CLASSIFICAZIONE SISMICA DEL TERRITORIO Miglioramenti delle conoscenze e proposte di classificazione sismica del territorio

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1 Evoluzione ou o delle NORMATIVE per la ap progettazione o delle strutture in zona sismica CLASSIFICAZIONE SISMICA DEL TERRITORIO Miglioramenti delle conoscenze e proposte di classificazione sismica del territorio INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE Radicali cambiamenti delle normative sismiche sulla base dei risultati dei numerosi lavori di ricerca sperimentale e teorica svolti in tutto il mondo.

2 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i CLASSIFICAZIONE SISMICA DEL TERRITORIO Prima del 1980 la classificazione sismica riguardava solo i comuni che avevano subito eventi sismici significativi a partire dal 1909

3 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i CLASSIFICAZIONE SISMICA DEL TERRITORIO fine degli anni 70: Progetto Finalizzato Geodinamica del CNR (a seguito del terremoto del Friuli del 1976) definizione di mappe di pericolosità basate su dati e procedure scientificamente validi e il 1984: classificazioneione di una cospicua porzione del territorio precedentemente ritenuto non sismico (dal 25% al 45% circa).

4 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i CLASSIFICAZIONE SISMICA DEL TERRITORIO : gruppo di lavoro costituito da Servizio Sismico Nazionale, Gruppo Nazionale perladifesa dai Terremoti e l Istituto Nazionale di Geofisica produzione di nuove mappe di pericolosità ed proposta di riclassificazione ione del territorio. io zona sismica, nelle tre categorie previste, circa il 67% dell intero territorio italiano [Gavarini et al. 1999].

5 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i 2003 CLASSIFICAZIONE SISMICA DEL TERRITORIO Nuova classificazione basata sulla proposta del 1998 assenza di aree non classificate introduzione di una zona 4, nella quale, con facoltà di scelta delle Regioni, si progetterà con criteri semplificati e forze sismiche ridotte

6 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i CLASSIFICAZIONE SISMICA DEL TERRITORIO aggiornamento con le comunicazioni delle regioni i (ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n 3274/03), zona comuni zona comuni Zona comuni Zona comuni

7 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i CLASSIFICAZIONE SISMICA DEL TERRITORIO Nuova Classificazione Sismica del Territorio Completamento e gestione della mappa di pericolosità sismica prevista dall OPCM3274 Descrizione spettrale puntuale Miglioramento degli spettri

8 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i CLASSIFICAZIONE SISMICA DEL TERRITORIO

9 DM08 - Azione Sismica Azione sismica funzione della pericolosità sismica di base del sito definita in termini di: accelerazione massima attesa (a g campo libero, cat.a) spettro di risposta elastico (probabilità di eccedenza P VR nel periodo di riferimento V R ) Parametri di riferimento (in allegato alla norma): a g : accelerazione massima al sito F 0 : valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale T * c: periodo di inizio del tratto a velocità costante dello c p spettro in accelerazione orizzontale

10 DM08 - Azione Sismica Prestazioni delle costruzioni nei confronti delle azioni sismiche: Stati Limite di Esercizio: STATI LIMITE Stato Limite di Operatività (SLO): la costruzione non subisce danni ed interruzioni d uso Stato Limite di Danno (SLD): la costruzione subisce danni tali da non mettere a rischio gli utenti e da non compromettere significativamente ifi t la capacità di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni i verticali e orizzontali mantenendosi immediatamente utilizzabile.

11 DM08 - Azione Sismica Prestazioni delle costruzioni nei confronti delle azioni sismiche: Stati Limite Ultimi: STATI LIMITE Stato Limite di Salvaguardia della Vita (SLV): La costruzione subisce rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e danni molto gravi dei componenti strutturali. Perdita significativa della rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali. Resistenza e rigidezza residua nei confronti delle azioni verticali. Margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni orizzontali.

12 DM08 - Azione Sismica Prestazioni delle costruzioni nei confronti delle azioni sismiche: Stati Limite Ultimi: STATI LIMITE Stato Limite di Prevenzione del Collasso (SLC): Gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e danni molto gravi dei componenti strutturali. Margine di sicurezza nei confronti delle azioni verticali. Esiguo margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni i orizzontali.

13 DM08 - Azione Sismica Ad ogni Stato Limite è associata una probabilità di superamento P VR nel periodo di riferimento V R per la valutazione dell azione sismica.

