DINAMICA DELLE STRUTTURE E PROGETTO DI COSTRUZIONI IN ZONA SISMICA

Obiettivi formativi

• DINAMICA DELLE STRUTTURE

  Obiettivo dei due moduli (Dinamica delle Strutture + Progetto di Strutture in zona sismica) è quello fornire allo studente le conoscenze teoriche e le capacità applicative necessarie per la progettazione di strutture in grado di sopportare l’azione sismica prevista nel sito in cui esse sono edificate.

  Il modulo A, che si tiene nel primo semestre, fornisce i concetti teorici essenziali della Dinamica delle strutture. Con riferimento a sistemi elementari a un grado di libertà (SDOF), vengono introdotti i concetti di equilibrio dinamico, dissipazione energetica, fenomeni di amplificazione dinamica e risonanza, spettro di risposta elastico. Si esamina anche l’oscillatore semplice elastoplastico, introducendo i concetti di duttilità, fattore di struttura, spettro di progetto. Con riferimento a sistemi a molti gradi di libertà (MDOF), vengono forniti i concetti teorici e gli strumenti per la determinazione dei modi e delle frequenze proprie di vibrazione, la valutazione della risposta al passo, l'esecuzione di una analisi modale con spettro di risposta e di una analisi statica.

  Nell’ambito dello stesso semestre vengono anche fornite indicazioni sui terremoti e sulla pericolosità sismica. Viene inoltre affrontato il problema dell’impostazione della carpenteria strutturale per resistere ad azioni orizzontali, quali il vento o, più specificamente, l’azione sismica. Vengono fornite indicazioni su come stimare l’effetto di tali azioni ai fin idi un dimensionamento delle sezioni strutturali.

  Nell’ambito del modulo A verranno svolte in aula esercitazioni collegiali con l'obiettivo di applicare i concetti introdotti ed esercitazioni individuali, sempre svolte al’interno degli orari di lezione, su esercizi assegnati agli studenti. I risultati di tali esercitazioni saranno oggetto di discussione durante l'esame finale.

  Verrà inoltre assegnato a ciascuno studente, verso la metà del semestre, un progetto da svolgere, relativo ad un edificio a struttura intelaiata in cemento armato. Tale lavoro sarà poi proseguito nel secondo semestre.

  Chiarimenti sulle esercitazioni e sul progetto potranno essere ricevuti, oltre che nelle apposite ore di lezione, anche nelle ore di ricevimento dei docenti.

• PROGETTO DI COSTRUZIONI IN ZONA SISMICA

  Il modulo fornisce le capacità teoriche ed applicative necessarie per progettare strutture antisismiche. A livello applicativo, vengono prese in esame le strutture intelaiate in cemento armato, ma nell’esposizione didattica viene anche affrontato il problema dell’inserimento di pareti in cemento armato; potrebbero essere fatti anche cenni alle strutture in acciaio. In particolare, avendo già affrontato nel primo semestre il problema dell’impostazione della carpenteria per portare azioni orizzontali, si torna ad esaminare e si approfondisce il dimensionamento delle sezioni, la stima delle rigidezze e del periodo proprio, con metodologia che progressivamente porta a prevedere in maniera efficace e quantitativa il comportamento sismico della struttura, consentendo quindi di effettuare eventuali modifiche alla carpenteria per ottimizzarlo. Si mostra poi come modellare la struttura, quali combinazioni di carico esaminare, come progettare le armature, anche ai fini di garantire una adeguata duttilità

  Nell’ambito del modulo B vengono fatte applicazioni progettuali, sviluppate alla lavagna. Gli studenti portano avanti i progetti, da svolgere individualmente o in gruppo, assegnati verso la metà del primo semestre.

  Chiarimenti sul progetto potranno essere ricevuti, oltre che nelle apposite ore di lezione, anche nelle ore di ricevimento del docente.

  Nella parte finale del secondo semestre viene affrontata, in collaborazione col docente principale del modulo Dinamica, la problematica relativa a moderni sistemi di protezione sismica, quali i dispositivi di dissipazione e gli isolatori sismici. Viene affrontato sia l’aspetto più concettuale, proprio della Dinamica delle strutture, che l’aspetto più applicativo, legato al Progetto di costruzioni in zona sismica.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

• DINAMICA DELLE STRUTTURE

  Il corso verrà svolto mediante lezioni in aula durante le quali verranno affrontati gli aspetti teorici e svolte esercitazioni a fine di ciascun argomento. Inoltre verranno assegnate delle esercitazioni in aula e di gruppo da discutere in aula o da discutere durante l’esame finale.

• PROGETTO DI COSTRUZIONI IN ZONA SISMICA

  Il corso prevede sia ore dedicate all’impostazione teorica e ad indicazioni applicative relative al progetto di costruzioni in zona sismica, svolte anche con l’ausilio di presentazioni in Powerpoint, sia ore dedicate allo svolgimento concreto dei progetti, con interazione individuale tra docente e studenti.

Prerequisiti richiesti

• DINAMICA DELLE STRUTTURE

  Il modulo di Dinamica delle strutture, prevede la conoscenza dei concetti fondamentali della Scienza delle costruzioni quali la risoluzione di strutture intelaiate e la determinazione delle caratteristiche della sollecitazione. Prevede inoltre conoscenze di base di Analisi matematica con riferimento al calcolo differenziale, alla risoluzione sistemi di equazioni algebriche e differenziali. Una adeguata preparazione sui citati corsi costituisce un prerequisito essenziale per la comprensione degli argomenti trattati durante il modulo.

