CORSO SU NTC 2008 E APPLICAZIONI CON C.D.S.Win
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1 CORSO SU NTC 2008 E APPLICAZIONI CON C.D.S.Win Ing. Bruno Biondi - Ing. Carlo Brondi
2 PROGRAMMA DEL CORSO Mattina: 1) Analisi sismica delle strutture secondo le nuove norme tecniche delle costruzioni - Spettri di progetto - Fattore di struttura 2) Criterio della gerarchia delle resistenza 3) Strutture in c.a. 4) Strutture in acciaio e legno 5) Edifici in muratura 6) Applicazioni tramite software C.D.S. Win
3 PROGRAMMA DEL CORSO Pomeriggio: 1) Analisi push-over delle strutture 2) Analisi dinamica non lineare di strutture isolate alla base 3) Strutture in muratura armata 4) Valutazione automatica dei carichi da vento e da neve 5) Verifica di portanza delle fondazioni 6) Applicazioni tramite software C.D.S. Win - OpenSees e C.D.G. Win
4 METODI DI VERIFICA DEGLI ELEMENTI STRUTTURALI
5 Verifica degli elementi strutturali Capitolo VERIFICHE ALLE TENSIONI AMMISSIBILI Relativamente ai metodi di calcolo, è d'obbligo il metodo agli stati limite. Per le costruzioni di tipo 1 e 2 e Classe d uso I e II, limitatamente a siti ricadenti in Zona 4, è ammesso il metodo di verifica alle tensioni ammissibili. Per tali verifiche si deve fare riferimento alle norme tecniche di cui al D.M. LL. PP , per le strutture in calcestruzzo e in acciaio, al D.M. LL. PP , per le strutture in muratura e al D.M. LL. PP per le opere e i sistemi geotecnici. Le azioni sismiche debbono essere valutate assumendo pari a 5 il grado di sismicità S, quale definito al B. 4 del D.M. LL. PP , ed assumendo le modalità costruttive e di calcolo di cui al D.M. LL. PP. citato, nonché alla Circ. LL. PP , n. 65/AA.GG. e relativi allegati.
6 Verifica degli elementi strutturali Metodo delle tensioni ammissibili σ σ Ec 1 Es ε 1 ε Legami costitutivi elastico-lineari σ c = Ecε c σ s = Esε s
7 Verifica degli elementi strutturali Metodo agli stati limite fy fc ε cu ε su Legami costitutivi non lineari (più realistici)
8 Verifica degli elementi strutturali Metodo agli stati limite
9 Verifica degli elementi strutturali Metodo agli stati limite
10 Verifica degli elementi strutturali Metodo agli stati limite: vantaggi rispetto alle T.A. Legami costitutivi non lineari (più realistici) Calcestruzzo tensioni ammissibili sperimentale stati limite
11 Verifica degli elementi strutturali Metodo agli stati limite: vantaggi rispetto alle T.A. Legami costitutivi non lineari (più realistici) Acciaio tensioni ammissibili sperimentale stati limite
12 Verifica degli elementi strutturali Metodo agli stati limite: vantaggi rispetto alle T.A. Legami costitutivi non lineari (più realistici) Verifiche globali per l intera sezione Punto di verifica T.A. Verifica puntuale
13 Verifica degli elementi strutturali Metodo agli stati limite: vantaggi rispetto alle T.A. Legami costitutivi non lineari (più realistici) Verifiche globali per l intera sezione Effetto della ridistribuzione delle tensioni S.L. Verifica globale
14 Verifica degli elementi strutturali Metodo agli stati limite: vantaggi rispetto alle T.A. Legami costitutivi non lineari (più realistici) Verifiche globali per l intera sezione T.A. S.L. Flessione deviata HORAE srl horae@horae.it
15 Verifica degli elementi strutturali Metodo agli stati limite: vantaggi rispetto alle T.A. Legami costitutivi non lineari (più realistici) Verifiche globali per l intera sezione T.A. Flessione retta S.L.
16 Verifica degli elementi strutturali Metodo agli stati limite: vantaggi rispetto alle T.A. Legami costitutivi non lineari (più realistici) Verifiche globali per l intera sezione Possibilità di eseguite verifiche nei confronti di condizioni diverse da quella di collasso Definizione di diversi tipi di Stati Limite (S.L.)
