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Ingegneria sismica

Ingegneria sismica: significato e ambiti di applicazione

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L’ingegneria sismica è la branca dell’ingegneria strutturale che si occupa della progettazione di edifici resistenti all’azione dei terremoti. Scopri tutti i dettagli

I terremoti sono eventi naturali potenti e imprevedibili che possono causare devastazione e perdite di vite umane. Un aiuto essenziale nel contrastare gli effetti negativi legati al verificarsi di tali eventi viene offerto dall’ingegneria sismica.

Si tratta di una disciplina complessa che ha l’obiettivo di analizzare il comportamento strutturale degli edifici e delle infrastrutture sotto l’azione dei terremoti e di sviluppare soluzioni innovative che permettono di minimizzare i danni e migliorare la resistenza delle costruzioni.

In questo articolo ci concentreremo sugli ambiti di applicazione di questa disciplina e sul ruolo svolto dagli ingegneri sismici nell’affrontare le sfide legate alla progettazione e alla costruzione di strutture sismicamente sicure. Esploreremo nel dettaglio i criteri utilizzati per valutare la vulnerabilità sismica degli edifici esistenti e per integrare soluzioni antisismiche nelle nuove costruzioni.

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Cosa si intende per l’ingegneria sismica?

L’ingegneria sismica è un campo dell’ingegneria civile che si occupa dello studio e della progettazione di strutture resistenti ai terremoti. La finalità principale di questa disciplina è quello di garantire che gli edifici e le infrastrutture siano in grado di sopportare le forze sismiche senza subire danni significativi. Per raggiungere questo obiettivo, vengono utilizzati principi scientifici e metodi di analisi avanzati per valutare il rischio sismico e sviluppare strategie di progettazione efficaci.

Durante il processo di progettazione antisismica vengono considerati diversi fattori, come la localizzazione geografica, la magnitudo dei terremoti previsti nella zona e le caratteristiche del terreno. Sulla base di queste informazioni, vengono utilizzati modelli matematici e strumenti di analisi per valutare la risposta sismica delle strutture e determinare le sollecitazioni che queste dovranno sopportare.

L’ingegneria sismica non si limita alla progettazione di nuove costruzioni, ma riguarda anche la valutazione e l’ottimizzazione della sicurezza sismica delle strutture esistenti. Tale approccio si basa sull’ispezione e l’analisi delle opere già realizzate per identificare potenziali punti deboli e proporre interventi di adeguamento o miglioramento sismico.

L’obiettivo finale dell’ingegneria sismica è quello di garantire alle strutture la capacità di resistere in modo affidabile alle forze sismiche e preservare la sicurezza delle persone durante i terremoti. Tutto questo contribuisce a sviluppare ambienti costruiti più sicuri e resilienti, capaci di affrontare gli eventi sismici in modo ottimale, minimizzando i danni e le conseguenze negative.

Il ruolo degli ingegneri sismici

Gli ingegneri sismici sono professionisti del settore dell’ingegneria che si specializzano nello studio e nella progettazione di strutture resistenti ai terremoti. Questi professionisti hanno una formazione specifica nel campo dell’ingegneria sismica e acquisiscono competenze specializzate per affrontare le sfide legate alla progettazione di edifici e infrastrutture in zona sismica.

Gli ingegneri sismici possono provenire da diverse discipline dell’ingegneria, come l’ingegneria civile, l’ingegneria strutturale o l’ingegneria geotecnica. Svolgono un ruolo chiave nella progettazione e nella valutazione della sicurezza sismica delle strutture. Utilizzano principi scientifici, normative e codici edilizi per determinare le sollecitazioni sismiche che una struttura dovrà affrontare e sviluppano soluzioni di progettazione che tengano conto di tali sollecitazioni.

Gli ingegneri sismici eseguono analisi strutturali avanzate impiegando modelli matematici e strumenti di calcolo per valutare la risposta sismica delle strutture e individuare eventuali vulnerabilità. In base a queste analisi, formulano proposte per interventi di adeguamento strutturale o per l’implementazione di sistemi di mitigazione del rischio sismico.

Quali sono gli ambiti di applicazione dell’ingegneria sismica?

