Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. Aspetti normativi ed esempio applicativo

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI BERGAMO ORDINE INGG. BERGAMO Pagina i/53 LE NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI - D.M. 14 Gennaio 2008 AZIONE SISMICA E PROGETTAZIONE PER AZIONI SISMICHE Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. Aspetti normativi ed esempio applicativo Prof. Paolo Riva Dipartimento di Progettazione e Tecnologie Facoltà di Ingegneria Università di Bergamo V. Marconi, Dalmine (BG) paolo.riva@unibg.it

2 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina ii/53

3 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina iii/53 INDICE pag. 1. DISPOSIZIONI NORMATIVE PER LE STRUTTURE PREFABBRICATE Tipologie Strutturali, Criteri Generali, e Fattori di Struttura Connessioni Elementi Strutturali ESEMPIO Introduzione Descrizione Della Struttura Caratteristiche dei Materiali Analisi dei Carichi Spettro di Progetto Elastico e di Progetto Pilastri Determinazione della Rigidezza dei Pilastri Analisi delle Sollecitazioni Verifiche SLU Disposizioni Costruttive (Armature Trasversali) Dimensionamento al Variare della Zona Sismica e del fattore di struttura Dimensionamento al Variare della Zona Sismica e del fattore di struttura senza l ipotesi di diaframma di piano (sistema sismo resistente a telai sciolti)... 45

4 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina iv/ Fondazioni - Plinti a Bicchiere CONCLUSIONI RINGRAZIAMENTI Si ringrazia l ing. Luca Cadei per aver svilupato l esempio riportato.

5 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 5/53 1. DISPOSIZIONI NORMATIVE PER LE STRUTTURE PREFABBRICATE 1.1 Tipologie Strutturali, Criteri Generali, e Fattori di Struttura Tipologie Strutturali o Strutture a Telaio; o Strutture a Pareti; o Strutture Miste Telaio-Pareti (insieme di telai prefabbricati e pareti prefabbricate oppure gettate in opera); Strutture a Telaio Con Collegamenti Monolitici Una seconda categoria di sistemi a telaio prefabbricati si riferisce a strutture con collegamenti a cerniera tra travi e pilastri che danno continuità di forze (v. Fig.). A questa categoria di telai, tipica della tecnologia prefabbricata, si applicano le regole relative ai collegamenti tipo (a) di cui al delle NTC, mentre il vincolo di base dei pilastri deve realizzare un incastro totale con la fondazione dimensionato con le regole relative ai collegamenti tipo b di cui al delle NTC Strutture a Telaio Con Collegamenti a Cerniera

6 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 6/53 In aggiunta si considerano anche le seguenti categorie o Strutture a Pannelli Portanti; o Strutture Monolitiche a Celle (strutture composte da elementi scatolari prefabbricati); o Strutture a Pilastri Isostatici (strutture monopiano, con elementi di copertura sostenuti da appoggi fissi gravanti su pilastri isostatici) Le strutture con pilastri isostatici del tipo di quelle rappresentate in Figura, che consentono le libere dilatazioni della copertura per effetto di fenomeni come le variazioni termiche, concentrano le azioni orizzontali dovute al sisma su alcuni pilastri. Per queste strutture si applicano le regole date al con riferimento sia ai collegamenti fissi, sia ai collegamenti scorrevoli

7 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 7/53 Fattore di Struttura Il fattore di struttura da utilizzare per ciascuna direzione della azione sismica è dato dalla seguente espressione: q = q 0 K W K R 1.5 (EC 8) q o è legato alla tipologia strutturale K W è un fattore che dipende dal meccanismo di collasso prevalente in strutture a pareti K W = 1,00 per telai e sistemi accoppiati equiv. a telai K W = (1+Σh wi /Σl wi )/3 1 ( 0,5) per sistemi a pareti, sistemi accoppiati equiv. a pareti, e strutture a nucleo, dove h wi e l wi sono, rispettivamente, l altezza e la dimensione in pianta prevalente delle pareti Le strutture a pareti estese debolmente armate devono essere progettare in CD B. Strutture aventi i telai resistenti all azione sismica composti, anche in una sola delle direzioni principali, con travi a spessore devono essere progettate in CD B a meno che tali travi non si possano considerare elementi strutturali secondari α 1 α u Tabella 1.1 Valori di q 0 Tipologia CD B M EC8 CD A A EC8 Strutture a Telaio, a pareti accoppiate, miste 3.0 α u /α α u /α 1 Strutture a Pareti Singole 3,0 4.0 α u /α 1 Strutture a deformabili torsionalmente 2 3 Strutture a pendolo inverso moltiplicatore della forza sismica orizzontale (taglio alla base) per il quale il primo elemento strutturale raggiunge la sua resistenza flessionale; moltiplicatore della forza sismica orizzontale (taglio alla base) per il quale si verifica la formazione di un numero di cerniere plastiche tali da rendere la struttura labile. Il valore di α u /α 1, può essere calcolato per mezzo di un analisi statica non lineare (push-over) e non può in ogni caso essere assunto superiore a 1,5.

