S d = S v / S v = S d S a = S d = S v

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1 OSCILLAZIONI INDOTTE DA SISMI m F u (t) S d = S v / S v = S d S a = S d = S v Spostamento spettrale Velocità spettrale Accelerazione spettrale

2 Piedritto in c.a. di sezione 1 x 1 mt. P = 25 t E = kg/cm 2 I = 0,083 m 4 10 mt. K = kg / m T = 0,36 sec. Quanto vale la forza sismica massima per effetto del terremoto di Gemona?

3 1,25 0,36 S a = 1.25 a g max = 0,8 g a g max = g

4 P F u (t) F max = m S a = 20 t

5 REQUISITI E CRITERI DI PROGETTAZIONE DELLE STRUTTURE

6 Perché esistono costruzioni vulnerabili al sisma? Strutture costruite prima dell introduzione di norme sismiche. Strutture costruite secondo vecchie versioni (non più adeguate) di norme sismiche. Edilizia illegale. Concezione strutturale non adeguata. Conoscenza inadeguata della sismicità del sito. Conseguimento di utili imprenditoriali a danno della buona esecuzione delle opere (controlli inefficienti in corso di esecuzione) Lunghi periodi di quiescenza sismica: la memoria svanisce nel susseguirsi delle generazioni.

7 La filosofia progettuale per le strutture ordinarie: Prevenire danni non strutturali nei frequenti eventi sismici di bassa intensità Prevenire i danni strutturali e minimizzare quelli non strutturali nei meno frequenti eventi sismici di moderata intensità Evitare il collasso strutturale nei rari eventi sismici di forte intensità Tuttavia le metodologie progettuali correnti, basate su norme spesso inadeguate, non sono talvolta in grado di raggiungere tutti questi obiettivi.

8 Rottura superficiale di faglie Izmit 1999 (Turchia) Taiwan 1999

9 Rottura superficiale di faglie El Asnam 1980 (Algeria) Guatemala 1976

10 Liquefazione e/o cedimenti del suolo Niigata 1964 (Giappone)

11 Liquefazione e/o cedimenti del suolo Niigata 1964 (Giappone)

12 Liquefazione e/o cedimenti del suolo Izmit 1999 (Turchia)

13 Liquefazione e/o cedimenti del suolo Izmit 1999 (Turchia)

14 Danni dovuti allo scuotimento del suolo Scuotimento del terreno Accelerazione della struttura Forze di inerzia = massa x accelerazione Spostamenti di interpiano DANNI ALLA STRUTTURA E AI SUOI CONTENUTI

15 Strutture in cemento armato Nicaragua 1972

16 Strutture in cemento armato Algeria 1980

17 Strutture in cemento armato Alaska 1964

18 Strutture in cemento armato California 1979

19 Strutture in cemento armato

20 Strutture in cemento armato California 1994

21 Strutture in cemento armato Cile 1960 Izmit (Turchia) 1999

22 Strutture in cemento armato Izmit (Turchia) 1999

25 Strutture in cemento armato Alaska 1964 Messico 1985

26 Strutture in muratura Meccanismi di 1 modo Meccanismi di 2 modo

27 Strutture in muratura Ribaltamento semplice Rotazione rigida di porzioni di parete attorno ad una cerniera cilindrica orizzontale posta alla base per mancanza di ammorsamenti alle pareti ortogonali.

28 Strutture in muratura Ribaltamento semplice Umbria 1997

29 Strutture in muratura Ribaltamento semplice Messina, 1908 Umbria - Marche, 1997 Umbria 1997

30 Strutture in muratura Flessione verticale Parete connessa in sommità, ma non collegata ai solai intermedi Umbria 1997

31 Strutture in muratura Flessione verticale Umbria 1997

32 Strutture in muratura Flessione orizzontale Pannelli murari efficacemente vincolati alle pareti ortogonali con il lato sommitale non trattenuto

33 Strutture in muratura Flessione orizzontale Umbria 1997

34 Strutture in muratura Ribaltamento composto Ribaltamento di una parete ortogonale all azione sismica con il trascinamento di una porzione di parete di spina

35 Strutture in muratura Ribaltamento composto Umbria 1997

36 Strutture in muratura Collasso della parete nel piano Umbria 1997

39 Principi base per un efficiente progettazione antisismica La struttura in elevazione deve essere semplice, simmetrica e regolare in pianta ed in elevazione, per evitare l insorgere di forze torsionali significative NO SÌ

