La nuova normativa sismica. Edifici in cemento armato

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1 La nuova normativa sismica Ordinanza 3274 del 20 marzo 2003 e 3431 del 3 maggio 2005 Edifici in cemento armato Prof. Ing. Gennaro Magliulo

2 Conglomerato: Caratteristiche dei materiali Rbk > = 25 Mpa (250 Kg/cmq) Acciaio (solo nelle zone 1, 2, 3): ε su,k > 7.5 %; 1.15 < f t / f y < 1.35: f y,eff / f y,nom < 1.25

3 Tipologie strutturali e fattori di struttura Tipologia q 0 Strutture a telaio 4.5α u /α 1 Strutture a pareti 4.0α u /α 1 Strutture miste telaio-pareti 4.0α u /α 1 Strutture a nucleo 3.0 q = q 0 K D K R K D = 1.0 alta duttilità K D = 0.7 bassa duttilità K R = 1.0 edifici regolari in altezza K R = 0.8 edifici non regolari in altezza

4 α u = moltiplicatore della forza sismica orizzontale che da luogo ad un meccanismo (struttura labile) α 1 = moltiplicatore della forza sismica orizzontale che da luogo alla prima plasticizzazione α u /α 1 può essere calcolato ma in ogni caso deve essere < 1.5 Valori ammessi in assenza di apposite valutazioni: Edifici a telaio di un piano α u /α 1 = 1.1 Edifici a telaio con più piani ed una campata α u /α 1 = 1.2 Edifici a telaio con più piani e più campate α u /α 1 = 1.3 Edifici a pareti non accoppiate α u /α 1 = 1.1 Edifici a pareti accoppiate α u /α 1 = 1.2

5 1000 Vb[kN] 800 α u α α u /α 1 = 1, /H

6 Limiti geometrici Travi Larghezza b 20 cm Rapporto b / h 0.25 Travi a spessore Pilastri Larghezza b < = semiperimetro del pilastro b min 30 cm b min / b max 0.30 Nodi trave-pilastro Una eccentricità trave colonna maggiore di 1/4 della larghezza del pilastro richiede apposita armatura. Pareti b min / b max < 0.30 Spessore s > = 15 cm (20 cm in presenza di travi di accoppiamento con armatura ad X) Sforzo assiale normalizzato prodotto dai carichi verticali < = 0.40

7 Limiti di armatura Travi -L armatura lungitudinale tesa deve rispettare la relazione: 1.4 / f yk < ρ < ρ comp / f yk ( f yk in N/mmq) L armatura superiore alle estremità deve essere contenuta per il 75% entro la larghezza dell anima della trave, e comunque entro una fascia di soletta pari rispettivamente alla larghezza del pilastro, od alla larghezza del pilastro aumentata di 2 volte lo spessore della soletta, a seconda che manchi o sia presente una trave trasversale. Minimo due barre φ 12 sup. ed inf. L armatura inferiore alle estremità (per 2d) non deve essere minore del 50% dell armatura superiore. Almeno un quarto dell armatura superiore alle estremità deve correre per tutta la lunghezza della trave al lembo superiore.

8 Limiti di armatura Travi - armatura trasversale Nelle zone di estremità, per un tratto pari a 2 d (d=altezza utile) in CD A e pari a d in CD B, devono disporsi staffe di confinamento ad un passo non maggiore di: -d/ 4-15 cm -6 φ min barre longitudinali (solo per CD A )

9 Travi - armatura longitudinale Af 0,25 Af (min 2φ12) Af 0,5 Af 2d min 2φ12 0,5 Af 2d Travi - armatura trasversale 5cm 2d CD"A" d CD"B" 2d CD"A" d CD"B" 5cm passo: - 1/4 d - 15 cm - 6 φmin barre long. (solo per CD"A")

10 Limiti di armatura Pilastri - armatura longitudinale L armatura complessiva Af deve rispettare la condizione: Pilastri armatura trasversale 1% < = A f / A c < = 4% Alle due estremità del pilastro devono disporsi staffe di confinamento per un tratto di lunghezza pari alla maggiore delle quantità: - lato maggiore della sezione - 1 / 6 dell altezza netta del pilastro (1/3 per pilastri a mensola) - 45 cm Il passo delle staffe deve essere il minore tra: - 1 / 4 del lato minore delle sezione - 15 cm -6 φ min barre longitudinali (solo CD A ) Le staffe ed i tirantini devono soddisfare le seguenti condizioni: - φ staffe e tirantini > = 8 mm - una barra ogni due, di quelle disposte ai lati, deve essere bloccata: - una barra libera deve trovarsi a non più di 15 cm da una bloccata.

