimo livello) S5(τ,f) 3 Frequency (Hz) Selezione manuale del modo fondamentale di vibrare Time (s)

(m/s 2 ) FREQUENZA (Hz) 10 5 0-5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tempo (s) S5(τ,f) S4(τ,f) S3(τ,f) -10 0 10 20 30 40 50 60 70 3 2 1 S2(τ,f)

7 Descrizione della procedura di localizzazione STEP 3: Convoluzione della matrice filtrante con la trasformata di Stockwell dei segnali registrati a tutti i livelli e lungo la stessa direzione Frequenza (Hz) G (τ,f) Matrice filtrante ACC. (m/s 2 ) FREQUENZA (Hz) Tempo (s) S5(τ,f) S4(τ,f) S3(τ,f) S2(τ,f) S1(τ,f) S0(τ,f) TEMPO (s) Convoluzione Accelerazioni ai vari livelli S(t,f)*G(t,f) Trasformata di Stockwell normalizzata

8 Descrizione della procedura di localizzazione STEP 4: Determinazione della deformata modale e della relativa curvatura nel tempo 10 A B C ACC. (m/s 2 ) FREQUENZA (Hz) TEMPO (s) A Istante Iniziale B Istante Minima Frequenza C Istante Finale Drift massimo

Riflessioni critiche Acceleration (g) Frequency (Hz) 0.6 0.4 0.2 0-0.2-0.4-0.

Time (s) Acceleration (g) Frequency (Hz) 0.6 0.4 0.2 0-0.2-0.4-0.

9 Riflessioni critiche Acceleration (g) Frequency (Hz) Time-Frequency Response in X (Wall) Direction Time (s) Acceleration (g) Frequency (Hz) iniziale Time-Frequency Response in Z (Frame) Direction finale minima Time (s)

10 Riflessioni critiche iniziale finale minima

Riflessioni critiche 0.06 0.04 Spostamenti[m] 0.02 0-0.02-0.

11 Riflessioni critiche Spostamenti[m] Spostamento isolatore 25 Spostamento calcolato Spostamenti ottenuti con sismosignal Tempo[sec]

Tamponatura Suolo B 50 u 10 u 3 u u 0,1 F Fi

12 Applicazione della procedura di localizzazione Struttura a 3 piani Struttura a 5 piani Struttura a 8 piani Struttura a 5 piani - pianta a L Modello Input con Sismici Tamponatura Suolo B 50 u 10 u 3 u u 0,1 F Fi / Fy Suolo D F Puntone Equivalente di / dy Legame F - u

13 Risultati Struttura a 5 piani B Istante C A Istante di Minima Finale Iniziale Frequenza Struttura a 5 piani tamponata

14 Struttura a 3 piani Risultati Struttura a 8 piani Struttura a 5 piani - pianta a L

15 Struttura a 5 piani Risultati Struttura a 5 piani tamponata

16 Modello sperimentale a 5 piani in scala 1:15 ELEMENTO TRAVE ELEMENTO PILASTRO BARRE ALLUMINIO SENSORI ACCELEROMETRICI POSEIDON TRASDUTTORI POTENZIOMETRICI

17 Risultati Sperimentali Deformata modale Curvatura modale Drift assoluto Variazione curvatura

18 Risultati Sperimentali

19 Attività in corso: ottimizzazione della procedura

20 Attività in corso: ottimizzazione della procedura Struttura a 5 piani Struttura a 5 piani tamponata

21 Conclusioni La curvatura modale e la differenza di curvatura tra i piani riescono a dare informazioni sulla posizione del danno e quindi a localizzare, in modo veloce ed intuitivo, il livello dove questo si è concentrato maggiormente a seguito di un evento sismico, a partire dal solo dato accelerometrico. La differenza di curvatura modale risulta ben correlata al drift di piano: ciò pone le basi per valutare l indice di danno direttamente dalla differenza di curvatura e associare tali parametri a una stima del danno atteso, distinguendo i danni non strutturali da quelli strutturali. Tale opportunità risulta di fondamentale importanza sia per comprendere meglio i meccanismi di danneggiamento delle strutture durante gli eventi sismici, sia per mettere in atto strategie di localizzazione del danno basate sulla variazione istantanea della curvatura modale. Le peculiarità del metodo possono rivelarsi utili per monitorare un gran numero di strutture strategiche, valutare in tempo reale l eventuale danneggiamento degli edifici in caso di eventi sismici importanti e contribuire alla determinazione degli scenari di danno.

22 Sviluppi futuri Ottimizzazione della procedura di localizzazione del danno, riducendo il numero di stazioni accelerometriche installate sulla struttura, al fine di contenere gli oneri computazionali e, soprattutto, i costi. Estendere lo studio ad una più ampia casistica di tipologie strutturali, mediante simulazioni numeriche, modelli sperimentali in scala e sperimentazioni su strutture reali, al fine di validare la procedura proposta e fornire stime del danneggiamento sempre più accurate, considerando anche l interazione dinamica suolo struttura. Il parametro differenza di curvatura modale merita ulteriori studi in quanto risulta essere indicatore di una possibile propensione alla concentrazione di deformazione e, quindi, al danneggiamento.

23 GRAZIE PER L ATTENZIONE

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