Experimental methods and techniques for seismic vulnerability reduction. Metodi sperimentali e tecniche per la riduzione della vulnerabilità sismica

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1 Rapporto di attività della Fondazione Eucentre Eucentre Foundation: Activities Report TREES Lab Metodi sperimentali e tecniche per la riduzione della vulnerabilità sismica 3.9 TREES Lab Experimental methods and techniques for seismic vulnerability reduction La sperimentazione ha da sempre un ruolo fondamentale nella ricerca scientifica, nella validazione di modelli e teorie, nell identificazione di caratteristiche strutturali, nella definizione prestazionale di sistemi e componenti. Nell ingegneria strutturale ed in particolare in ambito sismico ha assunto negli ultimi anni un ruolo chiave grazie allo sviluppo di nuove tecnologie sia per l esecuzione dei test sia per l acquisizione e l elaborazione dei dati che consentono di studiare strutture e materiali in condizioni molto prossime a quelle di utilizzo reale. TREES Lab (Laboratory for Training and Research in Earthquake Engineering and Seismology), la struttura sviluppata all interno di Eucentre per la realizzazione di prove sperimentali su strutture, è stata progettata secondo le tecnologie più innovative. Grazie alle grandi prestazioni delle sue attrezzature consente di realizzare ricerche sperimentali su prototipi in grande scala in regime sia statico sia dinamico, riducendo così le incertezze di interpretazione e di correlazione con le condizioni reali. Presso TREES Lab è possibile svolgere studi sperimentali sui seguenti sistemi di prova: Tavola vibrante unidirezionale ad elevate prestazioni; Sistema di riscontro 3D per prove in scala reale con tecniche pseudo-statiche e pseudo-dinamiche; Sistema di prova biassiale dinamico per prove su apparecchi di appoggio ed isolamento; Laboratorio mobile; È in fase di sviluppo un nuovo sistema per le prove dinamiche sui dispositivi di smorzamento. Experimentation has always had a fundamental role for scientific research, for the validation of models and theories, for structural identification, in the performance definition of systems and components. In the structural and seismic engineering framework, it is recently assuming a key role due to the development of new technologies, both for test execution and data acquisition and processing, allowing the study of structures and materials in conditions very close to real applications. TREES Lab (Laboratory for Training and Research in Earthquake Engineering and Seismology), the Eucentre experimental facility, has been specifically designed according to the most innovative technologies and thanks to its high performance equipment that allows both dynamic and static experimental research to be conducted on full-scale prototypes, thus reducing the uncertainties of interpretation and correlation with actual structural conditions. TREES Lab features on the following experimental facilities: The high performance uniaxial shaking table; The strong floor-reaction wall system; The bi-axial bearing tester system; The mobile unit; A new system for dynamic testing is under development. Eucentre: vista d insieme. Panoramic view of Eucentre.

2 Montaggio di una struttura a pannelli in legno. Timber panels structure under construction.

3 PROPRIETARY DATA The information and design(s) disclosed herein are the property of MTS Systems Corporation and may not be used, reproduced or disclosed in any form except as granted in writing by MTS Systems Corporation. This restriction excludes information that is in the public domain or was legitimately in the prior possession of the recipient. Title Requested By D. KUSNER Drawing Number Third Angle Projection Drawn By DWK Rev. R Scale Date Sheet of MTS SYSTEMS CORPORATION EDEN PRAIRIE, MINNESOTA U.S.A. C Rapporto di attività della Fondazione Eucentre Eucentre Foundation: Activities Report 71 Tavola Vibrante unidirezionale ad elevate prestazioni La tavola vibrante è un simulatore di terremoti in grado di riprodurre qualsiasi evento reale sino ad oggi registrato, su prototipi di grandi dimensioni. Le caratteristiche e le prestazioni principali della tavola sono riportate nel seguito. Scheda Tecnica Piano della tavola 5.6 x 7.0m Spostamento di picco ±0.5 m Velocità di picco 2.2 m/s Accelerazione di picco (a tavola vuota) 6.0 g Accel. di picco (con provino da 60 ton) 1.8 g Massima portata olio lit/min Forza di picco dinamica 1720 kn Forza di picco statica 2150 kn Massa massima per provino ton Momento ribaltante di picco 4000 knm Massa di reazione 2350 ton Attrito quasi-statico 350 N Frequenza propria del sistema 84 Hz Struttura della tavola: Cellulare in acciaio con caratteristiche di elevata rigidezza e massa contenuta compatibile con gli sforzi generati dalle prove strutturali. Guide: A sostentamento idrostatico per assicurare il minimo attrito. Elettronica e software di controllo: Controllo in loop chiuso basato su spostamento, velocità e accelerazione. High Performance Uniaxial Shake Table The shake table simulates earthquakes, and is able to reproduce any real event that has been measured to date, in order to test large dimension prototypes. The characteristics and the main specifications of the table are reported in the following. Technical Details Base Table 5.6 x 7.0m Peak Displacement ±0.5 m Peak Velocity 2.2 m/s Peak Acceleration (bare table) 6.0 g Peak Acceleration (w/ 60 ton specimen) 1.8 g Max Flow Rate lit/min Dynamic Peak Force 1720 kn Static Peak Force 2150 kn Maximum Specimen Mass ton Peak Overturning Moment 4000 knm Reaction Mass Weight 2350 ton Quasi-static Friction 350 N System Natural Frequency 84 Hz Structure of the Table: Honey-comb like steel network to ensure high stiffness and a reduced mass, compatible with the forces developed during the structural tests. Guides: Supported with hydrostatic bearings to ensure minimum friction. Electronic and control software: Control of the loading histories by closed loops based on displacement, velocity and acceleration. Attuatore MTS e dettagli dell assemblaggio tavola - attuatore. MTS actuator and table - actuator assembly details ACTUATOR SPECIFICATIONS PISTON AREA: cm ROD DIAMETER: mm DYNAMIC STROKE: 1000 mm STATIC STROKE: mm CUSHIONS: 76.2 mm (BOTH ENDS) STATIC FORCE RATING: 2116 KN MAX. CUSHION IMPACT FORCE: 5700 KN APPROX. WEIGHT: 8165 KG NOTES: 1. UNLESS OTHERWISE SPECIFIED ALL DIMENSIONS ARE METRIC AND ARE FOR REFERENCE ONLY. ACTUATOR ASSY-2116 KN, 1000 MM DYNAMIC STROKE MSD A NONE

