Dissertations / Theses on the topic 'Danno strutturale'

It is common practice in Structural Health Monitoring (SHM) to perform damage detection by detecting changes in subspace-based damage indicators. They are computed by comparing a reference state with the current (possibly damaged) state through a matrix based on the computation of residuals originated from the orthogonality defect of projected subspaces. In the last decades, several scalar indicators have been proposed based on the residual matrix. Still, a multivariate sensitivity analysis was not carried out to estimate the sensitivity of each indicator to the excitation changes. In this thesis, a covariance-based sensitivity analysis applied to a spatial truss structure is carried out to evaluate the sensitivity of eight damage indicators to ambient excitation covariance, damage severity, and damage location. The analysis aims at identifying the ranges of applicability of damage indicators within a simple statistical framework, possibly extendable to more general applications. It is argued whether any equivalent class of indicators can be obtained from the manipulation of the residual matrix. The role of damage location in the probabilistic assessment of damage is discussed: a methodological Bayesian approach, based on the results of the sensitivity analysis, is proposed for the development of a structural reliability analysis driven by damage indicators. An real-case application of damage detection tests is further presented for the Santa Maria di Collemaggio basilica.

I recenti terremoti verificatisi in Italia e nel mondo hanno rimarcato il ruolo fondamentale delle strutture sanitarie per la gestione delle emergenze post-sisma. A seguito di eventi sismici, diversi ospedali (L'Aquila 2009, Amatrice 2016) hanno perso la loro funzionalità a causa di danni a componenti strutturali, non strutturali, attrezzature mediche ed impianti. Il ruolo primario degli ospedali dopo eventi calamitosi porta a sviluppare analisi specifiche e strategie di monitoraggio volte a valutare le loro condizioni di salute, possibilmente in tempo reale. Come risultato di questo processo, le strutture sanitarie diventano "intelligenti" e possono supportare efficacemente la mitigazione della vulnerabilità sismica, agendo sulla preparazione del personale medico e supportando la gestione e il mantenimento di sottosistemi strutturali e non strutturali nel tempo. Il monitoraggio continuo della salute e delle prestazioni degli ospedali può supportare la formulazione di piani di mitigazione delle catastrofi e la definizione delle priorità di investimento per garantire la sicurezza generale. Nel presente lavoro di tesi, è analizzato un sistema di monitoraggio focalizzato all' individuazione del danno post-terremoto delle strutture sanitarie, evidenziando le caratteristiche nella valutazione delle prestazioni dei membri strutturali, non strutturali, delle attrezzature e delle installazioni. Successivamente, sono presentati alcuni risultati di un progetto di monitoraggio in corso dell'Ospedale di Campobasso (Sud Italia), focalizzando l'attenzione sulla risposta della struttura in condizioni operative ed a seguito di eventi sismici. Viene proposto un nuovo metodo di rilevamento del danno a partire da misure di vibrazione. Sono inoltre discussi i risultati dei test sperimentali di analisi modale in condizioni operative su un distributore di farmaci al fine di valutarne la prospettiva applicativa per la qualificazione delle apparecchiature mediche in vista della valutazione della vulnerabilità sismica di componenti non strutturali. Le potenzialità dei metodi di rilevamento dei danni basati sull'analisi dei parametri modali sono valutate mediante test di laboratorio su un serbatoio in acciaio. Garantire la fornitura di liquidi e gas medicinali dopo un terremoto è uno dei compiti più importanti per garantire l'operatività dell'ospedale. I serbatoi non ancorati sono vulnerabili ai carichi sismici. Questi tipi di serbatoi sono frequentemente riscontrati all'interno di ospedali esistenti. Serbatoi d'acqua sul tetto o serbatoi di carburante diesel per i generatori di emergenza sono esempi di serbatoi solitamente non ancorati. Il loro danno può causare esplosioni e perdite di sostanze tossiche, con le relative conseguenze in termini di inquinamento e perdite di vita. A causa della loro configurazione, durante un evento sismico i serbatoi di stoccaggio di liquidi e gas applicano grandi forze ai supporti, che possono collassare causandone il rovesciamento. Pertanto, sono stati effettuati alcuni test di identificazione modale output-only per la caratterizzazione dinamica di un serbatoio d'acqua verticale a pressione atmosferica con diversi rapporti di riempimento e di ancoraggio. Questo studio fornisce suggerimenti utili per lo sviluppo di sistemi di monitoraggio in grado di diagnosticare lo stato di salute di serbatoi simili dopo eventi sismici.
