ANALISI DINAMICA E PROGETTAZIONE SISMICA DELLE STRUTTURE

Crediti: 
12
Anno accademico di offerta: 
2016/2017
Semestre dell'insegnamento: 
Annuale
Lingua di insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

Conoscenze e capacità di comprensione:
Al termine del modulo didattico 1, lo studente avrà acquisito le basi teoriche e gli strumenti applicativi per la valutazione della risposta di strutture soggette a sollecitazioni dinamiche di diversa natura (vibrazioni, urti/esplosioni, vento, sisma, ecc.).
Il modulo didattico 2 si propone di fornire le basi teoriche e le metodologie di calcolo fondamentali per la progettazione e verifica sismica delle costruzioni sismo-resistenti in cemento armato, acciaio e muratura.

Competenze:
Al termine del modulo didattico 1, lo studente avrà acquisito la capacità di comprendere e modellare il comportamento dinamico di strutture ingegneristiche, al fine di valutarne il grado di sicurezza.
Le principali competenze che l’allievo dovrà acquisire al termine del modulo didattico 2 sono finalizzate al raggiungimento di una buona capacità nella concezione strutturale degli edifici civili nuovi soggetti ad azione sismica ed in una sufficiente sensibilità alle principali problematiche connesse agli interventi di miglioramento ed adeguamento sismico di edifici esistenti.

Autonomia di giudizio:
La progettazione e verifica delle strutture eseguita con l’ausilio dei codici di calcolo è divenuta al giorno d’oggi prassi corrente. La complessità dei codici di calcolo e la numerosità delle verifiche strutturali richieste dalla normativa, può essere fonte di rilevanti errori computazionali e concettuali.
L’allievo pertanto dovrà governare la pratica procedurale della progettazione corrente, con un costante collegamento fra le basi teoriche e le applicazioni pratiche affinando le capacità di controllo manuale dei risultati ottenuti con i codici di calcolo.

Capacità comunicative:
Al termine del corso, lo studente dovrebbe aver acquisito una proprietà di linguaggio tecnico tale da permettere una corretta ed efficace presentazione dei propri risultati.
Inoltre, la sicurezza acquisita tramite una costante opera di collegamento fra aspetti teorici – modellazione strutturale con programmi ad elementi finiti - controllo manuale dei risultati ottenuti con analisi semplificate della risposta strutturale, permetterà all’allievo di possedere la necessaria abilità di presentazione dei propri risultati.

Capacità di apprendimento:
L’allievo dovrà realizzare la progettazione di un edificio in cemento armato e di un edificio in muratura. Le revisioni delle relazioni di calcolo che verranno eseguite durante la preparazione dell’allievo all’esame finale permetteranno di verificare le capacità di apprendimento dell’allievo.

Prerequisiti

E’ utile avere frequentato il corso di Analisi Strutturale Avanzata e di Metodi numerici per l'analisi strutturale.
E’ utile avere conoscenza del software MatLab e dimestichezza con software commerciali basati sul metodo degli elementi finiti.

Contenuti dell'insegnamento

Modulo didattico 1: Analisi dinamica delle strutture
Sistemi ad un grado di libertà. Vibrazioni libere, smorzate e forzate (forzante armonica, periodica, impulsiva, generica). Smorzamento. Oscillatore elasto-plastico.
Sistemi a più gradi di libertà. Vibrazioni libere (pulsazioni naturali e modi), coordinate principali. Matrice di smorzamento. Disaccoppiamento delle equazioni del moto. Metodo di sovrapposizione modale. Metodi di integrazione delle equazioni del moto. Sistemi non lineari.
Sistemi continui. Vibrazioni libere delle travi inflesse.
Metodi di discretizzazione: Rayleigh-Ritz, elementi finiti.
Eccitazione sismica. Definizione di spettro di risposta.
Dinamica delle strutture intelaiate soggette ad eccitazione sismica. Analisi modale di telai piani e spaziali.