8 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 8/53 Qualora non si proceda ad una analisi non lineare per la valutazione di α u /α 1, i seguenti valori possono essere adottati: a) Strutture a telaio o miste equivalenti a telaio; edifici a telaio di un piano: α u /α 1 = 1,1 edifici a telaio a più piani, con una sola campata: α u /α 1 = 1,2 edifici a telaio con più piani e più campate: α u /α 1 = 1,3 b) Strutture a pareti o miste equivalenti a pareti strutture con solo due pareti non accoppiate per direzione orizzontale: α u /α 1 = 1,1 edifici a pareti non accoppiate: α u /α 1 = 1,1 edifici a pareti accoppiate o miste telaio-pareti: α u /α 1 = 1,2 Quando risultasse q < 1.5, può essere adottato q = 1.5. Per tipologie strutturali diverse da quelle precedentemente definite, ove si intenda adottare un valore q > 1,5, il valore adottato dovrà essere adeguatamente giustificato dal progettista. Strutture aventi i telai resistenti all'azione sismica composti con travi a spessore, anche in una sola delle direzioni principali, devono essere progettate per la Classe di Duttilità CD"B". Strutture con grandi pareti debolmente armate, non potendo contare sulla dissipazione in cerniere plastiche, devono essere progettate per la Classe di Duttilità CD"B".

9 q o Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 9/53 Per Strutture a Pannelli Portanti, Strutture Monolitiche a Celle, Strutture a Pilastri Isostatici o Il fattore di struttura, a meno di studi specifici, può essere definito come: q p = k p q dove: q = q 0 k w k R è il coefficiente di struttura k p è un coefficiente riduttivo, pari ad 1,0 per connessioni poste al di fuori della zona critica, oppure sovradimensionate per rimanere in campo elastico, oppure dissipative, e pari a 0,5 altrimenti q = q Tipologia CD B CD A 0 K W K R 1.5 (EC 8) Strutture a Pannelli 3,0 è legato alla tipologia strutturale 4.0 α u /α 1 Sistemi Strutture Molitiche a Celle 2,0 3,0 Strutture a Pilastri Isostatici 2,5 3,5 K W dipende dal meccanismo di collasso prevalente in strutture a pareti K W = 1,00 per telai e sistemi accoppiati equiv. a telai K W = (1+Σh wi /Σl wi )/3 1 ( 0,5) per sistemi a pareti, sistemi accoppiati equiv. a pareti, e strutture a nucleo, dove h wi e l wi sono, rispettivamente, l altezza e la dimensione in pianta prevalente delle pareti α 1 Telai ad un piano con sommità dei pilastri collegate in entrambe le dir. Sono da considerare come Strutture a Pilastri Isostatici se N sd /(A c f cd ) 0,3 q 0 può essere aumentato se si può dimostrare di avere una più elevata dissipazione nella zona critica moltiplicatore della forza sismica orizzontale (taglio alla base) per il quale il primo elemento strutturale raggiunge la sua resistenza flessionale; α u moltiplicatore della forza sismica orizzontale (taglio alla base) per il quale si verifica la formazione di un numero di cerniere plastiche tali da rendere la struttura labile.