Recent earthquakes occurred in Italy and throughout the world have remarked the critical role of health facilities for post-earthquake emergency management. Due to earthquake, several hospitals (L’Aquila 2009, Amatrice 2016) have lost their functionality because of damage to structural as well as non-structural members, equipment and installations. The primary role of hospitals after hazardous events leads to develop specific analysis and monitoring strategies aimed at assessing their conditions, possibly in real time. As a result of this process, health facilities become “smart” and they can effectively support the mitigation of seismic vulnerability, by acting on preparedness of the medical staff and supporting the management and the maintenance of structural as well as non-structural subsystems over time. Continuous monitoring of health and performance of hospitals can support the formulation of disaster mitigation plans and the definition of investment priorities to ensure the overall safety. In the present thesis, the main monitoring programs focused on post-earthquake damage assessment of health facilities are reviewed, pointing out their limitations in assessing the performance of structural as well as non-structural members, equipment and installations. Some results of an on-going monitoring project for the main hospital in Campobasso (Southern Italy) are presented, afterwards. Attention is focused on the response of the structure in operational conditions and after seismic events. A modal-based damage detection method is proposed. The results of experimental as well as operational modal analysis tests on a drug dispenser are also discussed in order to assess their applicative perspectives for qualification of medical equipment in view of seismic vulnerability assessment of non-structural components. The potentialities of modal based damage detection methods for the assessment of non-structural components are finally assessed by laboratory testing of a steel tank. Ensuring supply of liquids and medical gases after an earthquake is one of the most important tasks to keep the hospital operational. Unanchored tanks are vulnerable to earthquake loadings. This type of tanks is frequently encountered in existing hospitals. Rooftop water tanks or diesel fuel tanks for emergency generators are examples of usually unanchored tanks. Their damage can cause explosions and leakage of toxic substances, with the related consequences in terms of pollution and life losses. Due to their configuration, liquid and gas storage tanks apply large forces to the supports, which can collapse causing tank toppling. Thus, some output-only modal identification tests have been carried out to characterize the dynamic response of a vertical atmospheric water tank under different filling ratios and anchoring. The study has provided useful hints for the development of modal based structural health monitoring systems able to diagnose the health state of similar tanks after seismic events.

Il seguente elaborato affronta, nella sua prima parte, gli effetti che vari disturbi esterni ed incontrollabili, possono provocare sui parametri modali della struttura durante il monitoraggio dinamico, portando ad un'errata valutazione della salute di salute dell'opera. Allo scopo di ridurre questo problema, nella seconda parte della tesi, viene analizzata una struttura reticolare in acciaio sottoposta a indice di danno, temperatura e livello di rumore variabile. Tale modello è stato utilizzato per la ricerca di una metrica robusta che, indipendentemente dai disturbi esterni applicati, riesca a fornire una precisa ed esatta identificazione del danno strutturale, e quindi, conseguentemente, una valida valutazione dello stato di conservazione dell'opera. Una volta eseguite tutte le analisi e valutazioni del caso, la relazione determinata è stata applicata a diverse tipologie di strutture, al fine di verificarne la sua validità. Nell'ultima parte dell'elaborato sono state riportate le conclusioni, in cui si è validata l'analisi eseguita e i suoi conseguenti risultati.

