FRANCO BRAGA. Roma, complesso del San Michele 30 giugno Presidente ANIDIS

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1 Roma, complesso del San Michele 30 giugno 2008 LA NORMATIVA ITALIANA IN MATERIA DI SICUREZZA NELLE COSTRUZIONI, CON PARTICOLARE RIFERIMENTO ALLA AZIONE SISMICA NTC , 2.7 e 3.2 NTC-08 ALLEGATI A e B Circ. Att. C2.4, C2.7 e C3.2 FRANCO BRAGA Presidente ANIDIS Ordinario di Costruzioni in zona sismica, La Sapienza, Fac. di Ingegneria, ROMA

2 NOVITÀ 4 SONO I FATTI NUOVI SISMICI DI CUI RISENTONO LE NTC La disponibilità in rete (sito ) della pericolosità sismica i di riferimento, i una pericolosità ità libera dalle divisionii i i amministrative (comuni) e definita con un livello di dettaglio sufficiente, sia spaziale che temporale. 2. La ridefinizione delle azioni sismiche di progetto-verifica in perfetto accordo con tale pericolosità sismica di riferimento 3. L adozione, per un azione (la sismica) i variabile nello spazio e nel tempo,di un approccio progettuale prestazionale. 4. La ridefinizione i i degli effetti locali, li stratigrafici ti ie topografici i Alle prestazioni della costruzione (nel seguito dette capacità) SI IMPONE, attraverso il rispetto di più stati limite (di esercizio ed ultimi), di seguire la variabilità dell azione (nel seguito detta domanda). PUNTUALE RISPONDENZA TRA CAPACITÀ E DOMANDA

3 RICHIAMI POISSONIANI PERICOLOSITÀ SISMICA DEL TERRITORIO NAZIONALE DESCRIZIONE STATISTICA DELLA SEVERITÀ DEL SISMA (in base alle osservazioni) CURVE DI PERICOLOSITÀ Log λ 1,0.11g 475 anni Nel sito in esame si prevede che, mediamente, ogni 475 anni si verifichi un terremoto con a g 0.11g Log a g frequenza media annua di ricorrenza λ=1/t R (T R è il periodo medio di ritorno del sisma, in anni) Ogni sito del territorio nazionale è misura di severità dei terremoti: a g accelerazione massima del terreno S e ordinata della risposta spettrale in accelerazione caratterizzato t da proprie curve di pericolosità

4 RICHIAMI POISSONIANI PERICOLOSITÀ SISMICA DEL TERRITORIO NAZIONALE RAPPRESENTAZIONE PROBABILISTICA DELLA SEVERITÀ DEL SISMA (sulla base di un modello probabilistico) Distrib. di probabilità di Poisson Poisson. Distribuzione discreta che esprime la PROBABILITÀ DI SUPERAMENTO P n probabilità che, in un periodo di tempo ovvero la probabilità che, nel periodo di riferimento fissato (periodo di riferimento V R ), si verifichino n eventi di severità V R, si abbia almeno un evento (n 1) di a g data e prefissata aventi frequenza media di λ V R λ V R frequenza en annua a λ P ricorrenza annua λ. n 0=e da cui P = n 1 1 = e Gli eventi sono assunti indipendenti dal 100% V R = 10 anni tempo che intercorre tra l uno e l altro. P n 1 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% V n R = 50 anni ( λv V R =100 anni R ) λ VR V R =200 anni anni,10% 0% λ=1/t R 0.1 P n = n! Fissato il periodo di riferimento V R Utilizzando la distribuz. Poissoniana la relazione tra P n 1 (probabilità) e T R =1/λ (statistica) RISULTA BIUNIVOCA e T R= - V R/ln(1-P n 1)

5 PERICOLOSITÀ SISMICA

6 PERICOLOSITÀ SISMICA La pericolosità sismica, come già detto, può essere definita in termini: statistici (periodo di ritorno T R di un terremoto di prefissata severità) probabilistici (probabilità, in un periodo di riferimento V R, di un sisma a T R fissato) La pericolosità sismica vuole essere il modello matematico di un fenomeno fisico. Come qualunque modello matematico di tale tipo la pericolosità sismica è dunque legata ad una serie di decisioni, convenzioni, approssimazioni che la rendono continuamente ridefinibile e comunque sempre perfettibile. La qualità della attuale pericolosità sismica ed il progresso cheessamostrarispetto alle precedenti versioni, non si misura solo con la correttezza dei suoi valori ma anche con: la trasparenza in merito a decisioni, convenzioni, approssimazioni assunte, la fedeltà della rappresentazione alla variabilità spazio-temporale stimata Tale superiore qualità della pericolosità sismica ha consentito, come primo risultato, una superiore qualità nella definizione delle azioni sismiche di progetto-verifica, che, riducendo gli spazi di arbitrarietà e disuniformità in precedenza presenti, porterà ad un più uniforme livello di sicurezza antisismico eadun significativo risparmio, a livello nazionale, sui costi di riparazione, miglioramento, adeguamento delle costruzioni esistenti e sui costi di costruzione del nuovo.

7 PROPOSTA DEL C.S. LL.PP febbraio 2003 Il una commissione di studio istituita presso il Consiglio Superiore dei LL.PP. formula una innovativa proposta relativa alla definizione dell azione sismica italiana. Si propone di adottare: due diverse zonazioni, una per le verifiche allo Stato Limite di Danno (SLD) e una per le verifiche allo Stato Limite Ultimo (SLU) due diverse forme spettrali, una per le verifiche allo Stato Limite di Danno (SLD) e una per le verifiche allo Stato Limite Ultimo (SLU) Le due zonazioni i forniscono, per ogni comune, due diverse accelerazioni, i una per lo SLD ed una per lo SLU. Le zone considerate sono 5 Le 5 accelerazioni convenzionali di picco del terreno cui ancorare lo spettro di risposta, rispettivamente per il collasso e per il danno, sono: 1. Zona sismica di Categoria S g per SLU (0.17 g per SLD) 2. Zona sismica di Categoria g per SLU (0.13 g per SLD) 3. Zona sismica di Categoria g per SLU (0.10 g per SLD) 4. Zona sismica di Categoria g per SLU (0.07 g per SLD) ) 5. Zona sismica di Categoria NC 0.09 g per SLU (0.04 g per SLD) La proposta viene inviata alla Commissione che sta redigendo l Ordinanza che, pur definendola molto innovativa, non la accetta.