10 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 10/53 Modellazione Strutturale Ai fini della modellazione di strutture prefabbricate, devono essere considerati i seguenti aspetti: 1. Identificazione del ruolo dei diversi componenti strutturali: o Elementi che sopportano solo azioni gravitazionali (ad esempio elementi pendolari in strutture a pareti); o Elementi che sopportano sia azioni gravitazionali sia sismiche (ad esempio elementi di telai o pareti); o Elementi che forniscono vincoli tra parti della struttura (ad esempio diaframmi di piano). 2. Capacità della struttura di soddisfare ai criteri di resistenza e duttilità forniti dalla normativa: o Sistema prefabbricato in grado di soddisfare i requisiti da normativa; o Sistema che viene combinato con elementi costruiti in opera al fine di soddisfare i criteri da Normativa; o Sistema che non soddisfa ai criteri da Normativa, per il quale sono necessari criteri specifici di progettazione e dovrebbe eventualmente essere progettato per un coefficiente di struttura ridotto. 3. Identificazione degli elementi non strutturali: o Completamente disaccoppiati dalla struttura; o Che forniscono un qualche grado di vincolo alla deformabilità della struttura.

11 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 11/53 4. Identificazione degli effetti dei vincoli sulle capacità dissipative della struttura: o Connessioni posizionate all esterno delle zone critiche e che non influenzano le capacità dissipative della struttura (connessioni tipo a); o Connessioni poste all interno delle zone critiche, ma dimensionate in maniera tale da rimanere elastiche, così da consentire che le deformazioni anelastiche si sviluppino in altre parti della struttura (connessioni tipo b); o Connessioni duttili poste all interno delle zone critiche della struttura (connessioni tipo c o d).

12 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 12/53 Criteri di Progetto 1. Resistenza locale: o Negli elementi prefabbricati e nelle loro connessioni, si dovrebbe considerare la possibilità di un degrado della resistenza in seguito al comportamento ciclico oltre lo snervamento. Generalmente questo fenomeno viene coperto dall utilizzo dei coefficienti parziali di sicurezza su calcestruzzo ed acciaio. Qualora ciò non risulti garantito, la resistenza della connessione sotto carichi monotoni deve essere adeguatamente abbattuta. 2. Dissipazione di Energia: o Il meccanismo prevalente di dissipazione dovrebbe aver luogo nelle zone critiche; o Le strutture prefabbricate possono sviluppare meccanismi dissipativi anche per taglio nei giunti purché: (a) la rigidezza non diminuisca in maniera sostanziale con i carichi cilici; b) possibili meccanismi instabili siano adeguatamente controllati; o Possono essere adottate le medesime classi di duttilità delle strutture costruite in opera (L, M, H); o Nel caso si faccia affidamento sulla dissipazione per taglio nei giunti, particolarmente nel caso di strutture a pannelli portanti prefabbricati, il coefficiente di duttilità locale per scorrimento µ s deve essere considerato nel definire il coefficiente di struttura q. 3. Verifica Sismica durante la Costruzione: o Di norma non è necessaria la verifica sismica. Qualora sia necessaria a causa delle eventuali conseguenze sui rischi per la vita umana, può essere svolta adottando una azione sismica ridotta (valore suggerito 30%).

13 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 13/ Connessioni Connessioni Poste Fuori dalle Zone Critiche o Tali connessioni dovrebbero essere posizionate ad una distanza dalla sezione critica almeno pari alla dimensione massima della sezione trasversale; o Dovrebbero essere dimensionate utilizzando; a) un taglio sollecitante determinato applicando il Criterio della Gerarchia delle Resistenze con γ Rd = 1,1 per CDM ed 1,2 per CDA; b) un momento sollecitante pari ad almeno il momento da analisi od al 50% del momento resistente nella sezione critica più vicina, moltiplicato per γ Rd. Connessioni Sovradimensionate o Le sollecitazioni per il calcolo di tali connessioni devono essere calcolate applicando il Criterio della Gerarchia delle Resistenze, sulla base della resistenza flessionale delle sezioni critiche di estremità dell elemento amplificata per γ Rd (M Sd = γ Rd M Rd ), con γ Rd = 1,20 per CDM ed 1,35 per CDA; o Le armature di tali connessioni devono essere ancorate al di fuori della zona critica; o L armatura della zona critica deve essere ancorata all esterno della connessione. Connessioni Duttili o Dovrebbero soddisfare ai criteri di duttilità locale utilizzati per le connessioni monolitiche (es. per le estremità delle travi µ φ = 2qo - 1 se T1 TC e µ φ = 1+2(qo - 1)TC/T1 se T1 < T); o In alternativa, dovrebbe essere dimostrato mediante prove sperimentali cicliche su un numero di campioni sperimentali significativi per la tipologia di connessione, che la connessione possiede un comportamento ciclico stabile ed una capacità dissipativa almeno uguale a quella di una equivalente connessione monolitica che soddisfi ai criteri di duttilità locale da Normativa;