• PROGETTO DI COSTRUZIONI IN ZONA SISMICA

  Il modulo si inserisce in un filone di studi che prevede stretti legami tra argomenti trattati in corsi differenti. In particolare è molto forte la consequenzialità con argomenti trattati nei corsi di Tecnica delle costruzioni e nel modulo Dinamica delle strutture. L’attività progettuale che viene svolta nel modulo può essere portata avanti solo da chi ha ben compreso quanto viene spiegato; ha quindi senso frequentarlo solo se si possiede una adeguata preparazione sugli argomenti dei corsi citati, che costituiscono prerequisiti essenziali per il modulo.

Frequenza lezioni

• DINAMICA DELLE STRUTTURE

  La frequenza delle lezioni è obbligatoria.Il controllo delle presenze sarà effettuato durante ciascuna lezione.

• PROGETTO DI COSTRUZIONI IN ZONA SISMICA

  La frequenza delle lezioni è obbligatoria. Il controllo delle presenze sarà effettuato principalmente nei momenti di attività applicativa, ma saltuariamente anche durante le lezioni a carattere teorico.

Contenuti del corso

• DINAMICA DELLE STRUTTURE

  Il corso sarà suddiviso in due parti principali: lo studio del comportamento dinamico di oscillatori a un grado di libertà (SDOF) e lo studio di strutture reali a molti gradi di libertà (MDOF). Più nel dettaglio, verranno affrontate le seguenti tematiche:

   

  - Sistemi a un grado di libertà (SDOF)

  Introduzione al modello di oscillatore semplice. Equazione di equilibrio dinamico. Dissipazione viscosa e di tipo isteretico. Oscillatore libero: moto armonico, moto smorzato. Oscillatore forzato: forzante armonica, fattore di amplificazione dinamica e risonanza. Risposta a un impulso e integrale di convoluzione. Cenni di identificazione dinamica. Risposta a un accelerogramma. Spettri di risposta elastica. Comportamento di oscillatori semplici elastoplastici, duttilità, spettri di progetto. Esempi di strutture assimilabili a un sistemi SDOF. Spostato nella parte finale del modulo B: concetto di isolamento dalle vibrazioni: isolamento attivo e passivo.

   

  - Sistemi a molti gradi di libertà (MDOF)

  Matrice di rigidezza. Matrice di massa. Matrice di smorzamento. Determinazione di modi e frequenze proprie di vibrazione. Analisi modale con spettro di risposta. Cenni sui metodi di integrazione numerica delle equazioni del moto. Cenni di analisi dinamica non lineare. Esercitazioni sull'analisi modale e la determinazione della domanda sismica in termini di sollecitazioni e spostamenti. Spostato nella parte finale del modulo B: analisi con dispositivi di dissipazione energetica e di strutture simicamente isolate.

• PROGETTO DI COSTRUZIONI IN ZONA SISMICA

  Edifici antisismici a struttura intelaiata in c.a.

  Anticipato al modulo A: Terremoti e pericolosità sismica. Impostazione della carpenteria per portare azioni orizzontali (vento, sisma). Previsione delle caratteristiche di sollecitazione indotte negli elementi strutturali da azioni orizzontali. Criteri di dimensionamento delle sezioni.

  Stima della rigidezza degli elementi strutturali e del periodo proprio della struttura. Previsione più accurata delle azioni sismiche e delle caratteristiche di sollecitazione negli elementi strutturali. Dimensionamento, o revisione del dimensionamento, degli elementi strutturali. Modellazione della struttura. Schemi di carico base e combinazione degli schemi di carico. Analisi dei risultati. Progetto delle armature negli elementi strutturali, nel rispetto dei principi del capacity design.

  Aspetti particolari: influenza degli elementi non strutturali sul comportamento della struttura.

  Edifici antisismici con pareti in c.a.

  Presenza di pareti in c.a. solo al piano cantinato e sua influenza sul comportamento della struttura sovrastante.

  Edifici in cui l’azione sismica è affidata sostanzialmente a pareti in c.a. Problemi specifici di comportamento, modellazione e calcolo.

  Metodi innovativi di protezione sismica

  Isolamento alla base.

Testi di riferimento

• DINAMICA DELLE STRUTTURE
  1. Anil K. Chopra. Dynamics of structures: Theory and applications to earthquake engineering. Upper Saddle River, N.J., Pearson/Prentice Hall, 2007.
  2. Aurelio Ghersi, Pietro Lenza. Edifici antisismici in cemento armato. Dario Flaccovio Editore, Palermo, 2017.
• PROGETTO DI COSTRUZIONI IN ZONA SISMICA

  Aurelio Ghersi, Pietro Lenza. Edifici antisismici in cemento armato. Dario Flaccovio Editore, Palermo, 2017.

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

• DINAMICA DELLE STRUTTURE

  Il livello di apprendimento degli studenti verrà verificato durante il corso mediante il coinvolgimento degli studenti in esercitazioni svolte in aula o esercizi da svolgere a casa, sia in forma individuale che di gruppo

• PROGETTO DI COSTRUZIONI IN ZONA SISMICA

  Al termine del corso (modulo A+B) verrà effettuato un unico esame, comprendente sia la parte di Dinamica delle strutture che di Progetto di costruzioni in zona sismica. Lo svolgimento dell’esame è subordinato al completamento delle attività progettuali previste all'interno del modulo B. L’esame consisterà nella discussione dei progetti svolti e delle problematiche teoriche connesse alla dinamica delle strutture ed al progetto svolto.

  La prenotazione per l’appello d’esame è obbligatoria e deve essere fatta esclusivamente via internet attraverso il portale studenti http://portalestudente.unict.it/portalestudente, entro il periodo previsto.

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

• PROGETTO DI COSTRUZIONI IN ZONA SISMICA

  Discussione del progetto svolto