8 PROPOSTA DEL C.S. LL.PP febbraio 2003 La proposta è basata sulle mappe di pericolosità sismica prodotte dal Servizio Sismico Nazionale, per diversi periodi di ritorno T R., p p R MAPPE DEL PROGETTO RISCHIO SISMICO 2001 PGA T R =47 anni (0 0,12g) PGA T R =475 anni (0 0,40g) PGA T R =2.475 anni (0 0,80g)

9 PROPOSTA DEL C.S. LL.PP febbraio 2003

10 OPCM marzo 2003

11 OPCM ALLEGATO 1 Per la zonazione,che È UNICA, V R = 50 anni SEMPRE P n 1 = 10% oppure T R = 475 anni,

12 OPCM ALLEGATO 1 PRIMA APPLICAZIONE AGGIORNAMENTI

13 OPCM ALLEGATO 1

14 OPCM ALLEGATO 2 LIVELLI DI PROTEZIONE ANTISISMICA FATTORI DI IMPORTANZA

15 PERICOLOSITÀ SISMICA (COSA CAMBIARE) ZONAZIONE 1. Zonazione riferita alle unità amministrative (comuni) 2. Zonazione riferita ad un unico T R (475 anni). 3. Zonazione troppo rigida e schematica (a sicurezza disuniforme, da comune a comune) AZIONI SISMICHE 1. Unica forma spettrale al variare dell intensità (varia solo a g g) 2. Unica forma spettrale al variare del fattore d importanza 3. Variabilità delle forme spettrali al variare del terreno (effetti locali)

16 PERICOLOSITÀ SISMICA (zonazione - punto 2) NO a una zonazione sismica riferita ad un unico T R (T R = 475 anni - SPOLETO, maggio 2003)

17 PERICOLOSITÀ SISMICA (zonazione - punto 2) Le curve di pericolosità dei comuni non sono omotetiche e spesso, al variare del periodo di ritorno T R, si intersecano. Norcia Gemona del Friuli Castelnuovo di Garfagnana Log(λ) λ f [1/anno] 1,00E+00 1,00E-01 Sant'Angelo dei lombardi Messina Avezzano T R = 10 anni R 1,00E-02 1,00E-03 T R = 1000 anni 1,00E ,00E-05 1,00E-06 Log(a PGA g ) 0,01 0,10 1,00 10,00 [g]

18 PERICOLOSITÀ SISMICA (zonazione - punto 2) Riportando in ordinata la PGA di ogni comune, in ascissa i ~ 8100 comuni italiani ordinati a PGA crescente, l ordine dei comuni, dunque la classificazione, i cambia al cambiare di T R

19 PERICOLOSITÀ SISMICA (zonazione punto 3) ZONAZIONE (troppo rigida e schematica nel definire le azioni)

20 PERICOLOSITÀ SISMICA (COSA CAMBIARE) ZONAZIONE 1. Zonazione riferita alle unità amministrative (comuni) TRATTATO A SPOLETO 2. Zonazione riferita ad un unico T R (475 anni). 3. Zonazione troppo rigida e schematica (a sicurezza disuniforme, da comune a comune) AZIONI SISMICHE 1. Unica forma spettrale al variare dell intensità (varia solo a g g) 2. Unica forma spettrale al variare del fattore d importanza 3. Variabilità delle forme spettrali al variare del terreno (effetti locali)

21 PERICOLOSITÀ SISMICA (COSA CAMBIARE) XI Convegno ANIDIS Genova, 29/01/04

22 PERICOLOSITÀ SISMICA (az. sism. - punto1) NO a Forme spettrali su suolo A indipendenti dalla severità XI Convegno ANIDIS Genova, 29/01/04

23 PERICOLOSITÀ SISMICA (az. Sism. - punto 1) NO a Forme spettrali su suolo A indipendenti dalla severità Non è assolutamente accettabile l uso di un unicaunica forma spettrale XI Convegno ANIDIS Genova, 29/01/04

24 PERICOLOSITÀ SISMICA (az. sism. - punto 1) NO a Forme spettrali su suolo A indipendenti dalla severità Non è assolutamente accettabile l uso di un unicaunica forma spettrale XI Convegno ANIDIS Genova, 29/01/04

25 PERICOLOSITÀ SISMICA (az. sism. punto 1) NO al rapporto 2,5=cost., tra azioni da SLU ed azioni da SLD XI Convegno ANIDIS Genova, 29/01/04

26 PERICOLOSITÀ SISMICA (az. Sism. - punto 1) NO al rapporto 2,5=cost., tra azioni da SLU ed azioni da SLD Azione da SLD (T R =92 anni, prob.=50% su 50 anni) TROPPO INTENSA XI Convegno ANIDIS Genova, 29/01/04

27 PERICOLOSITÀ SISMICA (az. sism. punto 2) NO ai coeff. d importanza adottati (slegati dalla pericolosità) I coefficienti di importanza adottati (1,2 e 1,4) non vanno bene XI Convegno ANIDIS Genova, 29/01/04

28 PERICOLOSITÀ SISMICA (azioni sismiche 3) NO alle forme spettrali adottate su suoli B, C, D, E XI Convegno ANIDIS Genova, 29/01/04

29 CONVENZIONE INGV DPC Progetto S1 Proseguimento della assistenza al DPC per il completamento e la gestione della mappa di pericolosità sismica prevista dall'ordinanza PCM 3274 e progettazione di ulteriori sviluppi Coordinatore: Carlo Meletti (INGV)

30 NTC settembre 2005 ANCORA PRESENTI DIFETTI NELLA ZONAZIONE Zonazione comunale unica, tecno-amministrativa ANCORA PRESENTI DIFETTI NELLE AZIONI SISMICHE Forme spettrali e coefficienti di importanza indipendenti dalla severità Variabilità delle forme spettrali con il terreno, discutibile ALCUNI PASSI AVANTI NELLE AZIONI SISMICHE Azione per SLD con T R=72 anni invece che 92 anni Spettri di risposta distinti per SLD ed SLU