40 Principi base per un efficiente progettazione antisismica SÌ SÌ SÌ NO Simmetria NO

41 Principi base per un efficiente progettazione antisismica La struttura in elevazione deve avere una distribuzione uniforme di massa, rigidezza e duttilità. Evitare i piani soffici. NO Loma Prieta 1989 (California)

42 Principi base per un efficiente progettazione antisismica Loma Prieta 1989 (California)

43 Principi base per un efficiente progettazione antisismica Izmit 1999 (Turchia)

44 Principi base per un efficiente progettazione antisismica Izmit 1999 (Turchia)

45 Principi base per un efficiente progettazione antisismica NO

46 DUTTILITA GERARCHIA DELLE RESISTENZE

47 DUTTILITÀ La duttilità è una proprietà fisica della materia che indica la capacità di un corpo o di un materiale di deformarsi sotto carico prima di giungere a rottura, ovvero la capacità di sopportare deformazioni plastiche. Un corpo è tanto più duttile quanto maggiore è la deformazione raggiunta prima della rottura. I materiali che maggiormente godono di questa proprietà sono i metalli. Proprietà opposta alla duttilità è la fragilità, ovvero l'incapacità di deformarsi sotto carico e giungere ad improvvisa rottura (anche detta rottura fragile). Indicatori di duttilità sono l'allungamento percentuale percentuale. La duttilità è influenzata dalla temperatura, in particolare diminuisce al diminuire della temperatura. Per questa ragione, anche materiali duttili (in particolare i metalli con reticolo cubico a corpo centrato) possono diventare fragili se esposti al gelo o comunque a basse temperature. Tale proprietà è legata anche all'età del materiale e ai cicli di carico. In generale, essa tende a ridursi con l'invecchiamento del materiale e con l'uso.

48 Duttilità di un elemento strutturale La duttilità di un elemento strutturale è una proprietà molto ricercata poiché, in considerazione delle perdite economiche e dei costi sociali di un collasso strutturale, un elemento capace di deformarsi notevolmente sotto carico consente di intervenire con provvedimenti di ripristino o, nel caso peggiore, di mettersi in salvo prima del crollo. La duttilità di un elemento strutturale dipende dalla duttilità locale e dalle dimensioni dell'elemento.

49 L evidenza sperimentale mostra come i legami costitutivi dei materiali siano non lineari c,0 s, y c,0 c, u s, y s, u

50 Ne segue che anche il comportamento del sistema strutturale è non lineare F 0 u 0 F Sistema fragile Sistema duttile F 0 F y uy u max uu u ( D) u u u y u ( R) max u y duttilità disponibile duttilità richiesta

51 Verifica di duttilità Per i sistemi a comportamento lineare la verifica di sicurezza è fatta sulle forze F F ; F forza resistente ; F forza sollecitante R S R S F R F S u

52 Per i sistemi a comportamento non lineare la verifica di sicurezza deve essere fatta sugli spostamenti perché non esiste proporzionalità diretta fra forze e spostamenti uu u max uu spostamento ultimo ; u spostamento impresso F max u max uu La verifica in termini di spostamento può essere ricondotta ad una verifica in termini di duttilità

53 Duttilità del punto (materiale) Per valutarla si fa riferimento al legame costitutivo del materiale c,0 c,0 s, y c, y c, u s, y s, u c cu cy ; s su sy La duttilità puntuale ha scarsa utilità pratica, ma consente di classificare i materiali

54 L acciaio è in generale un materiale molto duttile, mentre il calcestruzzo e le murature sono materiali fragili. Di contro i sistemi strutturali in c.a. possono manifestare una buona duttilità disponibile se si seguono adeguati criteri progettuali e realizzativi (calcestruzzo ben confinato, sezioni a debole armatura, etc..) c cls confinato cls non confinato Le strutture in acciaio possono presentare una rottura fragile per fenomeni di instabilità locale o globale o per cattiva realizzazione delle unioni fra gli elementi strutturali c