14 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 14/53 o Le prove sperimentali devono essere condotte utilizzando una storia ciclica appropriata, che includa almeno tre cicli ad una ampiezza compatibile con il coefficiente di struttura q p. Resistenza delle Connessioni o La resistenza dei collegamenti deve essere calcolata applicando l EC 2 ed i relativi coefficienti parziali di sicurezza. Qualora le prescrizioni dell EC 2 non consentano la corretta valutazione della resistenza, essa deve essere definita mediante adeguate prove sperimentali; o Nel valutare la resistenza di una connessione nei confronti dello scorrimento a taglio (sliding shear), il contributo resistente dell attrito dovuto all azione assiale esterna dovrebbe essere trascurato; o Le saldature delle armature in connessioni dissipative può essere utilizzata a condizione che: a) venga usato acciaio saldabile; b) il materiale di apporto, le tecniche di saldatura, ed il personale addetto assicurino una perdita di duttilità non superiore al 10% rispetto al caso di connessione non saldata; o Elementi in acciaio (sezioni o barre) pre o post-installati che si ipotizza contribuiscano alla resistenza sismica devono essere verificati sia analiticamente sia sperimentalmente nei confronti di una storia di carico ciclica di deformazioni impresse compatibili con il livello di duttilità specificato per la struttura. Strutture a Pilastri Isostatici o I collegamenti di tipo fisso devono possedere una resistenza a taglio pari alla minore delle due quantità seguenti: a) la forza orizzontale necessaria per indurre nella sezione di base del pilastro un momento flettente pari al momento resistente ultimo, moltiplicata per un fattore γ Rd = 1,35 per strutture in CD A, e γ Rd = 1,20 per strutture in CD B ; b) la forza di taglio derivante dall analisi con una azione sismica valutata con q = 1. o I collegamenti di tipo scorrevole devono essere dimensionati per consentire uno scorrimento pari a: = (d 2 e + dr 2 ) 1/ 2

15 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 15/53 o Ove d e è lo spostamento relativo dovuto all azione sismica tra le due parti della struttura collegate dall apparecchio scorrevole assumendo che le due parti collegate oscillino in opposizione di fase e d r è lo spostamento relativo in condizioni sismiche tra le fondazioni delle due parti collegate. 1.3 Elementi Strutturali Travi o La verifica delle travi viene condotta secondo EC 2; o Travi prefabbricate semplicemente appoggiate devono essere connesse strutturalmente ai pilastri o alle pareti. La connessione deve garantire che il trasferimento delle forze orizzontali avvenga senza far affidamento sull attrito; o Le tolleranze e la resistenza nei confronti dell esplosione del copriferro in corrispondenza degli appoggi deve essere compatibile con gli spostamenti attesi in corrispondenza degli appoggi. Colonne o La verifica delle colonne viene condotta secondo EC 2; o Connessioni colonna-colonna all interno delle zone critiche sono permesse solo per CD B ; o Per sistemi a telaio prefabbricati con travi incernierate ai pilastri, i pilastri devono essere incastrati alla fondazione, utilizzando vincoli dimensionati in maniera tale da garantire che la sezione critica si sviluppi nel pilastro (ad esempio plinti a bicchiere o giunzioni comunque tali da garantire l incastro); Connessioni Trave-Pilastro o Qualora si usino nodi monolitici, essi devono rispettare le prescrizioni dell EC8 per le strutture in opera; o Connessioni sovradimensionate oppure duttili devono essere verificate come precedentemente specificato.