31 OPCM 3519 (11 maggio 2006) L Ordinanza 3519 del Presidente del Consiglio dei Ministri del 28 aprile 2006 e pubblicata sulla G.U. n.108 del 11/05/2006 ribadisce i criteri generali per l individuazione delle zone sismiche i e per la formazione e l aggiornamento degli elenchi delle medesime zone già definiti nelle Norme Tecniche per le costruzioni, D.M

32 OPCM 3519 (11 maggio 2006) Si individuano 4 zone sismiche, caratterizzate da 4 diversi valori di accelerazione (a g ) orizzontale massima convenzionale su suolo tipo A con probabilità di superamento del 10% in 50 anni, ovvero periodo di ritorno Tr=475 anni. Zona - Acc. orizz. max convenzionale di ancoraggio dello spettro di risposta elastico [a g ] 1 0,35 g 2 0,25 g 3 0,15 g 4 0,05 g Le zone 1, 2 e 3 possono essere suddivise in sottozone caratterizzate da valori di a g intermedi rispetto a quelli riportati in tabella e intervallati da valori non minori di 0,025g. In accordo con quanto stabilito nel Testo Unitario al punto : Zone sismiche.

33 OPCM 3519 (11 maggio 2006) Le valutazioni di a g da utilizzarsi ai fini della classificazione sono effettuate sulla base di studi di pericolosità sismica condotti su dati aggiornati, con procedure trasparenti e metodologie validate. I dati utilizzati [ ] sono resi pubblici in modo che sia possibile la riproduzione dell intero processo. Le valutazioni di a g sono calcolate su un numero sufficiente di punti (griglia non superiore inferiore a 0,05 ), corredate da stime dell incertezza associata.

34 OPCM 3519 (11 maggio 2006)

35 PROGETTO S1 Dati online della pericolosità sismica in Italia (Sito web: PRECISIONE SULLE ACCELERAZIONI DELL ORDINE DI 0,01g

36 PROGETTO S1 - MAPPE STATICHE 16mo percentile 50mo percentile 84mo percentile Mappe di pericolosità sismica del territorio nazionale (denominate MPS04) in termini di accelerazione massima del suolo a g con probabilità di eccedenza del 10% in 50 anni. L accelerazione a g è riferita a suoli rigidi, affioranti, piani (tipo A) caratterizzati da V S30 >800m/s: si forniscono 16mo 50mo 84mo percentile.

37 PROGETTO S1 Le mappe MPS04 utilizzano la più recente zonazione sismogenetica del territorio italiano: la ZS9. La ZS9 è il risultato di modifiche, accorpamenti ed eliminazioni delle numerose zone di ZS4 e dell introduzione di nuove zone. L elemento di novità principale, oltre all aggiornamento del catalogo sismico, i è rappresentato t dall introduzione delle conoscenze più recenti sulla geometria delle sorgenti sismogenetiche. Le diverse zone sismogenetiche sono rappresentate da un numero Le zone indicate con una lettera non sono state utilizzate per la valutazione della pericolosità sismica.

38 PROGETTO S1- WEBGIS

39 PROGETTO S1 - WEBGIS

40 PROGETTO S1 - DOWNLOAD DATI In particolare sono disponibili per i punti di una griglia non inferiore a 0,05 : - valutazioni di a max in termini di 16mo, 50mo e 84mo percentile per 9 probabilità di eccedenza in 50 anni: 81%, 63%, 50%, 39%, 30%, 22%, 5% e 2% (oltre alla probabilità del 10% fornita dalle MPS04). A max relative al punto di coordinate lat.=41,831 lon.=12,5508 (Lazio, Roma)

41 PROGETTO S1- WEBGIS Le mappe interattive realizzate dall INGV forniscono le curve di pericolosità per ogni punto della griglia. La definizione del 16mo e dell 84mo percentile permette di cogliere la dispersione associata alle curve di pericolosità. valori Frequenza annuale di superamento a(g) (Coordinate del punto lat: , lon: , ID: 28735) 16 percentile 50 percentile 84 percentile

42 PROGETTO S1 - DOWNLOAD DATI - valutazioni di risposte spettrali in termini di accelerazione per dieci periodi di interesse ingegneristico i (0.10, 0.15, 0.20, 0.30, 0.40, 0.50, 0.75, 1.00, 1.50, 2.00 s) e per 9 differenti probabilità di eccedenza in 50 anni: Ordinate spettrali relative al punto di coordinate lat.=41,831 lon.=12,5508 (Lazio, Roma)

43 PROGETTO S1- WEBGIS Le mappe interattive realizzate dall INGV forniscono 10 (+1) ordinate spettrali dello spettro elastico per diversi periodi di ritorno. Si supera in questo modo la necessità di definire un unico spettro di risposta uguale, almeno in forma, per tutto il territorio nazionale: ad ogni punto è associata un opportuna forma spettrale. Peraltro, tale forma spettrale può variare al variare del periodo di ritorno considerato. Prob. di ecc. in 50 anni Spettri di risposta a pericolosita' uniforme 50 percentile (Coordinate del punto lat: , lon: , ID: 28735) Periodo (in sec) % % valori 10% % % % % % %

44 2006 PROGETTO S1 - WEBGIS Le mappe interattive realizzate dall INGV forniscono anche la disaggregazione dei parametri della pericolosità sismica in termini di probabilità di eccedenza ed in funzione della Magnitudo e della distanza dal sito. Valori medi Magnitudo Distanza Epsilon valori

45 DISAGGREGAZIONE DELLA PERICOLOSITÀ

46 DISAGGREGAZIONE DELLA PERICOLOSITÀ

47 Risposta spettrale media in acceler.,t R =475 anni Per valutare, in termini di resistenza richiesta alle costruzioni (il vecchio concetto di sicurezza ), gli effetti della nuova definizione dell azione sismica sui costi della ingegneria anti sismica, ci si può riferire al valore medio della risposta spettrale massima in accelerazione (PSA m ) valutata per valori del periodo T compresi tra 0,2s e2,0s (0,2s T 2,0s). In formule: PSA = m 2 0,2 PSA (, 5%) m T ξ = dt 1,8 Si ottiene così, per le costruzioni ricadenti nell intervallo di periodi scelto, una valutazione della domanda media corrispondente allo SLV, dunque della capacità media richiesta alle costruzioni per tale SL. Premesso che, per avere un quadro completo della situazione, l operazione andrebbe ripetuta per gli altri tre SL considerati dalle NTC-08 08, basta confrontare i valori di PSA m richiesti dalla NTC-08 con i valori di PSA m richiesti dalla OPCM 3274, per avere una immediata valutazione dei possibili risparmi.