4 Prove in regime ciclico per la valutazione numerico-sperimentale della risposta sismica di pile da ponte in C.A. Cyclic tests for the numerical and experimental evaluation of the seismic response of R.C. bridge piers.

5 Rapporto di attività della Fondazione Eucentre Eucentre Foundation: Activities Report 73 Sistema di Riscontro 3D per Prove in Scala Reale con Tecniche Pseudo-statiche e Pseudo-dinamiche La struttura di contrasto composta da una piastra di base e due muri ortogonali consente l esecuzione di prove pseudo-statiche e pseudodinamiche bi-direzionali su prototipi di edifici di dimensioni reali ed elementi strutturali, con forze e spostamenti imposti tramite attuatori oleodinamici. Scheda Tecnica Dimensioni Strong Floor 14.4 x 9.6 m Altezza Muri di Riscontro 12 m Forza Massima Applicabile a 1 m kn Forza Massima Applicabile a 12 m 3840 KN Numero Attuatori da 250 kn 5 Numero Attuatori da 500 kn 3 Numero Attuatori da 1000 kn 2 Numero Attuatori da Fmax 2500 kn 1 3D Strong Floor-Reaction Wall System for Full-scale Pseudo-static and Pseudo-dynamic Tests The Strong Floor-Reaction Wall System allows full-scale pseudo-static and pseudo-dynamic bi-directional tests on prototype buildings and structural elements, with forces and displacements imposed through oil dynamic actuators. Technical Details Strong Floor Size 14.4 x 9.6 m Reaction Wall Height 12 m Max Applicable Force at 1 m kn Max Applicable Force at 12 m 3840 KN # 250 kn Actuators 5 # 500 kn Actuators 3 # 1000 kn Actuators 2 # 2500 kn Actuators 1 Prova ciclica pseudostatica biassiale su un pannello di muratura. Pseudostatic biaxial cyclic test on masonry pannel. Sistema di controllo degli attuatori idraulici. Control system for the hydraulic actuators.

6 Sistema per prove biassiali dinamiche. Dynamic biaxial testing system.

7 Rapporto di attività della Fondazione Eucentre Eucentre Foundation: Activities Report 75 Sistema di Prova Biassiale Dinamico Il sistema per prove su dispositivi di appoggio e isolamento in scala reale, a cinque gradi di libertà, consente di imporre forze verticali fino a kn, ed orizzontali fino a 2000 kn, con spostamenti orizzontali di +/- 580 mm. Si tratta di un apparato sperimentale unico nel suo genere in Europa. Nel corso delle prove è possibile controllare dinamicamente carico e spostamento verticale e le rotazioni attorno ai tre assi principali, con le prestazioni illustrate nel seguito. Scheda Tecnica Piano della tavola 1.6 x 4.4 m Massa mobile ~ 22.1 ton GdL Longitudinale, Verticale, Roll, Pitch, Yaw Spostamento di picco Oriz. ±580 mm, Vert.: ±60 mm Velocità di picco Oriz. ± 2200 mm/s, Vert.:±250 mm/sec Accelerazione di picco ±1.8 g Forza di picco statica Oriz kn, Vert: kn Forza di picco dinamica Oriz kn, Vert: kn ± 10000kN Momento ribaltante di picco knm Range operativo di frequenze 0-20 Hz Massima portata olio lit/min Bi-axial Bearing Tester System The bi-axial Bearing Tester System for testing of full-scale bearing and isolation devices, with 5 degrees of freedom and with high dynamic and force capabilities: vertical forces up to kn and horizontal forces up to 2000 kn with horizontal displacements of +/- 580mm. This experimental equipment is unique in Europe. During the test it is possible to dynamically control the vertical force and displacement and the rotations of the three principle axes, with the following specifications. Technical details Base Table 1.6 x 4.4 m Mobile Mass ~ 22.1 ton DOF Longitudinal, Vertical, Roll, Pitch, Yaw Peak Displacement Horiz: ±580 mm, Vert.: ±60 mm Peak Velocity Horiz: ±2200 mm/s, Vert.:±250 mm/sec Peak Acceleration ±1.8 g Static Peak Force Horiz: 2100 kn, Vert: kn Dynamic Peak Force Horiz: 1700 kn, Vert: kn ± 10000kN Peak Overturning Moment knm Working Frequency range 0-20 Hz Max Flow Rate lit/min Sistema per prove biassiali dinamiche. Dynamic biaxial testing system.

