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Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica
CLASSIFICAZIONE SISMICA DEL TERRITORIO
INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE
Radicali cambiamenti delle normative sismiche sulla base deirisultati dei numerosi lavori di ricerca sperimentale e teoricasvolti in tutto il mondo.
Miglioramenti delle conoscenze e proposte di classificazionesismica del territorio
Inoltre gli effetti sulla struttura dell’azione sismica sono combinatiapplicando la seguente espressione (analisi in campo lineare):
E=1.0 Ex+ 0.30 Ey (E=0.30 Ex + 1.0Ey)
L’azione sismica deve essere combinata poi con le altre azioni:
G1+G2+E+2j Qkj
DM08 – MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA E DELL’AZIONE SISMICA
DM08 – METODI DI ANALISI
L’analisi statica lineare consiste nell’applicazione di forzestatiche equivalenti alle forze di inerzia indotte dall’azionesismica
• il periodo del modo di vibrare principale nella direzione inesame (T1) non superi 2,5 TC o TD e che la costruzione siaregolare in altezza.
• Per costruzioni civili o industriali che non superino i 40 m dialtezza e la cui massa sia approssimativamenteuniformemente distribuita lungo l’altezza, T1 può esserestimato, in assenza di calcoli più dettagliati, utilizzando laformula seguente: T1=Ct H3/4 (Ct=0.075 costr. in c.a. a telaio)
DM08 – METODI DI ANALISI
Analisi statica lineare
è un coefficiente pari a 0,85 se la costruzione ha almeno tre orizzontamenti e se T1 < 2TC, pari a 1,0 in tutti gli altri casi;
G1+G2+2i Qki
DM08 – METODI DI ANALISIAnalisi statica linearePer gli edifici, se le rigidezze laterali e le masse sono distribuite simmetricamente in pianta, gli effetti torsionali accidentali di cui al § 7.2.6 possono essere considerati amplificando le sollecitazioni su ogni elemento resistente, calcolate con la distribuzione fornita dalla formula (7.3.6), attraverso il fattore () risultante dalla seguente espressione:
= 1 + 0,6 x / Le
dove:
x è la distanza dell’elemento resistente verticale dal baricentro geometrico di piano, misurata perpendicolarmente alla direzione dell’azione sismica considerata;
Le è la distanza tra i due elementi resistenti più lontani, misurata allo stesso modo.
DM08 – METODI DI ANALISIAnalisi dinamica lineare- determinazione dei modi di vibrare della costruzione (analisi modale)
- nel calcolo degli effetti dell’azione sismica, rappresentata dallo spettro di risposta di progetto, per ciascuno dei modi di vibrare individuati
- nella combinazione di questi effetti.
Devono essere considerati tutti i modi con massa partecipante significativa. È opportuno a tal riguardo considerare tutti i modi con massa partecipante superiore al 5% e comunque un numero di modi la cui massa partecipante totale sia superiore all’85%.
DM08 – METODI DI ANALISIAnalisi dinamica linearePer la combinazione degli effetti relativi ai singoli modi deve essere utilizzata una combinazione quadratica completa degli effetti relativi a ciascun modo, quale quella indicata nell’espressione:
DM08 – METODI DI ANALISIAnalisi dinamica lineare
Per gli edifici, gli effetti della eccentricità accidentale del centro di massa possono essere determinati mediante l’applicazione di carichi statici costituiti da momenti torcenti di valore pari alla risultante orizzontale della forza agente al piano, determinata come in § 7.3.3.2, moltiplicata per l’eccentricità accidentale del baricentro delle masse rispetto alla sua posizione di calcolo, determinata come in § 7.2.6.
DM08 – METODI DI ANALISIAnalisi non lineare statica
L’analisi non lineare statica consiste nell’applicare alla struttura i carichi gravitazionali e, per la direzione considerata dell’azione sismica, un sistema di forze orizzontali distribuite, ad ogni livello della costruzione, proporzionalmente alle forze d’inerzia ed aventi risultante (taglio alla base) Fb.
Tali forze sono scalate in modo da far crescere monotonamente, sia in direzione positiva che negativa e fino al raggiungimento delle condizioni di collasso locale o globale, lo spostamento orizzontale dc di un punto di controllo coincidente con il centro di massa dell’ultimo livello della costruzione (sono esclusi eventuali torrini).
