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Norme tecniche per il progetto,
la valutazione e l’adeguamento
sismico degli edifici

ordinanza n. 3274 20.03.03
modifiche n. 3316 02.10.03
modifiche informali15.01.05
capitoli 1 - 4
Modulo 1: Nozioni generali (Capitoli 1 – 4)

1° Lezione (27/02/04): introduzione, requisiti, esempi

2° Lezione (05/03/04): dinamica, esempi

3° Lezione (12/03/04): azione sismica, esempi

4° Lezione (19/03/04): criteri di progettazione, esempi

5° Lezione (26/03/04): analisi, esempi

6° Lezione (02/04/04): verifiche, elementi non strutturali, esempi
Norme tecniche per il progetto, la valutazione e
l’adeguamento sismico degli edifici

• Capitoli 1 – 4

1. Oggetto della norma

2. Requisiti di sicurezza e criteri di verifica

3. Azione sismica

4. Criteri generali di progettazione
1.     Oggetto delle norme
- progettazione e costruzione nuovi edifici
- valutazione della sicurezza e interventi di adeguamento degli
  edifici esistenti

• Altre norme allegate all’ordinanza del 20/03/2003:
- “Norme tecniche per il progetto sismico delle opere di fondazione
  e sostegno dei terreni”
- “Norme tecniche per il progetto sismico dei ponti”
- “Criteri per l’individuazione delle zone sismiche –
  individuazione, formazione e aggiornamento degli elenchi nelle
  medesime zone”.

• Mancano:
- dighe, grandi centrali, antenne ecc,
- legno
comportamento degli edifici


                         duttilità


resistenza




             rigidezza                     resistenza
                                           residua

                                           spostamento
2.    Requisiti di sicurezza e criteri di verifica

 - sicurezza nei confronti della stabilità (stato limite ultimo SLU)

 - protezione nei confronti del danno (stato limite di danno SLD)

 - soddisfacimento dei requisiti generali

 - prescrizioni relative ai terreni di fondazione

 - livelli di protezione antisismica
2.1 Sicurezza nei confronti della stabilità
    (stato limite ultimo SLU)

- sotto l’ azione sismica di progetto, le strutture, pur subendo gravi
  danni agli elementi strutturali e non strutturali,

                          devono mantenere:

  a) una residua resistenza e rigidezza per azioni orizzontali
  b) l’intera capacità portante per carichi verticali
2.2 Protezione nei confronti del danno
    (stato limite di danno SLD)

 - per sismi più frequenti rispetto al sisma di progetto, le
   costruzioni     (elementi   strutturali, non     strutturali,
   apparecchiature rilevanti) non devono subire gravi danni e
   interruzioni d’uso

 - particolari costruzioni, che devono funzionare anche dopo il
   sisma, richiedono azioni maggiorate, fino al sisma di progetto.
2.3 Soddisfacimento dei requisiti generali (1/2)

  - per lo stato limite ultimo SLU:

  a) scelta dell’azione sismica di progetto: zonazione e categorie
     di suolo;
  b) modello meccanico della struttura;
  c) metodo di analisi adeguato;
  d) verifiche di resistenza e compatibilità degli spostamenti;
  e) regole di dettaglio per garantire duttilità agli elementi
     strutturali e alla costruzione nel suo insieme.
2.3 Soddisfacimento dei requisiti generali (2/2)

   -    per lo stato limite di danno SLD:

   a) azione sismica SLD;

   b) limitazione degli spostamenti interpiano;

   c) dettagli costruttivi definiti per ogni materiale e ogni tipologia.
2.4 Prescrizioni per i terreni di fondazione

  - Il sito sarà esente da:

  a) instabilità dei pendii
  b) cedimenti permanenti causati da: liquefazione
                                      addensamento eccessivo

  Tali fenomeni devono essere indagati e valutati con :
  - “Norme tecniche per il progetto sismico di opere di
    fondazione e sostegno dei terreni”
  - D. M. 11.3.1988 con modifiche e integrazioni
2.5 Livelli di protezione sismica

- Livelli differenziati per importanza e uso, e quindi        per
  conseguenze danneggiamento           ⇒           si definiscono
  “categorie di importanza”, a ciascuna si associa un fattore di
  importanza γI

- Tale fattore γI si applica all’azione sismica da adottare per SLU e
  SLD

- modificare γI significa implicitamente modificare la probabilità di
  accadimento del sisma
Stati limite – azioni e combinazioni
Metodi a confronto: tensioni ammissibili – stati limite ultimo
                Esempio: Trave in semplice appoggio
Esempio 2.2.2.B (man. vol. 1) (1/3)