17 Verifica degli elementi strutturali Metodo agli stati limite: definizione di diversi Stati Limite STATO LIMITE ULTIMO (S.L.U.) verifiche di resistenza STATI LIMITE DI ESERCIZIO (S.L.E.) verifiche di deformabilità verifiche di vibrazione verifiche di fessurazione verifiche delle tensioni di esercizio verifiche a fatica
18 Verifica degli elementi strutturali Stati Limite secondo il D.M. 14/01/2008 STATI LIMITE ULTIMI STATO LIMITE DI SALVAGUARDIA DELLA VITA (S.L.V.) - 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 (S.L.C.) - 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 Verifica degli elementi strutturali Stati Limite secondo il D.M. 14/01/2008 STATI LIMITE DI ESERCIZIO STATO LIMITE DI OPERATIVITA (S.L.O.) - 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 (S.L.D.) - 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.
20 SPETTRI DI RISPOSTA E SPETTRI DI PROGETTO
21 Spettri di risposta e di progetto L azione sismica può essere descritta tramite accelerogrammi o spettro di risposta A cceleration [g] Time [s ec] Gli spettri potranno essere utilizzati per strutture con periodo fondamentale minore o uguale a 4,0 s. Per strutture con periodi fondamentali superiori lo spettro dovrà essere definito da appositi studi ovvero l azione sismica andrà descritta mediante accelerogrammi. In eguale modo si opererà in presenza di sottosuoli di categoria S1 o S2.
22 Spettri di risposta Oscillatori differenti reagiscono in modo diverso ad uno stesso terremoto 1200 u&& 1139 cm s T = 0.25 [s] t [s] u&& 727 cm s-2 T = 0.50 [s] ag [cm s-2] 0 PGA t [s] Tolmezzo, Friuli, 1976 t [s] -800 T = 1.00 [s] u&& = 351 [cm s-2] t (s) -252 cm s-2
23 Spettri di risposta Si può diagrammare il valore della massima accelerazione Se ottenendo lo spettro di risposta dell accelerogramma 1200 u&& 1139 cm s T = 0.25 [s] 400 Se t [s] u&& 727 cm s-2 T = 0.50 [s] t [s] T T = 1.00 [s] u&& t (s) -252 cm s-2
24 Spettri di risposta Si può diagrammare il valore della massima accelerazione Se ottenendo lo spettro di risposta dell accelerogramma u&& cm s T = 0.25 [s] 400 Se t [s] [cm s-2] u&& 727 cm s-2 T = 0.50 [s] t [s] T T = 1.00 [s] u&& t (s) -252 cm s-2
25 Spettri di risposta Si può diagrammare il valore della massima accelerazione Se ottenendo lo spettro di risposta dell accelerogramma u&& cm s T = 0.25 [s] 400 Se t [s] [cm s-2] u&& 727 [cm s ] 727 cm s-2 T = 0.50 [s] t [s] T T = 1.00 [s] u&& t (s) -252 cm s-2
26 Spettri di risposta Si può diagrammare il valore della massima accelerazione Se ottenendo lo spettro di risposta dell accelerogramma u&& cm s T = 0.25 [s] 400 Se t [s] [cm s-2] u&& 727 [cm s ] 727 cm s-2 T = 0.50 [s] t [s] [cm s-2] T T = 1.00 [s] u&& t (s) -252 cm s-2
27 Spettri di risposta Si può diagrammare il valore della massima accelerazione Se ottenendo lo spettro di risposta dell accelerogramma u&& cm s T = 0.25 [s] 400 Se t [s] [cm s-2] u&& 727 [cm s ] 727 cm s-2 T = 0.50 [s] t [s] [cm s-2] T T = 1.00 [s] u&& t (s) -252 cm s-2
28 Spettri di risposta Lo spettro di risposta e l accelerogramma sono diverse rappresentazioni dello stesso sisma Tolmezzo, Friuli, 1976 Se ag [cm s-2] PGA = 351 [cm s-2] 30 t [s] T 3
29 Spettri di risposta e di progetto La costruzione dello spettro può essere ripetuta per diversi sismi Si può quindi definire una curva che inviluppa tutti gli spettri di risposta, o che viene superata solo occasionalmente a/g T 3
30 Spettri di risposta e di progetto La costruzione dello spettro può essere ripetuta per diversi sismi Si può quindi definire una curva che inviluppa tutti gli spettri di risposta, o che viene superata solo occasionalmente a/g 1 Questo è il criterio per la costruzione degli spettri di progetto T 3
31 Mappa Sismica 1984 Mappa Sismica 2003 ( Ordinanza n.3274, 20 marzo 2003)
32 Mappa Sismica 2008 Reticolo di riferimento
33 Mappa Sismica 2008 Reticolo di riferimento
34 Vita nominale delle strutture: VN La VITA NOMINALE di un opera strutturale VN 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. La vita nominale dei diversi tipi di opere deve essere precisata nei documenti di progetto. TIPI DI COSTRUZIONE Vita Nominale VN (anni) Opere provvisorie, opere provvisionali e strutture in fase costruttiva 10 Opere ordinarie, ponti, opere infrastrutturali e dighe di dimensioni contenute o di importanza normale 50 Grandi opere, ponti, opere infrastrutturali e dighe di grandi dimensioni o di importanza strategica 100
35 Classi d uso delle strutture Classe I: Costruzioni con presenza solo occasionale di persone, 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.