La diagnostica strutturale è un campo in continuo sviluppo e attualmente sono numerosi gli studi tendenti alla definizione di tecniche e metodi in grado di fornire parametri che possano identificare, in modo sempre più accurato, lo stato di sicurezza di una struttura. Stato di sicurezza è un termine globale che si riferisce alla capacità portante di una struttura e alla sua resistenza alle sollecitazioni esterne, siano esse statiche o dinamiche. Per tanto, un qualsiasi danneggiamento strutturale potrebbe in varia misura influenzare tale stato. Per quanto riguarda i ponti stradali, negli ultimi anni l’attenzione è stata focalizzata allo studio di metodi di individuazione del danno a partire dai risultati ottenuti dal monitoraggio delle vibrazioni mediante accelerometri. Questo è stato possibile grazie agli avanzamenti raggiunti nell’identificazione modale e nei sensori per il monitoraggio strutturale. Questo lavoro si pone come obiettivo quello di proporre una nuova metodologia di analisi dei dati ottenuti da indagini sperimentali che possono essere svolte in sito. La definizione di tale metodologia è affidata a simulazioni numeriche volte a rappresentare stati di danneggiamento avanzati su elementi strutturali. In una prima fase verranno analizzati elementi semplificati rappresentativi di strutture esistenti, come ad esempio travi da ponte in calcestruzzo armato. In una seconda fase, il metodo verrà testato su modelli più complessi che tengano conto della tridimensionalità del problema, oltre alle variazioni sezionali e di materiali degli elementi che lo compongono.

A seguito del recente progresso tecnologico, sono stati implementati metodi di calcolo e software di analisi capaci di simulare il comportamento dinamico di strutture sempre più complesse. Tuttavia questo fenomeno, accompagnato dal fatto che le costruzioni esistenti presentano caratteristiche che mutano nel tempo, ha spinto i progettisti a cercare metodi sperimentali altrettanto efficaci per monitorare i parametri statici e dinamici di rilievo, in modo da prevedere il comportamento nel breve termine delle strutture esaminate o rilevare il danno che potrebbero subire durante il loro ciclo vitale. Al fine di stimare i parametri dinamici di interesse, le tecniche tradizionali fanno riferimento all’analisi modale sperimentale, che consiste in metodi basati sulla registrazione di sollecitazioni e risposte. La difficoltà di eccitare le grandi strutture e l’onere delle attrezzature necessarie, ha portato l’attenzione sullo sviluppo di nuovi metodi che facessero riferimento alla registrazione delle sole risposte e all’applicazione dell’identificazione in ambito stocastico. Di recente sono stati sviluppati nuovi approcci nel dominio congiunto tempo-frequenza, che presentano notevoli vantaggi nei metodi di identificazione, soprattutto per strutture soggette a input incogniti non stazionari, come quelli dovuti al transito dei veicoli o all’azione del vento. Il presente progetto mira ad approfondire tale tematica, con l’intento di formalizzare un metodo di identificazione caratterizzato da precisione e basso onere computazionale, applicabile a casi pratici, fornendo un valido strumento utile al monitoraggio e al rilievo del danno. In particolare, attraverso l’utilizzo della trasformata wavelet, si calcola la funzione di densità di energia, i cui picchi individuano le aree da processare per ottenere i parametri modali. Da tali grandezze sarà possibile valutare le matrici dinamiche e le loro variazioni, al fine di stabilire il livello di danno della struttura monitorata.