14 DM08 - Azione Sismica Le azioni sismiche su ciascuna costruzione vengono valutate in relazione ad un periodo di riferimento V R che si ricava, per ciascun tipo di costruzione, moltiplicandone la vita nominale V N per il coefficiente d uso C U :

15 DM08 - Azione Sismica La vita nominale di un opera strutturale V N è intesa come il numero di anni nel quale la struttura, purché soggetta alla manutenzione ordinaria, deve potere essere usata per lo scopo al quale è destinata.

16 DM08 - Azione Sismica Classi d uso

17 DM08 - Azione Sismica Le costruzioni sono suddivise in classi d uso così definite: Classe I: Costruzioni o con presenza solo o occasionale o a di persone, e, edifici agricoli. 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. Classe III: Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi. Industrie con attività pericolose per l 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 t pericolose per l ambiente. Reti viarie i di tipo A o B, di cui al D.M. 5 novembre 2001, n.6792, Norme funzionali e geometriche per la costruzione delle strade, e di tipo C 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.

18 DM08 - Azione Sismica P VR V R T R = ln ( 1 ) P VR sito Periodo di ritorno dell azione sismica a g, F o, T* C

19 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA Descrizione tre componenti traslazionali X, Y, Z da considerare tra loro indipendenti la componente verticale Z deve essere considerata solo in casi particolari In funzione del tipo di analisi adottata: accelerazione massima attesa in superficie accelerazione massima e relativo spettro di risposta attesi in superficie accelerogrammi

20 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA note: Le due componenti che descrivono il moto orizzontale sono caratterizzate dallo stesso spettro di risposta La componente verticale è caratterizzata da un proprio spettro di risposta che può essere ricavato in modo semplificato dallo spettro di risposta delle componenti orizzontali.

21 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO IN ACCELERAZIONE È riferito ad uno smorzamento convenzionale del 5%, dall accelerazione orizzontale massima ag su sito di riferimento rigido orizzontale. E valido per strutture con periodo inferiore a 4.0 s. per le COMPONENTI ORIZZONTALI T 1 T 0 T < TB Se( T) = ag S η F0 + 1 T B ηf 0 T TB T < TC Se( T) = ag S η F0 TC TC T < TD Se( T) = ag S η F0 T TC TD TD T Se( T) = ag S η F0 2 T B

22 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO IN ACCELERAZIONE È riferito ad uno smorzamento convenzionale del 5%, dall accelerazione orizzontale massima ag su sito di riferimento rigido orizzontale. E valido per strutture con periodo inferiore a 4.0 s. per le COMPONENTI ORIZZONTALI

23 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO IN ACCELERAZIONE T C : periodo corrispondente all inizio del tratto a velocità costante dello spettro: T C T * costante dello spettro: T C =C C T C

24 DM08 - Azione Sismica Categorie di sottosuolo (effetto della risposta sismica locale): in assenza di analisi specifiche:

25 DM08 - Azione Sismica Categorie di sottosuolo (effetto della risposta sismica locale): sono necessarie analisi specifiche:

26 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO IN ACCELERAZIONE S: fattore che tiene conto della categoria del suolo e della topografia: S=S S S T S S : coefficiente di amplificazione stratigafica S S T : coefficiente di amplificazione topografica

27 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO IN ACCELERAZIONE Amplificazione stratigrafica

28 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO IN ACCELERAZIONE Amplificazione topografica

29 DM08 - Azione Sismica Condizioni Topografiche

30 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO IN ACCELERAZIONE η: fattore che modifica la forma dello spettro per coefficienti di smorzamento viscoso ξ diversi dal 5%. Dipende dai materiali, dalla tipologia strutturale e dal terreno di fondazione. η η = 10 / (5 + ξ ) ξ(%)

31 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO IN ACCELERAZIONE T B : periodo corrispondente all inizio del tratto dello spettro ad accelerazione costante: T B =T C /3 T D: periodo corrispondente all inizio del tratto a spostamento costante dello spettro: ag TD = g

32 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO IN ACCELERAZIONE DELLA COMPONENTE VERTICALE T 1 T 0 T < TB Sve ( T) = ag S η FV + 1 T ηf T T T < T S ( T ) = a S η F B T T < T C C D ve g v TC S ve ( T ) = a g S η F v T TC TD T D T S ve ( T ) = a g S η F v 2 T B V B F V : fattore che quantifica l amplificazione spettrale massima: ag FV = 1.35 F o g V q p p V o 0.5

