Selezione assistita dell input sismico e nuove Norme Tecniche per le Costruzioni

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Donato Villani
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1 Selezione assistita dell input sismico e nuove Norme Tecniche per le Costruzioni i Iunio Iervolino Dipartimento di Ingegneria Strutturale Università degli Studi di Napoli Federico II

2 apparso online 15 gennaio 2008

3 Limiti dello studio secondo OPCM/EC8 Difficoltà/impossibilità di trovare combinazioni compatibili per gli spettri di zona 1. Estrema variabilità dei singoli spettri (almeno per le combinazioni da non scalare) rispetto allo spettro di normativa il che non consente (con soli 7 accelerogrammi) di stimare con sufficiente accuratezza la risposta strutturale condizionata allo spettro. S l dll bi i i l i l i à l i ( Scarso legame delle combinazioni con la pericolosità al sito (a causa dell utilizzo di soli 3 spettri).

4 NTC punto Le NTC stabiliscono il principio per cui le azioni sismiche sulle costruzioni si stabiliscono in relazione alla pericolosità del sito definita in termini di accelerazione orizzontale massima attesa su suolo e del corrispondente spettro di risposta elastico. Per accelerazione massima attesa s intende il picco del segnale che ha una certa probabilità, P VR, di essere superato in un periodo di riferimento. Nelle NTC, tale periodo è il prodotto dalla vita nominale della costruzione C U, e del coefficiente d uso V N. P VR (Stato Limite) C U V N [anni] 81% Operatività (SLO) 0.7 (I. Strutture secondarie) 10 (Opere provvisorie) 63% Danno (SLD) 1.0 (II. Strutture ordinarie) 50 (Opere ordinarie) 10% Salvaguardia della vita (SLV) 1.5 (III. Strutture importanti) 100 (Grandi opere) 5% Prevenzione del Collasso (SLC) 2.0 (IV. Strutture strategiche) Per definire lo spettro elastico ( ) in accelerazione oltre ad a g sono necessari altri due parametri: F o, cioè il valore del rapporto tra il massimo dello spettro e a g per quel sito (amplificazione spettrale) etccherappresenta il periodo finale del ramo piatto dello spettro.

5 Sant Angelo dei Lombardi e Nusco (AV) Le accelerazioni su roccia 10% in 50 anni secondo lo studio INGV valgono g (Nusco) e g (SAdL) e sono classificati in Zona II e I rispettivamente.

6 NTC punti 7342e E consentito l impiego di accelerogrammi artificiali, simulati e provenienti da registrazioni di eventi sismici reali. Per quanto riguarda quelli simulati e reali è indicato che si qualifichi la scelta in base alle effettive caratteristiche della sorgente, della propagazione e/o dell evento dominante. Gli accelerogrammi reali possono poi essere scalati per meglio approssimare lo spettro di riferimento. Per gli accelerogrammi artificiali l'ordinata spettrale media non deve presentare uno scarto in difetto superiore al 10%, rispetto alla corrispondente componente dello spettro elastico (ξ = 5%), in alcun punto del maggiore tra gli intervalli 0.15 sec 2.0 sec e 0.15 sec 2T, ( T = periodo fondamentale) per le verifiche agli stati limite ultimi, e 0.15 sec 1.5 T, per le verifiche agli stati limite di esercizio. In si specifica che gli effetti sulla struttura sono rappresentati dai valori medi degli effetti più sfavorevoli ottenuti dalle analisi, se si utilizzano almeno sette diversi gruppi di accelerogrammi, dai valori più sfavorevoli degli effetti, in caso contrario. In nessun caso si possono adottare meno di tre gruppi di accelerogrammi.

7 Sembra suggerire Queste indicazioni sembrano suggerire lo scaling degli accelerogrammi, scelti a seguito della disaggregazione della pericolosità simica, al valore dello spettro di riferimento corrispondente al periodo fondamentale della struttura.

8 Problema: non è sempre e disponibile la disaggregazione e che ci interessa. Es. l Ospedale del Mare Disaggregazione della pericolosità (ag) (Dati disponibili online dall INGV) Disaggregazione della pericolosità ad hoc PGA Sa(2sec) Vn=100 anni; Cu=IV; Pr=31% => Tr=120 anni

11 Quindi, che fare? E quindi possibile utilizzare, in alternativa, le condizioni di compatibilità spettrale media definite per i segnali artificiali anche per quelli naturali, avendo cura in ogni caso di rispettare le condizioni geologiche g di sito e di scegliere accelerogrammi il cui spettro è, per quanto possibile, generalmente simile a quello di riferimento (Circolare?). Queste istruzioni rispecchiano la considerazione per cui cercare accelerogrammi con magnitudo e distanza ottenuti dalla disaggregazione è secondario rispetto a sezionarli in modo da avere forma spettrale simile a quella di riferimento. Questo per due motivi: perché la risposta strutturale non lineare è prima di tutto sensibile alla forma spettrale e poi perché, in realtà, tutte le norme indicano di scegliere gli accelerogrammi in base a magnitudo e distanza di riferimento proprio perché si crede, a ragione, che la magnitudo influenzi la forma spettrale.