16 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 16/53 Pannelli Portanti o Vale quanto specificato nell EC 2 per le pareti con le seguenti integrazioni: a) la percentuale minima di armatura verticale è riferita all effettiva sezione di calcestruzzo e dovrebbe comprendere sia l armatura verticale dell anima sia quella degli elementi terminali; b) non è permesso l utilizzo di un singolo pannello di rete elettrosaldata; c) in prossimità di tutti i bordi del pannello su una sezione quadrata di lato bw, dove bw è lo spessore del pannello, deve essere predisposta una quantità minima di armatura di confinamento, pari a quella prevista nei pilastri; o La porzione di un pannello compresa tra un giunto verticale and una apertura che sia distantea meno di 2,5bw dal giunto deve essere armata e dimensionata come la zona critica di una parete in c.a.; o Devono essere evitate tipologie di connessioni che mostrino un degrado di resistenza sotto carichi ciclici; o A tal fine, tutti i giunti verticali devono essere scabri o dotati di chiavi di taglio e devono essere verificati a taglio; o Giunti orizzontali compressi lungo tutta la loro lunghezza possono essere realizzati senza chiavi di taglio. Se sono parzialmente tesi e parzialmente compressi devono essere dotati di chiavi di taglio lungo tutto lo sviluppo;

17 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 17/53 o Le connessioni orizzontali devono soddisfare alle seguenti regole addizionali: a) l azione di trazione nel giunto prodotta dall azione assiale deve essere incassata da armatura verticale disposta nel giunto ed ancorata completamente nei pannelli superiori ed inferiori. La continuità di tale armatura deve essere assicurata mediante saldatura (duttile) o, preferibilmente, con chiavi opportunamente disposte (vd. Figura); b) nelle connessioni che risultino parzializzate nella combinazione sismica, la verifica a taglio va effettuata nella sola zona compressa, utilizzando come azione assiale la risultante delle azioni di compressione nel giunto; Posizione dei giunti A- Saldatura delle armature sovrapposte

18 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 18/53 o Le seguenti prescrizioni addizionali devono essere osservate, per migliorare la duttilità lungo i giunti verticali: a) Una percentuale minima di armatura pari a 0,10% deve essere posizionata in giunti integralmente compressi ed a 0,25% in giunti parzialmente tesi; b) La quantità di armatura nel giunto deve essere limitata per evitare rotture fragili (ρ 2%); c) Tale armatura dovrebbe essere distribuita lungo tutto il giunto, salvo per DCM dove può essere concentrata in tre zone; d) L armatura deve essere resa continua tra pannelli contigui (vd. Figura); e) Per controllare la fessurazione, all interno del getto di completamento deve essere disposta una quantità minima di armatura longitudinale (consigliato ρ c,min = 1%); f) A causa delle capacità dissipative dei giunti verticali ed, in parte di quelli orizzontali, pareti costituite da pannelli affiancate non richiedono confinamento nelle zone terminali.

19 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 19/53 Diaframmi di Piano In aggiunta alle prescrizioni dell EC2 per le piastre ed i solai ed alle prescrizioni fornite dall EC8 per i diaframmi di piano realizzati con elementi prefabbricati devono essere considerate anche le seguenti regole: o Se il piano non può essere considerato infinitamente rigido (un diaframma può essere considerato rigido se gli spostamenti di piano nell ipotesi di considerare la sua attuale flessibilità non differiscano di più del 10% da quelli ottenuti con l ipotesi di impalcato rigido), sia l effettiva rigidezza sia i vincoli con gli elementi verticali devono essere considerati nel modello di analisi; o La rigidezza di piano è drasticamente aumentata se il diaframma è continuo, salvo che in corrispondenza degli appoggi. In particolare, un getto di completamento in opera può rendere il diaframma rigido. Lo spessore di tale getto dovrebbe essere di almeno 40mm per luci fino a 8m, e maggiore di 50mm per luci superiori. La rete elettrosaldata in esso disposta dovrebbe essere connessa con gli elementi verticali portanti; o Le forze di trazione dovrebbero essere resistite da armature in acciaio posizionate almeno lungo tutto il perimetro del diaframma, così come in parte dei giunti tra gli elementi prefabbricati. Se si usa un getto di completamento, tale armatura di collegamento dovrebbe essere posizionata nella cappa; o In ogni caso, le armature di collegamento dovrebbero costituire un sistema continuo di armatura lungo l intero diaframma e dovrebbero essere efficacemente connesse a ciascun elemento sismo-resistente; o Le azioni di membrana lungo i giunti tra i pannelli di solai e tra questi e le travi devono essere calcolate amplificando le azioni per un fattore 1,30; o Elementi sismo-resistenti primari, sia superiori sia inferiori al piano, devono essere adeguatamente connessi al diaframma. A tal fine, qualsiasi collegamento orizzontale deve essere adeguatamente armato. Non si dovrebbe fare affidamento sull attrito dovuto ad azioni assiali esterne.