Il presente elaborato è finalizzato a determinare un metodo di indagine che consenta l’identificazione e la valutazione di danneggiamenti in strutture reticolari, mediante l’utilizzo di modi di vibrare e reti neurali artificiali. Nell’ambito dell’ingegneria civile, con il termine Structural Health Monitoring, si identificano le metodologie di monitoraggio che permettono l’individuazione di anomalie strutturali, consentendo la valutazione, in modo continuo ed automatizzato, dello stato di salute di un’opera. Metodologie Deep Learning, applicate allo SHM, sono al centro della ricerca scientifica degli ultimi anni, grazie ai progressi tecnologici e all’introduzione di strumenti di calcolo dalle notevoli capacità computazionali, in grado di elaborare grandi quantità di dati. In questo contesto, la metodologia di apprendimento supervisionato proposta si basa sull’utilizzo di una rete neurale convoluzionale (CNN), capace, sulla base di un dataset di informazioni dinamiche relative alle configurazioni di danno previste, di riconoscere e classificare la condizione strutturale di un’opera, identificando, localizzando e quantificando un eventuale danneggiamento. La classificazione della condizione strutturale avviene sulla base del training specifico della rete realizzato su grandi quantità di informazioni generate analiticamente da un modello strutturale. L’elaborazione dei dati di esempio, consente alla rete di identificare automaticamente le caratteristiche di interesse del problema, e di prevedere la condizione strutturale per dati in input non ancora visionati. In questa analisi, il parametro Modal Assurance Criterion (MAC), strumento di confronto tra modi di vibrare, viene utilizzato come indicatore dello stato di salute strutturale. Il problema di identificazione del danno viene valutato, ponendo le basi per ulteriori analisi, mediante l’applicazione del metodo su due casi studio, relativi, rispettivamente, ad un modello piano e ad uno spaziale.

Negli ultimi anni sono state svolte diverse ricerche mirate a sviluppare tecniche di monitoraggio e identificazione automatica del danno in strutture ed infrastrutture già esistenti mediante l’analisi della risposta alle vibrazioni ambientali. Una parte di queste tecniche si basa sulla definizione della Matrice di Flessibilità a partire da parametri modali: risulta pertanto necessaria la corretta identificazione modale e la conoscenza delle masse della struttura in esame. La presente trattazione illustra il processo di ricerca finalizzato all’elaborazione di un metodo originale di localizzazione automatica del danno che, pur avvalendosi della tecnica “Frequency Domain Decomposition”, non necessiti dell’identificazione modale della struttura o della stima accurata delle masse. Tale metodo si basa sull’applicazione di un algoritmo di stima di una Matrice di Flessibilità Empirica, denominata F*, mediante la quale è possibile confrontare le caratteristiche di rigidezza della struttura in diversi istanti temporali. Il principale vantaggio della tecnica proposta, confrontata ai metodi di individuazione del danno che impiegano la Matrice di Flessibilità Modale, è che non necessita di una regolare analisi dei dati vibrazionali effettuata da un operatore esperto. Infatti, dopo una fase preliminare volta a individuare i parametri che definiscono le condizioni di riferimento, l’algoritmo individua automaticamente l’insorgere del danno, localizzandolo. Il metodo proposto è stato definito e validato a partire dalla simulazione numerica del comportamento dinamico di strutture semplici. In una fase successiva l’algoritmo di localizzazione del danno è stato implementato a casi reali, impiegando dati vibrazionali forniti in letteratura su prove svolte in laboratorio e messi a disposizione della comunità scientifica ai fini della ricerca: gli ottimi risultati ottenuti confermano le potenzialità e l’efficacia del metodo.