11 Pilastri - armatura trasversale H b - bmax - H/6-45 cm passo: - 1/4 bmin - 15 cm - 6 φmin barre long. (solo per CD"A") < 30 cm < 30 cm idem

12 Limiti di armatura Nodi trave pilastro Nei nodi non confinati, indipendentemente da quanto di seguito indicato, devono disporsi staffe orizzontali di confinamento in quantità pari alla massima disposta nei pilastri sup. ed inf. Pareti armatura longitudinale Il passo delle barre verticali non deve essere maggiore di 30 cm. Il diametro delle barre non deve essere maggiore di 1 / 10 delle spessore della parete. L armatura verticale deve essere non inferiore allo 0.2%. Si definisce un altezza critica della parete h cr dove le zone di estremità, di lunghezza 0.20 l, devono essere confinate. In tali zone l armatura verticale Af deve rispettare la condizione: 1% < = A f / A c < = 4% Pareti armatura trasversale Vale quanto prescritto per le armature longitudinali. Nella zone confinate definite in precedenza disporre ferri orizzontali con φ non minore di 8 mm e passo non maggiore di 10 φ long. o 25 cm. Le barre verticali fissate devono trovarsi ad una distanza non maggiore di 15 cm da quelle fissate.

13 Travi di collegamento Nel caso di armatura ad X ciascun pilastrino deve essere staffato con passo non superiore a 10 cm. In aggiunta si disporranno almeno due filanti φ 16 sup. ed inf Verifica degli elementi strutturali Travi a flessione: con i momenti flettenti ottenuti dall analisi strutturale. a taglio: in classe CD B con i tagli ottenuti dall analisi strutturale. in classe CD A con i tagli massimi e minimi che possono sollecitare la sezione, calcolati sulla base dei momenti resistenti M Rt delle sezioni di estremità e del carico verticale

14 p + B Mu - MuA A l B TAmax TBmax Mu + A p A l B - MuB TAmin T Bmin MuA + MuB TA max = 1,20 + l + pl 2

15 Verificadeglielementistrutturali In classe CD A nelle verifiche a taglio: Si trascura la resistenza del calcestruzzo. Il taglio max (Vmax) deve essere < 15 τ Rd b w d. Se Vmax o Vmin > 10 τ Rd b w d occorre utilizzare solo armatura diagonale a 45 nei due sensi; dove: τ Rd = (Rck) 2/3 / 28 (in Mpa) (τ Rd = 3.05 Kg/cm 2 per Rbk 250) b w = larghezza dell anima della sezione d = altezza utile della sezione Pilastri verifica a pressoflessione Per le strutture in CD A I momentiflettentidiverificadeipilastrisi ottengono moltiplicando quelli ottenuti dall analisi per un fattore:

16 Verificadeglielementistrutturali α = 1.20 [Σ M Rt ] / [Σ M p ] dove: [Σ M Rt ] è la somma dei momenti resistenti delle travi convergenti nel nodo; [Σ M p ] è la somma dei momenti nei pilastri ricavati dall analisi; Il fattore α deve essere calcolato per entrambi i versi dell azione sismica. Ciascun fattore moltiplica i momenti ottenuti per quel verso. Per la sezione di base del piano terra si applica il maggiore fra il momento risultante dall analisi e quello utilizzato per la verifica della sezione di sommità. Non si amplificano i momenti flettenti della sezione di sommità dell ultimo piano Ai valori dei momenti così ottenuti va associato lo sforzo normale più sfavorevole. Pilastri verifica a taglio Il taglio di verifica per le strutture in CD A si calcola dalla relazione V = 1.20 (M Rps + M Rpi ) / lp dove M Rps ed M Rpi sonoi momentiresistentidellesezionidiestremità ed lp è la lunghezza del pilastro

17 Verificadeglielementistrutturali Nodi La verifica è automaticamente soddisfatta per i nodi confinati. Per i nodi non confinati (di facciata), per le due classi di duttilità deve essere soddisfatta la relazione: n st A st / i b > = 0.05 R ck / f y dove: n st è il numero di braccia della staffa orizzontale A st è l area della barra i è l interasse delle staffe b è la larghezza efficace del nodo R ck è la resistenza caratteristica cubica del calcestruzzo f y è la tensione di snervamento di calcolo dell acciaio

