In caso di evento sismico, la sicurezza delle persone nei centri storici è fortemente influenzata da un complesso sistema di interazioni tra vulnerabilità del patrimonio edilizio, conformazione del tessuto urbano e fattori di interferenza uomo-ambiente, che possono condurre a criticità come il blocco dei percorsi nell'evacuazione d'emergenza dovuto alle macerie.
Tuttavia, gli strumenti normativi consolidati per la valutazione della sicurezza nell'evacuazione si concentrano prevalentemente sull'edificio, mentre gli spazi aperti vicino e tra gli edifici sono normalmente esclusi.
In tal senso, la ricerca mira a sviluppare strumenti e metodi per innovare l'aspetto della valutazione speditiva della vulnerabilità del tessuto urbano e dei suoi componenti, al fine della elaborazione di scenari di danno che studino l'interferenza tra spazi aperti ed elementi non strutturali, le cui macerie provocano circa 1/4 delle morti da terremoto.
Si propone l'applicazione della recente tecnica vibrometrica del moto magnificato (MM) in campo dell'analisi del rischio, con il fine di verificare gli effetti di sito e i meccanismi di collasso di strutture in muratura, all'interno di determinate bande di frequenza.
La strutturazione del workflow di progetto risponde all'esigenza di archiviazione dei dati di indagine, basandosi sulla trasposizione semi-automatica in ambiente BIM e GIS (GeoBIM) del costruito storico rilevato mediante fotogrammetria e TLS (Terrestrial Laser Scanner).
In particolare, l'implementazione di parametri strutturali condivisi sarà funzionale a definire algoritmi generativi delle macerie a diversi livelli di magnitudo, con il fine di proporre interventi strategici a risolvere le criticità nell'evacuazione d'emergenza.
La ricerca è finalizzata all'individuazione di strumenti innovativi per la valutazione della sicurezza degli spazi aperti, studiando come intonaci, rivestimenti, paramenti ed elementi non strutturali (tamponature, modanature, cornicioni, tegole) possano interferire con il network delle vie di fuga, generando macerie.
Gli strumenti metodologici da sviluppare ragionano sull'analisi di scenari, per andare ad innovare l'aspetto della valutazione speditiva della vulnerabilità del tessuto urbano e dei suoi componenti, al fine della predizione di scenari di danno tramite analisi di vibrometria visuale.
Una prima evidente potenzialità dell'estensione della tecnica del MM (Moto Magnificato) dal campo medico all'edilizia storica consiste nel poter avere output significativi sulla risposta sismica senza dover effettivamente raggiungere livelli di accelerazione elevate, con reale danneggiamento dei casi studio.
Inoltre, sarà possibile magnificare bande di frequenza corrispondenti a quelle della storia sismica del luogo e verificare sia gli effetti di amplificazione di sito dovuti al posizionamento in cresta (terremoto centro Italia 2016/7) o su un terreno alluvionale (terremoto Emilia 2012), che i meccanismi di collasso al di fuori del piano (sensibili alle basse frequenze) e di disgregazione della tessitura muraria (sensibili alle alte frequenze), altrimenti difficilmente verificabili.
Saranno i parametri modali (frequenza di risonanza, rapporto di smorzamento, forma del modo di vibrazione) a dare informazioni sullo stato di salute della struttura e sull'avanzamento del degrado [1].
Un altro aspetto innovativo del MM consiste nell'aver a disposizione un dominio spaziale coincidente con la superficie dei singoli frame, visti come matrici bidimensionali di pixel. Ogni pixel viene utilizzato come 'sensore virtuale' che produce un segnale lungo quanto il video (dominio temporale).
La grande quantità di tali sensori virtuali garantisce l'omogeneità dei dati sulla superficie di studio, al contrario delle soluzioni con sensori fisici per le quali si possono selezionare solo alcuni punti, raggiungibili e orizzontali [2].
Oltre che poter analizzare la totalità dei sensori virtuali per descrivere la risposta globale della struttura, è sicuramente interessante l'approccio che prevede un focus su piccole aree, con un alto SNR (rapporto segnale/rumore), poiché la risoluzione dell'analisi di MM dipende dal frame, e quindi dalla video-camera che abbiamo a disposizione.
Importante è evidenziare che, a differenza degli studi tradizionali che analizzano solo i primi 4 modi di vibrazione [3], l'analisi MM di elementi specifici della costruzione storica permette di ottenere risultati interessanti analizzando anche modi più alti, rappresentativi di meccanismi locali, meno rilevanti per lo stato generale della struttura. A modi più alti corrispondono frequenze maggiori e ciò implica l'utilizzo di adeguate strumentazioni tra cui camere ad alto frame-rate.
Inoltre, la combinazione tra MM e 3D-DIC (3D Digital Image Correlation) ha mostrato un grande potenziale in ambito aeronautico per la quantificazione delle deformazioni da MM. Essa permette di sfruttare sollecitazioni randomiche ai fini della valutazione di molteplici modi di vibrazione in un singolo test, sfruttando il MM come selezionatore di bande di frequenza e ingranditore dei piccoli moti della struttura, le cui deformazioni vengono quantificate dalla 3D-DIC al fine di caratterizzare il comportamento modale e di fornire una visione sia globale della struttura che locale dei componenti.
Quindi, lo sviluppo di modelli HBIM ad alto LoD garantirà un adeguato repository dei dati vibrometrici che diventeranno parametri condivisi di istanza.
Grazie al ponte tra ambiente BIM e GIS [4], sarà possibile definire un nuovo SIT (Sitema Informativo Territoriale), informato dei parametri strutturali degli edifici di studio e dello loro singole parti analizzate, in modo da definire algoritmi generativi delle macerie a diversi livelli di magnitudo. Grazie all'integrazione tra HBIM, GIS e output del MM si garantisce un approccio speditivo, economico e contact-less per un'applicazione veloce alla scala urbana, non più semplicistico e basato sull'attribuzione della caratterizzazione costruttiva su base tipologica [5].
1. Garescì F et al (2006) Experimental results of a damage detection methodology using variations in modal parameters. Exp Mech 46
2. Liberatore D, Masini N, Pagliuca A (2016) Il restauro strutturale come atto critico. Il caso del rosone di Troia. In: Colloqui.AT.e 2016
3. Romano R et al (2018) Integrated approach to structural diagnosis by non-destructive techniques: the case of the Temple of Minerva Medica. Acta Imeko 7
4. Tobiáš P (2017) BIM, GIS and semantic models of cultural heritage buildings. Geoinformatics FCE CTU
5. Italian technical commission for seismic micro-zoning (2014) Manuale per l'analisi della CONDIZIONE LIMITE PER L'EMERGENZA (CLE) dell'insediamento urbano