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Costruzioni in zona sismica


Costruzioni in zone sismiche | Seismic design, assessment & retrofit

Obiettivi generali|General learning outcomes

Il corso ha l’obiettivo principale di fornire le basi teoriche e gli strumenti analitici per comprendere il comportamento dinamico delle strutture soggette ad azione sismica, al fine di permettere una lettura e un’applicazione consapevole delle norme tecniche per la progettazione del nuovo e l’intervento sull’esistente.

Main objective of the course is to provide students with the theoretical bases and quantitative tools to understand the dynamic behaviour of structures subjected to the seismic action, with the final goal of allowing correct application of the modern code provisions for seismic design, assessment and retrofit.

Obiettivi specifici|Specific learning outcomes

    1. Conoscenza e capacità di comprensione.
      Al completamento del corso lo studente conosce le basi della risposta strutturale ad azioni dinamiche. Comprende inoltre le incertezze associate alla valutazione dell’azione sismica e della capacità strutturale in regime di risposta non lineare, specialmente con riferimento alle strutture esistenti. Conosce infine i principi della protezione sismica delle strutture e le principali strategie di progetto o di intervento su strutture esistenti.
    2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
      Al completamento del corso lo studente: a) è in grado di valutare l’azione sismica di normativa in un sito d’interesse, di determinare le proprietà dinamiche fondamentali che influenzano la risposta di una struttura in tale sito, di effettuare delle verifiche preliminari del comportamento della stessa; b) conosce la differenza tra l’azione di progetto/verifica e l’azione registrata in un sito durante un evento e non effettua confronti impropri tra le due; c) è in grado di comprendere come le scelte architettoniche influenzino il successivo comportamento dinamico della struttura sotto sisma e di tenerne conto in fase di progetto; d)  è in grado di riconoscere i particolari costruttivi e le impostazioni dell’organismo strutturale che portano a comportamenti difettivi; e) è infine in grado di selezionare almeno a livello di studio di massima una strategia di intervento e di interagire con un altro professionista specialista dell’adeguamento sismico.
    3. Autonomia di giudizio.
      Alla fine del corso lo studente ha acquisito autonomia di giudizio sulle scelte progettuali architettoniche che influenzano la risposta della costruzione all’azione sismica ed è in grado di evitare errori grossolani garantendo una collaborazione proficua in un gruppo di progettazione.
    4. Abilità comunicative.
      Alla fine del corso lo studente deve poter sostenere una discussione tecnica sulle tematiche del corso con altro professionista del settore. All’acquisizione di tale capacità è rivolta l’attenzione estrema verso l’utilizzo appropriato di un linguaggio tecnico rigoroso, durante le lezioni e in sede di svolgimento dell’esame orale.
    5. Capacità di apprendimento.
      Alla fine del corso lo studente dev’essere in grado di proseguire lo studio in modo autonomo sulle tematiche attinenti il corso. All’acquisizione di tale capacità è rivolta l’attenzione verso il materiale didattico, attraverso il quale lo studente viene familiarizzato con le fonti autorevoli nella letteratura tecnica internazionale.

    1. Knowledge and understanding skill.
      At the end of the course the students know the fundamentals of the structural response to dynamic actions. Further, they understand the uncertainties associated with the prediction of seismic action and of structural capacity in the nonlinear regime, especially with reference to existing structures. Finally, they know the principles of seismic protection and the main design or intervention strategies.
    2. Applying knowledge and understanding skill.
      At the end of the course the students: a) can evaluate the design seismic action in a site of interest, determine the main dynamic properties of a structure and carry out preliminary verification of the structural performance; b) understand the difference between design seismic action and seismic action recorded at a site during a specific event, avoiding ill-funded comparisons; c) understand the architectural choices that have an impact on the ensuing dynamic behaviour of the structure subjected to seismic action; d) identify the construction details and conceptual design choices leasing to defective behaviour; e) are able to select at least at an initial design stage the strategy of intervention on an existing structure and to interact with seismic retrofit specialist.
    3. Making judgement skill.
      At the end of the course the students can judge by themselves the influence of their architectural design choices on the seismic behaviour and avoid gross conceptual design errors, likely leading to a more effective collaboration within the design team.
    4. Communication skill.
      At the end of the course the students can engage in technical discussion with another specialist in the field. Specific focus on the use of a rigorous technical language during lectures and the oral examination is aimed at ensuring the acquisition of this skill.
    5. Learning skill.
      At the end of the course the students can carry on self-learning on the course topics. Acquisition of this skill is ensured by the selection of the lecture notes, through which the students are familiarized with the authoritative sources of information in the international scientific and technical literature.