48 Risposta spettrale media in acceler.,t R =475 anni Punti della griglia INGV : ordinati(linea rossa) secondo la zonazione della OPCM 3519 (T R =475 anni) e,a parità di zona, a numerazione crescente, ordinati nello stesso modo, ma con riferimento alla pericolosità S1-INGV (linee blu, spettri OPCM, linee nere, spettri NTC). Media = 0,2221g Media = 0,1596g (-28,1%) Media = 0,1364g (-10,5%)

49 Risposta spettrale media in acceler.,t R =475 anni 0.42g Accelerazioni ag da zone secondo Parametro: PSA m 0.39g 0.36g 0.33g OPCM 3519, forme spettrali da OPCM 3274 e succ.mod. PSA m 0.30g g 0.24g 0.21g 0.18g 0.15g 0.12g 0.09g 0.06g06g 0.03g 0.00g = 2 PSA T (, ξ = 5% ) 1.8s dt

50 Risposta spettrale media in acceler.,t R =475 anni Parametro: PSA m 0.42g 0.39g 0.36g 0.33g Accelerazioni a g da INGV, forme spettrali da OPCM 3274 e succ.mod. PSA m 0.30g g 0.24g 0.21g 0.18g 0.15g 0.12g 0.09g 0.06g06g 0.03g 0.00g Riduzione delle accelerazioni medie : -28.1% = 2 PSA T (, ξ = 5% ) 1.8s dt

51 Risposta spettrale media in acceler.,t R =475 anni Punti della griglia INGV : ordinati(linea rossa) secondo la zonazione della OPCM 3519 (T R =475 anni) e,a parità di zona, a numerazione crescente,, ordinati ad accelerazione crescente con riferimento alla pericolosità S1-INGV (linee blu, spettri OPCM, linee nere, spettri NTC).

52 Mappe accelerazione spettrale media,t R =475 anni Parametro: PSA m 0.42g 0.39g 0.36g 0.33g Accelerazioni a g da INGV, forme spettrali da NTC-08. PSA m 0.30g g 0.24g 0.21g 0.18g 0.15g 0.12g 0.09g 0.06g06g 0.03g 0.00g Ulteriore riduzione delle accelerazioni medie : -10.5% = 2 PSA T (, ξ = 5% ) 1.8s dt

53 AZIONI SISMICHE

54 Commissione LL.PP (criteri di zonazione) La disponibilità di informazioni così puntuali e dettagliate, (Progetto S1) in particolare il riferimento a più probabilità di superamento, consente ad un tempo di: a) adottare, nel progetto/verifica delle costruzioni, valori dell azione sismica meglio correlati alla pericolosità sismica del sito, al periodo di riferimento V R della costruzione (ottenuto incrociandone vita nominale V N ed uso cui è destinata), conseguendo così significative economie e soluzioni più agevoli del problema Lati progettuale, tecnico ed specie amministrativo per le costruzioni della pericolosità, esistenti; SEPARATI b) risolvere meglio i problemi di carattere amministrativo- legale connessi alla pericolosità sismica e superare i limiti della zonazione sismica quale fino ad oggi praticata, rendendo la zonazione molto più articolata che in passato e dunque consentendo di definirla per il singolo comune o frazione di esso.

55 FORME SPETTRALI DELLE NTC-08 Le forme spettrali isoprobabili S1, non sono omotetiche a quelle proposte dall EN Per continuità con l Europa, si è ritenuto opportuno allinearle alle forme europee. Per ciascun nodo del reticolo di riferimento (10751 punti) e ciascuno dei 9 valori di T R in anni (30, 50, 72, 101, 140, 201, 475, 975, 2475) considerati in S1, le forme spettrali NTC sono date, su sito di riferimento rigido orizzontale (tipo A), in funzione dei tre parametri: a g accelerazione orizzontale massima del terreno; F O valore max del fattore di amplificazione dello spettro in accel. orizzontale; T C * periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accel. orizz. Itreparametri si ricavano per il 50 percentile ed attribuendo a: a g, il valore previsto dalla pericolosità sismica S1, F O e T C * i valori ottenuti imponendo che le forme spettrali in accelerazione, velocità e spostamento previste dalle NTC scartino al minimo dalle corrispondenti forme spettrali previste dalla pericolosità sismica S1 (il minimo è ottenuto ai minimi quadrati, su valori normalizzati). I valori dei parametri relativi alla pericolosità sismica su reticolo di riferimento sono scaricabili, alla voce Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni, Tabella Parametri Spettrali GU, dal sito del Cons. Superiore dei LL. PP. (

56 FORME SPETTRALI DELLE NTC-08 ROMA F O a g TC*

57 VARIABILITÀ DI a g CON T R (media nazionale) a g (g) T (anni) R Figura 3.2.1a Variabilità di a g con T R : 2475 andamento medio sul territorio nazionale (linea continua) intervallo di confidenza al 95% (linee tratteggiate).

58 VARIABILITÀ DI F O CON T R (media nazionale) F o (-) EN Tipo 1 e T R (anni) Figura 3.2.1b Variabilità di F O con T R : andamento medio sul territorio nazionale (linea continua) intervallo di confidenza al 95% (linee tratteggiate). R 2475

59 VARIABILITÀ DI T C* CON T R (media nazionale) * T C (s s) EN1998 Tipo 1 EN1998 Tipo T R (anni) Figura 3.2.1c Variabilità di T C * con T R : andamento medio sul territorio nazionale (linea continua) intervallo di confidenza al 95% (linee tratteggiate).

