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Raffaele Landolfo » 23.Evoluzione della normativa e criteri di progetto


Indice

  • Le normative in materia sismica
  • Le Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14/01/2008)
  • Strategie di progettazione antisismica
  • Duttilità e fattore di struttura
  • Criteri generali di progettazione
  • Gerarchia delle Resistenze
  • Progetto allo SLD

Le normative in materia sismica

L’analisi dell’evoluzione delle normative in materia di costruzioni in zona simica evidenzia una forte relazione causa-effetto con i principali e più catastrofici eventi sismici, sia in Italia che nel resto del mondo.

Alcuni esempi:

  • Istruzioni per la ricostruzione di Reggio 20 Marzo 1784 - (terremoto di Reggio Calabria Febbraio 1783)
  • Legge n.1985 del 5 Marzo 1884 - (terremoto di Ischia 28 Luglio 1883)
  • Regio Decreto del 18 Aprile 1909 - (terremoto di Messina 28 Dicembre 1908)
  • Decreto Ministeriale del 2 Luglio 1981 - (terremoto dell’Irpinia 1980)
  • Delibera Regionale del 14 Settembre 1998 -(terremoto di Umbria e Marche 26 Settembre 1997)
  • Ordinanza Protezione Civile n.3274 20 Marzo 2003 - (terremoto del Molise 31 Ottobre 2002)
Terremoto di Reggio Calabria, Febbraio 1783. Fonte: Wikimedia Commons

Terremoto di Reggio Calabria, Febbraio 1783. Fonte: Wikimedia Commons

Terremoto dell’Irpinia, 1980. Fonte: INGV

Terremoto dell'Irpinia, 1980. Fonte: INGV


Le normative in materia sismica (segue)

Le norme in materia sismica possono essere divise, per grandi linee, in quattro classi a seconda della natura delle indicazioni in esse contenute.

  • Norme di I generazione (fino al 1960): norme puramente prescrittive;
  • Norme di II generazione (dal 1960 al 1980): norme prestazionali a singolo livello;
  • Norme di III generazione (dal 1980 al 2000): norme prestazionali a doppio livello;
  • Norme di IV generazione (successive al 2000): norme prestazionali multilivello.

L’approccio prestazionale multilivello rappresenta la naturale evoluzione della filosofia di progetto agli stati limite e scaturisce dalla necessità di definire, accanto agli stati limite di danno ed ultimo, una soglia di danneggiamento ammissibile anche per livelli intermedi dell’intensità sismica, in modo da combinare considerazioni di carattere economico a quelle di sicurezza e salvaguardia delle vite umane.

Terremoto Umbria – Marche, 26 settembre 1997, Basilica di S.Franceso, Assisi. Fonte: Meteo Web

Terremoto Umbria - Marche, 26 settembre 1997, Basilica di S.Franceso, Assisi. Fonte: Meteo Web

Terremoto del Molise, 31 ottobre 2002. Fonte: Rai News 24

Terremoto del Molise, 31 ottobre 2002. Fonte: Rai News 24


Le normative in materia sismica (segue)

In Italia:

  • O.P.C.M. n.3274: Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica;
  • D.M. 14-09-2005: Norme Tecniche per le Costruzioni;
  • D.M. 14-01-2008: Norme Tecniche per le Costruzioni.

In Europa:

  • EN 1998-1 2005: Eurocode 8 – Design of structures for earthquake resistance.
D.M. 14-01-2008: Norme Tecniche per le Costruzioni

D.M. 14-01-2008: Norme Tecniche per le Costruzioni

EN 1998-1 2005: Eurocode 8 – Design of structures for earthquake resistance

EN 1998-1 2005: Eurocode 8 - Design of structures for earthquake resistance


Le Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14/01/2008)

Le recenti Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC08), sono impostate secondo i principi del Performance Based Seismic Design.