                   - Materiali
                   Calcestruzzo E = 30 × 106 kN/m2
                                γ = 25 kN/m3
                   - Geometria
                   Travi        30 × 50 cm
                   Pilastri     30 × 30 cm
                   - Carichi
                   Solai        4.0 kN/m2
                   Divisori     1.3 kN/m2
                   Accidentali 2.0 kN/m2
Esempio 2.2.2.B (man. vol. 1) (2/3)
                       A. Permanenti




   Gt1                       Gt2             GP
              B. Sovraccarichi accidentali




   Q1                        Q2
C. Neve                   D. Vento




   Qn                        Qv
Esempio 2.2.2.B (man. vol. 1) (3/3)
A. Combinazioni di carico per lo stato limite ultimo
    Comb. 1: Fd = 1.4 × (Gt1 + Gt2 + Gp) + 1.5 × (Q1 + Q2) + 1.05 × (QN + Fv)
    Comb. 2: Fd = 1.4 × (Gt1 + Gp) + 1.0 × Gt2 + 1.5 × Q1 + 1.05 × (QN + Fv)
    Comb. 3: Fd = 1.4 × (Gt2 + Gp) + 1.0 × Gt1 + 1.5 × Q2 + 1.05 × (QN + Fv)
    Comb. 4: Fd = 1.4 × (Gt1 + Gt2 + Gp) + 1.5 × Fv + 1.05 × (Q1 + Q2 + QN )

B. Combinazioni di carico per lo stato limite di esercizio

- Combinazioni rare
    Comb. 1: Fd = (Gt1 + Gt2 + Gp) + (Q1 + Q2) + 0.7 × (QN + Fv)
    Comb. 2: Fd = (Gt1 + Gt2 + Gp) + Fv + 0.7 × (Q1 + Q2 + QN)
- Combinazioni frequenti
    Comb. 3: Fd = (Gt1 + Gt2 + Gp) + 0.5 × (Q1 + Q2)
    Comb. 4: Fd = (Gt1 + Gt2 + Gp) + 0.2 × Fv + 0.2 × (Q1 + Q2)
    Comb. 5: Fd = (Gt1 + Gt2 + Gp) + 0.2 × QN + 0.2 × (Q1 + Q2)
- Combinazioni quasi-permanenti
    Comb. 6: Fd = (Gt1 + Gt2 + Gp) + 0.2 × (Q1 + Q2)
Esempio edificio a pareti
Fenomeni e passi per l’analisi
di un singolo sistema in un singolo sisma
Metodologia di progettazione sismica
Questione di intendersi
Oscillatore semplice con forza sinusoidale
      m              f(t)

      c
                            m massa           m + cu + ku = Asinϖ 0 t
                                               u                  
                            c smorzamento
                                            f. inerzia f. smorz. f. interne
                                                                             
                                                                              
                            k rigidezza                                    f. esterna

k/2            k/2

          smorzamento                                     amplificazione




               1 un − un + 1                         forzante / oscillatore
          ξ =
              2π u n + 1
Oscillatore semplice con sisma
                                   m
                                                                                        m + cu + ku =ma g (t)
                                                                                         u                  
                                                                  m massa             f. inerzia f. smorz. f. interne 
                                 c                                c smorzamento                                           f. esterna
                                                                  k rigidezza                 +2ωξ +ω 2 u =a g (t)
                                                                                             u      u
                    k/2                                     k/2
                                                                                    periodo          T = 2π/ ω frequenza   ω= √k/m
                                                                                                     ξ= c/ccr  smorzamento ccr = 2 ωm
0.3

0.2

0.1
                                                                                    rapporto
  0

-0.1
       0        5     10   15       20       25   30   35   40                      smorzamento                critico
                                                                  sisma
                                 Time (s)
-0.2

-0.3

-0.4




 15

 10


  5

  0
                                                                  risposta dalla equazione
                                                                  del moto T, ξprefissati
       0        5     10   15       20       25   30   35   40
  -5
                                Ti me (s)
 -10
           risposta




                                            ξ1



                                             ξ2




                                            ξ3
                                                                               spettro di risposta
                                                                               elastico

                                                                   periodo
Spettri con smorzamento 5%
Oscillatore semplice non lineare


• valgono le equazioni di equilibrio, con forze interne dipendenti
  dal modello non lineare di isteresi
• raggiunta la resistenza, la forza interna si mantiene costante
• la “forza sismica” è costante fino all’ alternanza, e dipende dalla
  resistenza
• attraverso la struttura non può passare una forza superiore alla
  resistenza: le forze sismiche dipendono dalla resistenza data dal
  progettista
• pensare alla fune che tiene una forza pari alla resistenza
• la penetrazione in campo anelastico provocata dal sisma dipende
  dall’intensità del sisma
Variabili: tradizionali - modali

                                   3


Tradizionali   u1   u2     u3
               1    0      0      u2
               0    1      0
               0    0      1
                                  u1