    Prerequisiti|Required prior knowledge

    Per poter comprendere i contenuti dell’insegnamento e conseguire gli obiettivi di apprendimento, all’inizio delle attività didattiche è necessario che lo studente possegga in termini operativi le seguenti conoscenze:
    1. Fondamenti di analisi matematica e in particolare integrale semplice e doppio, derivate prima e seconda, equazioni differenziali lineari, prodotto tra matrici, determinante di una matrice.
    2. unità di misura derivate, multipli e sottomultipli.
    3. Risultante e relativa posizione di un sistema di forze applicate.
    4. Baricentro di corpi pesanti.
    5. Reazioni vincolari di sistemi isostatici.
    6. Caratteristiche di sollecitazione di una trave in equilibrio.
    7. Momento di inerzia assiale di figure piane elementari e composte.
    8. Tensioni e deformazioni normali e tangenziali nella trave di Saint Venant.
    9. Nozioni di base del comportamento delle strutture in cemento armato (resistenza a taglio e a flessione, modalità di rottura duttile e fragile, calcolo degli spostamenti di un elemento fessurato).
    10. Metodo semi-probabilistico agli stati limite per la verifica degli elementi strutturali.

    In order to understand the topics of the course and achieve the learning outcomes, at the beginning of teaching activities it is necessary that the student has an operative knowledge of:

    1. Fundamentals of calculus and matrix analysis: simple and double integral, first and second derivative, linear differential equations, matrix product and determinant of a matrix.
    2. Derived units of measures, their multiples and submultiples
    3. Resultant and position of a system of applied forces
    4. Centroid
    5. Reaction forces of statically determinate systems 
    6. Internal forces of a beam in equilibrium 
    7. Axial second moment of inertia of elementary and composite two-dimensional figures
    8. Normal and shear stresses and strains in the Saint Venant beam
    9. Fundamentals on the behaviour of reinforced concrete structures (bending and shear strength, ductile and brittle failure, displacement of cracked beam/slab).
    10. Partial factors method for the verification of structural members.

    Program|Syllabus

    Il corso affronta i seguenti temi, ognuno si articola su più lezioni, per il numero di ore minimo approssimativo indicato: 

    1. Descrizione probabilistica dell’azione sismica (pericolosità sismica di un sito) e determinazione dell’azione di progetto/verifica delle strutture (spettro di risposta): ~ 16 ore; 
    2. Calcolo della risposta dinamica delle strutture in campo lineare (oscillatore semplice, risposta nel tempo e in frequenza, strutture a più gradi di libertà, analisi modale): ~ 16 ore;
    3. Modellazione all’elaboratore: ~ 12 ore; 
    4. Comportamento ciclico non elastico di strutture in cemento armato (materiali, sezione, elemento, struttura): ~ 8 ore; 
    5. Strategie e tecnologie per la protezione sismica degli edifici (gerarchia delle resistenze e duttilità; isolamento sismico; controventi dissipativi; sistemi a controllo del danno PRESSS/PRESLAM): ~ 8 ore; 
    6. Norme tecniche per le costruzioni: disposizioni per la progettazione delle nuove costruzioni (stati limite e periodo medio di ritorno dell’azione, metodi di analisi, classi di duttilità, gerarchia delle resistenze, dettagli costruttivi, isolamento sismico): ~ 8 ore; 
    7. Norme tecniche per le costruzioni: disposizioni per la valutazione e l’adeguamento delle costruzioni esistenti (incertezze e livello di conoscenza, indagini conoscitive, strutture in c.a., verifiche di meccanismi duttili e fragili, formule di capacità per elementi “non sismici”, strutture in muratura, analisi statica non lineare, telaio equivalente, tipologie di intervento): ~ 12 ore.

    The course covers the following topics, each developed over multiple lectures, for the approximate minimum number of hours indicated:

    1. Probabilistic description of the seismic action (probabilistic seismic hazard analysis); Design/verification seismic action (response spectrum): ~ 16 hours;
    2. Fundamentals of structural dynamics in the linear range (single degree of freedom systems, frequency and time-domain solution of forced vibrations; multi-degree of freedom systems, modal analysis): ~ 16 hours;
    3. Brief on finite element modelling: ~ 12 hours;
    4. Cyclic behaviour of reinforced structures: ~ 8 hours;
    5. Strategies e technologies for seismic protection of buildings (ductility and capacity design; seismic isolation; dampers; damage control through PRESSS/PRESLAM systems): ~ 8 hours;
    6. Seismic design code for new structures (limit states and associated mean return period of the seismic action, analysis methods, ductility classes, capacity design, detailing, seismic isolation): ~ 8 hours;
    7. Seismic assessment code for existing buildings (uncertainties and knowledge levels, tests and inspections, RC structures, capacity formula for non-seismically detailed members, masonry structures, nonlinear static analysis, equivalent frame, upgrade and retrofit interventions): ~ 12 hours.

    Testi|Textbook

    Dispense del corso e selezione di articoli tecnici disponibili liberamente sul sito del Docente.

    Lecture notes and a selection of technical papers from the international literature available freely on Instructor's website.

    ESAME

    Esame orale: tre domande per la durata indicativa di 30 minuti. Le domande valutano il livello di raggiungimento degli obiettivi generali e specifici del corso e normalmente comprendono la richiesta di analisi di un problema pratico.

    Oral examination: normally three questions for an approximate duration of about 30’ (but more if required). The questions aim at evaluating the level of attainment of the general and specific goals of the course and normally include the request to approach a practical problem.

    (Courtesy of Giampiero Rellini Lerz)