Gli aspetti chiave sono:

  • la definizione di Multi-Livelli di Prestazione: vengono definiti diversi livelli di prestazione strutturali da assumere come riferimento per la progettazione sismica;
  • la definizione di Multi-Livelli di Intensità Sismica: vengono definiti livelli di intensità sismica associati ad una determinata probabilità di superamento ed in funzione di un arco temporale di riferimento per la vita della costruzione.

Insieme concorrono a definire gli obiettivi di progetto.

Matrice degli obiettivi di prestazione sismica, SEAOC Vision, 1995

Matrice degli obiettivi di prestazione sismica, SEAOC Vision, 1995


Le Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14/01/2008)

Livelli prestazionali o Stati limite

Gli Stati Limite di Esercizio (SLE) sono:

  • SLO: stato limite di operatività: la struttura, a seguito di un terremoto di servizio, non deve subire interruzioni d’uso;
  • SLD: stato limite di danno: il sistema (includendo anche gli elementi non strutturali) non deve subire gravi danni, conservando intatta la sua funzionalità.

Gli Stati Limite Ultimi (SLU) sono:

  • SLV: stato limite di salvaguardia della vita: il sistema pur subendo danni di grave entità agli elementi strutturali deve garantire la salvaguardia delle vite umane;
  • SLC: stato limite di prevenzione al collasso: la struttura deve assicurare, in occasione di un terremoto distruttivo, ancora un esiguo margine nei confronti del collasso strutturale.
Stati limite

Stati limite


Le Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14/01/2008)

L’azione sismica

Per la definizione dell’azione sismica di progetto l’attuale normativa assume come elemento di conoscenza primario la “pericolosità sismica di base” del sito di costruzione, definita in funzione di: coordinate geografiche del sito; periodo di ritorno dell’azione sismica TR.

A sua volta il periodo di ritorno dell’azione sismica (TR), da associare ai diversi stati limite, dipende da:

  • periodo di riferimento dell’azione sismica (VR) , che si ottiene a partire dalla vita nominale VN della costruzione tramite un coefficiente CU, funzione della classe d’uso della costruzione  VR = VN * CU
  • probabilità di superamento nel periodo di riferimento (PVR), definita in funzione dello stato limite considerato.

Fissate quindi VR e PVR il periodo di ritorno è fornito dalla seguente relazione:

TR = VR / ln (1 – PVR)

Tabelle dei valori di VN prescritti dal DM08

Tabelle dei valori di VN prescritti dal DM08

Tabelle dei valori di CU prescritti dal DM08

Tabelle dei valori di CU prescritti dal DM08


Le Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14/01/2008)

Fissate le probabilità di superamento associate ai quattro Stati Limite fondamentali, e valutato il periodo di riferimento dell’azione simica, è possibile determinare il periodo di ritorno dell’azione sismica e quindi la pericolosità di base del sito (PGA).

Periodo di ritorno dell’azione sismica per i diversi livelli prestazionali (per VR = 50 anni)

Periodo di ritorno dell'azione sismica per i diversi livelli prestazionali (per VR = 50 anni)


Le Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14/01/2008)

Per strutture non strategiche (CLASSI D’USO I E II) il rispetto degli Stati Limite sismici si considera conseguito se:

  • sono rispettate le verifiche al solo SLD nei confronti di tutti gli SLE;
  • sono rispettate le verifiche al solo SLV nei confronti di tutti gli SLU.

Per strutture strategiche (CLASSI D’USO III E IV) è richiesto anche il rispetto delle verifiche di sicurezza relative allo SLO.

Lo Stato Limite di Collasso (SLC) va considerato solo per strutture isolate sismicamente o dotate di dispositivi di vincolo temporaneo.

Danni agli elementi non strutturali

Danni agli elementi non strutturali

Danni agli elementi strutturali

Danni agli elementi strutturali


Le Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14/01/2008)

Spettro di risposta

L’azione simica è fornita dalla normativa attraverso lo spettro di risposta elastico di riferimento Se(T) in termini di accelerazioni.

Le espressioni sono fornite, per ogni Stato limite considerato, in funzione della pericolosità sismica di base e di altri coefficienti che considerano le specificità locali di sito (categoria di sottosuolo e condizioni topografiche).