20 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 20/53 2. ESEMPIO 2.1 Introduzione Si intende progettare e verificare un edificio prefabbricato regolare situato in zona sismica secondo le prescrizioni delle Norme tecniche per le costruzioni di cui al D.M ; I requisiti di sicurezza a cui dovrà rispondere la struttura sono: SLV (Stato Limite di salvaguardia della Vita) - Stati limite ultimi A seguito del terremoto la costruzione subisce rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e significativi danni dei componenti strutturali cui si associa una perdita significativa di rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali; la costruzione conserva invece una parte della resistenza e rigidezza per azioni verticali e un margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni sismiche orizzontali. SLD (Stato Limite di Danno) - Stati limite di esercizio A seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali, le apparecchiature rilevanti alla sua funzione, subisce danni tali da non mettere a rischio gli utenti e da non compromettere significativamente la capacità di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali ed orizzontali, mantenendosi immediatamente utilizzabile pur nell interruzione d uso di parte delle apparecchiature. NORMATIVE DI RIFERIMENTO Azioni sulle Costruzioni Norme tecniche per le costruzioni (D.M ) Strutture in C.A. Norme tecniche per le costruzioni (D.M ) Strutture in Zona Sismica Norme tecniche per le costruzioni (D.M ) Eurocodice 1 Eurocodice 2 Eurocodice 8

21 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 21/ Descrizione Della Struttura

22 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 22/ Caratteristiche dei Materiali f ck = 45 MPa Calcestruzzo C45/55 (R ck 55MPa) f ctm = 0.3f ck 2/3 = 3.80 MPa f yk = 430 MPa Acciaio da Armatura FeB44k ( B450B) E s = MPa f ctk0.05 = 0.7 f ctm = 2.7 MPa E c = 9500 (f ck + 8) 1/3 = MPa γ s = 1.15 f yd = f yk /γ s = MPa γ c = 1.5 f cd = f ck /γ c = 30 MPa α cc = 1.0 (Verifica Sismica SLU) α cc = 0.85 (Verifica SLU non sismica) τ rd = 0.25 f ctk0.05 /γ c = 0.45 MPa f c2 = (0.7 f ck /200)f cd = 14.25MPa ε yd = f yd / E s = 1.82 ε su = 10 (solo per azioni NON sismiche) Acciaio da Precompressione (Trefoli) f ptk = 1860 MPa f p0,1k = 1580 MPa E s = MPa ε c1 = 2.0 ε cu = 3.5 γ p = 1.15

23 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 23/ Analisi dei Carichi Carichi Permanenti (G k ) Tegoli: 6,60 kn/m (incidenza 1,42 kn/m 2 ) Finiture: 0,31 kn/m 2 Carichi Variabili (Q k ) Neve: 1,30 kn/m 2 NON RILEVANTE PER VERIFICA SISMICA Travi ad I Travi ad I: 8,10 kn/m (H = 120 cm) 5,35 kn/m (H = 100 cm) Pilastri 70x70: 6,13 kn/m Pannelli 3,20 kn/m 2 Combinazione per le verifiche con Sisma γ I E + G 1 + G 2 + P k + (ψ 2i Q ki ) E az. sismica dovuta a: G 1 + G 2 + (ψ 2i Q ki ) γ I = 1,0 (Edificio ordinario) ψ 2i (SLV) = ψ 2i (SLD) = 0 (neve a quota < 1000 m) Combinazione per le verifiche senza Sisma γ g1 G 1 + γ g2 G 2 + γ p P k + γ q [Q 1k + i=2,n (ψ 0i Q ik )] γ g1 = 1,30 (carichi permanenti strutturali) γ g1 = 1,50 (carichi permanenti non strutturali) γ p = 0,90 γ q = 1,50