33 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO IN ACCELERAZIONE DELLA COMPONENTE VERTICALE La componente verticale deve essere considerata solo in presenza di elementi pressoché orizzontali con luce superiore a 20 m, elementi precompressi (con l esclusione dei solai di luce inferiore a 8 m), elementi a mensola di luce superiore a 4 m, strutture di tipo spingente, pilastri in falso, edifici con piani sospesi, ponti, costruzioni con isolamento nei casi specificati in e purché il sito nel quale la costruzione sorge non ricada in zona 3 o 4.

34 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO IN SPOSTAMENTO O DELLA COMPONENTE ORIZZONTALE T SDe( T) = Se( T) ; (T T E) 2π 2 T TE SDe( T) = ag S TC TD Fo η + ( 1 Foη) ; (T E<T T F) T F T E S ( T) = d ; (T <T) De g F

35 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPOSTAMENTO O ORIZZONTALE O E VELOCITA DEL TERRENO d = a S T T g g C D v = a S T g g C

36 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRI DI PROGETTO O STATI LIMITE DI ESERCIZIO lo spettro di progetto S d (T) da utilizzare, sia per le componenti orizzontali che per la componente verticale, è lo spettro elastico corrispondente, riferito alla probabilità di superamento nel periodo di riferimento P VR considerata.

37 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRI DI PROGETTO O STATI LIMITE ULTIMI Le capacità dissipative delle strutture possono essere messe in conto attraverso una riduzione delle forze elastiche, che tiene conto in modo semplificato della capacità dissipativa anelastica della struttura, della sua sovraresistenza, dell incremento del suo periodo proprio aseguito delle plasticizzazioni. S d (T) S e (T) dove: η=1/q (comunque: Sd(T) 0.2a g )

38 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRI DI PROGETTO O STATI LIMITE ULTIMI per le COMPONENTI ORIZZONTALI 1 T q T 0 T < TB Se ( T) = a g S F0 + 1 q TB F0 T 1 T B T < T C S e ( T ) = a g S F 0 q T T T T C D C < D S e ( T ) = a g S F 0 1 q T T 1 TC TD T S e ( T ) = a g S F 0 2 q T B

39 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRI DI PROGETTO O q: fattore di struttura (dipende dalla tipologia strutturale, dal suo grado di iperstaticità, edai criteri di progettazione). q=q o K R q o : valore massimo del fattore di struttura funzione del livello di duttilità atteso, della tipologia strutturale e del rapporto α u /α 1 ; K R : tiene conto della regolarità in altezza della struttura (0.8-1)

40 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRI DI PROGETTO O q: fattore di struttura q o

41 DM08 - Azione Sismica VALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRI DI PROGETTO O q: fattore di struttura α u /α 1 per le costruzioni regolari in pianta si possono adottare i per le costruzioni regolari in pianta si possono adottare i seguenti valori:

42 DM08 - Azione Sismica regolarita una costruzione o è regolare in pianta pa a se tutte le seguenti condizioni sono rispettate: a) la configurazione in pianta è compatta e approssimativamente simmetrica rispetto a due direzioni ortogonali, in relazione alla distribuzione di masse e rigidezze; b) il rapporto tra i lati di un rettangolo in cui la costruzione risulta inscritta è inferiore a 4; c) nessuna dimensione di eventuali rientri o sporgenze supera il 25 % della dimensione totale della costruzione nella corrispondente direzione; d) gli orizzontamenti possono essere considerati infinitamente rigidi idi nel loro piano rispetto agli elementi verticali e sufficientemente resistenti.