60 INTRO - FOGLIO.xls SPETTRI-NTC ver. 1.03

61 FASE 1 FOGLIO.xls SPETTRI-NTC ver. 1.03

62 FASE 1 - FOGLIO.xls SPETTRI-NTC ver. 1.03

63 Variabilità dei parametri (spettri-ntc ver. 1.03) ROMA TABELLA PARAMETRI

64 INDIVIDUAZIONE DELLA DOMANDA SISMICA LEGGE DI INTERPOLAZIONE SULLA POSIZIONE Per un qualunque punto del territorio non ricadente nei nodi del reticolo di riferimento, i valori dei parametri p possono essere calcolati come media pesata dei valori assunti da tali parametri nei quattro vertici della maglia elementare del reticolo di riferimento contenente il punto in esame, utilizzando come pesi gli inversi delle distanze tra il punto in questione ed i quattro vertici 4 pi p è il valore del parametro di interesse (a g, F O, T C *) i= 1d corrispondente al punto considerato; i p = p nell i-esimo 4 i è il valore di tale parametro esimo vertice della 1 maglia elementare contenente il punto in esame i= 1d d i è la distanza del punto in esame dall i-esimo vertice i della maglia suddetta. La formula di interpolazione sopra proposta, semplice da usare, presenta peraltro l inconveniente di condurre a valori di pericolosità lievemente diversi per punti affacciati ma appartenenti a maglie contigue. La modestia delle differenze (scostamenti in termini di PGA dell ordine di ±0,01g ossia della precisione dei dati) a fronte della semplicità d uso, rende tale stato di cose assolutamente accettabile. Qualora si vogliano rappresentazioni continue della funzione interpolata, si dovrà ricorrere a metodi di interpolazione più complessi, ad esempio i polinomi di Lagrange (ambedue i due metodi di interpolazione sono presenti nella ver. 1.02)

65 INTERPOLAZIONE (spettri-ntc ver. 1.03)

66 INTERPOLAZIONE (spettri-ntc ver. 1.03) MEDIA PONDERATA SUPERFICIE RIGATA

67 INDIVIDUAZIONE DELLA DOMANDA SISMICA In accordo con l approccio poissoniano, la domanda sismica è nota se è noto il suo periodo di ritorno T R individuato come: V R T= - V/ln(1-P ) R R n 1 NELLE NTC è il periodo di riferimento della costruzione considerata Pn 1indicata anche con PV R, è la probabilità di avere, durante V R, almeno 1 sisma di periodo di ritorno T R V R è definita, per ciascun tipo di costruzione e ciascuna classe d uso, nel 2.4 delle NTC PV R è definita, per ciascuno Stato Limite, nel 3.2 delle NTC

68 VITA NOMINALE V N ( e C2.4.1) Il periodo di riferimento V R di una costruzione si lega alla vita nominale V N attribuita alla costruzione in fase di progettazione e all uso cui la costruzione è adibita nel corso del suo utilizzo e che ne individua il coefficiente d uso usoc U. V= V C R N U La vita nominale V N di una costruzione, così come definita al delle NTC, è la durata (da indicare espressamente negli elaborati di progetto), con riferimento alla durabilità delle costruzioni, nel dimensionare le strutture ed i particolari costruttivi, nella scelta dei materiali e delle eventuali applicazioni e misure protettive per garantire il mantenimento della resistenza e della funzionalità. La norma prevede, al variare della V N espressa in anni, 3 tipi di costruzioni: le tipo 1( ( V N 10 anni), Opere provvisorie Opere in fase costruttiva le tipo 2 (50 anni V N 100 anni), Opere ordinarie, ponti, opere infrastrutturali e dighe, di dimensioni contenute, o di importanza normale le tipo 3 ( V N 100 anni) Opere, ponti, opere infrastrutturali e dighe, di grandi dimensioni, o di rilevante importanza. Nelle previsioni progettuali dunque, se le condizioni ambientali e d uso sono rimaste nei limiti previsti, non prima della fine di detto periodo saranno necessari interventi di manutenzione straordinaria per ripristinare le capacità di durata della costruzione. L effettiva durata della costruzione esce dalle possibilità progettuali di previsione, venendo a dipendere da eventi futuri fuori dal controllo del progettista.

69 CLASSI D USO E COEFF. C U ( e C2.4.2) Le NTC attribuiscono alle costruzioni, in funzione della loro destinazione d uso e quindi delle conseguenze di una interruzione di operatività o di un eventuale collasso sismico, 4 classi d uso duso, a ciascuna delle quali corrisponde un coefficiente d uso dusoc U. Le 4 classi d uso di cui al delle norme corrispondono, a meno di alcune limitate modifiche delle definizioni necessarie per il loro adattamento alla realtà nazionale, alle 4 classi di importanza di cui al della EN ; 1; alle classi d importanza dette la norma europea fa corrispondere coefficienti d importanza γ I analoghi, per significato (1), ai coefficienti d uso C U della NTC, ma diversi da essi in termini di utilizzo e valori. CLASSE D USO I II III IV COEFFICIENTE C U 0,7 1 1,5 2,0 (1) (EN fondo pag. 29) An importance factor γ I is assigned to each importance class. Wherever feasible this factor should be derived so as to correspond to a higher or lower value of the return period of the seismic event

70 CLASSI D USO E COEFF. C U ( e C2.4.2) Classe Classe I: Costruzioni con presenza solo occasionale di persone, edifici agricoli. 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 oinclasse d uso IV, reti ferroviarie la cui interruzione non provochi situazioni di emergenza. Dighe il cui collasso non provochi conseguenze rilevanti. Classe III: Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi. Industrie con attività pericolose per l ambiente ambiente. Reti viarie extraurbane non ricadenti in Classe d uso IV. Ponti e reti ferroviarie la cui interruzione provochi situazioni di emergenza. Dighe rilevanti per le conseguenze di un loro eventuale collasso. Classe IV: Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, anche con riferimento alla gestione della protezione civile in caso di calamità. Industrie con attività particolarmente pericolose per l ambiente. Reti viarie di tipo A o B e di tipo C, di cui al D.M. 5 novembre 2001, n. 6792, Norme funzionali e geometriche per la costruzione delle strade, quando appartenenti ad itinerari di collegamento tra capoluoghi di provincia non altresì serviti da strade di tipo A o B. Ponti e reti ferroviarie di importanza critica per il mantenimento delle vie di comunicazione, particolarmente dopo un evento sismico. Dighe connesse al funzionamento di acquedotti e a impianti di produzione di energia elettrica.