DM08 – METODI DI ANALISIAnalisi non lineare dinamica
L’analisi non lineare dinamica consiste nel calcolo della risposta sismica della struttura mediante integrazione delle equazioni del moto, utilizzando un modello non lineare della struttura e gli accelerogrammi
Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica
INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE
ASPETTI INNOVATIVI E MIGLIORATIVI DELLE NUOVE NORME
• APPROCCIO DI TIPO PRESTAZIONALE definizione degli obiettivi del progetto
dichiarazione dei requisiti definizione dei criteri di progetto
Livelli di protezione in relazione alle esigenze funzionali e di protezione civile ruolo attivo del progettista
Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica
INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE
ASPETTI INNOVATIVI E MIGLIORATIVI DELLE NUOVE NORME
•Livelli di prestazione correlati alla risposta della struttura alvariare dell’intensità sismica
Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica
INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE
ASPETTI INNOVATIVI E MIGLIORATIVI DELLE NUOVE NORME
SCOPO delle norme in caso di EVENTO SISMICO
• SIA PROTETTA LA VITA UMANA• SIANO LIMITATI I DANNI• OPERATIVITA’ DELLE STRUTTURE STRATEGICHE
Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica
INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE
ASPETTI INNOVATIVI E MIGLIORATIVI DELLE NUOVE NORME
PARAMETRI CONDIZIONANTI
• RIGIDEZZA• RESISTENZA• DUTTILITA’ (richiesta e disponibile)
Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica
INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE
ASPETTI INNOVATIVI E MIGLIORATIVI DELLE NUOVE NORME
APPROCCIO PRESTAZIONALE
• Per terremoti di piccola e media intensità: la struttura deveavere sufficiente rigidezza per assicurare che venganominimizzati i danni non strutturali e sufficiente resistenza perassicurare che vengano minimizzati i danni strutturali.
Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica
INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE
ASPETTI INNOVATIVI E MIGLIORATIVI DELLE NUOVE NORME
APPROCCIO PRESTAZIONALE
• Per terremoti di elevata intensità: la struttura deve averesufficiente duttilità per potersi deformare in campo plasticosenza perdita eccessiva di resistenza, ovvero purammettendo gravi danni si evita la perdita di vite umane.
Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica
INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE
ASPETTI INNOVATIVI E MIGLIORATIVI DELLE NUOVE NORME
STATI LIMITE PER AZIONI SISMICHE
esercizio
Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica
INGEGNERIA SISMICA E STRUTTURALE
ASPETTI INNOVATIVI E MIGLIORATIVI DELLE NUOVE NORME
STATI LIMITE PER AZIONI SISMICHE
ultimo
Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica
esempio
Piccoli urti (frequenti): assenza di danneggiamento del veicolo
Stato Limite di Esercizio
Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica
esempio
Maggior parte dell’energia assorbitadalla parte frontale dell’autosalvaguardando gli occupanti
Stato Limite Ultimo
Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica
esempio
Collasso della struttura!
Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica
esempio
Soluzione progettuale antieconomica e non sempre
possibile!
DM08 – CRITERI PROGETTUALI
Le costruzioni soggette all’azione sismica, non dotate diappositi dispositivi dissipativi, devono essere progettate inaccordo con i seguenti comportamenti strutturali:
a) comportamento strutturale non-dissipativo;
b) comportamento strutturale dissipativo.
DM08 – CRITERI PROGETTUALI
Nel comportamento strutturale non dissipativo, cui ci siriferisce quando si progetta per gli stati limite di esercizio, glieffetti combinati delle azioni sismiche e delle altre azioni sonocalcolati, indipendentemente dalla tipologia strutturaleadottata, senza tener conto delle non linearità dicomportamento (di materiale e geometriche) se non rilevanti.
Nel comportamento strutturale dissipativo, cui ci si riferiscequando si progetta per gli stati limite ultimi, gli effetticombinati delle azioni sismiche e delle altre azioni sonocalcolati, in funzione della tipologia strutturale adottata,tenendo conto delle non linearità di comportamento (dimateriale sempre, geometriche quando rilevanti e comunquesempre quando precisato).