43 DM08 - Azione Sismica regolarita una costruzione o è regolare in altezza a se tutte le seguenti condizioni sono rispettate: e) tutti i sistemi resistenti verticali (quali telai e pareti) si estendono per tutta l altezza della costruzione; f) massa e rigidezza rimangono costanti o variano gradualmente, senza bruschi cambiamenti g) nelle strutture intelaiate progettate in CD B il rapporto tra resistenza effettiva e resistenza richiesta dal calcolo non è significativamente diverso per orizzontamenti diversi può fare eccezione l ultimo orizzontamento di strutture intelaiate di almeno tre orizzontamenti; h) t li ti i ti d ll i i t l d ll h) eventuali restringimenti della sezione orizzontale della costruzione avvengono in modo graduale

44 DM08 - Azione Sismica Esempio Edificio con struttura intelaiata in c.a. Suolo di tipo A Azione sismica per lo SLV PVR=10% Fase 1. Classe d uso dusoii C u =1.0 Vita nominale: 50 anni Periodo di riferimento dell azione sismica V R =V N C U =50 Periodo di ritorno dell azione sismica T R VR = = 475anni ln 1 P ( ) VR

45 DM08 - Azione Sismica Esempio Dalla tabella: a g =1.74 m/s2 Fo=2.45 T*c=0.29 s

46 DM08 - Azione Sismica Esempio Fase 2. spettro elastico T 1 T 0 T < TB Se ( T ) = ag S η F0 + 1 TB ηf0 T T B T < T C S e ( T ) = a g S η F 0 T T < T C D S ( T) a S η F e T T C = g 0 TC TD TD T Se( T) = ag S η F0 2 T B

47 DM08 - Azione Sismica Esempio Fase 2. spettro elastico Tc=Cc T*c =1.0 x 0.29 = 0.29 s

48 DM08 - Azione Sismica Esempio Fase 2. spettro elastico T B =T C /3=0.29/3 = s T D =4.0 (a g /g)+1.6=2.31 s S=Ss St = 1.0

49 DM08 - Azione Sismica Esempio

50 DM08 - Azione Sismica Esempio Fase 3. spettro di progetto Fattore di struttura q: q=4.5 α u /α 1 = =5.85

51 DM08 - Azione Sismica Esempio

52 Parte 2

53 DM08 MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA E DELL AZIONE SISMICA Il modello della struttura deve essere tridimensionale e rappresentare in modo adeguato le effettive distribuzioni spaziali di massa, rigidezza e resistenza alcuni elementi strutturali, considerati secondari, e gli elementi non strutturali autoportanti (tamponature e tramezzi), possono essere rappresentati unicamente in termini di massa, considerando il loro contributo alla rigidezza e alla resistenza del sistema strutturale solo qualora essi possiedano rigidezza e resistenza tali da modificare significativamente il comportamento del modello.

54 DM08 MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA E DELL AZIONE SISMICA Gli orizzontamenti possono essere considerati infinitamente rigidi nel loro piano, a condizione che siano realizzati in cemento armato, oppure in latero-cemento con soletta in c.a. di almeno 40 mm di spessore, o in struttura mista con soletta in cemento armato di almeno 50 mm di spessore collegata da connettori a taglio opportunamente dimensionati agli elementi strutturali in acciaio o in legno e purché le aperture presenti non ne riducano significativamente la rigidezza. Per rappresentare la rigidezza degli elementi strutturali si possono adottare modelli lineari, che trascurano le non linearità di materiale e geometriche, e modelli non lineari, che le considerano.

55 DM08 MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA E DELL AZIONE SISMICA Le azioni conseguenti al moto sismico sono modellate sia direttamente, attraverso forze statiche equivalenti o spettri di risposta, sia indirettamente, attraverso accelerogrammi. Per tenere conto della variabilità spaziale del moto sismico, nonché di eventuali incertezze nella localizzazione delle masse, al centro di massa deve essere attribuita una eccentricità accidentale rispetto alla sua posizione quale deriva dal calcolo. Per i soli edifici ed in assenza di più accurate determinazioni l eccentricità accidentale in ogni direzione non può essere considerata inferiore a 0,05 volte la dimensione dell edificio misurata perpendicolarmente p alla direzione di applicazione dell azione sismica. Detta eccentricità è assunta costante, per entità e direzione, su tutti gli orizzontamenti.

