COSTRUZIONI IN ZONA SISMICA - I

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1 Sussidi didattici per il corso di COSTRUZIONI EDILI Prof. Ing. Francesco Zanghì COSTRUZIONI IN ZONA SISMICA - I AGGIORNAMENTO 05/11/2012

2 Corso di COSTRUZIONI EDILI Prof. Ing. Francesco Zanghì COSTRUZIONII IN ZONA SISMICA Abilità Conoscere le caratteristiche dell azione sismica e i suoi effetti sugli edifici; Conoscere la misura dei terremoti e le scale sismiche; Conoscere le prescrizioni di progetto, architettoniche e strutturali, per gli edifici in zona sismica; Conoscere i principali criteri di intervento sugli edifici esistenti per la riduzione della vulnerabilità sismica; Applicare i criteri e le tecniche antisismiche nella progettazione di competenza. Conoscenze Principi della normativa antisismica; Classificazione sismica del territorio italiano; Impostazione strutturale di edifici nuovi con caratteristiche di antisismicità; Criteri e tecniche di consolidamento degli edifici esistenti. Programma Caratteristichee e misura dei terremoti; Le norme tecniche e la microzonazione; Foglio di calcolo del Consiglio sup. dei lavori pubblici; Concezione strutturale antisismica; Limitazioni geometriche di normativa; Requisiti dellee strutture di fondazione; Edifici con struttura in c.a.; Edifici con struttura in acciaio; Edifici con struttura in muratura; Azione sismica sui muri di sostegno; Principali criteri di intervento sugli edifici esistenti per la riduzione della vulnerabilità sismica. 2

3 Caratteristiche e misura dei terremoti I terremoti più importanti avvengono lungo i bordi delle grandi placche tettoniche che coprono la superficie del globo. L Italia è situata al margine di convergenza tra due grandi placche, quella africana e quella euroasiatica. Il movimento relativo tra queste due placche causa l accumulo di energia e deformazione che occasionalmente vengono rilasciati sotto forma di terremoti di varia entità. L intensità di queste onde va riducendosi man mano che ci si allontana dall epicentro. 3

4 L azione che il terremoto esercita su una struttura è un movimento con componenti orizzontali (onde P) e verticali (ONDE S). La componente verticale di un evento sismico rappresenta circa il 50% della componente orizzontale, tranne che in prossimità dell epicentro, dove può avere lo stesso ordine di grandezza. L'intensità dei terremoti è valutata secondo la scala Richter (Charles Francis Richter 26/4/ /9/1985) o la scala Mercalli (Giuseppe Mercalli 21/5/ /3/1914) modificata. La prima fornisce una valutazione obiettiva (magnitudo) della quantità di energia liberata, mentre la seconda assegna un grado agli effetti sull'ambiente. 4

5 SCALA MERCALLI 5

6 SCALA RICHTER 6

7 I valori di scuotimento del terreno in un dato luogo a causa di un probabile terremoto sono espressi in termini di accelerazione massima orizzontale del suolo, misurata come percentuale dell accelerazione di gravità g. Le mappe di zonazione sismica nazionali sono generalmente tracciate in base al valore di tale accelerazione. Evento sismico del 20 Maggio 2012 Magnitudo (Ml): 5.9 Epicentro N, E Profondità 6,3 km a g =0.12g 7

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10 Le norme tecniche e la microzonazione Il primo passo per la valutazione delle azioni sismiche sulle costruzioni è individuare la pericolosità del sito ove sorge la costruzione calcolando l accelerazione massima. Per fare questo utilizziamo il foglio di calcolo fornito dal Ministero dei Lavori Pubblici. 10

11 Successivamente occorre stabilire la strategia di progettazione, cioè dobbiamo fissare i seguenti parametri: V N = VITA NOMINALE DELLA COSTRUZIONE (in anni) 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 (2.4.1 NTC 2008) CLASSE D USO Le costruzioni sono suddivise in quattro classi d uso, ad ognuna delle quali viene associato un COEFFICIENTE D USO. Il prodotto fra il coefficiente d uso e la vita nominale fornisce il cosiddetto PERIODO DI RIFERIMENTO PER L AZIONE SISMICA: = 11

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14 Gli stati limite ultimi sono: - Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV): a seguito del terremoto la costruzione subisce rotture e crolli dei componenti non strutturali e significativi danni dei componenti strutturali; - Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC): a seguito del terremoto la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali e danni molto gravi dei componenti strutturali Gli stati limite di esercizio sono: - Stato Limite di Operatività (SLO): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, non deve subire danni ed interruzioni d'uso significativi; - Stato Limite di Danno (SLD): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, subisce danni tali da non mettere a rischio gli utenti, mantenendosi immediatamente utilizzabile. Se le nostre verifiche sono effettuate nei confronti della salvaguardia della vita (SLV), dalla tabella fornita dal foglio di calcolo preleviamo i valori dei seguenti parametri: a g = accelerazione orizzontale massima al sito; F o = valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale; T* C = periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale. Nel nostro caso: a g = g F o =2.589 T* C =0.270 s 14

15 Per valutare l effetto della risposta sismica locale è necessario individuare la CATEGORIA DI SOTTOSUOLO dove sorge l opera, utilizzando la tabella di normativa: (Tab. 3.2.II e 3.2.III). 15

16 Supponiamo che il nostro terreno di fondazione sia costituito da depositi sabbioso-limosi scarsamente addensati pertanto scegliamo la categoria D. Fissiamo adesso la CATEGORIA TOPOGRAFICA, in funzione del caratteristiche morfologiche del sito. Supponiamo di essere in pianura pertanto scegliamo la categoria T1. 16

17 Introducendo i valori fissati, fissando lo stato limite di riferimento, per esempio nel nostro caso SLV (salvaguardia della vita) il foglio di calcolo ci fornisce i valori dei coefficienti: S S = 1.80 C C =2.405 S T =1.00 L accelerazione massima di progetto, allo SLV, sarà data dalla relazione: nel nostro caso: a max = a g S S S T a max = = g Osserviamo che la particolare natura locale del sito, data dalla deformabilità dei terreni sabbiosolimoso non addensati, comporta che, rispetto all accelerazione di riferimento, il valore locale risulta amplificato dell 80%!. 17

18 Ricordiamo che, per le leggi di Newton, se ad un corpo dotato di massa imprimiamo un accelerazione, per mantenere l equilibrio, su di esso si genererà una forza (forza d inerzia) proporzionale alla massa e all accelerazione stessa: F = m a F m a Pertanto se alla massa di un edificio, che si può calcolare nota la geometria e i carichi agenti su di esso, imprimiamo un accelerazione esterna (il sisma), esso tenderà a rimanere in quiete pertanto reagirà all accelerazione esterna con la sua INERZIA cioè con una,o più forze, proporzionali alla sua massa. 18

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20 Fonti D. M. Infrastrutture Trasporti 14 gennaio 2008 (G.U. 4 febbraio 2008 n Suppl. Ord.) Norme tecniche per le Costruzioni Circolare 2 febbraio 2009 n. 617 del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti (G.U. 26 febbraio 2009 n. 27 Suppl. Ord.) Istruzioni per l'applicazione delle 'Norme Tecniche delle Costruzioni' di cui al D.M. 14 gennaio Strutture antisismiche in acciaio ArcelorMittal Documentazione Istituto Nazionale di geofisica e Vulcanologia 20