18 Verifica degli elementi strutturali Pareti In CD B le verifiche a taglio e momento si effettuano con le sollecitazioni ottenute dall analisi strutturale. In CD A Si assume un andamento del diagramma dei momenti lungo l altezza variabile linearmente dal valore di base al valore in sommità. Il diagramma così ottenuto viene traslato verso l alto di una quantità h cr (zona critica) la maggiore fra: - altezza della sezione della parete; - 1 / 6 dell altezza dell edificio; l altezza critica deve essere non maggiore di: - altezza del piano terra per numero di piani non superiore a 6-2 volte l altezza del piano terra per numero di piani superiore - 2 volte altezza della sezione della parete Il diagramma degli sforzi di taglio di verifica si ottiene in tutti in casi moltiplicando quello ottenuto dall analisi per un fattore: α = 1.20 M Rd / M Sd M Rd è il momento resistente alla base della parete con le armature disposte M Sd è il momento alla base della parete ottenuto dall analisi Se H / l < 2 (H: alt. par.; l: dim. max sez.) si applica solo l amplificazione del taglio

19 momenti di verifica (solo se H/l 2) H 0,2 l 0,2 l hcr momenti ottenuti dall'analisi l zona di infittimento delle staffe l

20 Verificadeglielementistrutturali Pareti verifica pressoflessione Nessuna particolarità Pareti verifica a taglio 1) Verifica dell anima a compressione V < 0.40 (0.70 fck/200) fcd b 0 z Dove: fck = resistenza caratteristica cilindrica del calcestruzzo in Mpa fcd = resistenza di calcolo del calcestruzzo in Mpa b 0 = spessore dell anima della parete z = braccio della coppia interna (0.80 l ) 2) Verifica del meccanismo resistente a trazione V < Vcd + Vwd Dove: Vcd è il contributo del conglomerato Vwd è il contributo dell armatura Vcd e Vwd, al di fuori della zona critica, sono da calcolare con le prescrizioni valide in zona non sismica. Nella zona critica si pone:

21 Verificadeglielementistrutturali Vcd = 0 se lo sforzo normale nella parete è di trazione; Vcd = Rck 2/3 /28 ( ρ) b 0 z (con ρ % armatura longitudinale) negli altri casi. 3) Verifica a scorrimento lungo piani orizzontali: V < Vdd + Vfd +Vid Con: Vdd = 0.25 fyd ΣAsi Vfd = 0.25 fcd ξ l b 0 (contributo effetto spinotto armature verticali) (contributo attrito) Vid = ΣA si fyd cosφ (contributo armature inclinate di φ) fyd = resistenza caratteristica cilindrica del calcestruzzo in Mpa fcd = resistenza di calcolo del calcestruzzo in Mpa b 0 = spessore dell anima della parete ξ l = profondità della zona compressa della sezione ΣAsi = l area complessiva di acciaio verticale che interseca la sezione ΣA si = l area complessiva di armatura inclinata che interseca la sezione

22 Verificadeglielementistrutturali Travi di collegamento fra pareti. Le verifiche delle travi di collegamento delle pareti si effettuano come indicato per le altre travi se: - il rapporto l / h > = 3 -Vd< = 4 b w d τ Rd (τ Rd = Rck 2/3 /28 in MPa) Diversamente lo sforzo di taglio deve essere assorbito da armature ad X con sezione As tale che: -Vd< = 2 As fydsin α essendo α l inclinazione delle diagonali sull orizzontale. In ogni caso deve risultare: - Vd < 15 b w d τ Rd

23 l < h 3

24 Fondazioni Per le travi di fondazione la percentuale geometrica di armatura superiore o inferiore non deve essere inferiore allo 0.2% dell intera sezione trasversale. Si deve tener conto, per suoli C, D ed E, degli effetti indotti sulle strutture dagli spostamenti relativi orizzontali del suolo. La verifica si può omettere disponendo un reticolo di travi di collegamento delle fondazioni. Ciascuna trave sarà verificata a sforzo normale assumendo (Nsd: valor medio sforzi vert. agenti su elem. coll.): ag S γ Nsd / g per suoli C ed E ag S γ Nsd / g per suolo D Per le strutture in DC A il dimensionamento delle strutture di fondazione e la verifica di sicurezza del terreno deve essere eseguito assumendo come sollecitazioni agenti le resistenze degli elementi sovrastanti a flessione ed a taglio associate con lo sforzo normale derivante dalla combinazione delle azioni come definite in precedenza.