56 DM08 MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA E DELL AZIONE DELLAZIONE SISMICA 0.05 B 0.05 L B L

57 DM08 MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA E DELL AZIONE DELLAZIONE SISMICA

58 DM08 MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA E DELL AZIONE DELLAZIONE SISMICA

59 DM08 MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA E DELL AZIONE DELLAZIONE SISMICA Inoltre gli effetti sulla struttura dell azione sismica sono combinati applicando la seguente espressione (analisi i in campo lineare): E=1.0 Ex Ey (E=0.30 Ex + 1.0Ey) Ey Ey 30% Ex 30% Ex 30% Ex Ey 30% Ex Ey 8x4=32 combinazioni

60 DM08 MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA E DELL AZIONE DELLAZIONE SISMICA Inoltre gli effetti sulla struttura dell azione sismica sono combinati applicando la seguente espressione (analisi i in campo lineare): E=1.0 Ex Ey (E=0.30 Ex + 1.0Ey) L azione sismica deve essere combinata poi con le altre azioni: G 1 +G 2 +E+ΣΨ 2j Q kj

61 DM08 METODI DI ANALISI ANALISI LINEARE ANALISI NON LINEARE ANALISI STATICA ANALISI DINAMICA

62 DM08 METODI DI ANALISI L analisi statica lineare consiste nell applicazione di forze statiche equivalenti alle forze di inerzia indotte dall azione sismica il periodo del modo di vibrare principale nella direzione in esame (T1) non superi 2,5 T C o T D e che la costruzione sia regolare in altezza. Per costruzioni civili oindustriali che non superino i 40 m di altezza e la cui massa sia approssimativamente uniformemente distribuita ib it lungo l altezza, lt T 1 può essere stimato, in assenza di calcoli più dettagliati, utilizzando la formula seguente: ente T 1 =C t H 3/4 (C t = costr. in c.a. a telaio)

63 DM08 METODI DI ANALISI Analisi statica lineare G 1 +G 2 +ΣΨ 2i Q ki λ è un coefficiente pari a 0,85 se la costruzione ha almeno tre orizzontamenti e se T 1 < 2T C, pari a 1,0 in tutti gli altri casi;

64 DM08 METODI DI ANALISI Analisi statica lineare Per gli edifici, se le rigidezze laterali e le masse sono distribuite simmetricamente in pianta, gli effetti torsionali accidentali di cui al possono essere considerati amplificando le sollecitazioni su ogni elemento resistente, calcolate con la distribuzione fornita dalla formula (7.3.6), attraverso il fattore (δ) risultante dalla seguente espressione: δ = 1+0,6x/Le dove: x è la distanza dell elemento resistente verticale dal baricentro geometrico di piano, misurata perpendicolarmente p alla direzione dell azione sismica considerata; L è la distanza tra i due elementi resistenti più lontani misurata L e è la distanza tra i due elementi resistenti più lontani, misurata allo stesso modo.

65 DM08 METODI DI ANALISI Analisi dinamica lineare - determinazione dei modi di vibrare della costruzione (analisi modale) - nel calcolo degli effetti dell azione sismica, rappresentata dallo spettro di risposta di progetto, per ciascuno dei modi di vibrare individuati - nella combinazione di questi effetti. Devono essere considerati tutti i modi con massa partecipante significativa. È opportuno a tal riguardo considerare tutti i modi con massa partecipante superiore al 5% e comunque un numero di modi la cui massa partecipante p totale sia superiore all 85%.

66 DM08 METODI DI ANALISI Analisi dinamica lineare Per la combinazione degli effetti relativi ai singoli modi deve essere utilizzata una combinazione quadratica completa degli effetti relativi a ciascun modo, quale quella indicata nell espressione:

67 DM08 METODI DI ANALISI Analisi dinamica lineare Per gli edifici, gli effetti della eccentricità accidentale del centro di massa possono essere determinati mediante l applicazione di carichi statici costituiti da momenti torcenti di valore pari alla risultante orizzontale della forza agente al piano, determinata come in , 3 moltiplicata per leccentricità l eccentricità accidentale del baricentro delle masse rispetto alla sua posizione di calcolo, determinata come in

68 DM08 METODI DI ANALISI Analisi non lineare statica L analisi non lineare statica consiste nell applicare alla struttura i carichi gravitazionali e, per la direzione considerata dell azione sismica, un sistema di forze orizzontali distribuite, ad ogni livello della costruzione, proporzionalmente alle forze d inerzia ed aventi risultante (taglio alla base) Fb. Tali forze sono scalate in modo da far crescere monotonamente, sia in direzione positiva che negativa e fino al raggiungimento delle condizioni di collasso locale o globale, lo spostamento orizzontale dc di un punto di controllo coincidente id con il centro di massa dell ultimo livello della costruzione (sono esclusi eventuali torrini). i)