DM08 – CRITERI PROGETTUALI
Nel caso la struttura abbia comportamento strutturaledissipativo, si distinguono due livelli di Capacità Dissipativa oClassi di Duttilità (CD):
- Classe di duttilità alta (CD”A”);
- Classe di duttilità bassa (CD”B”).
La differenza tra le due classi risiede nella entità delleplasticizzazioni cui ci si riconduce in fase di progettazione; perambedue le classi, onde assicurare alla struttura uncomportamento dissipativo e duttile evitando rotture fragili e laformazione di meccanismi instabili imprevisti, si fa ricorso aiprocedimenti tipici della gerarchia delle resistenze.
Evoluzione delle NORMATIVE per la progettazione delle strutture in zona sismica
Progettazione delle strutture in zona sismica basata sul criterio di
GERARCHIA DELLE RESISTENZE
Gerarchia delle Resistenze
Obiettivo meccanismo ultimo della struttura di tipo DUTTILEe DISSIPATIVO
Tra tutti i possibili meccanismi di crisi della struttura si assegna gerarchicamente la resistenza maggiore al
meccanismo più fragile.
Progetto basato sulle resistenze.
Gerarchia delle Resistenze
meccanismo ultimo di tipo fragile!
1 – resistenza maggiore agli elementi duttili
F
F
R1R2 R1>R2
Gerarchia delle Resistenze
meccanismo ultimo di tipo duttile!
2 – resistenza maggiore agli elementi fragili
F
F
R1
R2R2>R1
Gerarchia delle Resistenze
Attenzione: bisogna garantire la gerarchia delle resistenze a tutti i livelli strutturali
• MATERIALE• SEZIONE• ELEMENTO• STRUTTURA
F
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsMATERIALE
acciaio materiale responsabile della duttilità
B450CB450A
È il tipo di acciaio da utilizzare per le strutture in cemento armato (§7.4.2.2)
Utilizzo in casi particolari: •per le reti e i tralicci •armatura trasversale di elementi in cui è impedita la plasticizzazione, elementi secondari di cui al § 7.2.3, strutture poco dissipative con fattore di struttura q1,5.(§7.4.2.2)
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsMATERIALE
B450C B450A
Tensione nominale di snervamento (fy,nom) 450 MPa 450 MPa
Tensione nominale di rottura (ft,nom) 540 MPa 540 MPa
Tensione caratteristica di snervamento (fy,k) >450 MPa >450 MPa
Tensione caratteristica di rottura (ft,k) >540 MPa >540 MPa
sono gli stessi per le due classi
Cosa cambia tra le due classi di acciaio?
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsMATERIALE
B450C B450A
Resistenza/snervamento (ft/fy)k1.15 1.05
Allungamento caratteristico (Agt)k7.5% 2.5%
Diametri consentiti 6-40mm 5-10mm
Cosa cambia tra le due classi di acciaio?
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsMATERIALE
Fattori che caratterizzano le due classi di acciaio
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsMATERIALE
acciaio materiale responsabile della duttilità
B450C B450A
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsMATERIALE
acciaio materiale responsabile della duttilità
• I valori caratteristici devono essere dimostrati dal produttore
• direttore dei lavori prelievo dei campioni in cantiere
B450C
425fy572Agt6%
1.13ft/fy1.37
B450A
425fy572Agt2%
ft/fy1.03
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsMATERIALE
Come si traducono in fase di calcolo?
ud=0.9uk=0.9·7.5%=6.75%>1%
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSEZIONE
Meccanismo duttile garantito dallo snervamento dell’acciaio sezioni debolmente armate
s
c
Valori elevati della curvatura in condizioni
ultime
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSEZIONE
sezioni fortemente armate
s
c
Bassi valori della curvatura in condizioni ultime
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSEZIONE
D.M.08: Limitazioni sulle armature metalliche
Limitazioni imposte sia all’armatura tesa sia all’armatura compressa
1.4 3.5comp
yk ykf f
; comptesacomp
AAB H B H
B
H
0.25 ; 0.5 [zone critiche]comp comp
B450C =0.31%
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSEZIONE
esempio
30
50
214
814
30
50
214
314
=1.4/fykcomp=0.66
=3.5/fykcomp=0.25
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSEZIONE
esempio
0
50
100
150
200
250
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
curvatura
mom
ento
[kN
m]
debolmente armata
fortemente armata
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSEZIONE
Esempio: l’armatura compressa ha un effetto positivo sulla curvatura ultima
0
50
100
150
200
250
300
0 0.02 0.04 0.06 0.08
curvatura
mom
ento
[kN
m]
rcom=0.71r
rcomp=0.29r
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSEZIONE
Perché ci interessa la duttilità a questo livello?