71 PERIODO DI RIFERIM. V R ( e C2.4.3) Il periodo di riferimento V R di una costruzione si valuta moltiplicando vita nominale V N (in anni) per coefficiente d uso C U della costruzione ( VR = VN CU) e riveste notevole importanza in quanto riferendosi ad esso, ed assumendo che la legge di ricorrenza dell azione sismica sia un processo Poissoniano, si valuta, per la probabilità di superamento corrispondente allo Stato Limite considerato e fornita nella tab della NTC, il periodo di ritorno T R dell azione sismica cui fare riferimento per la verifica Poiché la normativa, per assicurare alle costruzioni un livello di sicurezza antisismica minimo irrinunciabile impone, se V R 35 anni, di assumere comunque V R = 35 anni, i valori di V R espressi in anni a cui fare effettivo riferimento al variare di V N e C U sono quelli riportati nella successiva tabella VITA NOMINALE V N PERIODO DI RIFERIMENTO V R CLASSE D USO I II III IV V N 10 ANNI ANNI V N 100 ANNI V N 100 ANNI Occorre infine ricordare che le verifiche sismiche di opere provvisorie o strutture in fase costruttiva possono omettersi quando V N 2 anni.

72 INDIVIDUAZIONE DELLA DOMANDA SISMICA In accordo con l approccio poissoniano, la domanda sismica è nota se è noto il suo periodo di ritorno T R individuato come: T= - V/ln(1-P ) R R n 1 Noto il periodo di riferimento Per ricavare T R occorre dunque conoscere n 1 VR V R P = P R Le NTC-08 legano tale probabilità, allo stato limite che viene considerato. Gli stati limite (in precedenza 2) sono ora 4. Ai 4 stati limite sono stati attribuiti (v. tab ) valori della probabilità di superamento pari a 81%, 63%, 10% e 5%, che restano immutati quale che sia la costruzione considerata; tali probabilità, valutate nel periodo di riferimento V R proprio p della costruzione considerata, consentono di individuare, per ciascuno stato limite, l azione sismica di progetto.

73 PROGETTAZIONE PRESTAZIONALE ANTISISMICA

74 FILOSOFIA DI PROGETTAZIONE DELLE NTC Le NTC adottano un approccio prestazionale alla progettazione, (mutuato dalla più recente normativa USA e sistematicamente utilizzato nella VISION 2000). Le prestazioni della costruzione sono individuate richiedendo il rispetto di più stati ti limite, it sia di esercizio i che ultimi. i Nel caso della progettazione antisismica, tale rispetto viene valutato t confrontando gli effetti delle azioni i sismiche i (domanda) con le corrispondenti prestazioni della costruzione (capacità) ed accertandosi che: capacità domanda per tutti gli stati limite considerati PER CIASCUNO DEGLI STATI LIMITE CONSIDERATI la domanda sismica è legata al periodo di ritorno T R del sisma cui rapportare la capacità della costruzione in quel particolare stato limite

75 DEFINIZIONE DEGLI STATI LIMITE Si considerano 4 stati limite 2 Stati Limite di Esercizio (SLE) SLO (SL immediata Operatività) SLD (SL Danno/immediata Occupazione) 2 Stati Limite Ultimi (SLU) Spost. SLV (SL salvaguardia della Vita) SLC (SL prevenzione del Collasso) u 4 u 3 u 2 Taglio oalla base S-5 Prevenzione del collasso S-3 Salvaguardia della vita S-1 Occupabilità immediata u 1 S-2 Controllo del danno S-4 Limitata sicurezza strutturale Campo elastico Spostamento laterale ultimo piano

76 DEFINIZIONE DEGLI STATI LIMITE Stati Limite di Esercizio (SLE) 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 i d uso di parte delle apparecchiature. Stati Limite Ultimi (SLU) 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

77 MOTIVAZIONI ALLA SCELTA DEGLI S. L. In un quadro operativo finalizzato a sfruttare al meglio la puntuale definizione della pericolosità di cui oggi si dispone, si è ritenuto utile consentire, quando opportuno, il riferimento a più stati limite (4) di quelli previsti (2) in precedenza. Gli Stati Limite di Esercizio (SLE) sono 2; lo Stato Limite di Danno (SLD) - ridefinito come stato limite da rispettare per garantire inagibilità solo temporanee nelle condizioni postsismiche è preceduto dallo Stato Limite di immediata Operatività (SLO), particolarmente utile per le opere che debbono restare operative durante e subito dopo il terremoto (ospedali, caserme, centri della protezione civile, etc.). Gli Stati Limite Ultimi (SLU) sono2; lostato Limite di salvaguardia della Vita (SLV), individuazione più puntuale dello stato limite ultimo della precedente normativa, è seguito dallo Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC), particolarmente utile come riferimento progettuale per alcune tipologie strutturali (strutture con isolamento e dissipazione di energia) e, più in generale, nel quadro della progettazione antisismica.

78 INDIVIDUAZIONE DELLA DOMANDA SISMICA Si valuta ( 2.4 delle NTC) il periodo di riferimento V R. Si ricava poi, per ciascuno degli SL considerati e delle relative probabilità di eccedenza su V R, il periodo di ritorno del sisma T R (POISSON); per i 4SLconsiderati, si hanno questi T R in funzione di V R : STATI LIMITE Valori in anni del periodo di ritorno T P R V R al variare del periodo di riferimento V R SLE SLO 81% ( 1 ) 30 anni T R = 06V 0,6 R SLD 63% T R = V R SLU SLV 10% T R = 9,5 V R SLC 5% T R = 19,5 V R 2475 anni ( 1 ) Tali risultati derivano dalla strategia progettuale che impone, al variare di V R, la costanza della probabilità bilità di superamento P V R che compete a ciascuno degli stati limite considerati (strategia progettuale di norma). [1] I limiti inferiore (30 anni) e superiore (2475 anni) per T R sono fissati dall appendice appendice A delle NTC e sono dovuti all intervallo di riferimento della pericolosità sismica attualmente disponibile; azioni sismiche riferite a T R più elevati possono essere considerate per opere speciali.

