Uno scudo antisismico per le opere in sotterraneo: la ricerca dell’Università di Trento

TRENTO\ aise\ - Un nuovo modo di concepire il rivestimento delle opere in sotterraneo per proteggerle dai terremoti. È il cuore di MetaTunnels, il progetto ideato da Davide Noè Gorini – professore associato di Ingegneria Geotecnica al Dipartimento di Ingegneria civile, ambientale e meccanica dell'Università di Trento, che ha ottenuto un finanziamento Erc Starting Grant dal Consiglio europeo della Ricerca.
MetaTunnels mira a sviluppare un rivestimento metamateriale, denominato Rml, concepito per rendere il sistema accoppiato terreno-tunnel una sorta di scudo sismico. A spiegare come nasce l’idea è lo stesso Gorini: “le opere in sotterraneo sono immerse nel terreno e vengono investite da onde sismiche di diversa natura, frequenza e direzione. Persistono incertezze non trascurabili su come queste onde perturbino l’opera e su come attenuarne gli effetti distruttivi. MetaTunnels propone di cambiare prospettiva: non limitarsi a rendere un tunnel più resistente, ma intervenire sul modo in cui le onde sismiche interagiscono con l'intero sistema terreno-opera”.
Basti pensare ai terremoti violenti che si sono abbattuti in diverse parti del mondo. Tra questi, la sequenza sismica che ha colpito il Centro Italia nel 2016, oltre alle drammatiche conseguenze in termini di vite umane, ha fatto registrare danni importanti alle gallerie del territorio interessato dalle scosse.
Da qui nasce l’Rml: un’architettura 3D costituita da un reticolo auxetico avente una topologia progettata per condizionare molteplici modi di deformazione multi-assiali indotti dall’azione sismica nelle strutture in sotterraneo. L’obiettivo è ottenere un filtro ad ampio spettro del moto sismico, limitando danni al rivestimento e a ciò che la struttura ospita – dalle persone ai sistemi di trasporto, dalle condotte alle apparecchiature – mantenendo al contempo elevata rigidezza e resistenza nelle normali condizioni di esercizio.
IL PROGETTO. Una delle idee alla base di MetaTunnels è trasformare in una risorsa un fenomeno tradizionalmente considerato una complicazione nella progettazione: l'interazione dell’opera con il terreno. «Il terreno – spiega Gorini – modifica il moto sismico in frequenza, ampiezza e direzione. MetaTunnels sfrutta proprio questa interazione: invece di cercare di contenerne gli effetti, vengono sfruttate le caratteristiche dinamiche del duo terreno-tunnel per accordare l’Rml e massimizzarne l’efficacia in condizioni sismiche». Questo approccio estende alle opere sotterranee un metodo di progetto a cui Gorini lavora da anni per sistemi di protezione dalle calamità naturali.
A rendere possibile l'esplorazione di un problema così complesso sarà anche il calcolo quantistico. MetaTunnels estenderà il programma di ricerca che Gorini sta già sviluppando con il Cern per applicare innovativi algoritmi quantistici alla simulazione e ottimizzazione di problemi ingegneristici di dimensioni senza precedenti. «Vogliamo utilizzare il calcolo quantistico non soltanto per simulare sistemi estremamente articolati – chiarisce Gorini – ma anche per esplorare enormi spazi di possibili configurazioni e individuare quelle che rendono più efficace lo scudo sismico». Le metodologie quantistiche sviluppate nel progetto contribuiranno di fatto ad ampliare la capacità di analizzare e progettare sistemi infrastrutturali estesi e resilienti.
Il sistema sarà concepito per essere applicabile sia alle nuove infrastrutture in sotterraneo sia all'adeguamento di quelle esistenti, attraverso elementi modulari in grado di sostituire o integrare i rivestimenti convenzionali. La prospettiva si estende dalle infrastrutture di trasporto e dell’energia fino alle infrastrutture strategiche.
Il percorso dalla teoria alla sperimentazione avverrà a più scale. I primi prototipi dell'Rml saranno realizzati mediante tecnologie avanzate di stampa 3D all'Università di Trento. La validazione finale avverrà in collaborazione con l'Università di Dundee, in Scozia, attraverso prove in centrifuga geotecnica su modelli in scala ridotta di casi pilota di interesse internazionale. I test permetteranno di confrontare direttamente la risposta dei tunnel con e senza l’Rml e di misurarne la capacità di schermatura sismica.
MetaTunnels mette così in sinergia ingegneria delle infrastrutture sotterranee, metamateriali sismici e calcolo quantistico, con l'obiettivo di trasformare un concetto di frontiera in una tecnologia applicabile per un ambiente costruito sotterraneo più sicuro e resiliente.
Gli interessi di Davide Noè Gorini si sviluppano all'intersezione tra ingegneria geotecnica e strutturale, sismica, meccanica computazionale e calcolo quantistico, con particolare attenzione all'interazione dinamica tra terreno e strutture e allo sviluppo di nuove strategie di protezione dalle calamità naturali. Dal 2025 lo studioso coordina con il Cern una collaborazione internazionale dedicata allo sviluppo di metodologie quantistiche per la valutazione sismica del tessuto urbano. Le sue attività comprendono inoltre studi sul rischio sismico del patrimonio costruito nell'ambito di progetti della Protezione civile italiana. (aise)