0
50
100
150
200
250
300
0 0.02 0.04 0.06 0.08
curvatura
mom
ento
[kN
m]
rcom=0.71r
rcomp=0.29r
q
q
f
La duttilità della sezione si riflette sul comportamento
ultimo dell’elemento.
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSEZIONE
Tale aspetto è così importante che la normativa inserisce una verifica di duttilità specifica
= curvatura ultima / curvatura al limite di snervamento
fattore di duttilità in curvatura
Le limitazioni imposte dalla normativa sono funzione della duttilità globale della struttura
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSEZIONE
esempio
0
50
100
150
200
250
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
curvatura
mom
ento
[kN
m]
debolmente armata
fortemente armata
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSTRUTTURA
Per garantire un meccanismo ultimo duttile è necessario attribuire maggiore resistenza agli elementi “fragili”.Individuare nella struttura quali sono gli elementi caratterizzati da minori livelli di duttilità. (Attenzione: dipende anche dalla tipologia strutturale)
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSTRUTTURA
Travi: prevalentemente inflesse
Pilastri: presso-inflessi
Entrambi gli elementi sono costituiti dagli stessi materiali di base e dalle stesse tipologie di armature metalliche.
Nodi trave-pilastro
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSTRUTTURA
Cosa accade in termini di duttilità locale?
0
20
40
60
80
100
120
0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
curvatura
mom
ento
[kN
/m]
0%10% Nc20% Nc40% Nc80% Nc
Effetto dello sforzo normale sulla curvatura ultima.
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSTRUTTURA
E in termini di duttilità globale?
Duttilità affidata ai pilastri• numero ridotto di cerniere plastiche• elevate richieste di rotazione plastica• bassi livelli di duttilità locale e di dissipazione• danneggiamento di elementi “importanti”
Maggiore resistenza alle travi rispetto ai pilastri:TRAVI FORTI – COLONNE DEBOLI NO!
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSTRUTTURA
E in termini di duttilità globale?
Duttilità affidata alle travi• numero elevato di cerniere plastiche• basse richieste di rotazione plastica• elevati livelli di duttilità locale e di dissipazione
Maggiore resistenza ai pilastri rispetto alle travi:COLONNE FORTI – TRAVI DEBOLI
OK!
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSTRUTTURA
Come si persegue questo obiettivo?
F
q
Mq MF
Sollecitazione di progetto: M = Mq + MF
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSTRUTTURA
Approccio classico – vecchie normeF
q
Travi: MRdMmaxPilastri: MRd(N) Mmax(N) Resistenza > Sollecitazione
Non garantiamo però la gerarchia delle resistenze nei confronti di F
Al crescere di F può sopraggiungere sia la crisi delle travi sia quella dei pilastri!
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSTRUTTURA
Approccio classico – vecchie norme
F
q
Inoltre, al crescere di F la crisi per taglio può avvenire prima di quella per flessione.
Questo meccanismo di crisi è particolarmente “fragile”.
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSTRUTTURA
Approccio nuova normativa
Obiettivi crisi per flessione nelle travi preservando i pilastri evitare meccanismi di crisi per taglio
Quindi non solo è necessario garantire che la resistenza degli elementi sia maggiore della sollecitazione di progetto ma è necessario altresì garantire la gerarchia delle resistenze.
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSTRUTTURA
Approccio nuova normativa
F
q Colonne forti – travi deboliResistenza pilastri > resistenza travi
MRd,trave
MRd,pilastro>MRd,trave
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSTRUTTURA
Approccio nuova normativa
MRd,traveMRd,trave
MRd,traveMRd,trave
, ,Rd colonna Rd Rd traveM M
Gerarchia delle Resistenze
D.M.2008 - Strutture di clsSTRUTTURA
Approccio nuova normativaE il taglio?
F
q MRd,trave
MRd,trave
Gk+Qk
MRd,trave
GkMRd,trave
,sup ,inf
2
i jRd Rdk k
Rd
M MG Q LV
L
,sup ,inf
2
i jRd Rdk
Rd
M MG LV
L
In entrambe le direzioni