69 DM08 METODI DI ANALISI Analisi non lineare dinamica L analisi non lineare dinamica consiste nel calcolo della risposta sismica della struttura mediante integrazione delle equazioni del moto, utilizzando un modello non lineare della struttura e gli accelerogrammi

70 MS/

71 Cassino

72 Classe d uso: C u Vita nominale: V N PVR: C u V N Stato t limite it T R VR = ln ( 1 P ) VR

73 Parte 3

74 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE ASPETTI INNOVATIVI E MIGLIORATIVI DELLE NUOVE NORME APPROCCIO DI TIPO PRESTAZIONALE definizione degli obiettivi del progetto dichiarazione i dei requisiti iti definizione dei criteri di progetto Livelli di protezione in relazione alle esigenze funzionali e di protezione civile ruolo attivo del progettista

75 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE ASPETTI INNOVATIVI E MIGLIORATIVI DELLE NUOVE NORME Livelli di prestazione correlati alla risposta della struttura al variare dell intensità sismica

76 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE ASPETTI INNOVATIVI E MIGLIORATIVI DELLE NUOVE NORME SCOPO delle norme in caso di EVENTO SISMICO SIA PROTETTA LA VITA UMANA SIANO LIMITATI I DANNI OPERATIVITA DELLE STRUTTURE STRATEGICHE

77 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE ASPETTI INNOVATIVI E MIGLIORATIVI DELLE NUOVE NORME PARAMETRI CONDIZIONANTI RIGIDEZZA RESISTENZA DUTTILITA (richiesta e disponibile)

78 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE ASPETTI INNOVATIVI E MIGLIORATIVI DELLE NUOVE NORME APPROCCIO PRESTAZIONALE Per terremoti di piccola e media intensità: la struttura deve avere sufficiente rigidezza per assicurare che vengano minimizzati i danni non strutturali e sufficiente resistenza per assicurare che vengano minimizzati i danni strutturali.

79 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE ASPETTI INNOVATIVI E MIGLIORATIVI DELLE NUOVE NORME APPROCCIO PRESTAZIONALE Per terremoti di elevata intensità: la struttura deve avere sufficiente duttilità per potersi deformare in campo plastico senza perdita eccessiva di resistenza, ovvero pur ammettendo gravi danni si evita la perdita di vite umane.

80 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE ASPETTI INNOVATIVI E MIGLIORATIVI DELLE NUOVE NORME STATI LIMITE PER AZIONI SISMICHE esercizio

81 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE ASPETTI INNOVATIVI E MIGLIORATIVI DELLE NUOVE NORME STATI LIMITE PER AZIONI SISMICHE ultimo

82 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i esempio Stato Limite di Esercizio i Piccoli urti (frequenti): assenza di danneggiamento del veicolo

83 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i esempio Stato Limite Ultimo Maggior parte dell energia assorbita dalla parte frontale dell auto salvaguardando gli occupanti

84 Collasso della struttura! Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i esempio

85 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i esempio Soluzione progettuale antieconomica i e non sempre possibile!

86 DM08 CRITERI PROGETTUALI Le costruzioni soggette all azione sismica, non dotate di appositi dispositivi dissipativi, devono essere progettate in accordo con i seguenti comportamenti strutturali: a) comportamento strutturale non-dissipativo; b) comportamento t strutturale tt dissipativo. i

87 DM08 CRITERI PROGETTUALI Nel comportamento strutturale non dissipativo, cui ci si riferisce quando si progetta per gli stati limite di esercizio, gli effetti combinati delle azioni sismiche e delle altre azioni sono calcolati, l indipendentemente d dalla tipologia i strutturale adottata, senza tener conto delle non linearità di comportamento t (di materiale egeometriche) tih se non rilevanti. Nel comportamento strutturale dissipativo, cui ci si riferisce quando si progetta per gli stati limite ultimi, gli effetti combinati delle azioni sismiche e delle altre azioni sono calcolati, in funzione della tipologia strutturale adottata, tenendo conto delle non linearità di comportamento (di materiale sempre, geometriche quando rilevanti e comunque sempre quando precisato).