55 Duttilità globale DISSIPAZIONE E CERNIERE PLASTICHE La capacità che ha una struttura di resistere (anche se con danni ingenti) ad un evento tellurico è strettamente legata alla possibilità che essa ha di dissipare l energia sismica. Quest ultima può avvenire solamente se la struttura entra in campo post-elastico, con la formazione di meccanismi in grado di dissipare, mediante elevate deformazioni plastiche permanenti concentrate in zone critiche (cerniere plastiche), l energia dovuta al terremoto. Da questo concetto fondamentale scaturisce il principio sul quale si base la progettazione strutturale in zona sismica: per resistere senza crollo a sismi caratterizzati da elevate intensità (anche se fortemente fessurata), la struttura deve tenere in conto le risorse di cui può disporre oltre il proprio limite elastico

56 Al contrario se la struttura viene dimensionata per resistere al sisma mantenendo la risposta in fase elastica, essa non dispone di alcuna capacità dissipativa: tutta l energia assorbita durante il moto sismico del suolo viene accumulata sotto forma di deformazione elastica, e quindi restituita integralmente in fase di scarico, senza lasciare alcuna deformazione residua (assenza di fessurazioni e fenomeni di degrado). Affinché la struttura abbia un tale comportamento le sue sezioni, come detto, devono essere dimensionate per rimanere in fase elastica, e questo lo si ottiene al prezzo di elementi strutturali con elevate rigidezze flesso-torsionali. E ovvio quindi immaginare che un progetto basato sull utilizzo delle sole risorse elastiche comporterebbe strutture sovradimensionate e antieconomiche, certamente non giustificabili per le costruzioni ordinarie. Quello che si cerca allora di fare è realizzare strutture sismoresistenti in grado di possedere sufficienti capacità deformazione plastica, al fine di poter dissipare l energia sismica tramite la duttilità (locale) delle loro sezioni.

57 DUTTILITÁ E CAPACITY DESIGN La capacità dissipativa che ha una costruzione nel suo insieme, è rappresentata dalla sua duttilità strutturale globale, detta anche fattore di duttilità. Definendo la risposta della struttura con la curva-spostamento (curva di capacità dell edificio), espressa in termini di taglio alla base in funzione dello spostamento di un punto di controllo, analiticamente esso è definito dal rapporto tra lo spostamento ultimo u u, oltre il quale si ha un degrado limite, e lo spostamento u 1 al limite elastico: fattore di duttilità u u u 1 Il concetto di duttilità globale di una struttura è il parametro che definisce un utile indice della sua capacità di deformazione anelastica, e quindi contribuisce a caratterizzare l attitudine globale a dissipare energia. Il criterio progettuale fondamentale delle costruzioni in zona sismica è quindi quello di ottenere un alto livello di duttilità strutturale. Ciò implica una corretta progettazione strutturale finalizzata ad un preciso meccanismo di plasticizzazione (Capacity Design)

58 La capacità che ha una struttura di resistere (anche se con danni ingenti) ad un evento tellurico è strettamente legata alla possibilità che essa ha di dissipare l energia sismica. Quest ultima può avvenire solamente se la struttura entra in campo post-elastico, con la formazione di meccanismi in grado di dissipare, mediante elevate deformazioni plastiche permanenti concentrate in zone critiche (cerniere plastiche), l energia dovuta al terremoto. Da questo concetto fondamentale scaturisce il principio sul quale si base la progettazione strutturale in zona sismica: per resistere senza crollo a sismi caratterizzati da elevate intensità (anche se fortemente fessurata), la struttura deve tenere in conto le risorse di cui può disporre oltre il proprio limite elastico

59 COMPORTAMENTO FRAGILE m F SISMA

60 COMPORTAMENTO DUTTILE m F SISMA

61 COMPORTAMENTO ISTERETICO m F

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64 presenta un numero limitato di zone plasticizzato e un minore rapporto α u /α 1 (sovraresistenza) Le cerniere dei pilastri hanno generalmente una minore capacità di rotazione per la presenza di sforzo normale che può essere incrementata mediante confinamento (staffatura) presenta un numero elevato di zone plasticizzate e un elevato rapporto α u /α 1 (sovraresistenza) Le cerniere delle travi hanno generalmente una elevata capacità di rotazione soprattutto se sono snelle (elevato rapporto Momento/taglio) e con sezioni a debole armatura

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66 Principi base per un efficiente progettazione antisismica La struttura in elevazione deve essere semplice, simmetrica e regolare in pianta ed in elevazione, per evitare l insorgere di forze torsionali significative NO SÌ