Evoluzione Normativa

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1 Evoluzione Normativa Prima. Normativa cogente, prescrizionale Indicazioni da seguire obbligatoriamente Eurocodici, NTC 2008 (DM del 14 - Gennaio 2008 ), CIRC. 617/2009, Direttiva del 09 - Febbraio 2011 «Valutazione e riduzione del rischio sismico del Patrimonio Culturale» Normativa prestazionale Principi Regole applicative Obiettivi da raggiungere obbligatoriamente Suggerimenti (non obbligatori) per raggiungere gli obiettivi

2 EVOLUZIONE DELLA CLASSIFICAZIONE SISMICA ITALIANA

3 La vera svolta verso l attuale classificazione è dovuta all OPCM n 3274 del 2003, nata in seguito al disastro del terremoto di San Giuliano in Puglia

4 Nuova mappa sismica nazionale INGV (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia) Mappa di pericolosità sismica territorio nazionale

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6 a g =accelerazione del terreno conseguente al sisma Influenza del terreno di fondazione a g a m =accelerazione della massa m della struttura F= forza inerziale sulla struttura F= m a m

7 Il Sisma : un processo stocastico L azione sismica può essere definita solo in termini statistici Il sistema strutturale dovrà resistere ad un terremoto con prefissata probabilità di verificarsi in un dato intervallo di tempo (o con un dato periodo di ritorno) nel sito in cui la struttura verrà realizzata e tenendo conto dell influenza del terreno di fondazione

8 Tridimensionalità dell azione sismica L azione sismica si considera composta da due componenti orizzontali ed una componente verticale: La struttura deve possedere carattere tridimensionale Le componenti orizzontali dell azione sismica agiscono nelle due direzione considerate rilevanti in relazione alla distribuzione degli elementi resistenti (due direzioni ortogonali negli edifici ordinari)

9 LE FONDAZIONI GLI ELEMENTI RESISTENTI VERTICALI TELAIO PARETE TELAIO-PARETE I DIAFRAMMI ORIZZONTALI

10 L azione sismica verticale La componente verticale dei sismi presenta generalmente un contenuto in frequenza a banda più stretta. Le strutture la cui risposta può essere influenzata dall azione sismica verticale sono limitate. Non ci sono novità di rilievo rispetto al caso delle altre azioni verticali in relazione alla concezione strutturale

11 L assenza di danni alle strutture sotto l azione di terremoti violenti comporta impegni di risorse rilevanti. L approccio progettuale in relazione alle azioni sismiche si differenzia da quello a cui siamo abituati in presenza dei soli carichi gravitazionali.

12 A livello locale (sezione) Capacità > Domanda In ciascuna sezione degli elementi strutturali in c.a. le deformazioni ultime dell acciaio e del calcestruzzo (0,35%) non devono essere superate. Tale condizione risulta lontana da quella di effettivo collasso strutturale Obiettivo Sicurezza Nelle condizioni di carico più sfavorevoli gli elementi strutturali devono subire danni limitati. Considerazioni economiche I carichi variabili, seppur non contemporanei, agiranno più volte sulla struttura durante la sua vita: la struttura deve resistervi senza danni eccessivi

13 Dal comportamento della sezione al comportamento globale della struttura Obiettivo Sicurezza In presenza di sismi violenti (con bassa probabilità di verificarsi) la struttura può subire danni anche gravi purchè in grado di sopportare i carichi verticali e quindi non crollare LA RISPOSTA STRUTTURALE ED IL Performance-based Design

14 Progettazione antisismica agli S.L. Progetto basato sulla prestazione richiesta Performance-based design Identificazione dei livelli di prestazione cui la struttura nella sua globalità deve soddisfare, al variare dell intensità del sisma e della sua destinazione d uso/contenuto/valore. Correlazione fra i livelli di prestazione e il progetto.

15 Progetto basato sulla prestazione richiesta-performance-based design Un obiettivo prestazionale rappresenta il tipo di risposta strutturale desiderato (assenza di danno, danno solo ad elementi secondari, danni strutturali limitati o gravi, assenza di collasso, collasso) per ciascun livello di azione sismica attesa. L obiettivo prestazionale deve essere fissato sulla base del tipo di utilizzo del manufatto, considerazioni economiche, costo connesso alla riparazione del danno ed alla interruzione del servizio, ecc.