8 76 Rapporto di attività della Fondazione Eucentre Eucentre Foundation: Activities Report Laboratorio Mobile L Unità Mobile di Eucentre nasce nell ambito di un progetto pilota finanziato dalla Comunità Europea ed ha come obiettivo l estensione delle tecniche di indagine ed analisi numerica tradizionalmente utilizzate in laboratorio alle applicazioni su campo. L Unità Mobile è stata concepita immaginando due modalità operative: All interno di una rete di Unità Mobili che lavorano sinergicamente e sono coordinate da una Centrale di Coordinamento e controllo sviluppata presso TREES Lab, come ad esempio nel caso delle emergenze post evento sismico in supporto alle Unità di Protezione Civile. In applicazioni isolate come ad esempio nella caratterizzazione di singoli edifici allo scopo di eseguire valutazioni molto accu- Mobile Laboratory The Mobile Unit of the Eucentre was developed as part of a pilot project financed by the European Community with the objective of extending the investigation procedures and numerical analyses, that are traditionally used in laboratories, to the field. The Mobile Unit has been conceived with two types of operation in mind: The unit would be used within a network of Mobile Units that work in synergy and are coordinated by a Coordination and Control Centre developed at the TREES laboratory, as for example in the case of post-earthquake emergency management to support the Civil Protection Departments. The unit would be used in isolated applications, for example for the monitoring of single buildings with the aim of carrying out

9 Rapporto di attività della Fondazione Eucentre Eucentre Foundation: Activities Report 77 rate nell ambito di azioni finalizzate alla riduzione del rischio sismico. L unità mobile è dotata di un innovativo sistema di trasduttori ed acquisizione dati wireless, un sistema di acquisizione tradizionale, strumenti (potenziometri, strain gauges, accelerometri, geofoni, ecc.) per il monitoraggio di strutture e apparecchiature per l esecuzione di numerosi protocolli di indagine non distruttiva (termografia, georadar, indagini soniche, martinetti piatti, ecc.). L Unità Mobile dispone inoltre di una struttura di comunicazione basata sui moderni sistemi 2G/3G, Wifi, bluethooth e satellitare che consentono di mantenere il contatto diretto, anche in condizioni di emergenza, sia con i valutatori sul campo sia con la Centrale di Coordinamento e con la rete di laboratori partner di Eucentre. accurate assessment surveys for use within seismic risk mitigation studies. The Mobile Unit is equipped with an innovative system of transducers and wireless data acquisition, a traditional system for data acquisition and instruments (potenziometers, strain gauges, accelerometers, geophones etc.) for the monitoring of structures and equipment for carrying out numerous non destructive tests (thermographics, georadar, sonic tests, flat jacks etc.) The Mobile Unit is also equipped with a communication structure for 2G/3G modern systems, Wifi, Bluetooth and satellites that enable direct contact to be maintained, even in emergency situations, with both the on-site assessors and the Coordination Centre and with the laboratory partner network of the Eucentre. Unità Mobile per valutazione sperimentale e numerica della vulnerabilità sismica. Mobile Unit for experimental and numerical vulnerability assessment of structures.

10 78 Rapporto di attività della Fondazione Eucentre Eucentre Foundation: Activities Report Attività di Ricerca Istituzionale Dipartimento della Protezione Civile Italiana Progetto Esecutivo (PE) e2: Sistemi di appoggio e isolamento: Caratterizzazione delle tipologie esistenti e studi di prototipi innovativi; PE e3: Tecniche di indagine non distruttive o semi distruttive per la valutazione di strutture in fase di pre e post terremoto; PE c: Collaborazione allo sviluppo di strategie di intervento in caso di emergenza sismica e partecipazione programmata alle fasi critiche di intervento. Fondazione CARIPLO Sviluppo e caratterizzazione di materiali di scorrimento compositi a matrice polimerica tecnologicamente avanzati per applicazioni di isolamento sismico per aumentare la sicurezza di edifici e infrastrutture. Unione Europea - DG ECHO Environment Nuovo progetto europeo per lo sviluppo di un modulo di Protezione Civile per la valutazione degli edifici in emergenza postterremoto (DRHOUSE). Unione Europea - FP7 Seismic Engineering Research Infrastructures for European Synergies (SERIES); Design Study of an European Facility for Advanced Seismic Testing (E-FAST). Attività di Ricerca e Supporto Tecnico Scientifico per l Industria: AGOM Qualificazione e accettazione di isolatori elastomerici e appoggi in regime statico e dinamico. ALGA Qualificazione e accettazione di isolatori elastomerici e a scorrimento (Friction Pendulum) in regime statico e dinamico. ATLANTE Qualificazione e accettazione di appoggi strutturali e isolatori in gomma armata in regime statico e dinamico. BS-Italia Valutazione della risposta ciclica di sistemi di connessione di continuità tra pilastri prefabbricati e fondazioni. C&P COSTRUZIONI Valutazione del comportamento sismico di edifici realizzati con la tecnica costruttiva basata sui blocchi isotex attraverso lo svolgimento di prove sperimentali in regime ciclico. Institutional Research Activities Italian Department of Civil Protection Executive Project (PE) e2: Isolators and Bearing Devices: Characterization of existing typologies and developments of innovative prototypes; PE e3: Non- and semi-destructive on site testing techniques for the pre- and post-earthquake structural assessment; PE c: Collaboration for the development of post-earthquake intervention strategies and for post-earthquake emergency management. Fondazione CARIPLO Development and definition of technologically advanced composite polymeric matrix materials; for use in seismic isolators to increase the safety of buildings and infrastructures. European Union - DG ECHO Environment Development of Rapid Highly-specialized Operative Units for Structural Evaluation (DRHOUSE). European Union - FP7 Seismic Engineering Research Infrastructures for European Synergies (SERIES); Design Study of an European Facility for Advanced Seismic Testing (E-FAST). Research Activities and Technical-Scientific Support for the Industries: AGOM Type testing and factory production control of elastomeric isolators and bearings under static and dynamic loading. ALGA Type testing and factory production control of elastomeric and Friction Pendulum isolators under static and dynamic loading. ATLANTE Type testing and factory production control of bearings under static and dynamic loading. BS-Italia Assessment of the cyclic behaviour of continuity connection system between precast columns and foundations. C&P COSTRUZIONI Assessment of the seismic behaviour of structures built with construction techniques based on ISOTEX blocks through cyclic.