36 Classi d uso delle strutture 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 pericolose per l ambiente. Reti viarie 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.
37 Coefficiente d uso: CU CLASSE D USO I II III IV COEFFICIENTE CU Classificazione D.M. 05 Classe 1: vita utile 50 anni, periodo di ritorno da considerare per i fenomeni naturali coinvolti 500 anni. Riguarda le costruzioni il cui uso prevede normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per l ambiente e senza funzioni pubbliche e sociali essenziali. Industrie con attività non pericolose, reti viarie e ferroviarie la cui interruzione non provoca situazioni di emergenza. Classe 2: vita utile 100 anni, periodo di ritorno da considerare per i fenomeni naturali coinvolti 1000 anni. Riguarda le costruzioni il cui uso prevede affollamenti significativi, industrie con attività pericolose per l ambiente, reti viarie e ferroviarie la cui interruzione provochi situazioni di emergenza e costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, sociali essenziali.
38 Periodo di riferimento per l azione sismica: VR 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 V N per il coefficiente VR = VN CU Vita nominale Coefficiente d uso
39 Probabilità di superamento dell accelerazione al suolo: PVR La probabilità di superamento dell accelerazione al suolo nel periodo di riferimento P VR, cui riferirsi per individuare l azione sismica agente in ciascuno degli stati limite considerati, sono riportate nella seguente Tabella. Stato Limite PVR - Probabilità di superamento nel periodo di riferimento VR Stati Limite di Esercizio S.L.O. 81% S.L.D. 63% Stati Limite Ultimi S.L.V. 10% S.L.C. 5% Qualora la protezione nei confronti degli stati limite di esercizio sia di prioritaria importanza, i valori di PVR forniti in tabella devono essere ridotti in funzione del grado di protezione che si vuole raggiungere.
40 Periodo di ritorno del sisma: TR VR TR = ln ( 1 PVR ) Periodo di riferimento per l azione sismica Probabilità di superamento dell accelerazione al suolo
41 Condizioni stratigrafiche L accelerazione sismica è influenzata dalle condizioni stratigrafiche del suolo
42 Condizioni stratigrafiche: categoria del suolo Categoria del suolo Descrizione A Ammassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi caratterizzati da valori di VS,30 superiori a 800 m/s, eventualmente comprendenti in superficie uno strato di alterazione della formazione in posto, con spessore massimo pari a 3 m. B Depositi di terreni a grana grossa molto addensati o terreni a grana fina molto consistenti, con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di VS,30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s (ovvero NSPT,30 > 50 nei terreni a grana grossa e Cu,30 > 250 kpa nei terreni a grana fina). C Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fina mediamente consistenti, con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da valori di VS,30 compresi tra 180 e 360 m/s (ovvero 15 < NSPT,30 < 50 nei terreni a grana grossa e 70 < Cu,30 < 250 kpa nei terreni a grana fina). D Depositi di terreni a grana grossa scarsamente addensati o terreni a grana fina scarsamente consistenti, caratterizzati da valori di VS,30 inferiori a 180 m/s (ovvero NSPT,30 < 15 nei terreni a grana grossa e Cu,30 < 70 kpa nei terreni a grana fina). E Terreni dei sottosuoli di tipo C o D per spessore non superiore a 20 m, posti sul substrato di riferimento (con VS > 800 m/s).