Con questa tesi è stata studiata una metodologia per la previsione di scenari di danno post terremoto. La procedura, basata su un approccio empirico, è stata sviluppata per categorie di costruzioni con caratteristiche strutturali e dinamiche omogenee, e si applica a scala territoriale. Il procedimento consiste nell’associare al danno procurato da uno o più eventi i corrispondenti parametri di intensità sismica e conservare l’informazione in schede di correlazione, in modo da farne uso, come riferimento, in caso di nuovo evento sismico. La consultazione di tali schede, che costituiscono un archivio degli effetti causati da una serie di eventi per la categoria di costruzioni in esame, permette di formulare una previsione di danno non appena si dispone dei parametri di intensità del nuovo evento. La procedura è stata applicata nel caso degli edifici produttivi emiliani costruiti in assenza di criteri antisismici. Sono state analizzate le scosse, di magnitudo maggiore di 5, avvertite in Emilia a partire dal 1996 (crisi sismica EMILIA 2012, terremoto di Poviglio (PR) del 2012, terremoto di Bagnolo in Piano (RE) del 1996), aventi l’epicentro in zone con un’alta densità di edifici appartenenti alla categoria in esame. L’indagine ha permesso di individuare una prima ipotesi di soglie di danno, riferite principalmente, nel caso degli edifici produttivi, a parametri di intensità sismica dipendenti dalla velocità e dallo spostamento. La procedura è stata applicata inoltre nel caso della sequenza sismica del Centro Italia (2016-2017) per gli edifici in muratura di Norcia (PG) e per gli edifici produttivi di Arquata del Tronto (AP) e Muccia (MC).

L’obiettivo del lavoro svolto è stato quello di verificare se, nell’ambito del monitoraggio strutturale, i parametri calibrati da modelli matematici ARMA sono in grado di captare il danneggiamento strutturale di un telaio shear-type a due gradi di libertà, sollecitato alla base da un rumore bianco gaussiano, e di essere quindi utilizzati come indicatori del danno stesso. I metodi convenzionali si concentrano principalmente sulla stima diretta delle proprietà modali quali periodi, frequenze e deformate modali. Tuttavia, tali proprietà in molti casi non riescono a identificare un danno locale significativo, ragion per cui si cerca di bypassare l’identificazione dinamica a fronte di una ottimizzazione di un modello matematico come il modello ARMA. Quest'ultimo è un modello lineare che permette di 3"spiegare" una determinata serie temporale, come ad esempio la risposta di un sistema strutturale, come la combinazione lineare dei ritardi e degli errori di previsione ritardati della serie stessa, i quali determinano l'ordine del modello. Inizialmente il modello ARMA è stato applicato alla sola risposta temporale dell'impalcato del primo piano, ottenuta sia in condizioni non danneggiate sia ipotizzando un danneggiamento dei pilastri del piano terra, suddividendola in finestre temporali costituite da un numero di campioni in funzione del periodo del primo modo di vibrare del telaio shear-type; dopodiché sono state analizzate contemporaneamente le risposte dei due impalcati tramite il modello ARMAV. Infine, le medesime analisi sono state condotte anche ipotizzando una percentuale di rumore bianco nelle risposte, poiché nella pratica difficilmente è possibile acquisire misure esenti da errore.

Nel presente elaborato di tesi viene descritto un metodo di indagine che, mediante prove dinamiche e misure di accelerazione, si propone di identificare eventuali danneggiamenti in strutture reticolari spaziali. L’identificazione consiste, sulla base di dati sperimentali in termini di frequenze proprie del sistema, nel determinare, con la migliore precisione possibile l’area della sezione trasversale degli elementi. Il problema è formulato come un problema di ottimizzazione e l’identificazione è condotta mediante l’utilizzo di Algoritmi Genetici (brevemente GAs). In particolare, una funzione obiettivo misura la differenza tra le grandezze misurate sperimentalmente e le grandezze ottenute numericamente mediante un codice FEM della struttura in esame. Il principio cui sono ispirati gli algoritmi genetici fa sì che questi ricerchino il miglior individuo all’interno di una popolazione che rappresenta le possibili soluzioni del problema. Si riportano i dati ottenuti, mediante prove dinamiche, su una struttura reale, che permettono di ottenere informazioni sui parametri modali: frequenze proprie e smorzamento. Si confrontano, infine due differenti tipi di sensori di accelerazione, dimostrando la validità e i possibili benefici dell'utilizzo di sensori con tecnologia MEMS nell'ambito della misura delle vibrazioni.