11 Rapporto di attività della Fondazione Eucentre Eucentre Foundation: Activities Report 79 FIP Industriale Qualificazione e accettazione di isolatori a scorrimento (Friction Pendulum) e appoggi in regime statico e dinamico. Freyssinet PPC SAS Studi sperimentali su isolatori elastomerici in regime dinamico. M2EMMEDUE Valutazione del comportamento sismico di strutture a pannelli modulari. Supporto per l ottenimento dell European Technical Approval (ETA). MAGEBA Qualificazione di isolatori elastomerici e a scorrimento (Friction Pendulum) in regime statico e dinamico. MAURER SOHNE Prove di compressione su appoggi sferici. Nidyon Valutazione del comportamento sismico di strutture a pannelli a sandwich polistirene - C.A. Revisione Linee Guida per la progettazione. Supporto per l ottenimento dell European Technical Approval (ETA). Paver SPA Valutazione del comportamento sismico di strutture a pannelli realizzati con blocchi cassero. Supporto per l ottenimento dell European Technical Approval (ETA) del sistema costruttivo. Politecnico di Milano Qualificazione e accettazione di isolatori elastomerici e appoggi in regime statico e dinamico. RDB-HEBEL Prove cicliche di maschi murari in blocchi di calcestruzzo aerato autoclavato (AAC). Siemens Esecuzione di prove sclerometriche e ultrasoniche per la caratterizzazione del calcestruzzo delle opere di fondazione del parco eolico di Mineo (CT). Università di Pavia DMS Prove di Laboratorio. XELLA Prove cicliche di maschi murari in blocchi di calcestruzzo aerato autoclavato (AAC). FIP Industriale Type testing and factory production control of elastomeric and Friction Pendulum isolators under static and dynamic loading. Freyssinet PPC SAS Experimental study of elastomeric isolators under dynamic Loading. M2EMMEDUE Assessment of the seismic behaviour of modular panel structures. Support for the attainment of the European Technical Approval (ETA). MAGEBA Type testing and factory production control of elastomeric and Friction Pendulum isolators under static and dynamic loading. MAURER SOHNE Compressione tests on curved surface sliders. Nidyon Seismic assessment of RC sandwich polystyrene panels. Guidelines for design. Support for the attainment of the European Technical Approval (ETA). Paver SPA Assessment of the seismic behaviour of panel structures built with formwork blocks. Support for the attainment of the European Technical Approval (ETA). Politecnico di Milano Qualification and acceptance of elastomeric isolators and bearings under static and dynamic loading. RDB-HEBEL In-plane cyclic testing of autoclaved aerated concrete (AAC) masonry walls. Siemens Esecuzione di prove sclerometriche e ultrasoniche per la caratterizzazione del calcestruzzo delle opere di fondazione del parco eolico di Mineo (CT). Università di Pavia DMS Prove di Laboratorio. XELLA Prove cicliche di maschi murari in blocchi di calcestruzzo aerato autoclavato (AAC).

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14 82 Rapporto di attività della Fondazione Eucentre Eucentre Foundation: Activities Report 3.10 Innovazione Tecnologica 3.10 Technological Innovation Il settore dell ingegneria sismica si avvale sempre più di nuove tecnologie e metodologie provenienti dall ICT (Information and Communication Technology) per poter affrontare e risolvere problemi di misura, di elaborazione di segnali e dati, di simulazione e controllo. La sezione Innovazione Tecnologica si occupa di progetti che coinvolgono l applicazione di nuove tecnologie elettroniche ed informatiche ai vari settori della Protezione Civile, e si avvale di personale scientifico altamente qualificato nei settori dell elettronica e dell elaborazione di segnali appartenente all Università di Pavia e afferente ad Eucentre. Le attività della sezione ed i temi affrontati comprendono lo sviluppo di nuovi sistemi di misura, la realizzazione di sensori, l integrazione di sistemi di acquisizione di segnali e di dati distribuiti, lo studio e l applicazione di sistemi di controllo. Negli ultimi anni l unità di Innovazione Tecnologica si è anche occupata di nuove metodologie di controllo per operatori d emergenza in contesti d emergenza: queste metodologie nascono dall impiego di sensori indossabili integrati nei capi d abbigliamento dell operatore (si vedano le figure) abbinato a tecniche di fusione sensoriale che permettono la rilevazione automatica di condizioni d allerta per l operatore (quest ultime associate alla rilevazione di parametri fisiologici e di attività del soggetto, ma anche relative a variabili dell ambiente circostante: presenza di gas tossici, innalzamento della temperatura e/o del flusso termico etc.). Recentemente l unità si sta interessando alla realizzazione di sistemi di monitoraggio ambientale e strutturale basati sull impiego di dispositivi elettronici autonomi. La diffusione di tali sistemi è relativamente recente e fortemente legata ai progressi tecnologici nella realizzazione di sensori e strumenti per l elaborazione e la trasmissione dei segnali: monitorare in modo continuo l evoluzione tempo- The field of earthquake engineering frequently employs new Information and Communication technologies to solve problems related to measurement taking, signals and data processing, simulation and inspection. The Technological Innovation Section involves projects dealing with the application of new electronic and information technologies to the various sectors of the Civil Protection, and it is composed of highly qualified scientists in the fields of the electronics and signal processing, based at the University of Pavia and collaborating with the Eucentre. The activities and tasks of the group deal with the development of new sensors and measuring systems, the integration of systems for the acquisition of signals and spatial data, the design and development of control systems. Particularly, in the last few years, the group has been focusing on new methodologies devoted to monitor the rescuers in emergency scenarios: the use of wearable sensors - integrated within the operators equipment (see the figures) - and data fusion techniques and classification algorithms have been investigated. These systems allow monitoring the physiological, environmental and activityrelated parameters of the operator in order to automatically launch warning and alarm about his/her health status or the presence of danger in the surrounding environment (i.e. high toxic gas concentration, heat flux, etc). Recently, the Technological Innovation Section is focusing on the environmental and structural monitoring systems based on independent electronic devices. The usage of autonomous monitoring systems is quite novel and mainly derived from the technological advances on the manufacturing of sensors and instrumentations devoted to the processing and communication of Activity Sensor External Temperature CO Sensor GPS Antenna SpO 2 Sensor Heat Flux Communicator Antenna Body Temp. Sensor Breathing Rate Sensor Textile Electrodes Band with Electronic Box Alarm Module Electronic Box Wi-Fi Module Prototipo dell Outer Garment di terza generazione, che include sensori per il monitoraggio della temperatura ambientale, della posizione e del livello di attività dell operatore Third generation Outer Garment prototype, including sensors for environmental temperature, geographical location and activity level detection Prototipo dell Inner Garment di terza generazione, contenente sensori per il monitoraggio di parametri fisiologici dell operatore Third generation Inner Garment prototype, including sensors for monitoring physiological parameters