Spettro di risposta elastico in termini di accelerazioni da NTC08

Spettro di risposta elastico in termini di accelerazioni da NTC08

Parametri necessari al calcolo dello spettro di risposta elastico

Parametri necessari al calcolo dello spettro di risposta elastico


Le Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14/01/2008)

Esempi di spettri di risposta elastici in termini di accelerazione (SLV e SLD) per un sito specifico

Esempi di spettri di risposta elastici in termini di accelerazione (SLV e SLD) per un sito specifico


Strategie di progettazione antisismica


Strategie di progettazione antisismica

La progettazione antisismica contempla la possibilità di operare secondo diverse strategie progettuali.

Esse si basano sul concetto di sistema a risposta controllata e si differenziano in base al modo di assorbire e/o dissipare l’energia sismica in ingresso.

  • Sistemi iper-resistenti o non dissipativi;
  • Sistemi a controllo attivo;
  • Sistemi a controllo passivo.
Sistemi a controllo attivo e sistemi a controllo passivo

Sistemi a controllo attivo e sistemi a controllo passivo


Strategie di progettazione antisismica (segue)

Sistemi iper-resistenti

Detti anche sistemi non dissipativi, sono progettati per rimanere in campo elastico, senza subire alcun danneggiamento strutturale, anche in occasione del terremoto distruttivo (SLV).

È questo il caso o di costruzioni con particolari funzioni strategiche, che non ammettono danneggiamento, o di sistemi costruttivi le cui capacità dissipative in campo plastico sono così esigue da non poterci fare affidamento.

In questo caso la resistenza degli elementi strutturali è l’unico parametro che deve essere controllato in fase di progetto, non essendo necessario soddisfare requisiti di duttilità né a livello locale né a livello globale.

Es. di struttura iper-resistente. Fonte: Sarconi Web

Es. di struttura iper-resistente. Fonte: Sarconi Web


Strategie di progettazione antisismica (segue)

Sistemi a controllo attivo

Sono sistemi in cui sono inseriti dispositivi che agiscono sulle caratteristiche del sistema modificandone la risposta in modo artificiale.

In questo caso il sistema strutturale si adatta alle accelerazioni causate dal terremoto, attraverso un sistema di controllo che in base all’entità dell’azione regola dei dispositivi che hanno la capacità di smorzare le forze sismiche intervenendo nel processo dinamico.

Questi sistemi vengono comunque usati solo in applicazioni particolari.

Es. di struttura a controllo attivo: Taipei tower 101. Fonte: Wikimedia Commons 4; 5; 6

Es. di struttura a controllo attivo: Taipei tower 101. Fonte: Wikimedia Commons 4; 5; 6


Strategie di progettazione antisismica (segue)

Sistemi a controllo passivo

Si possono dividere in:

  • sistemi isolati;
  • sistemi dissipativi.

Nei sistemi isolati, la strategia di progettazione consiste essenzialmente nel modificare il periodo di vibrazione della struttura attraverso l’interposizione, tra le fondazioni e la sovrastruttura, di particolari dispositivi, detti isolatori sismici, che consentono di ottenere l’aumento del periodo proprio di vibrazione della struttura, creando di fatto un disaccoppiamento del moto della struttura da quello del terreno, così da ridurre la trasmissione, alla sovrastruttura, dell’energia cinetica fornita dall’azione sismica.

Nei sistemi dissipativi si cerca invece di rispettare l’equazione di bilancio energetico incrementando l’energia dissipata. Questo risultato viene raggiunto o inserendo nella struttura opportuni dispositivi o favorendo la plasticizzazione di alcune zone specifiche della struttura.

Esempio di struttura isolata: edificio a Castel di Sangro (AQ)

Esempio di struttura isolata: edificio a Castel di Sangro (AQ)

Esempio di elemento dissipativo

Esempio di elemento dissipativo


Strategie di progettazione antisismica (segue)

Strutture a comportamento dissipativo

Nelle strutture ordinarie a comportamento dissipativo, l’energia sismica in ingresso viene dissipata per isteresi tramite la plasticizzazione di alcuni elementi.

