Integrated methodologies based on structural health monitoring for the protection of cultural heritage buildings

L’esigenza di una efficace protezione sismica e di riduzione della vulnerabilità del costruito storico, con particolare riferimento alle strutture strategiche o sottoposte a tutela dei Beni Culturali, ha determinato negli ultimi decenni un crescente interesse nei confronti del monitoraggio strutturale (Structural Health Monitoring - SHM) come misura di mitigazione passiva degli effetti dei terremoti. L’obiettivo del monitoraggio è identificare, localizzare e classificare tipologia e gravità del danno indotto da azioni esterne o fenomeni di degrado e di valutarne gli effetti sull’integrità e la capacità strutturale dell’edificio oggetto di indagine. In questo modo si possono adottare dei provvedimenti atti a ridurre il pericolo di collasso e, quando necessario, a eseguire interventi mirati di rinforzo strutturale e miglioramento sismico. Sulla base di queste motivazioni il presente lavoro di tesi ha l’obiettivo di fornire un contributo allo sviluppo di tecniche e metodologie integrate di monitoraggio strutturale per la valutazione e protezione sismica dei Beni Culturali. In seguito ad una dettagliata revisione dello stato dell’arte su specifici aspetti relativi al monitoraggio di strutture dell’ingegneria civile, è stata sviluppata e proposta una metodologia per l’implementazione di tecniche di monitoraggio su edifici storici in muratura. Casi di studio attentamente selezionati e dotati di una rete di sensori distribuiti e unità di acquisizione, hanno permesso la definizione e successiva validazione di sistemi di controllo strutturale. Il monitoraggio è stato utilizzato come strumento basato sulla conoscenza da un lato per la valutazione dei bisogni di rinforzo e miglioramento sismico, da eseguirsi procedendo con approcci incrementali e interventi sequenziali, dall’altro per il controllo dello stato di avanzamento del danno di edifici gravemente colpiti da terremoto. Al fine di massimizzare i benefici del monitoraggio strutturale e ottimizzarne l’intero processo, sono stati sviluppati software dedicati per l’analisi dei dati statici e algoritmi per l’identificazione automatica dei parametri modali, in grado di fornire informazioni quasi in tempo reale sullo stato di salute dell’edificio. Infine si sono implementate procedure integrate basate su modelli statistici e numerici avanzati con lo scopo ultimo di interpretare e sfruttare le informazioni estratte e i risultati ottenuti per valutare le condizioni strutturali degli edifici storici e monumenti sottoposti a controlli strutturali continui e permanenti.