16 Livelli di Prestazione

17 STATI LIMITE STATI LIMITE DI ESERCIZIO: -Stato Limite di Operatività (SLO): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali, le apparecchiature rilevanti alla sua funzione, non deve subire danni ed interruzioni d'uso significativi; - Stato Limite di Danno (SLD): 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.

18 STATI LIMITE STATI LIMITE ULTIMI: Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV): 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; Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC): a seguito del terremoto la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e danni molto gravi dei componenti strutturali; la costruzione conserva ancora un margine di sicurezza per azioni verticali ed un esiguo margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni orizzontali

19 LlVELLI DI PRESTAZIONE E CARATTERISTICHE DELLA STRUTTURA LE GRANDEZZE FONDAMENTALI RIGIDEZZA DUTTILITA RESISTENZA

20 LA RIGIDEZZA Maggiore rigidezza Minori spostamenti e deformazioni SLD RIGIDEZZA=pendenza della risposta elastica idealizzata, ovvero quantità che mette in relazione i carichi e lo spostamento della struttura in campo elastico D u arctan(k)

21 Danni ai tramezzi Espulsione delle pareti di tamponamento per azioni ortogonali al loro piano Danni alle pareti di tamponamento per azioni nel loro piano

22 RESISTENZA 2) Viene conferita alla struttura sufficiente resistenza per assicurare che vengano minimizzati i danni strutturali e non in campo elastico, per sismi di media intensità Permanenza in campo elastico Minori spostamenti e deformazioni SLD RESISTENZA=Massima forza che la struttura può sopportare rimanendo in campo elastico D u

23 DUTTILITA 3) Conferire alla struttura sufficiente duttilità per potersi deformare senza perdita eccessiva di resistenza per effetto di sismi di elevata intensità. Duttilità Elevati spostamenti senza pervenire a collasso e quindi danni anche ingenti ma salvaguardia della vita umana SLU DUTTILITA = capacità di compiere escursioni oltre il ramo elastico, ovvero di tipo plastico D u

24 V V e Progetto secondo RESISTENZA V D e D Aree uguali Energia dissipata uguale V u Progetto secondo DUTTILITA D e D u D

25 OPPURE.. DISSIPATORI ISOLATORI

26 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA VITA DELLA STRUTTURA Nelle NTC e nella circolare 617 del 2009 si introduce il concetto PERIODO DI RIFERIMENTO PER L AZIONE SISMICA: Le azioni sismiche su ciascuna costruzione vengono valutate in relazione ad un periodo di riferimento Vr che si ricava, per ciascun tipo di costruzione, moltiplicandone la vita nominale Vn per il coefficiente d uso Cu. La vita nominale di un opera strutturale Vn è intesa come il numero di anni in cui la struttura, purché soggetta alla manutenzione ordinaria, deve potere essere usata per lo scopo al quale è destinata.

27 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA VITA DELLA STRUTTURA Il valore del coefficiente d uso CU è definito, al variare della classe d uso, come mostrato in Tab.2.4.II Mentre le classi d uso sono definite dalle: V R =V N C U

28 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA Esempio: Casa per civile abitazione: V R =50*1=50 Scuola: V R =50*1.5=75 Ospedale V R =50*2=100

29 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA PVR PER GLI S.L V R =50*1=50 S.L.O. T R =30 S.L.D. T R =50 S.L.V. T R =475 S.L.C. T R =975

30 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA Le azioni sismiche di progetto, in base alle quali valutare il rispetto dei diversi stati limite considerati, si definiscono a partire dalla pericolosità sismica di base del sito di costruzione. Essa costituisce l elemento di conoscenza primario per la determinazione delle azioni sismiche. La pericolosità sismica è descritta dalla probabilità di eccedenza, P VR, nel periodo di riferimento V R, di un dato un evento sismico. L azione sismica è definita sulla base dell accelerazione orizzontale massima attesa a g in condizioni di campo libero, su sito di riferimento rigido, con superficie topografica orizzontale, nonché di parametri che definiscono lo spettro di risposta elastico in accelerazione,se (T). In alternativa è ammesso l uso di accelerogrammi, purché correttamente commisurati alla pericolosità sismica del sito. a g = accelerazione orizzontale massima al sito; F o = valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale. T c * = periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro. In allegato alla norma, per tutti i siti considerati, sono forniti i valori di T c *, a g,f o necessari per la determinazione delle azioni sismiche.