La tesi riguarda lo studio di un tipico caso d'interazione terreno-strutture intelaiate durante lo scavo di una galleria superficiale. Durante la tesi sono state analizzate le nuove prove sperimentali in centrifuga geotecnica dell'Università di Nottingham che hanno dato un notevole impulso a questa tematica. Dopodiché, dai dati della prova sono stati applicati i metodi di stima del danno per quantificare un determinato livello di deformazione sui pannelli murari degli edifici con strutture a telaio. Infine, si è elaborata una modellazione numerica agli elementi finiti della prova in centrifuga, i cui risultati sono stati confrontati con quelli estrapolati sperimentalmente.

Nella presente Tesi è stato fatto un lavoro di analisi storica e costruttiva di un aggregato in muratura del centro storico della città di Crevalcore per determinarne le vulnerabilità e ipotizzare cinematismi di danno di primo modo sulla base delle carenze strutturali rilevate. Tutto ciò al fine di sviluppare strumenti, in questo caso indici adimensionali, utili sia alle amministrazioni, sia ai progettisti per monitorare e ridurre nel tempo la vulnerabilità al sisma degli aggregati in muratura.

Scopo della mia tesi dal titolo “La vulnerabilità sismica dei tessuti storici analizzata a partire dalla caratterizzazione costruttiva: un caso di studio nel centro storico di Carpi” è quello di fornire un metodo per una corretta valutazione della vulnerabilità sismica in scala dell’aggregato attraverso la lettura delle sue caratteristiche costruttive e l’individuazione delle precarietà strutturali. La presente tesi è frutto di un lavoro di ricerca e analisi che si articola nelle seguenti fasi: - Ricerca e raccolta delle informazioni inerenti la storia evolutiva del centro storico, tramite l’uso di documenti storici, archivistici e catastali; - Individuazione dei caratteri storici ed evolutivi degli aggregati oggetto di studio; - Individuazione delle carenze strutturali e delle vulnerabilità sismiche; - Individuazione dei possibili meccanismi di collasso attivabili in caso di sisma; - Valutazione analitica della vulnerabilità sismica tramite l’individuazione di indici analitici di vulnerabilità; - Valutazione speditiva della vulnerabilità sismica tramite la determinazione di stime riguardanti le trasformazioni subite dall’aggregato. Nello specifico ho analizzato gli aggregati numero 24 e 31 secondo la numerazione del Comune di Carpi in provincia di Modena. Gli indici di vulnerabilità sismica calcolati, sono stati poi confrontati con i risultati ottenuti da precedenti tesi su diversi aggregati di Carpi, di San Giovanni in Persiceto e Crevalcore in provincia di Bologna e di Mirandola, Castelfranco Emilia, San Felice sul Panaro in provincia di Modena. Infine ho valutato l'incidenza dei singoli interventi, osservando come varia la vulnerabilità dell'aggregato operando con interventi orientati alla riduzione di specifiche vulnerabilità. Per fare questo, ho agito esclusivamente per unità strutturali.

I materiali compositi nascono dall'unione di due o più materiali differenti, che conferisce al prodotto finale proprietà superiori rispetto a quelle dei singoli. Grazie alle qualità dimostrate e all’intercambiabilità degli elementi costituenti, è stato possibile allargare il campo di utilizzo dei materiali compositi alla maggior parte dei settori dell’industria moderna; uno dei settori che maggiormente risente dell’influenza di questi materiali è il settore aereonautico, che, grazie all’implementazione di tecnologie, è riuscito ridurre drasticamente la presenza dei materiali convenzionali, ottimizzando le caratteristiche del velivolo stesso. In questo elaborato sono stati presi in considerazione i CFRP (carbon/epoxy) in configurazione cross-ply, approfondendone le procedure di corretta laminazione tramite una campagna sperimentale. L’obiettivo è stato produrre una serie di provini da sottoporre a verifiche di resistenza meccanica a compressione, sia in condizioni ottimali, sia simulando condizioni di service per mezzo di una serie d’impatti a basse velocità (BVID – Barely Visible Impact Damages). La laminazione e le procedure d’impatto si sono svolte presso il laboratorio hangar dell’università di Ingegneria e Architettura con sede a Forlì, nel quale è stato possibile effettuare un processo di laminazione in autoclave e compiere impatti centrali al provino e nelle prossimità del bordo. La caratterizzazione del materiale, sottoposto a prove di compressione, è stata effettuato tramite l’impiego di attrezzature all’avanguardia presso il centro di ricerca ENEA, Unità Tecnica Tecnologie dei Materiali di Faenza. Il seguente elaborato descrive i mezzi e le considerazioni necessarie per portare a termine l’attività sperimentale.