15 Test eseguiti in cooperazione con la Protezione Civile Italiana e Francese - Field trials in cooperation with Italian and French Civil Protection rale dello stato ambientale o di una struttura - sostituendo le attività di semplice ispezione da parte di un operatore - presenta indubbi vantaggi rispetto all esecuzione di misurazioni puntuali. La realizzazione di questi sistemi di monitoraggio coinvolge diversi ambiti, tra cui lo sviluppo e l integrazione di sensori specifici e la realizzazione ed ottimizzazione di reti di comunicazione tra i sensori stessi: attualmente la maggior parte dei sistemi di acquisizione è costituita da una rete di nodi collegati tra loro per mezzo di cavi che trasportano sia la corrente elettrica di alimentazione del trasduttore, sia i segnali rilevati da quest ultimo; simili configurazioni impongono vincoli non trascurabili sul costo dell infrastruttura di trasmissione e sul numero e la localizzazione dei sensori stessi (specialmente nel caso di monitoraggio di contesti od opere di grandi dimensioni); una soluzione auspicabile è rappresentata dall impiego di reti wireless di sensori. Pertanto l unità di Innovazione Tecnologica intende sviluppare un architettura di sensori per il monitoraggio ambientale o strutturale; la rete sarà costituita da un numero arbitrario di nodi ovvero dispositivi per l acquisizione, elaborazione, archiviazione e trasmissione dei segnali prodotti da uno o più sensori; ciascun nodo dovrà essere indipendente dal punto di vista dell alimentazione elettrica e dotato di interfaccia wireless per la comunicazione con gli altri nodi della rete. Dal punto di vista hardware si definiranno la quantità e le specifiche tecniche dei sensori che debbono essere supportati da ciascun nodo e dei dispositivi per la gestione dei segnali acquisiti. Dal punto di vista software si svilupperanno algoritmi per l analisi locale dei segnali rilevati da ciascun nodo per un ottimizzazione della trasmissione (e dei consumi) dei soli parametri di interesse, ad elevato contenuto informativo. Infine l infrastruttura sarà composta da un numero arbitrario di nodi sensoriali, da un nodo master di raccolta dati e da un interfaccia grafica dell utente remoto per la visualizzazione, l elaborazione remota ed il recupero dei dati. the signals: clearly the possibility of a continuous environmental or structural monitoring shows incredible advantages compared with punctual measurements performed by a single inspection of the human operator. The realization of these monitoring systems involves diverse matters, from the development and integration of specific sensors to the realization and optimization of the communication infrastructures between sensors: at present most of the monitoring systems are made of wired sensor nets joined by cables assuring both the electrical supply and communication services; obviously such configurations determine the net costs as well as the numbers and positioning of sensors, especially in case of monitoring wide environment or big structures; since wireless sensor networks may overcome these constraints, the Technological Innovation Section is interested in the development of a sensorial architecture for the environmental and structural monitoring based on an arbitrary number of nodes (namely the development of devices for the acquisition, processing, saving and communication of data from one to more sensors); each node will be independent from a power supply viewpoint and it will be also wireless communicating with all other nodes of the net. From an hardware viewpoint, the Section wants to define the number and technical specifications of the sensors and of the data management systems for each node. In terms of the software, local processing units will be included in each node, in order to contain the transmission data rate by communicating the only relevant information. In summary the monitoring infrastructure will be made of an arbitrary number of nodes with a master node (collecting all the information) and a remote software interface for the visualization, real-time monitoring and processing of the data, as well as for their saving and off-line processing.

