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:
Terremoto dell'Irpinia, 1980. Fonte: INGV
Le norme in materia sismica possono essere divise, per grandi linee, in quattro classi a seconda della natura delle indicazioni in esse contenute.
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 del Molise, 31 ottobre 2002. Fonte: Rai News 24
In Italia:
In Europa:
Le recenti Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC08), sono impostate secondo i principi del Performance Based Seismic Design.
Gli aspetti chiave sono:
Insieme concorrono a definire gli obiettivi di progetto.
Livelli prestazionali o Stati limite
Gli Stati Limite di Esercizio (SLE) sono:
Gli Stati Limite Ultimi (SLU) sono:
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:
Fissate quindi VR e PVR il periodo di ritorno è fornito dalla seguente relazione:
TR = VR / ln (1 – PVR)
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).
Per strutture non strategiche (CLASSI D’USO I E II) il rispetto degli Stati Limite sismici si considera conseguito se:
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.
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).
Esempi di spettri di risposta elastici in termini di accelerazione (SLV e SLD) per un sito specifico
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
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.
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.
Sistemi a controllo passivo
Si possono dividere in:
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.
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.
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.
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”).
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:
1. L'architettura strutturale e l'evoluzione dell'arte del costrui...
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5. Introduzione alle costruzioni in acciaio
7. Resistenza e stabilità: la classificazione delle sezioni trasv...
9. Le membrature inflesse e pressoinflesse: verifiche SLU e SLE
10. I collegamenti e le unioni elementari
11. Introduzione alle costruzioni in cemento armato
13. Stato limite ultimo per tensioni normali
14. SLU per tensioni normali: la flessione semplice
15. SLU per tensioni normali: pressoflessione
16. Stato limite ultimo per tensioni tangenziali
17. Stati limite di esercizio: fessurazione e controllo tensionale
19. La classificazione dei sistemi strutturali