88 DM08 CRITERI PROGETTUALI Nel caso la struttura abbia comportamento strutturale dissipativo, si distinguono due livelli di Capacità Dissipativa o Classi di Duttilità (CD): - Classe di duttilità alta (CD A ); - Classe di duttilità bassa (CD B ). La differenza tra le due classi risiede nella entità delle plasticizzazioni cui ci si riconduce in fase di progettazione; per ambedue le classi, onde assicurare alla struttura un comportamento dissipativo e duttile evitando rotture fragili e la formazione di meccanismi instabili imprevisti, si fa ricorso ai procedimenti tipici della gerarchia delle resistenze.

89 Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica i Progettazione delle strutture in zona sismica basata sul criterio di GERARCHIA DELLE RESISTENZE

90 Gerarchia delle Resistenze Obiettivo meccanismo ultimo della struttura di tipo DUTTILE e DISSIPATIVO Tra tutti i possibili meccanismi di crisi della struttura si assegna gerarchicamente la resistenza maggiore al meccanismo più ùfragile. Progetto basato sulle resistenze.

91 Gerarchia delle Resistenze σ σ ε ε materiale duttile materiale fragile

92 Gerarchia delle Resistenze 1 resistenza maggiore agli elementi duttili F R 1 R 2 R 1>R 2 δ F δ meccanismo ultimo di tipo fragile!

93 Gerarchia delle Resistenze 2 resistenza maggiore agli elementi fragili F R 2 R 1 R 2>R 1 δ F δ meccanismo ultimo di tipo duttile!

94 Gerarchia delle Resistenze Attenzione: bisogna garantire la gerarchia delle resistenze a tutti tti i livelli lli strutturali tt MATERIALE SEZIONE ELEMENTO STRUTTURA F δ

95 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls MATERIALE acciaio materiale responsabile della duttilità B450C B450A È il tipo di acciaio da utilizzare per le strutture in cemento armato ( ) Utilizzo in casi particolari: per le reti e i tralicci armatura trasversale di elementi in cui è impedita la plasticizzazione, elementi secondari di cui al 7.2.3, strutture poco dissipative con fattore di struttura q 1,5.( )

96 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls MATERIALE Cosa cambia tra le due classi di acciaio? B450C B450A Tensione nominale di snervamento (f y,nom ) 450 MPa 450 MPa Tensione nominale di rottura (f t,nom ) 540 MPa 540 MPa Tensione caratteristica di snervamento (f y,k ) >450 MPa >450 MPa Tensione caratteristica di rottura (f t,k ) >540 MPa >540 MPa sono gli stessi per le due classi

97 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls MATERIALE Cosa cambia tra le due classi di acciaio? B450C B450A Resistenza/snervamento (f t /f y ) k Allungamento caratteristico (A gt ) k 75% 7.5% 2.5% Diametri consentiti 6-40mm 5-10mm

98 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls MATERIALE Fattori che caratterizzano le due classi di acciaio

99 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls MATERIALE acciaio materiale responsabile della duttilità B450C B450A

100 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls MATERIALE acciaio materiale responsabile della duttilità I valori caratteristici devono essere dimostrati dal produttore direttore e dei lavori prelievo e dei campioni in cantiere e B450C B450A 425 fy 572 Agt 6% ft/fy 1.37 f/f fy 572 Agt 2% f/f ft/fy

101 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls MATERIALE Come si traducono in fase di calcolo? ε ud =0.9ε uk = %=6.75% 6.75%>1%

102 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls SEZIONE Meccanismo duttile garantito dallo snervamento dell acciaio sezioni debolmente armate ε c Vl Valori elevati tidll della curvatura in condizioni ultime ε s

103 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls SEZIONE sezioni fortemente armate ε c Bassi valori della curvatura in condizioni ultime ε s

104 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls SEZIONE D.M.08: Limitazioni sulle armature metalliche H ρ ρcomp + f f yk yk A A tesa ; comp ρ = ρcomp = B H B H B450C ρ=0.31% 0 B ρ 0.25 ρ; ρ 0.5 ρ [zone critiche] comp comp Limitazioni imposte sia all armatura tesa sia all armatura compressa

105 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls SEZIONE esempio 2φ14 2φ φ14 8φ14 30 ρ=1.4/f / yk ρ comp =0.66ρ 30 ρ=3.5/f / yk ρ comp =0.25ρ

106 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls SEZIONE esempio moment to [knm m] debolmente armata fortemente armata curvatura

107 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls SEZIONE Esempio: l armatura compressa ha un effetto positivo sulla curvatura ultima 300 mo omento [knm] rcom=0.71r rcomp=0.29r curvatura