25 Verifica della capacità portante delle fondazioni Limitatamente alle strutture di dimensioni e caratteristiche correnti, erette su suoli tipo A, B e C, nei casi non previsti nell allegato 4, la verifica della capacità portante può essere effettuata confrontando le sollecitazioni trasmesse al terreno con le capacità limite delle fondazioni determinate assumendo per i terreni i valori nominali delle resistenze ed utilizzando i seguenti coefficienti di sicurezza: 2 per le fondazioni dirette 1.7 per le fondazioni su pali

26 Pali di fondazione I pali devono rimenere in campo elastico. Ove ciò non sia possibile: nelle zone a cavallo della possibile cerniera plastica, di lunghezza pari a 3 diametri, l armatura di confinamento sarà costituita da spirale continua di diametro non inferiore ad 8 mm; per i primi 10 diametri a partire dalla sommità l armatura longitudinale deve essere non inferiore all 1% della sezione trasversale del palo. Nella restante lunghezza l armatura potrà essere ridotta ma deve comunque essere non inferiore allo 0.30 %.

27 1.25 Mr / H (in CD B ) Strutture prefabbricate Si distinguono le seguenti tipologie: Strutture multipiano intelaiate dove tutti gli elementi strutturali, travi, pilastri e solai, sono collegati fra loro con vincoli di continuità (flessionale): si adotta q 0 = 5.00 Strutture monopiano sostenute da pilastri isostatici: si adotta q 0 = 3.75 Per le strutture a pilastri isostatici i vincoli degli elementi orizzontali possono essere fissi (rigidi od elastici) o scorrevoli. I vincoli fissi devono possedere una resistenza pari alla minore fra (H:altezza dell elemento): 1.35 Mr / H (in CD A )

28 Taglio nel pilastro calcolato per q = 1 Gli appoggi scorrevoli devono consentire uno spostamento orizzontale = (de 2 + dr 2 ) 0.5 dove: de = è lo spostamento relativo fra le parti collegate dovuto alle deformazioni delle strutture prodotte dall azione sismica allo SLU calcolate con q = 1. dr = è lo spostamento relativo fra le fondazioni, da prendere in conto quando le fondazioni non collegate distano più di 20 m in presenza di un profilo di terreno del tipo D. In tal caso si calcola: dr = 0.5 (di 2 + dj 2 ) 0.50 (di = S T C T D ag)

29 Edifici con tamponamenti in muratura E in generale necessario considerare: - le conseguenze di possibili irregolarità in pianta o in elevazione eventualmente provocate dalla disposizione dei tamponamenti -gli effetti locali dovuti all interazione tamponamenti e telai Si può tener conto di una forte irregolarità in pianta incrementendo di un fattore 2 l eccentricità accidentale. Si può tener conto di una forte irregolarità in elevazione incrementando di un fattore 1.40 le azioni di calcolo (direi solo tagli e momenti) per gli elementi verticali (pilastri e pareti) del o dei piani dove i tompagni sono ridotti (piano soffice). Gli effetti locali devono essere considerati solo quando il tompagno non arriva a tutta altezza. Le verifiche dei tompagni per azioni fuori dal piano di cui al punto 4.9 si intendono soddisfatte con l inserimento di leggere reti da intonaco, collegate tra loro a distanza non superiore a 500 mm sia in direzione verticale che in direzione orizzontale, ovvero con l inserimento di elementi di armatura orizzontale nei letti di malta a distanza non superiore a 500 mm.

30 Edifici in zona 4 Valgono le regole del c.a. in zona non sismica con le precisazioni seguenti. Deve essere verificato lo SLU nelle due direzioni orizzontali assumendo Sd(T 1 ) = 0.05, senza combinare il sisma Ex con Ey. Deve essere controllata la capacità del solaio di trasmettere le azioni orizzontali amplificate del 30%. Le travi devono rispettare le limitazioni geometriche, le prescrizioni per le armature longitudinali, nonché quelle per le armature trasversali previste in CD B. Le armature dei pilastri devono rispettare le prescrizioni relative alle armature longitudinali e trasversali previste in CD B. Nei nodi devono essere disposte staffe di contenimento non inferiori a quelle dei pilastri confluenti. Alla base delle pareti, per una altezza pari alla larghezza l in pianta, in vicinanza dei bordi per una lunghezza pari a 0.20 l su ciascun lato, va disposta armatura trasversale con Φ min =8 mm disposta in modo da fermare tutte le barre verticali, con un passo non superiore a 10 Φ long o 25 cm