31 P1 - DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA PVR PER GLI S.L Sulla base della Latitudine e della Longitudine del sito ricaviamo i 4 punti del reticolo che circoscrivono il punto stesso. Per ognuno di questi punti conosciamo dalla tabella i valori di ag, Fo, T* C, in corrispondenza dei Periodi di Ritorno riportati in Tabella. Nel caso in cui il Tempo di Ritorno sia diverso da quelli in Tabella si avrà per ogni punto del reticolo: Dove p rappresenta il generico parametro, a g, Fo, T* C, e T R1 e T R2 sono i tempi di ritorno più prossimi a T R.

32 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA I valori dei parametri nel punto di interesse saranno definiti interpolando il valore di ogni parametro tra i quattro valori corrispondenti ai quattro punti del reticolo attraverso l espressione: I PARAMETRI COSI CALCOLATI SERVIRANNO PER VALUTARE GLI SPETTRI DI RISPOSTA ALLO S.L.U E S.L.E. Per la generazione degli spettri trovati è possibile utilizzare anche il software apposito del ministero scaricabile gratuitamente al link:

33 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA RISPOSTA LOCALE Le condizioni del sito di riferimento del suolo rigido in generale non corrispondono a quelle effettive. È necessario, pertanto, tenere conto delle condizioni stratigrafiche del volume di terreno interessato dall opera ed anche delle condizioni topografiche, poiché entrambi questi fattori concorrono a modificare l azione sismica in superficie rispetto a quella attesa su un sito rigido con superficie orizzontale. Tali modifiche, in ampiezza, durata e contenuto in frequenza, sono il risultato della risposta sismica locale. Si denomina risposta sismica locale l azione sismica quale emerge in superficie a seguito delle modifiche in ampiezza, durata e contenuto in frequenza subite trasmettendosi dal substrato rigido. Le modifiche sopra citate corrispondono a: - effetti stratigrafici, legati alla successione stratigrafica, alle proprietà meccaniche dei terreni - effetti topografici, legati alla configurazione topografica del piano campagna. La modifica delle caratteristiche del moto sismico per effetto della geometria superficiale del terreno va attribuita alla focalizzazione delle onde sismiche in prossimità della cresta dei rilievi a seguito dei fenomeni di riflessione delle onde sismiche ed all interazione tra il campo d onda incidente e quello rifratto. I fenomeni di amplificazione cresta-base aumentano in proporzione al rapporto tra l altezza del rilievo e la sua larghezza.

34 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA CATEGORIE DEL SUOLO

35 P1 - DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA CATEGORIE DEL SUOLO

36 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA CATEGORIE DEL SUOLO E MODIFCHE DELLO SPETTRO DI RISPOSTA S s, C c

37 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA CATEGORIE DEL SUOLO E MODIFICHE DELLO SPETTRO DI RISPOSTA Una costruzione è tanto più vulnerabile quanto più il suo periodo proprio di vibrazione è simile al periodo proprio di vibrazione del sottofondo. Pertanto su terreni soft come i depositi alluvionali sarebbe auspicabile costruire edifici rigidi e bassi con periodo propri ridottissimi, mentre su terreni rocciosi sarebbe auspicabile evitare strutture molto rigide, e dunque dovrebbero edificarsi costruzioni con periodi propri elevati come ad es. costruzioni alte in acciaio o in C.A. Soft Soil Hard Soil

38 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA CONDIZIONI TPOGRAFICHE E MODIFCHE DELLO SPETTRO DI RISPOSTA S T

39 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA U U g 5 4 Amplificazione =0.1 Spostamento relativo pressochè costante Spostamento relativo nullo r g

40 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA A U g 5 4 Accelerazione amplificata Stessa accelerazione del terreno =0.1 Accelerazione ridotta g r