79 . INDIVIDUAZIONE DELLA DOMANDA SISMICA Strategie progettuali alternative, sono ipotizzabili(en , 2.1,4) Al riguardo le NTC, alla fine del 3.2.1, recitano Qualora la protezione nei confronti degli stati limite di esercizio sia di prioritaria importanza, i valori di P VR forniti in tabella devono essere ridotti in funzione del grado di protezione che si vuole raggiungere. E evidente che tale riduzione delle probabilità di superamento attribuite ai vari stati limite, non può essere arbitraria ma deve allinearsi a precisi concetti di teoria della sicurezza; in particolare, i livelli di protezione che si debbono eventualmente accrescere sono solo quelli nei confronti degli SLE, mentre i livelli di protezione nei confronti degli SLU (più direttamente legati alla sicurezza) debbono restare sostanzialmente immutati perché già ritenuti sufficienti dalla normativa. Per rispettare le limitazioni testé citate, si può allora ipotizzare che, al variare della classe d uso e del coefficiente C U, si utilizzi C U non per aumentare V N, portandola a V R, ma per ridurre P VR

80 INDIVIDUAZIONE DELLA DOMANDA SISMICA I valori dei periodi di ritorno T R dell azione sismica, per tutti gli stati limite considerati nella Norma (v ), sono quelli riportati in Tabella I. Tabella I Valori di T R per ogni classe di importanza, vita di riferimento, stato limite Stato Limite T R (in anni) Classe d uso II Classe d uso III Classe d uso IV SLO SLD SLV SLC Si considerano solo i valori di T R compresi nell intervallo 30 anni T R 2475 anni; se T R < 30 anni si porrà T R =30 anni, set R > 2475 anni si porrà T R = 2475 anni. Il limite inferiore T R = 30 anni (corrispondente alla probabilità di superamento 81% in 50 anni) è relativo alle azioni sismiche minime di progetto Il limite superiore T R = 2475 anni (corrispondente alla probabilità di superamento 2% in 50 anni) é relativo alle azioni sismiche massime di progetto. Limiti finalizzati ad avere azioni sismiche né troppo piccole né troppo grandi

81 INDIVIDUAZIONE DELLA DOMANDA SISMICA LEGGE DI INTERPOLAZIONE SUL PERIODO DI RITORNO Qualora la attuale pericolosità sismica su reticolo di riferimento (S1) non contempli il periodo di ritorno T R corrispondente alla V R e alla P VR fissate, il valore del generico parametro p() ad esso corrispondente potrà essere ricavato per interpolazione, a partire dai dati relativi ai T R previsti nella pericolosità sismica, utilizzando l espressione seguente: p 2 TR TR2 log ( p ) = log ( p 1 ) +log log log p1 TR1 TR1 nella quale: p è il valore del parametro di interesse (a g, F O, T C *) corrispondente al periodo di ritorno T R desiderato; p 1,2 è il valore di tale parametro corrispondente al periodo di ritorno T R1,2 1

82 ESEMPIO APPLICATIVO NTC-08 Comune di riferimento: Roma (RM) Costruzione di riferimento: edificio scolastico 1) Definizione della Vita utile nominale (V N ) in funzione della tipologia di struttura: TIPOLOGIA DI STRUTTURA Vita utile Nominale V N (anni) Strutture provvisorie Strutture in fase costruttiva 10 Strutture di opere ordinarie 50 Strutture di ponti, dighe e grandi opere 100 Tabella 2.4.I Vita utile nominale V N per diverse tipologie di struttura Strutture di opere ordinarie V N 50 anni 2) Definizione della Vita di Riferimento V R a partire dalla Classe d uso: CLASSE D USO I V = C V R U N C U II 1,0 III 1,5 IV 20 2,0 Strutture di opere ordinarie, classe d uso III V R 1,5 x anni

83 ESEMPIO APPLICATIVO NTC-08 Comune di riferimento: Roma (RM) Costruzione di riferimento: edificio scolastico 3) Definizione delle azioni sismiche da usare per le verifiche dei diversi stati limite considerati dalla Norma per le verifiche di sicurezza 3.1) Stati limite e relative probabilità di superamento Stato Limite Stati limite di esercizio Stati limite ultimi, Probabilità di superamento nella vita di riferimento V R SLO 81% SLD 63% SLV 10% SLC 5% Tabella 3.2.I Probabilità di superamento al variare dello stato limite considerato 3.2) Calcolo dei periodi di ritorno P V V R V ( V ) R ( ) R T R = - 30 anni TR 2475 anni ln 1- P STATO LIMITE T R (in anni) SLO 45 SLD 75 SLV 712 SLC 1462

84 FASE 2 - FOGLIO.xls SPETTRI-NTC ver

85 ESEMPIO APPLICATIVO NTC-08 Comune di riferimento: Roma (RM) Costruzione di riferimento: edificio scolastico 3.3) 3) Definizione i i della pericolosità ità sismica i per il comune per il periodo di ritorno di interesse (quello corrispondente allo SLV) a partire dalla pericolosità sismica definita nel progetto S1-INGV. - Uso di pericolosità di riferimento diversamente definite Individuazione dei vertici della maglia elementare Vertice ID Lon. Lat , , , , , , , ,8304