16 84 Rapporto di attività della Fondazione Eucentre Eucentre Foundation: Activities Report Nell anno 2010, la sezione ha partecipato al progetto ProeTEX (Protection e-textile for Emergency Disaster Wear), avente come obiettivo lo sviluppo di indumenti e dispositivi indossabili intelligenti, per operatori impegnati nella gestione di emergenze e disastri naturali ed industriali (incendi, soccorso post-terremoto, inondazioni, nubi tossiche). Il progetto è stato finanziato dalla Comunità Europea ed ha coinvolto 23 partner di tipo accademico (quattro università e quattro centri di ricerca), industriale (dodici aziende) e tre istituzioni legate alla Protezione Civile di diversi paesi europei (Protezione Civile Italiana e Francese, Dipartimento dei Vigili del Fuoco della città di Parigi), il cui compito è stato quello di testare i prodotti sviluppati. Il sistema sviluppato è basato su due capi di abbigliamento sensorizzati: un Inner Garment nel quale sono integrati sensori per il monitoraggio dei parametri vitali dell operatore (frequenza cardiaca e respiratoria, temperatura corporea), ed un Outer Garment, che contiene sensori per il monitoraggio di variabili ambientali (temperatura, presenza di gas tossici), della posizione (GPS) e del livello di attività dell operatore. Tutti i dati rilevati dai sensori vengono trasmessi ad un centro di monitoraggio remoto (posto verosimilmente a pochi chilometri dalla zona di intervento), da cui gli operatori possono essere costantemente tenuti sotto controllo. Il ruolo di Eucentre nel progetto è stato duplice: in primo luogo la sezione Innovazione Tecnologica si è occupata della definizione e del continuo aggiornamento delle specifiche dei dispositivi e dei sensori da integrare nei prototipi, anche in seguito a sessioni di prove sul campo dei prototipi realizzati dai partner accademici e industriali ed a nuove richieste dei potenziali utenti finali dei prodotti del progetto; inoltre, la sezione, insieme al gruppo di Telecomunicazioni e Telerilevamento di Eucentre, si è impegnata per la realizzazione dell infrastruttura di trasmissione e visualizzazione remota dei dati raccolti dai sensori. Il sistema di trasmissione, basato su tecnologia Wi-Fi, permette la trasmissione dei dati dell operatore in un raggio di circa 1 Km: i dati così trasmessi possono quindi essere registrati e visualizzati in tempo reale da un software, sviluppato anch esso da Eucentre sulla base delle richieste dei partner coinvolti nei test dei prototipi. In questo contesto l unità di Innovazione Tecnologica ha anche messo a punto alcuni algoritmi di riconoscimento dell attività e dello stato dell operatore basati su tecniche di analisi dei dati real-time e di fusione sensoriale. Principali progetti conclusi o in fase di completamento Progetto ProeTEX - Protection-e-Textile for Emergency Disaster Wear - European Community FP6 - Progetto STEP - European Commission DG ENVIRONMENT - During the 2010, the Technological Innovation Group have worked on the ProeTEX (Protection e-textile for Emergency Disaster Wear) project, whose purpose was the development of smart garments and wearable devices, intended for professional operators facing natural or industrial emergencies, like fire, post-earthquake rescue, flooding or toxic gases pollutions. The project was financed by the European Community and involved 23 partners amongst which were academic partners (four universities and four research centers), industries (twelve companies) and three potential end-users representatives (the Italian and French Civil Protection and the Paris Fire-Fighters Department). The role of the end users was to test and validate the products developed within the project. The developed system was based on two sensorized garments: an Inner Garment, integrating sensors in order to monitor the operator s health state (heart and breathing rates, body temperature), and an Outer Garment, containing sensors in order to monitor environmental variables (temperature, toxic gases concentration near the user), as well as the user s absolute position (by means of a GPS module) and activity level. All data detected by these sensors are transmitted to a remote monitoring centre (placed, in a real operative scenario, in a range of a few kilometers from the operators), where the rescuers are permanently kept under control. The Eucentre Technological Innovation group was involved in different activities within the project. Firstly it had a part in the definition and continuous update of the technological specifications of sensors and devices to be integrated within the prototypes. This activity was performed in close contact with the other end-users, who were involved in the field trial sessions of the prototypes developed by the academic and industrial partners. Moreover, the group (together with the Eucentre Telecommunication group) was involved in the design and development of a long range transmission infrastructure, needed in order to transmit data detected by the sensors to the remote monitoring centre: the system has been based on Wi-Fi technology and it allows the transmission of data in a range of 1 kilometer from the operator. Data are therefore recorded and displayed by a software (the remote monitoring software ), developed by the Eucentre team and based on the end users requirements and specifications too. Moreover the Technological Innovation Group was developing novel algorithms - based on real-time data analysis and sensor fusion techniques - for the activity recognition and health status classification of the emergency operators while dressing these garments. Completed or near-conclusion projects ProeTEX - Protection-e-Textile for Emergency Disaster Wear - European Community FP6 - STEP - European Commission DG Environment -