Il presente lavoro riguarda lo studio e lo sviluppo di approcci innovativi all’identificazione dinamica delle strutture e del danno strutturale per le costruzioni storiche in muratura. Il patrimonio storico architettonico, prevalentemente costituito da costruzioni in muratura, rappresenta una parte fondamentale del patrimonio culturale di una nazione; la sua salvaguardia è dunque un’attività strettamente necessaria per la conservazione nel tempo dell’identità culturale dei popoli. Questa necessità si scontra spesso con la scarsa conoscenza del comportamento strutturale di questo genere di costruzioni. Le tecniche di identificazione dinamica delle strutture e del danno si inseriscono in questo contesto. Il loro utilizzo combinato, infatti, consente di ottenere informazioni sulle caratteristiche meccaniche globali e locali delle strutture, necessarie a calibrare i modelli strutturali e progettare interventi di conservazione mirati ed efficaci. Tuttavia, queste tecniche presentano ancora diverse problematiche che ne limitano l’applicazione alle costruzioni in muratura: il tradizionale set-up sperimentale per l’identificazione dinamica delle strutture è alquanto complesso e impegnativo; inoltre, gran parte delle tecniche di identificazione dinamica del danno è troppo generale e non tiene conto delle peculiari caratteristiche di queste costruzioni. In questo lavoro vengono proposte soluzioni originali ad entrambe le problematiche, attraverso la combinazione di approcci teorici originali e di tecniche sperimentali avanzate, applicate in modo innovativo. Per l’identificazione dinamica delle strutture, sono state esplorate le potenzialità e i limiti dell’interferometria radar, una tecnica innovativa per la misurazione a distanza delle vibrazioni strutturali. In particolare, considerata l’incapacità di ricostruire lo sviluppo tridimensionale e spaziale delle forme modali di una struttura con un solo interferometro, sono stati sviluppati modelli teorici e approcci sperimentali speditivi che prevedono l’utilizzo simultaneo di due interferometri. Per l’identificazione dinamica del danno, dato il ruolo portante che gli archi rivestono all’interno delle costruzioni in muratura, è stato sviluppato un approccio ad hoc che, dalla variazione delle frequenze naturali, permette di localizzare e quantificare danni multipli in questi elementi strutturali. L’approccio è stato sviluppato considerando le principali caratteristiche strutturali degli archi in muratura e dei fenomeni di danneggiamento di maggiore rilevanza per tale tipo di strutture. Tutti gli approcci proposti sono stati validati attraverso prove sperimentali in laboratorio e in situ.
This work concerns the study and development of innovative approaches to dynamic structural identification and dynamic damage identification for masonry constructions. The architectural heritage, mainly composed of masonry constructions, represents a fundamental part of the cultural heritage of countries; therefore, its preservation is an essential goal for our society and for the scientific community. Anyway, one of the most critical issue is the lack of knowledge on the structural behavior of these constructions. Dynamic testing and dynamic-based structural damage identification techniques could play a major role for overcoming this obstacle. Indeed, the combined use of these techniques makes it possible to get information about the global and the local structural features, essential for calibrating structural models and designing specific and effective conservation interventions. However, these techniques still show some drawbacks which hinder their application to masonry constructions: the traditional experimental setup for dynamic testing of structures is complex and highly demanding; moreover, most dynamic-based damage identification methods are too general and do not take into account the peculiar characteristics of masonry constructions. This thesis proposes original solutions to both problems, through the combination of original theoretical approaches and advanced experimental techniques, applied in an innovative way. As to dynamic testing, the potentials and limitations of the radar interferometry – a highly innovative technique for remotely measuring structural vibrations – were explored. In particular, because of the inability to reconstruct the three-dimensional and spatial characteristics of mode shapes of structures by using a single radar interferometer, theoretical models and expeditious experimental approaches involving the simultaneous use of two radar interferometers were developed. As to dynamic-based structural damage identification techniques, due to the fundamental role played by arches in masonry constructions, an ad hoc natural frequency-based approach for the localization and quantification of multiple damages in masonry arches was proposed. This approach has been developed considering the main structural features of blocky masonry arches and the most relevant damage phenomena possible for this type of structures. All of the proposed approaches have been validated through laboratory and in situ experimental tests.

