Quantificare l’incertezza nei modelli strutturali sismici

Gli ingegneri si aspettano una risposta inelastica degli edifici a un terremoto, il che significa che gli edifici assorbono parte dell’energia sismica in modo irreversibile. Nella maggior parte dei casi, risulta difficile stabilire livelli di confidenza nella previsione numerica della risposta sismica inelastica. Questo è dovuto sia all’incertezza inerente associata ai sistemi fisici che al fatto che non si conoscono i meccanismi irreversibili attivati durante il terremoto.

Il progetto NOUS (Probabilistic inverse models for assessing the predictive accuracy of inelastic seismic numerical analyses), finanziato dall’UE, ha usato un approccio innovativo basato sulla teoria probabilistica inversa per valutare la modellazione dell’incertezza legata alle analisi numeriche sismiche inelastiche. Nel problema inverso, i dati delle osservazioni indirette o provenienti da tecniche come le simulazioni di Monte Carlo si possono usare per fare una stima dei parametri sconosciuti dei sistemi fisici.

I ricercatori hanno sviluppato un modello strutturale non lineare probabilistico di una struttura di cemento armato testata su una piattaforma fatta tremare. Le distribuzioni di probabilità rappresentano le incertezze associate ai parametri del modello e i risultati.

Fondamentale per l’analisi dell’incertezza sono le forze di smorzamento, o forze di discrepanza, introdotte dalle analisi numeriche sismiche inelastiche per assicurare che la simulazione rispecchi in modo preciso i dati osservati sperimentalmente. Il progetto NOUS ipotizza che queste forze di discrepanza riflettano l’incertezza del modello.

Gli scienziati hanno usato le simulazioni di Monte Carlo basate sulla catena di Markov (nella quale numerosi esperimenti vengono fatti usando una varietà di input) per determinare i parametri che portano alle forze di discrepanza più piccole, risolvendo così il problema inverso probabilistico.

Le forze di discrepanza così calcolate saranno usate per misurare l’incertezza del modello. Altri modelli basati su metodi numerici multi-scala stocastici simulano lo smorzamento materiale per acquisire maggiori informazioni sulla fisica dello smorzamento.

Gli strumenti di NOUS permetteranno una valutazione della precisione di previsione dei modelli numerici usati per simulare la risposta delle strutture non lineari nelle regioni sismiche. Miglioreranno i metodi di gestione del rischio sismico. Questi avranno un impatto sulla progettazione o il rinnovamento degli edifici da parte degli ingegneri, sulle compagnie di assicurazioni che sviluppano le politiche e sulle squadre di crisi impegnate a salvare vite durante i terremoti.