17 Rapporto di attività della Fondazione Eucentre Eucentre Foundation: Activities Report Telecomunicazioni e Telerilevamento Questo settore mette a disposizione le proprie competenze per le attività collegate alla realizzazione di sistemi per la trasmissione e l elaborazione delle informazioni. Particolare riguardo è dedicato all affidabilità e alla rapidità di risposta in situazioni di crisi. In termini pratici questo si traduce in reti di telecomunicazione affidabili e facilmente dispiegabili sul territorio, reti di sensori per la raccolta e l elaborazione distribuita di dati sismici o di altre informazioni geograficamente distribuite, analisi di immagini acquisite da aereo o da satellite per la caratterizzazione del danno o per il monitoraggio ambientale. Nell ambito delle telecomunicazioni il gruppo ha esperienza nella gestione di reti eterogenee in grado di collegare efficacemente in modalità radio stazioni mobili, centri di controllo e strutture per la teledidattica e il telecontrollo. Nell ambito del telerilevamento le linee perseguite sono quelle dell elaborazione semiautomatica di dati satellitari in aree remote e della rilevazione automatica delle caratteristiche bi- e tri-dimensionali di edifici, ponti, strade ed altri elementi antropici del territorio. A dimostrazione della rilevanza internazionale del lavoro svolto da questa sezione, Fabio Dell Acqua è referente, nell ambito dell iniziativa internazionale GEO (Group for Earth Observations) del task DI-09-01a, Vulnerability Mapping and Risk Assessment. Il DI-09-01a nasce, nel WorkPlan di GEO , dalla fusione di due task del GEO Work Plan : DI ( Integration of InSAR Technology ) and DI ( Multi-hazard Zonation and Maps ). Il task è centrato sulla valutazione della vulnerabilità sismica da dati telerilevati, con particolare riguardo a siti di test denominati supersites. Alle attività del task stanno attivamente partecipando, oltre ad EUCENTRE, anche il BRGM francese, il China Earthquake Networks Center, l ISPRA (Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale), l Agenzia Spaziale Europea, UNOSAT, WMO. Per ulteriori informazioni: Progetti in corso SAFER - Services and Applications For Emergency Response Realizzato per: 7 programma quadro della Comunità Europea. Scopo del progetto è la realizzazione, nell ambito dei cosiddetti Fast Track Services, dei servizi basati sull elaborazione di dati te Telecommunications and Remote Sensing This research section provides expertise for activities related to the design and realization of communication and information technology. In particular, the focus is on reliable and quick response systems for crisis management. Practically speaking, this translates into telecommunications networks that must be reliable and easy to deploy, sensor networks for collecting and analyzing seismic data and ancillary geographically distributed information, processing of images from airborne or spaceborne sensors for purposes of damage assessment and/or environmental monitoring. With respect to telecommunications systems, the research group has experience in the management of heterogeneous networks, able to wirelessly connect mobile stations, control centres and hardware for e-learning and distance learning and remote control. With respect to remote sensing, working lines are expected to be related to semi-automatic elaboration of airborne and space-borne data on remote areas and automatic extraction of 2D and 3D features, such as buildings, bridges, roads and other man-made elements of the landscape. Following the international relevance of the research carried out here in Pavia, Fabio Dell Acqua has been appointed Point of Contact (PoC) for GEO subtask DI-09-01a, Vulnerability Mapping and Risk Assessment. Subtask DI-09-01a was introduced in the GEOWork Plan by merging two tasks from the former GEOWork Plan : DI ( Integration of InSAR Technology ) and DI ( Multihazard Zonation and Maps ). The subtask is focussed on evaluation of seismic vulnerability from remotely sensed data, with particular stress on test sites termed supersites. Other partners in the subtask in addition to EUCENTRE are the French BRGM, the China Earthquake Networks Center, the Italian ISPRA (Institute for Environmental Protection and Research), the European Space Agency, UNOSAT, WMO. More details at Work in progress SAFER - Services and Applications For Emergency Response Realized for: 7th FP of the European Community. The aim of the project is the development of Fast Track Services based on the exploitation of remote sensing satellite data for risk prevention and Esercizio di valutazione del danno nell ambito del progetto 7PQ SAFER : il caso degli effetti su Padang del terremoto di Sumatra, settembre 2009 Damage assessment exercise in the frame work of 7FP project SAFER : the case of Padang city in the September 2009, Sumatra earthquake.

18 86 Rapporto di attività della Fondazione Eucentre Eucentre Foundation: Activities Report lerilevati per l uso in situazioni di rischio. Il contributo di Eucentre è collegato all utilizzo di modelli di rischio per il calcolo dello scenario in caso di terremoto. Lo scenario verrà utilizzato per indirizzare l analisi dei dati telerilevati acquisiti sulla scena del sisma per il monitoraggio mirato delle strutture ed infrastrutture critiche, nonché per la valutazione della gravità dei danno e l eventuale reindirizzamento delle squadre a terra e degli aiuti sul campo; ASI AO ID 2246 Sviluppo di Metodologie di Imaging e di Monitoraggio basate sull uso di dati SAR COSMO/Skymed. Realizzato per: Agenzia Spaziale Italiana. Questo progetto intende investigare le nuove potenzialità collegate all'uso di dati SAR COSMO/SkyMed acquisite su orbite ripetute. In questo contesto si prevede di procedere su diverse attività. Il contributo di Eucentre è sulla gestione del rischio, che comprenderà l'analisi 3D dei manufatti (edifici, impianti...) nelle aree abitate. L'obiettivo applicativo è di valutare e gestire i rischi in caso di terremoti od altri disastri naturali o antropogenici. Piano Esecutivo Dipartimento della Protezione Civile progetto d3 All interno del sistema più complesso sviluppato da Eucentre, lo scopo del progetto d3 è la definizione di procedure semi-automatiche per l estrazione da dati tele rilevati di informazioni utili al ciclo di gestione delle emergenze in ambito di rischio sismico. In questo senso la sua validità si riferisce alla realizzazione di mappe di vulnerabilità sismica pre-evento e di danneggiamento post-evento su edifici ed infrastrutture, con particolare attenzione a quelle considerate critiche. management. The role of Eucentre will be in the use of an earthquake scenario model to understand where the earthquake may hit and focus the analysis and interpretation of remotely sensed images acquired after the event for the area of interest. The scenario will be also used for the definition of strategies to aid the deployment on the ground with help by remotely sensed data, and for damage assessment at the finest possible level using satellite data; ASI AO ID 2246 Imaging And Monitoring With Multitemporal/Multiview Cosmo-Skymed SAR Data. Realized for: Italian Space Agency. This project aims to investigate the new and augmented potentialities related to the use of multi-temporal multiview COSMO-Skymed (C-S) SAR data acquired on repeated orbits. In this framework it is planned to proceed along different activities. The Eucentre contribution is on risk management issues, including a 3D analysis of man-made structures (buildings, industrial plants,...) in human settlement areas. The applicative goal is to evaluate and manage the risks in case of earthquakes or other major natural or anthropogenic disasters. PE project d3 Within the more complex system developed by Eucentre, the aim of the project "d3" is the definition of semiautomatic procedures for extracting, from remotely sensed data, information which be useful to the cycle of emergency management in the field of seismic risk. This includes creation of maps with pre-event seismic vulnerability and with post-event damage to buildings and infrastructures, with specific focus on those considered critical. Esempio di codifica a colori del livello presunto di vulnerabilità degli edifici analizzati con immagini satellitari ottiche e radar; sito di studio sull isola di Trinidad. Example of color-coding of estimated vulnerability level of buildings examined from optical and radar satellite images; study site on Trinidad Island. Stima dei danni sismici ricavata da singola immagine COSMO/SkyMed post-evento ad alta risoluzione. Il prodotto è uno strato SIT in cui ogni poligono nell area urbana è collocato in una determinata classe di danno, codificata con un colore. L evento trattato è il terremoto verificatosi in Abruzzo il 6 aprile del Seismic damage mapping from a postevent COSMO/SkyMed spot-light image. The product is a GIS layer, in which polygons on urban areas are assigned a damage level and consequently color-coded. The addressed event is the 6th April 2009 earthquake in Abruzzo, Italy.