41 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA U 5 Struttura molto flessibile ( piccola, T grande) U g =0.1 Per un fissato valore di g r risulta elevato A U g r = r g g spostamento relativo spostamento del terreno accelerazione assoluta zero

42 P1 - DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA U 5 Struttura molto rigida ( grande, T piccolo) U g =0.1 Per un fissato valore di g r risulta piccolo 1 A U g r = r g g spostamento relativo zero accelerazione assoluta accelerazione del terreno

43 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA U U g =0 A U g =0 =0.1 = =0.1 = = g r =1 1 0 =0.5 = g r Influenza del fattore di smorzamento

44 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA ü g (t) per uno specifico terremoto: Accelerogrammi

45 U, in. DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA El Centro, 1940 Spettro di risposta per uno specifico terremoto (x=2%) 0.5

46 U, in. DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA Spettro di risposta S d Spostamento relativo pressochè costante Spostamento relativo crescente Spostamento relativo nullo (x=2%)

47 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA Per un dato accelerogramma determino l accelerazione massima di un sistema ad un grado di libertà in funzione del periodo proprio: costruisco lo spettro di risposta. Accelerazione amplificata S e Stessa accelerazione del terreno Accelerazione ridotta 0.5 Spettro di risposta elastico (in termini di accelerazione), per un fissato valore del coefficiente di smorzamento. (x=2%)

48 A, g P1 - DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA Spettro di risposta S e x=0 x=2% x=5% x=10% x=20% Al diminuire dello smorzamento, aumenta l accelerazione massima (aumenta anche lo spostamento massimo)

49 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA Spettro di risposta di progetto L analisi va ripetuta per diversi accelerogrammi (con un assegnato smorzamento), definendo una curva inviluppo Spettro di risposta di progetto

50 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA SPETTRO DI RISPOSTA E PERIODO PROPRIO DELLA COSTRUZIONE Periodo proprio Con riferimento ad un sistema ad un grado di libertà, il periodo proprio é dato da T 0 2 m k essendo m la massa e k la rigidezza. Potrebbe sembrare che aumentando la massa, poiché aumenta il periodo proprio, l'accelerazione di ancoraggio, con riferimento allo spettro di risposta elastico,risulti minore e le azioni sismiche potrebbero essere inferiori. In realtà ciò non é vero. Infatti,se si ipotizza che per il sistema sia T=0,5 s, incrementando la massa del 50% e del 100%, nella ipotesi che le stesse non influiscano sulla rigidezza, si hanno rispettivamente i nuovi periodi T 0 0,5 1,5 =0,612 sec T 0 0,5 2 = 0,707 sec

51 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA SPETTRO DI RISPOSTA E PERIODO PROPRIO DELLA COSTRUZIONE Periodo proprio Con riferimento ad uno spettro di risposta risultano calcolate le accelerazioni di ancoraggio e le forze sismiche sono date da: LA MASSA FA AUMENTARE LA FORZA SISMICA

52 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA SPETTRO DI RISPOSTA E PERIODO PROPRIO DELLA COSTRUZIONE Stima del Periodo proprio nell analisi statica lineare

53 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA. Come si è visto l utilizzo dello spettro di risposta dovrebbe a rigore essere applicato soltanto a sistemi ad un grado di libertà. Quindi lo spettro ottenuto si presterebbe direttamente alle applicazioni pratiche solo nel caso di costruzioni molto semplici. E ben noto invece che le strutture reali sono schematizzabili come sistemi complessi a molti gradi di libertà. ALLORA PERCHÉ SI RAGIONA IN TERMINI DI SPETTRO DI RISPOSTA?

54 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA L impiego dello spettro di risposta nell analisi dinamica riveste notevole importanza nell'ingegneria Sismica perché: tramite l'analisi Modale, la risoluzione di strutture più complesse, a N gradi di libertà, può in generale essere ricondotta alla risoluzione di N sistemi, ciascuno a un grado di libertà. Per ognuno di questi sistemi è possibile poi valutare la risposta massima applicando la procedura precedentemente descritta.