Opzioni Ricerca 1D, 2D, 3D Tipi di accelerogrammi tra

12 Definizione sito Definizione periodo di ritorno di interesse Tolleranze di compatibilità della media Opzioni Ricerca 1D, 2D, 3D Tipi di accelerogrammi tra cui Tipi di accelerogrammi tra cui cercare le combinazioni compatibili

13 Spettri di input di normativa Output di REXEL 2.0 beta Combinazioni compatibili trovate (orizzontali e/o verticali) in ordine crescente di dispersione degli spettri rispetto a quello di normativa (le prime combinazioni sono le più raccolte) Deviazioni (misure di dispersione dei singoli spettri rispetto allo spettro di normativa) Plot di qualunque delle combinazioni trovate Informazioni di dettaglio (excel) sugli accelerogrammi trovati, stazioni, eventi, magnitudo distanza, etc. Set diversi: coppie o triplette di combinazioni con accelerogrammi che non si sovrappongono (per avere più di 7 accelerogrammi (14 o 21) e stimare con più certezza la risposta della struttura!) tt

14 L Ospedale del Mare, stato t limite it di operatività ità Vn=100 anni; Cu=IV; Pr=31% => Tr=120 anni Disaggregazione della pericolosità ad hoc PGA Sa(2sec)

15 OM, selezione per la seconda coppia modale (1) Centrando la ricerca su magnitudo edidistanza50km 90 km non si trovano combinazioni non scalate compatibili. Per trovare una combinazione non scalata compatibile, si è scelto di aumentare l intervallo di distanza aumentando così la lista di accelerogrammi tra cui cercare (18 eventi a 57 coppie provenienti da 23 eventi diversi). Grazie alla funzione mi sento fortunato, in pochi istanti il programma restituisce la combinazione in Figura. Magnitudo media 6.9, distanza media 45km.

16 OM, selezione per la seconda coppia modale (2) Impostando l intervallo di magnitudo e di distanza 50 km 90 km, si trovano nel database 26 coppie di spettri provenienti da 18 eventi. Con le tolleranze 10% inferiore e 30% superiore nell intervallo di periodi 0.15 sec 2.47, con l opzione di adimensionalizzazione, il programma restituisce la combinazione in Figura. Magnitudo media 6.7, distanza 71km, fattore di scala medio 4.7.

17 OM, selezione per la seconda coppia modale (2)

18 Messina - Università Le coordinate del sito: lat: ; lon: ;

19 Confronto NTC - OPCM Per valutare le differenze tra i criteri di selezione, le stesse analisi eseguite per la OPCM sono state ripetute per le NTC. In Tabella 5 si riportano le combinazioni di accelerogrammi, non scalati, trovate utilizzando gli spettri di riferimento per Sant Angelo dei Lombardi secondo le due norme e per ciascuna categoria di suolo. Suolo Limite inferiore [%] Limite superiore [%] OPCM NTC A [0 km, 20 km] B [10 km, 60 km] C [0 km, 20 km] Sebbene, nel caso delle analisi per le NTC, si sia limitato il numero di combinazioni da analizzare considerando solo segnali sismici con magnitudo superiore a 5.8 e con distanza epicentrale ridotta, mentre per l OPCM non c era alcuna limitazione sulla distanza, i risultati mostrano chiaramente come la nuova norma faciliti la selezione degli accelerogrammi.

20 Si è presentato uno strumento software per la selezione di combinazioni di sette registrazioni, scalate e non, che rispettino vincoli di compatibilità della media con gli spettri definiti secondo le NTC per l analisi di strutture piane e spaziali relativamente a qualunque stato limite. Il software consente molteplici opzioni di selezione in modo da specificare non solo i criteri di compatibilità media ma anche eventuali condizioni di evento dominante. Dallo studio si evince che, soprattutto grazie alla definizione dell azione sismica sulla base della pericolosità probabilistica, la selezione di combinazioni compatibili è particolarmente t rapida in molti casi, sebbene sia sempreprudente validare i risultati ottenuti dalla selezione assistita sulla base delle peculiarità del caso in esame. Il software sarà disponibile su

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