Le zone atte all’assorbimento di tale energia e destinate a subire deformazioni plastiche (zone dissipative) vengono concentrate in specifici elementi o parti di elementi. Le altre parti della struttura (zone non dissipative) dovranno invece essere dimensionate in modo tale da rimanere in campo elastico.

In questo modo si eviteranno rotture fragili e la formazione di meccanismi instabili imprevisti.

Comportamento dissipativo schematizzato

Comportamento dissipativo schematizzato

Ciclo reale di dissipazione isteretica

Ciclo reale di dissipazione isteretica


Duttilità e fattore di struttura

La duttilità strutturale è un requisito fondamentale per la progettazione di sistemi dissipativi.

Nel progetto di strutture dissipative si può considerare un valore ridotto delle azioni sismiche, rispetto a quelle corrispondenti ad una struttura non dissipativa, in misura proporzionale alla duttilità potenzialmente disponibile dalla struttura.

La riduzione delle forze di progetto rispetto a quelle elastiche è realizzata attraverso un fattore di riduzione o di struttura, indicato con la lettera q.

Tale fattore costituisce una misura quantitativa della capacità dissipativa della struttura e rappresenta un parametro fondamentale in fase progettuale.

I fattori di struttura sono definiti dalla normativa in materia sismica per ogni tipologia costruttiva.

Riduzione della forza sismica in ingresso rispetto al fattore di struttura q

Riduzione della forza sismica in ingresso rispetto al fattore di struttura q

Spettri di progetto con diversi fattori di struttura q

Spettri di progetto con diversi fattori di struttura q


Duttilità e fattore di struttura (segue)

Duttilità di un sistema composto da due elementi in serie

Duttilità di un sistema composto da due elementi in serie


Duttilità e fattore di struttura (segue)

Duttilità di un sistema composto da due elementi in serie: 1°caso

Duttilità di un sistema composto da due elementi in serie: 1°caso


Duttilità e fattore di struttura (segue)

Duttilità di un sistema composto da due elementi in serie: 2° caso

Duttilità di un sistema composto da due elementi in serie: 2° caso


Duttilità e fattore di struttura (segue)

La misura quantitativa della duttilità globale della struttura è rappresentata dal fattore di struttura, che viene definito dalla nuova normativa sismica italiana (D.M.08) come:

q = KR · q0

dove:

KR è un fattore che dipende dalla regolarità dell’edificio ed in base a questa varia tra 0,8 e 1;

qo è il valore di riferimento per il fattore di struttura e varia a seconda del sistema costruttivo, delle tipologie strutturali e della classe di duttilità (CD”A” o CD”B”).

Parametri che influenzano il fattore di struttura

Parametri che influenzano il fattore di struttura


Criteri generali di progettazione


Gerarchia delle resistenze

Esempi di gerarchia delle resistenze

Esempi di gerarchia delle resistenze


Progetto allo SLD

Verifiche di danneggiamento (SLD)

Per le costruzioni ricadenti in classe d’uso I e II si deve verificare che l’azione sismica di progetto corrispondente allo stato limite SLD non produca agli elementi costruttivi senza funzione strutturale danni tali da rendere la costruzione temporaneamente inagibile.

Nel caso delle costruzioni civili e industriali, tale verifica si effettua controllando che gli spostamenti di interpiano risultano inferiori di determinati limiti:

  • per tamponamenti collegati rigidamente alla struttura che interferiscono con la deformabilità della stessa: dr < 0,005 h
  • per tamponamenti progettati in modo da non subire danni a seguito di spostamenti di interpiano drp , per effetto della loro deformabilità intrinseca ovvero dei collegamenti alla struttura:  dr ≤ drp ≤ 0,01 h
  • per costruzioni con struttura portante in muratura ordinaria: dr < 0,003 h
  • per costruzioni con struttura portante in muratura armata: dr < 0,004 h

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