55 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA COMPONENTI ORIZZONTALI Spettro di risposta elastico di normativa in Accelerazione COMPONENTI VERTICALI Spettro di Risposta elastico di normativa COMPONENTI ORIZZONTALI Spettro di risposta elastico di normativa in spostamento COMPONENTI VERTICALI

56 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA spettro di risposta elastico in accelerazione NTC 2008 componenti orizzontali S= S S S T T B = T C /3 x 10 /(5 x) 5% T C =C C T* C T D = 4,0 a g /g + 1,6 x è espresso in percentuale

57 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA Se (T) T B T C T D T

58 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA Spettri Elastici

59 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA spettro di risposta elastico NTC 2008 componenti orizzontali

60 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA spettro di risposta elastico in spostamento NTC 2008 componenti orizzontali

61 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA Spettro di risposta della componente verticale D.M

62 AZIONE SISMICA ZONA 4 TUTTO IL TERRITORIO NAZIONALE HA UNA CLASSIFICAZIONE SISMICA CON INDIVIDUAZIONE DI UNA PERICOLOSITA' SISMICA ZONE 1, 2, 3 -> Si applica integralmente la NORMA 2008 In situazioni di pericolosità sismica molto bassa (zona 4) la norma ammette metodi di progetto-verifica semplificati. In tal senso, per le opere realizzate in siti ricadenti in zona 4 e qualora siano rispettate le ulteriori condizioni appresso elencate, le NTC consentono l utilizzo dei due diversi metodi semplificati di verifica nel seguito illustrati:

63 AZIONE SISMICA ZONA 4 N.B!! ATTENZIONE CIO NON SIGNIFICA, COME SPESSO SI CREDE, CHE E ANCORA VALIDA LA PROGETTAZIONE SENZA TENER CONTO DELLE AZIONI SISMICHE!!

64 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA COMBINAZIONE AZIONI

65 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA COMBINAZIONE AZIONI

66 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA COMBINAZIONE AZIONI CARICHI GRAVITAZIONALI-IMPALCATO DI PIANO SIMBOLO Dimensione cm soletta s 5 altezza pignatta h p 16 larghezza pignatta b p 38 base travetto b 12 altezza totale solaio H 21 massetto in calcestruzzo leggero s m 6 pavimento s p 3 s s mb s c p s m h p s H i i b p b

67 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA COMBINAZIONE AZIONI CARICHI GRAVITAZIONALI PESO PROPRIO SOLAIO Peso Elemento/i Simbolo formula Valori numerici (kn/m 2 ) soletta G 1s s x larghezza x profondità x ps 0.05 x 1 x 1 x travetti G 1t [base x altezza x profondità x ps] x 0.12 x 0.16 x 1 x 25 x n trav. al m pignatte G 1l [base x altezza x profondità x ps] x n file 0.38 x 0.16 x 1 x 8 x 2 0,97 PESO PROPRIO SOLAIO G 1 G 1s + G 1t + G 1l CARICHI PERMANENTI NON STRUTTURALI Peso Elemento/i Simbolo formula Valori numerici (kn/m 2 ) pavimento G 2p s p x larghezza x profondità x ps 0.03 x 1 x 1 x massetto G 2m s m x larghezza x profondità x ps 0.06 x 1 x 1 x intonaco G 2i s i x larghezza x profondità x ps x 1 x 1 x Incidenza tramezzi G 2t 1,2 G 2 G 2p + G 2m + G 2i + G 2t carichi varabili Q k1 = 3,00 kn/m 2

68 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA COMBINAZIONE AZIONI SOLAIO DI PIANO AMBIENTI SUSCETTIBILI D AFFOLLAMENTO Fd=G1+G2+0.6 Q k1 = * 3,00 =8.12kN/m 2 Laterizi forati: 8 kn/m 3 Intonaco 20 kn/m 3 CARICHI GRAVITAZIONALI-MURATURE PERIMETRALI Fodera interna (10 cm) 0,8 kn/m 2 Fodera esterna (15 cm) 1,2 kn/m 2 Intonaco interno (2 cm) 0,40 kn/m 2 Intonaco esterno (2 cm) 0,40 kn/m 2 carichi strutturali portati Gk2 =2,80 kn/m 2 Si considera un 25% in meno per la presenza dei vuoti (porte e finestre)=0,75*2,80=2,10[kn/m 2 ]