L’ingegneria sismica trova applicazione in diversi ambiti che riguardano la progettazione, la costruzione e l’analisi del comportamento delle strutture e delle infrastrutture in relazione ai terremoti. Di seguito sono elencati alcuni dei principali settori di competenza dell’ingegneria sismica:

  1. progettazione di edifici: l’ingegneria sismica viene utilizzata per progettare edifici residenziali, commerciali, industriali e pubblici che siano in grado di resistere all’azione dei terremoti, evitando crolli o danni irreversibili. Questo processo abbraccia la selezione accurata dei materiali, la definizione della migliore configurazione strutturale, l’analisi della risposta sismica e l’integrazione nella struttura di appositi sistemi e dispositivi di protezione antisismica;
  2. infrastrutture: l’ingegneria sismica trova applicazione nella progettazione di infrastrutture critiche, quali ponti, dighe, porti, reti di trasporto e sistemi di approvvigionamento idrico. L’obiettivo primario è garantire la sicurezza e la funzionalità di queste strutture in caso di terremoti. Questo approccio consente di sviluppare infrastrutture in grado non solo di resistere alle forze sismiche, ma anche di preservare la loro integrità e funzionalità. In tal modo, si contribuisce significativamente a minimizzare gli impatti negativi sulle comunità e le aree circostanti nel caso in cui si verifichino eventi avversi;
  3. adeguamento delle strutture esistenti: gli ingegneri sismici conducono valutazioni sulla sicurezza sismica di edifici e infrastrutture preesistenti al fine di individuare possibili vulnerabilità e suggerire interventi di rafforzamento. Questi interventi possono includere modifiche strutturali, l’implementazione di sistemi di dissipazione dell’energia o l’installazione di isolatori sismici;
  4. normative e pianificazione urbanistica: l’ingegneria sismica contribuisce alla definizione di normative e codici edilizi per le aree ad alto rischio sismico. Gli ingegneri sismici offrono consulenza strategica nella pianificazione urbanistica, collaborando per individuare aree sicure per la costruzione e sviluppando approcci mirati alla mitigazione del rischio sismico;
  5. ricerca e sviluppo: gli ingegneri sismici sono impegnati nella ricerca e nello sviluppo di nuove tecniche, materiali e tecnologie volte a migliorare la sicurezza sismica delle costruzioni. Le principali attività in questo settore includono lo studio dei movimenti sismici, l’analisi strutturale avanzata, la creazione di sistemi per il monitoraggio sismico in tempo reale e l’adozione di nuovi dispositivi di isolamento e dissipazione dell’energia;
  6. gestione dell’emergenza: l’ingegneria sismica contribuisce alla pianificazione e alla definizione delle procedure finalizzate alla gestione dell’emergenza sismica. Gli ingegneri sismici lavorano a stretto contatto con le organizzazioni di protezione civile per sviluppare piani di evacuazione, definire procedure di sicurezza e valutare gli impatti dei terremoti sulle comunità.
Ambiti di applicazione ingegneria sismica

Ambiti di applicazione ingegneria sismica

L’ingegneria sismica per la progettazione di nuovi edifici

L’ingegneria sismica è una disciplina che si occupa della progettazione di nuovi edifici in modo tale da renderli resistenti agli eventi sismici. Questo processo si articola in diverse fasi, ognuna delle quali contribuisce alla creazione di costruzioni affidabili e sicure.

I criteri da considerare nella progettazione di nuove strutture in zona sismica possono essere schematizzati nel modo seguente:

  • valutazione del contesto sismico: in una prima fase, si analizza attentamente il contesto di intervento. Vengono considerati parametri come la sismicità della zona, nonché la frequenza e l’intensità degli eventi sismici storici. Questa valutazione fornisce le informazioni necessarie per definire i carichi sismici di progetto;
  • caratteristiche geotecniche del terreno: la tipologia del suolo e le sue caratteristiche geotecniche influenzano la risposta sismica dell’edificio. Questi parametri vengono valutati attentamente per determinare il tipo di fondazione e adottare le misure necessarie per mitigare gli effetti dei terremoti;
  • materiali sismo-resistenti: la scelta dei materiali è importante per garantire la resistenza sismica dell’edificio. Ad esempio, l’uso di calcestruzzo armato, acciaio strutturale o murature rinforzate può contribuire a migliorare la resistenza della struttura. È fondamentale utilizzare materiali di alta qualità e conformi alle normative di riferimento;
  • configurazione strutturale: la configurazione strutturale dell’edificio gioca un ruolo determinante in termini di resistenza sismica. La scelta della struttura portante da utilizzare (come le strutture a telaio in cemento armato e acciaio, o le strutture a pareti portanti in muratura) deve essere attentamente valutata in base alle caratteristiche del terreno, alle dimensioni dell’edificio e alle prescrizioni normative;
  • comportamento sismico dell’edificio: è necessario condurre un’analisi strutturale approfondita per valutare il comportamento dell’edificio sotto carichi sismici. Utilizzando software di modellazione avanzata, viene simulata la risposta dinamica dell’edificio a diverse intensità sismiche. Questa analisi aiuta ad ottimizzare la configurazione strutturale e a identificare eventuali punti critici che richiedono particolare attenzione nella progettazione;
  • dettagli costruttivi: i dettagli costruttivi, come le connessioni strutturali, gli elementi di rinforzo e le giunzioni, sono fondamentali per garantire la resistenza sismica dell’edificio. È opportuno adottate tecniche di costruzione appropriate che tengano conto delle sollecitazioni sismiche e garantiscano una connessione efficace tra gli elementi strutturali.