The quantitative measure of seismic vulnerability is a necessary requirement for prevention and for an optimal emergency management. Before L'Aquila's earthquake in 2009, the National Civil Protection, in collaboration with the University of L'Aquila, developed a model to evaluate the criticality seismic of urban centers by using a multidisciplinary approach. The study has led to the definition of a urban vulnerability index, that allows to identify the most critical urban centers and the problematic elements, in order to establish a hierarchy for preventative measures and for an efficient emergency management. One of the features of this evaluation is that it allows a simultaneous analysis of the multiple factors involved in risk assessment. After the seismic event occurred, same tests have been made to verify the validity of the model on the part of buildings, by comparing the criticality evaluated and damage suffered by the buildings, taking into account the local effects resulting from operations of microzonation. The seismic vulnerability index is calculated as the weighted sum of same parameters, that represent a building feature which can affect the structural response under earthquake ground motion. Therefore the influence of each parameter and their respective weights on the model have been analyzed. Sensitivity and Factorial analysis were performed to understand the model parameters that most affect structural vulnerability using the damage date collected after L'Aquila earthquake. Furthermore a probabilistic correlation between the Vulnerability Index and the possible damage to the buildings resulting from an earthquake is provided. Moreover the vulnerability model is implemented in a probabilistic and quantitative risk analysis using the Event Tree Analysis Methodology. As for the test performed, the methodology has a good level of confidence in the modelling of the vulnerability of the buildings so it can be successfully used for seismic risk assessment, necessary for seismic safety and emergency management.

La tesi presenta un approccio perturbativo per l'identificazione dinamica di strutture a parametri incerti. Il metodo proposto, basato sulla minimizzazione di una funzione obiettivo, è indipendente dall'ordine di approssimazione raggiunto e, ereditando i vantaggi dell'approccio perturbativo, assicura un onere computazionale ridotto. Per superare le difficoltà legate alla selezione del modello fisico nel caso di parametri incerti di danno, è proposto un metodo che sfrutta la versione ortogonale dell'empirical mode decomposition, e cerca di combinare le proprietà modali della struttura con le caratteristiche dei segnali di risposta. Le due tecniche introdotte, ancorché intimamente legate per gli scopi e le applicazioni della tesi, godono di individuale validità.
The thesis presents a perturbative approach for dynamic identification of structures with uncertain parameters. The proposed method, based on the minimization of an objective function, is independent of the achieved order approximation and, inheriting the advantages of the perturbation approach, ensures a low computational effort. To overcome the difficulties related to the selection of the physical model for damage like uncertain parameters, it is proposed a method that uses the orthogonal version of the empirical mode decomposition, and seeks to combine the modal properties of the structure with the response signals features. The two introduced techniques, closely related within the framework of the thesis, hold their own individual validity.