19 Rapporto di attività della Fondazione Eucentre Eucentre Foundation: Activities Report Attività Progetto C.A.S.E. 4. C.A.S.E. Project Activities Il Progetto C.A.S.E. - che ha visto la Fondazione Eucentre impegnata nella progettazione e direzione lavori come socio del Consorzio For- CASE - è stato oggetto di una dettagliata relazione contenuta nel report sulle attività di Eucentre del Al 31/12/2009 erano già ultimati 154 edifici, per un totale di appartamenti consegnati a persone. I primi mesi del 2010 hanno visto - come da cronoprogramma - la conclusione del Progetto, con l ultimazione dei residui 31 edifici entro il 19 fabbraio Al 31 marzo 2010, data di passaggio di consegne dal Dipartimento della Protezione Civile al Comune di L Aquila dell intero Progetto, gli appartamenti realizzati erano 4.449, di cui consegnati alla popolazione 4.420, per un totale di occupanti. A febbraio 2010 un nutrito gruppo di imprese partecipanti al Progetto C.A.S.E. ha dato vita ai Costruttori ForCASE, allo scopo di finanziare diverse iniziative volte a far conoscere il Progetto in modo obiettivo, anche per contrastare compagne di informazione che, allo scopo di screditare l opera del Governo, tendevano a porre in cattiva luce ogni attività da questo promossa. Oltre ad una campagna promozionale sui maggiori quotidiani nazionali è stato, in quest ottica, realizzato il volume L Aquila. Il Progetto C.A.S.E. (IUSS Press, Pavia, 2010), che conta oltre 400 pagine, 600 fotografie, 200 disegni tecnici e diagrammi: ad esso si rimanda per una conoscenza dettagliata e completa di un opera straordinaria sotto molteplici punti di vista: dai tempi di realizzazione alle soluzioni tecnologiche all avanguardia, dalla sostenibilità ambientale all efficienza energetica. Eucentre, nel corso del 2010, ha svolto numerose attività nell ambito del Progetto C.A.S.E., tra cui citiamo: Coordinamento e supporto delle attività di Direzione Lavori; Supporto al Dipartimento della Protezione Civile per l assegnazione degli alloggi realizzati (il software di gestione, realizzato da Eucentre, è stato messo a disposizione del Comune di L Aquila che lo continua ad utilizzare per la gestione ordinaria); Supporto ed assistenza alle attività di collaudo statico e tecnicoamministrativo; Archiviazione cartacea e digitale della documentazione tecnica. The C.A.S.E. Project, which has seen the involvement of the Eucentre in the design and construction works direction as a partner of the ForCASE consortium has been thoroughly described in the Foundation 2009 activities report. On December 31st buildings were already finished, for a total of apartments delivered to people. In the first months of 2010 according to the timetable the Project was concluded with the construction within February 9th On March 31st 2010, then date in which the Italian Civil Protection Department passed the entire project to the L Aquila municipality, the apartments built were 4.449, of which has been delivered, for a total of inhabitants. On February 2010 an important group of companies, which participated in the C.A.S.E. Project, has created the ForCASE constructers, with the aim of financing several initiatives to divulge the Project in an objective way. The purpose was also that of contrasting information campaigns that, in order to discredit the Government, gave a bad name to the activities that it promoted. Further to a promotional campaign on the major daily newspapers, a specific publication was made: L Aquila. the C.A.S.E. Project (IUSS Press, Pavia, 2010), which counts over 400 pages, 600 photos, 200 technical sketches and charts. Reading this book it is possible to know in a detailed way the complete work made at L Aquila, from many points of view: from the timings for the construction to the vanguard technical solutions, from the environmental sustainability to the energy efficiency. The Eucentre Foundation, during 2010, has carried out several activities within the C.A.S.E. Project, some of these were: Coordination and support of the construction works direction activities; Support to the Italian Civil Protection Department regarding the allocation of the apartments (the managing software, made by the Eucentre, has been given to the L Aquila municipality, and is still in use for the ordinary management); Support and assistance to the activities of static and technicaladministrative trial; Paper and electronic record keeping of the technical documentation.

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