L’ingegneria sismica per la valutazione della vulnerabilità delle strutture esistenti

Oltre che nella costruzione di nuovi edifici, l’ingegneria sismica svolge un ruolo determinante nel valutare la vulnerabilità delle strutture esistenti nei confronti dei terremoti, contribuendo a identificare e affrontare potenziali rischi.

In linea generale, la valutazione della vulnerabilità inizia con una dettagliata ispezione visiva dell’edificio, oltre ad un esame accurato della sua storia costruttiva, dei materiali utilizzati e delle eventuali modifiche apportate nel corso del tempo. Si utilizzano, poi, metodologie avanzate, come l’analisi strutturale dinamica, per simulare il comportamento della costruzione sotto l’azione dei terremoti. Durante questo processo, vengono identificati i possibili punti deboli e le aree critiche che potrebbero compromettere la sicurezza della struttura. Sulla base di tali analisi, si formulano raccomandazioni specifiche per interventi di adeguamento strutturale.

Il processo di valutazione della vulnerabilità sismica deve essere effettuato tenendo conto delle prescrizioni fornite dalla normativa tecnica. Le NTC 2018 individuano i seguenti passaggi fondamentali:

  • analisi storico-critica: si tratta della fase iniziale del processo conoscitivo dell’opera dove si raccoglie la documentazione progettuale disponibile, la quale fornisce informazioni preliminari sulla geometria, i dettagli costruttivi e i materiali impiegati nella struttura;
  • rilievo geometrico: le caratteristiche geometriche descritte nella documentazione progettuale vengono riscontrate con rilievi in loco per individuare il sistema sismo-resistente e verificare la presenza di difetti di progettazione o danni nascosti;
  • caratterizzazione meccanica dei materiali: dopo la fase di rilievo viene valutata la capacità di resistenza dei materiali utilizzati nella struttura mediante indagini eseguite in situ o in laboratorio;
  • definizione del livello di conoscenza: in base alla documentazione disponibile e alle indagini effettuate, viene definito il livello di conoscenza della struttura. Esistono tre diversi livelli di conoscenza (LC1, LC2 e LC3), ognuno dei quali richiede specifiche analisi storico-critiche, rilievi geometrici, indagini in situ e prove meccaniche, con diversi gradi di estensione ed esaustività;
  • attribuzione del fattore di confidenza: sulla base del livello di conoscenza si definiscono i cosiddetti fattori di confidenza. Questi ultimi sono coefficienti riduttivi delle proprietà meccaniche, il cui valore dipende dal livello di conoscenza acquisito. Più basso è il livello di conoscenza, maggiore sarà il fattore di confidenza;
  • analisi strutturale: dopo aver raccolto tutte le informazioni necessarie, è possibile procedere con l’analisi strutturale, che può essere effettuata seguendo due approcci distinti (lineare o non lineare. Le analisi lineari sono le più diffuse e vengono utilizzate per la progettazione di nuove strutture. Le analisi non lineari sono più complesse dal punto di vista del calcolo numerico ma permettono di valutare meglio il comportamento strutturale durante un evento sismico;
  • definizione degli interventi: in base ai risultati ottenuti dell’analisi strutturale e dalla valutazione della vulnerabilità sismica, vengono definiti gli interventi necessari per rinforzare la struttura. Durante questo processo si valuta attentamente il grado di miglioramento sismico che può essere conseguito con ciascun intervento, garantendo un approccio mirato ed efficace nel potenziare la resistenza della struttura nei confronti delle sollecitazioni sismiche.
Vulnerabilità delle strutture esistenti

Vulnerabilità delle strutture esistenti |EdiLus EdiLus

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