24 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 24/ Spettro di Progetto Elastico e di Progetto Spettro di Risposta Elastico Spettro di Risposta di Progetto S e (T) a g S ηf 0 S d (T) a g S a g S F 0 q a g S 0,20a g T B T C T D T T B T C T D T η = 1/q

25 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 25/53 Vita nominale struttura: 50 anni Classe d uso della costruzione: Cu = 1 Classe II - Costruzioni il cui uso preveda normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per l ambiente e senza funzioni pubbliche e sociali essenziali. Industrie con attività non pericolose per l ambiente. Ponti, opere infrastrutturali, reti viarie non ricadenti in Classe d uso III o in Classe d uso IV, reti ferroviarie la cui interruzione non provochi situazioni di emergenza. Dighe il cui collasso non provochi conseguenze rilevanti Caterogoria topografica: T1 Categoria sottosuolo C: Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fina mediamente consistenti con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs,30 compresi tra 180 m/s e 360 m/s (ovvero 15 < NSPT,30 < 50 nei terreni a grana grossa e 70 < cu,30 < 250 kpa nei terreni a grana fina). Superficie pianeggiante, pendii e rilievi isolati con inclinazione media i 15 Fattore di smorzamento: ξ = 0,05 η = 1,0 FATTORE DI STRUTTURA: q = q 0 K R Edificio regolare in altezza: K R = 1,0 Struttura a telaio (monopiano): Alta duttilità q 0 = 4,95 q = 4,95 Bassa duttilità q 0 = 3,30 q = 3,30 Vedi Bozza di Istruzioni per l applicazione delle Norme tecniche per le Costruzioni di cui al D.M Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici

26 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 26/53 ESEMPI DI CALCOLO: Zona ad elevata sismicità: ag 0,25g es. Gemona (UD): SLV: ag = 0,259 m/s 2 F 0 = 2,408 Tc*= 0,331 s Zona di media sismicità: ag 0,12g es. Seriate (BG) SLV: ag = 0,118 m/s 2 F 0 = 2,419 Tc*= 0,270 s OSSERVAZIONE: Comuni della provincia di Bergamo classificati in zona 2 (ag=0,25g) come Fontanella, Calcio Pumenengo, sono invece caratterizzati da valori di ag (0,12-0,13)g secondo gli spettri definiti dalle Norme Tecniche

27 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 27/53 Confronto tra spettri di progetto per le azioni orizzontali e verticali e spettro per SLD Sd (T) 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 ag=0,25g - CDB ag=0,25g - CDA ag=0,12g - CDB SLV Sd (T) 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 ag=0,12 - CDB ag=0,25 - CDA-B SLD 0,15 0,15 0,10 0,10 0,05 0,00 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 T (s) 0,05 0,00 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 T (s) 0,30 ag=0,25 - CDA_B Combinazione delle componenti 0,25 ag=0,13 - CDB dell azione sismica Sd (T) 0,20 0,15 0,10 SLV verticale E x + 0,30 E y + 0,30 E z (Pilastri) 0,05 0,00 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 T (s) 0,30E x + E y + 0,30 E z (Pilastri) E z (Travi-Tegoli)

28 Paolo Riva Progettazione sismica di edifici prefabbricati in c.a. - Aspetti normativi ed esempio applicativo Pagina 28/ Pilastri Determinazione della Rigidezza dei Pilastri Ipotesi Perc. Armatura: ρ s = 2% A s = 0,02x700x700 = 9800 mm 2 (24φ24 = 10800mm 2 ) Rigidezza Sezione solo c.a.: EI g = 35,7x10 6 (0,7 4 /12) = 7,14x10 5 knm 2 Rigidezza Sezione Omogeneizzata (n=7): EI * = 35,7x10 6 (2,46x10-2 ) = 8,79x10 5 knm 2 Rigidezza Secante a Snervamento (M y /χ y ): N = 1000 kn (Valore di Rif. per pilastri) M y 1330 knm ε sy = 430/ = (d-x) = 0,65-0,22 χ y = ε sy /(d-x) = 0, /m (EI) y = M y /χ y = 2,75x10 5 knm 2 Rigidezza fessurata approssimata: 1/2 (EI g ) = 3,57 x10 5 knm 2