43 Condizioni stratigrafiche: categoria del suolo Per sottosuoli appartenenti alle ulteriori categorie S1 ed S2 di seguito indicate, è necessario predisporre specifiche analisi per la definizione delle azioni sismiche, particolarmente nei casi in cui la presenza di terreni suscettibili di liquefazione e/o di argille d elevata sensitività possa comportare fenomeni di collasso del terreno. Categoria del suolo Descrizione S1 Depositi di terreni caratterizzati da valori di VS,30 inferiori a 100 m/s (ovvero 10 < Cu,30 < 20 kpa), che includono uno strato di almeno 8 m di terreni a grana fina di bassa consistenza, oppure che includono almeno 3 m di torba o di argille altamente organiche. S2 Depositi di terreni suscettibili di liquefazione, di argille sensitive o qualsiasi altra categoria di sottosuolo non classificabile nei tipi precedenti.
44 Condizioni stratigrafiche: categoria del suolo Esistono differenti tipi di prova per l individuazione della categoria del suolo velocità di propagazione prova penetrometrica resistenza non drenata delle onde di taglio
45 Condizioni stratigrafiche: categoria del suolo LA MISURA DIRETTA DELLA VELOCITÀ DI PROPAGAZIONE DELLE ONDE DI TAGLIO È FORTEMENTE RACCOMANDATA. Nei casi in cui tale determinazione non sia disponibile, la classificazione può essere effettuata in base ai valori del numero equivalente di colpi della prova penetrometrica dinamica (Standard Penetration Test) N SPT,30 (definito successivamente) nei terreni prevalentemente a grana grossa e della resistenza non drenata equivalente Cu,30 (definita successivamente) nei terreni prevalentemente a grana fina.
46 Coefficienti di amplificazione stratigrafica: SS Tiene conto dell amplificazione del segnale legata alla stratigrafia del terreno Categoria del suolo SS CC A B 1.00 < FO ag/g < (TC*)-0.20 C 1.00 < FO ag/g < (TC*)-0.33 D 0.90 < FO ag/g < (TC*)-0.50 E 1.00 < FO ag/g < (TC*)-0.40
47 Condizioni topografiche L accelerazione sismica è influenzata dalle condizioni topografiche del suolo
48 Coefficienti di amplificazione topografica: ST Tiene conto dell amplificazione del segnale legata alla topografia del terreno Categoria topografica Ubicazione dell opera ST T1 Superficie pianeggiante, pendii e rilievi isolati con inclinazione media i T2 Pendii con inclinazione media i > T3 Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media 15 i T4 Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media i > Per condizioni topografiche complesse è necessario predisporre specifiche analisi di risposta sismica locale. Per configurazioni superficiali semplici si può adottare la seguente classificazione
49 Coefficienti di amplificazione topografica: ST <15 T1 (ST=1.0) >15 T3 (ST=1.2) >15 T2 (ST=1.2) >30 T4 (ST=1.4)
50 0 T < TB T 1 S e ( T ) = a g S η FO + TB η FO T 1 T B TB T < Tc S e ( T ) = a g S η FO TC T < TD T S e ( T ) = a g S η FO C T TD T T T S e ( T ) = a g S η FO C 2 D T
51 0 T < TB T 1 S e ( T ) = a g S η FO + TB η FO T 1 T B S = S S ST SS = Coefficiente di amplificazione stratigrafica ST = Coefficiente di amplificazione topografica TB T < Tc S e ( T ) = a g S η FO TC T < TD T S e ( T ) = a g S η FO C T TD T T T S e ( T ) = a g S η FO C 2 D T
52 0 T < TB T 1 S e ( T ) = a g S η FO + TB η FO T 1 T B S = S S ST SS = Coefficiente di amplificazione stratigrafica ST = Coefficiente di amplificazione topografica TB T < Tc η = S e ( T ) = a g S η FO 10 / ( 5 + ξ ) 0.55 ξ = Coefficiente di smorzamento viscoso espresso in percentuale (comunemente 5) TC T < TD T S e ( T ) = a g S η FO C T TD T T T S e ( T ) = a g S η FO C 2 D T