108 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls SEZIONE Perché ci interessa la duttilità a questo livello? q ento [knm] mom rcom=0.71r rcomp=0.29r curvatura La duttilità della sezione si riflette sul comportamento ultimo dell elemento. q f

109 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls SEZIONE Tale aspetto è così importante che la normativa inserisce una verifica di duttilità specifica μ ϕ = curvatura ultima / curvatura al limite di snervamento fattore di duttilità in curvatura Le limitazioni imposte dalla normativa sono funzione Le limitazioni imposte dalla normativa sono funzione della duttilità globale della struttura

110 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls SEZIONE esempio moment to [knm m] debolmente armata fortemente armata curvatura

111 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls STRUTTURA Per garantire un meccanismo ultimo duttile è necessario attribuire maggiore resistenza agli elementi fragili. Individuare id nella struttura tt quali sono gli elementi caratterizzati ti da minori livelli di duttilità. (Attenzione: dipende d anche dalla tipologia i strutturale) tt

112 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls STRUTTURA Travi: prevalentemente inflesse Nodi trave-pilastro Pilastri: presso- inflessi Entrambi gli elementi sono costituiti dagli stessi materiali di base e dalle stesse tipologie di armature metalliche.

113 /m] mome ento [kn Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls STRUTTURA Cosa accade in termini di duttilità locale? 0% 10% Nc 20% Nc 40% Nc 80% Nc curvatura Effetto dello sforzo normale sulla curvatura ultima.

114 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls STRUTTURA E in termini di duttilità globale? Duttilità affidata ai pilastri numero ridotto di cerniere plastiche elevate richieste di rotazione plastica bassi livelli di duttilità locale e di dissipazione danneggiamento di elementi importanti Maggiore resistenza alle travi rispetto ai pilastri: NO! TRAVI FORTI COLONNE DEBOLI

115 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls STRUTTURA E in termini di duttilità globale? Duttilità affidata alle travi numero elevato di cerniere plastiche basse richieste di rotazione plastica elevati livelli di duttilità locale e di dissipazione Maggiore resistenza ai pilastri rispetto alle travi: OK! COLONNE FORTI TRAVI DEBOLI

116 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls STRUTTURA Come si persegue questo obiettivo? F q M q M F Sollecitazione di progetto: M = M q + M F

117 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls STRUTTURA Approccio classico vecchie norme F q Travi: M Rd M max Pilastri: M Rd (N) M max (N) Resistenza > Sollecitazione Non garantiamo però la gerarchia delle resistenze nei confronti di F Al crescere di F può sopraggiungere sia la crisi delle travi sia quella dei pilastri! i!

118 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls STRUTTURA Approccio classico vecchie norme F q Inoltre, al crescere di F la crisi per taglio può avvenire prima di quella per flessione. Questo meccanismo di crisi è particolarmente fragile.

119 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls Esempi di collasso per taglio STRUTTURA

120 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls STRUTTURA Approccio nuova normativa Obiettivi crisi per flessione nelle travi preservando i pilastri evitare meccanismi di crisi per taglio Quindi non solo è necessario garantire che la resistenza degli elementi sia maggiore della sollecitazione di progetto ma è necessario altresì garantire la gerarchia delle resistenze.

121 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls STRUTTURA Approccio nuova normativa F q Colonne forti travi deboli Resistenza pilastri > resistenza travi M Rd,trave M Rd,pilastro >M Rd,trave

122 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls STRUTTURA Approccio nuova normativa M Rd,trave M Rd,trave M Rd,trave M Rd,trave M γ M Rd, colonna Rd Rd, trave

123 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls STRUTTURA Approccio nuova normativa E il taglio? q F M Rd,trave M Rd,trave G k +ΨQ k G k M Rd,trave M Rd,trave V In entrambe le direzioni ( G + ΨQ ) L M,sup,inf k k = ± γ 2 Rd ( G ) L M,sup + M,inf 2 L i j i j Rd + M Rd k Rd Rd V = ± γ Rd L

124 Gerarchia delle Resistenze D.M Strutture di cls STRUTTURA Approccio nuova normativa Ciò vale anche per i pilastri F q M Rd,pil M Rd,pil i j MRd,sup + MRd,inf V = V Rd L