86 ESEMPIO APPLICATIVO NTC-08 Comune di riferimento: Roma (RM) Costruzione di riferimento: edificio scolastico 3.3) Definizione della pericolosità sismica per il comune per il periodo di ritorno di interesse (quello corrispondente allo SLV) a partire dalla pericolosità sismica definita nel progetto S1-INGV. - Uso di pericolosità di riferimento diversamente definite Interpolazione tra i valori di pericolosità per ogni vertice P 50 (in %) 81% 63% 50% 39% 30% 22% 10% 5% 2% T R (in anni) p 2 TR T 712 R2 log ( p ) = log ( p 1 ) +log log log p1 TR1 TR1 Vertice ID Lon. Lat. p 1 =a g1 p 2 =a g2 p=a g , , g 0.151g 0,137g , , g 0.186g 0,166g , , g 0.188g 0,168g , , g 0.203g 0,182g 1

87 FASE 2 - FOGLIO.xls SPETTRI-NTC ver. 1.03

88 ESEMPIO APPLICATIVO NTC-08 ROMA

89 ESEMPIO APPLICATIVO NTC-08 ROMA

90 EFFETTI LOCALI

91 CAT. DI SOTTOSUOLO,COND.TOPOGRAFICHE ( e C3.2.2) Le azioni sismiche finora viste, sono valide per un sito tipo A ossia rigido (V S 800 m/s), affiorante, orizzontale Le condizioni i i stratigrafiche ti e topografiche del volume di terreno interessato dall opera, modificano l azione sismica rispetto a quella attesa su sito Tipo A. È questa la risposta sismica locale.

92 CAT. DI SOTTOSUOLO,COND.TOPOGRAFICHE ( e C3.2.2) Le azioni sismiche finora viste, sono valide per un sito tipo A ossia rigido (V S 800 m/s), affiorante, orizzontale Le condizioni i i stratigrafiche ti e topografiche del volume di terreno interessato dall opera, modificano l azione sismica rispetto a quella attesa su sito Tipo A. È questa la risposta sismica locale. La risposta sismica locale è l azione sismica quale emerge in superficie a seguito delle modifiche in ampiezza, durata e contenuto in frequenza subite trasmettendosi dal substrato rigido. Per individuare in modo univoco la risposta sismica si assume, come superficie, il piano di riferimento quale definito nel Le modifiche sopra citate sono schematicamente riconducibili a: effetti stratigrafici (modifiche dovute a successione stratigrafica, proprietà meccaniche dei terreni, geometria ti del contatto tt tra substrato t rigido e terreni sovrastanti, geometria dei contatti tra gli strati di terreno); effetti topografici, (modifica dovute alla focalizzazione delle onde sismiche in prossimità della cresta dei rilievi, per i fenomeni di riflessione delle onde e l interazione tra onda incidente e onda diffratta).

93 CAT. DI SOTTOSUOLO,COND.TOPOGRAFICHE ( e C3.2.2) La risposta sismica locale si valuta con metodi semplificati o specifiche analisi. I metodi semplificati si adoperano solo se l azione sismica in superficie è descritta dall accelerazione massima o dallo spettro elastico di risposta; non possono cioè essere adoperati per accelerogrammi. Nei metodi semplificati si valutano effetti stratigrafici e topografici. Si attribuisce il sito ad una delle categorie di sottosuolo definite nella Tabella 3.2.II (A, B, C, D, E) ) ed a una delle categorie topografiche definite nella Tabella 3.2.IV (T1, T2, T3, T4). La risposta sismica locale consiste nella modifica dello spettro di risposta in accelerazione del moto sismico, relativo all affioramento affioramento della formazione rocciosa (sottosuolo tipo A) con superficie orizzontale (categoria topografica T1). Per identificare la categoria di sottosuolo è fortemente raccomandata la velocità delle onde di taglio V s. La classificazione si effettua utilizzando la velocità equivalente V s,30, definita con l equazione (3.2.1). La V s,30, si ha imponendo l equivalenza tra i tempi di arrivo delle onde di taglio in un terreno omogeneo equivalente, di spessore 30 m, e nel terreno stratificato in esame, di spessore complessivo 30 m.

94 CAT. DI SOTTOSUOLO,COND.TOPOGRAFICHE ( e C3.2.2) 0 T< T B T T< T B C C T T < T TD T D T 1 T S(T) e = ag S η Fo + 1 TB η Fo TB S(T) e = ag S η Fo TC S(T) e = ag S η Fo T TT C D S(T) e = ag S η Fo 2 T S= S S S T * C C C T = C T TB = T C /3 ag TD = 4,0 + 1,6 g

95 CAT. DI SOTTOSUOLO,COND.TOPOGRAFICHE ( e C3.2.2) Il coefficiente di amplificazione stratigrafica S S (comp. orizz.) è funzione (v. Tab. 3.2.V) della categoria di sottosuolo e del prodotto F o aa g. È il rapporto tra accelerazione massima attesa in superficie e accelerazione massima attesa in superficie su sottosuolo di categoria A ed è definito in funzione della categoria di sottosuolo e del livello di pericolosità sismica del sito, descritto dal prodotto F o a g.

96 SOTTOSUOLO (COEFF. AMPL. STRAT. S S ) ( e C3.2.3) 2 S S Sottosuolo A B C D E F o a g (g)

97 SOTTOSUOLO (COEFF. C C DI AMPL. T C *) ( e C3.2.3) Il coefficiente C C è definito in funzione della categoria di sottosuolo e del valore di T C = C C T C *riferito a quello del sottosuolo di categoria A(T C *). A parità di categoria di sottosuolo, C C decresce al crescere di T C * e, conseguentemente, l effetto di amplificazione massima si sposta verso periodi più brevi e si riduce l estensione del tratto orizzontale caratterizzato da ordinata spettrale massima. C c Sottosuolo A B C D E T c * (s)

98 CAT. DI SOTTOSUOLO,COND.TOPOGRAFICHE ( e C3.2.2) Categoria topografica Ubicazione dell opera o dell intervento S T T1 1,0 T2 In corrispondenza della sommità del pendio 1,2 T3 In corrispondenza della cresta del rilievo 1,2 T4 In corrispondenza della cresta del rilievo 1,4

99 FASE 3 - FOGLIO.xls SPETTRI-NTC ver. 1.03

100 FASE 3 - FOGLIO.xls SPETTRI-NTC ver. 1.03

101 FINE