53 0 T < TB T 1 S e ( T ) = a g S η FO + TB η FO T 1 T B S = S S ST SS = Coefficiente di amplificazione stratigrafica ST = Coefficiente di amplificazione topografica TB T < Tc η = S e ( T ) = a g S η FO 10 / ( 5 + ξ ) 0.55 ξ = Coefficiente di smorzamento viscoso espresso in percentuale (comunemente 5) TC T < TD T S e ( T ) = a g S η FO C T TC = CC T * C TD T TB = TC / 3 TD = 4 ag g CC = Coefficiente legato alla categoria del suolo T T S e ( T ) = a g S η FO C 2 D T
54 0 T < TB T 1 S e ( T ) = a g S η FO + TB η FO T 1 T B S = S S ST SS = Coefficiente di amplificazione stratigrafica ST = Coefficiente di amplificazione topografica TB T < Tc 10 / ( 5 + ξ ) 0.55 η = S e ( T ) = a g S η FO ξ = Coefficiente di smorzamento viscoso espresso in percentuale (comunemente 5) TC T < TD T S e ( T ) = a g S η FO C T TC = CC T * C TD T TB = TC / 3 TD = 4 ag g CC = Coefficiente legato alla categoria del suolo T T S e ( T ) = a g S η FO C 2 D T Rimangono da determinare ag F0 TC*
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57 TR Periodo di ritorno del sisma, compreso fra 30 e 2475 anni. ag Accelerazione orizzontale max del terreno (espressa in g/10). FO Valore max del fattore di amplificazione dello spettro (adimensionale). TC* Periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro (espresso in secondi).
58 TR Periodo di ritorno del sisma, compreso fra 30 e 2475 anni. ag Accelerazione orizzontale max del terreno (espressa in g/10). FO Valore max del fattore di amplificazione dello spettro (adimensionale). TC* Periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro (espresso in secondi). p2 TR TR 2 log log log( p ) = log( p1 ) + log p1 TR1 TR1 1
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60 TR Periodo di ritorno del sisma, compreso fra 30 e 2475 anni. ag Accelerazione orizzontale max del terreno (espressa in g/10). FO Valore max del fattore di amplificazione dello spettro (adimensionale). TC* Periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro (espresso in secondi). p= 4 i= 1 pi di 4 1 i = 1 d i
61 TR Periodo di ritorno del sisma, compreso fra 30 e 2475 anni. ag Accelerazione orizzontale max del terreno (espressa in g/10). FO Valore max del fattore di amplificazione dello spettro (adimensionale). TC* Periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro (espresso in secondi). log( p ) = log( p1 ) + log TR TR 2 p2 log log p1 TR1 TR1 1 p= 4 i= 1 pi di 4 1 i = 1 d i
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63 La costruzione degli spettri di progetto secondo quanto previsto nel D.M. 14 Gennaio 2008 è sicuramente laborioso Fissare: Vita nominale VN, coefficiente d uso CU e coefficienti di amplificazione stratigrafica SS e topografica ST Ma con C.D.S.Win è immediato Calcolare: Periodo di riferimento VR, probabilità di superamento dell accelerazione al suolo PVR e periodo di ritorno TR Ricavare dalle tabelle (doppia interpolazione) : Accelerazione orizzontale massima ag, fattore di amplificazione F0 e periodo di inizio del tratto * orizzontale Tc
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66 0 T < TB T 1 SVe ( T ) = a g S η FV + TB η FV T 1 TB Sisma verticale TB T < Tc SVe ( T ) = a g S η FV TC T < TD T SVe ( T ) = a g S η FV C T TD T T T SVe ( T ) = a g S η FV C 2 D T
67 Sisma verticale -presenza di elementi pressoché orizzontali con luce superiore a 20 m -presenza di elementi precompressi (eccetto solai con luce < 8m) -presenza di elementi a mensola (con luce > 4m) -presenza di strutture di tipo spingente -presenza di pilastri in falso -edifici con piani sospesi - ponti - edifici isolati (con rapporto tra la rigidezza verticale del sistema di isolamento K v e la rigidezza equivalente orizzontale K esi inferiore a 800)
68 Combinazioni sismiche E 'x = ± E x ± 0.30 E y ± 0.30 E z.
69 Combinazioni sismiche
70 Combinazioni sismiche Combinazione statica
71 ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE FINE
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