Modulo didattico 2: Progettazione sismica delle strutture
Concetti introduttivi di sismologia applicata all’ingegneria civile e metodi di misura del moto sismico;
Definizione di spettri di risposta ed esempi di analisi modale ed analisi statica equivalente applicate al caso di analisi di un telaio piano;
Duttilità, regolarità e fattori di struttura;
I criteri alla base della gerarchia delle resistenze;
La combinazione dell'azione sismica con le altre azioni, gli stati limite per la verifica strutturale;
Regole di dimensionamento, progettazione e verifica di edifici in cemento armato a telaio sismo-resistenti;
Esempi di modellazione di edifici in cemento armato a telaio sismo-resistenti con software agli elementi finiti;
Regole di dimensionamento, progettazione e verifica di edifici in cemento armato a pareti sismo-resistenti;
Progettazione e verifica dei diaframmi e delle fondazioni;
Edifici esistenti in cemento armato: analisi push-over basi teoriche, applicazioni ed utilizzo di software;
Regole di dimensionamento, progettazione e verifica di edifici a telaio sismo-resistenti in acciaio;
Regole di dimensionamento, progettazione e verifica di edifici con controventi concentrici ed eccentrici in acciaio in zona sismica;
Comportamento strutturale degli edifici in muratura;
Regole di dimensionamento, progettazione e verifica di edifici in muratura tramite analisi lineare: teoria ed esempi;
Meccanismi locali di collasso di edifici in muratura: teoria ed applicazioni;
Problematiche specifiche degli edifici esistenti storici in muratura;
Caratterizzazione meccanica del terreno e verifica del terreno e delle fondazioni di strutture soggette alla combinazione sismica delle azioni;
Regole di dimensionamento, progettazione e verifica di edifici prefabbricati in cemento armato;
Interventi di miglioramento ed adeguamento sismico di edifici esistenti prefabbricati cemento armato;
Normativa in materia di costruzioni e redazione della relazione di calcolo nel rispetto della normativa nazionale e regionale.

Bibliografia

Testi consigliati:
A. CARPINTERI: “Dinamica delle strutture”, Ed. Pitagora, Bologna, 1998.
CHOPRA, A.K., “Dynamics of Structures”, Prentice-Hall International Series in Civil Engineering and Engineering Mechanics.
R.W. CLOUGH – J. PENZIEN: “Dynamics of structures”, McGraw-Hill, New York, 1993.
T.PAULAY, M.J.N. PRIESTLEY, "Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings", John Wiley & Sons, INC.
GHERSI, A. e LENZA P., Edifici antisismici in cemento armato, DARIO FLACCOVIO EDITORE, 2010.
GHERSI, A., LENZA P. e CALDERONI, B., Edifici in muratura alla luce della nuova normativa sismica, DARIO FLACCOVIO EDITORE, 2011.

Testi di approfondimento:
COMO, M., Statica delle costruzioni storiche in muratura, ARACNE editrice, 2011.
PODESTA’, S., Verifica sismica di edifici in muratura, DARIO FLACCOVIO EDITORE, 2012.

Slides e appunti del corso sono disponibili sul portale lea.unipr.it

Metodi didattici

Il corso è articolato in lezioni teoriche ed esercitazioni applicative. Per ogni argomento trattato, le esercitazioni vengono programmate in modo che lo studente possa affrontare la risoluzione dei problemi formulati precedentemente in forma teorica. E’ inoltre prassi organizzare alcuni seminari invitando professionisti operanti nel settore dell’ingegneria sismica al fine di permettere agli allievi di entrare in contatto con il mondo del lavoro.
Le lezioni teoriche e le esercitazioni applicative vengono svolte alla lavagna avvalendosi della proiezioni di slides, disponibili sul portale lea.unipr.it.

Modalità verifica apprendimento

La verifica dell’apprendimento è svolta secondo diverse modalità per i due moduli didattici costituenti il Corso.
Per il modulo didattico 1, il giudizio dell’apprendimento dello studente è formulato sulla base di un compito a casa e di una prova scritta finale, rispettivamente di peso pari al 15% e 35%.
Il compito a casa consiste nella impostazione e risoluzione di un problema di dinamica strutturale.
La percentuale relativa alla prova scritta è ripartita come segue:
- 20% applicazione della teoria agli esercizi (competenza);
- 10% domande teoriche (conoscenza);
- 5% proprietà di linguaggio (capacità comunicativa).

Per il modulo didattico 2, gli allievi dovranno progettare un edificio in cemento armato ed un edificio in muratura. L’esame, orale, consiste nell’esposizione delle relative relazioni di calcolo.
Il giudizio dell’apprendimento dell’allievo può essere misurato come segue:

Relazione di calcolo dell’edificio in cemento armato: 25% così suddiviso:
7.5% corretta concezione strutturale;
5% adeguata modellazione;
5% padronanza nell’analisi dei risultati;
5% controllo dei risultati numerici con calcoli manuali;
7.5% approfondita conoscenza degli aspetti teorici.

Relazione di calcolo dell’edificio in muratura: 25% così suddiviso:
7.5% corretta concezione strutturale;
5% adeguata modellazione;
5% padronanza nell’analisi dei risultati;
5% controllo dei risultati numerici con calcoli manuali;
7.5% approfondita conoscenza degli aspetti teorici.

Altre informazioni

E’ caldamente consigliata la frequenza del corso