                                          forze = coefficienti di rigidezza


Modali         u (t) = Φ Y (t)

               Y1 Y2       Y3
               φ 11 φ 12   φ 13
               φ 21 φ 22   φ 23
               φ 31 φ 32   φ 33


                                   Y(t) variabili come moltiplicatori delle forme
Analisi dinamica lineare
                                                                                    1
                                                                                   2ωξ1 =α + βω
                                                                                                 2

                                                           C =αM +βK
                                                                                                 1
- Diretto                     M + Cu + Ku = Ma g (t)
                               u                                                  
                                                                                   2ω2ξ2 =α + βω2
                                                                                   
                                                                                                   2

                              u(t 0 ) = u 0
                              u(t 0 ) = u 0
                                       

                              Metodo di Newmark          parametri             β = 0.25      γ = 0.25
                                                         passo                      T
                                                                                Δt =
                                                                                    10
- Sovrapposizione modale            −ω2 M + K =0         ω, φi
                                                          i                   Y + 2ωiY +ωi2Y =m*ag (t )
                                                                                      

                                                         m * =ϕT M
                                                                             Sistema disaccoppiato
                                                                            (una riga e una colonna,
                                                                                 una variabile)



                                                                             La risposta temporale come
                                                                           somma delle risposte temporali
                ω , φ1
                 1                        ω , φ2
                                           2                 ω , φ3
                                                              3
                m1*                       m2*                m3*
  risposta   sollecitazioni            sollecitazioni     sollecitazioni
              spostamenti               spostamenti        spostamenti
Struttura ad n gradi di libertà
Analisi modale             Analisi con
                 spettro
Analisi modale combinazione delle risposte
Analisi dinamica non lineare
Risultati dell’analisi dinamica non lineare


Storie
temporali




Spostamento, velocità, accelerazione, M, N, T, ∆ϕ, ∆u, ∆T,
ecc. nel tempo



Cicli di
isteresi su
tratti ∆z
Metodi di analisi dinamica sismica
Metodi degli ingegneri
(per progettare la resistenza delle strutture)
Metodi dei ricercatori

                        Di tutto

                           +

sismicità    →    risposta → danno         →      perdite

             Sarà il metodo degli ingegneri


             Attenzione! I clienti chiedono:

Livello di
progetto
                       ↔       Livello di danno
Livello di
sismicità
Progetto a comportamento
Duttilità
Materiale      Sezione         Struttura




   ε
µ = u ≅ 100
   εy


                 ϑu              su
              µ = ≅ 20 ÷ 30   µ = ≅ 5÷6
                 ϑy              sy



   εu
µ = ≅ 6÷7
   εy
Risposta non lineare - Modelli di isteresi 1/3
Modelli di isteresi 2/3
Modelli di isteresi 3/3
Sezione: perdita di resistenza, di rigidezza,
        di resistenza all’alternanza
Struttura: comportamento globale alternato
            povero (cicli stretti)
Colonna debole
Modelli di nodo “rigido”
Modelli di nodo deformabile
Analisi pushover
(utile per la valutazione degli edifici)
Static pushover
duttilità di struttura 5
Modelli (non derivati da teorie) isteretici
Modelli sempre più complessi
Gerarchia delle resistenze



• Per un buon comportamento dissipativo
  d’insieme, le deformazioni anelastiche devono essere
  distribuite nel maggior numero di elementi duttili (travi,
  controventi tesi) evitando la plasticizzazione di elementi
  poco duttili (pilastri) e i meccanismi fragili (es.:
  resistenza a taglio, resistenza nodi trave colonna)
Gerarchia delle resistenze



• telai: prima cedono le travi poi le colonne;
• nodi rigidi e resistenti;
• strutture in c.a.: prima cedimento per flessione poi a
  taglio;
• strutture in acciaio: prima cedono diagonali tese poi
  compresse;
• …
Esempio di gerarchia delle resistenze




   V = (q × L)/2 ± (ΣM)/L × γ
Duttilità di piano richiesta in funzione
dell’altezza, edificio a telaio, edificio rigido
Duttilità di piano richiesta in funzione
dell’altezza, edificio a telaio, edificio flessibile
Cedimento dei pilastri




                     Notare la parte
                  superiore molto rigida
Deformabilità impedita del pilastro
Edificio californiano testled




notare i ferri e l’assenza di staffe
Maledetti pilotis!
Nodi poveri
Interazione suolo struttura (1/2)
Interazione suolo struttura (2/2)

                                        suolo




                                    Pressione acqua
3.1 Categorie di suolo di fondazione
                                           Vs30 (m/s)           Nspt         Cu (kPa)

A    formazioni litoidi o suoli            800 ≤ Vs30
     omogenei molto rigidi

B    sabbie o ghiaie molto addensate       360 ≤ Vs30 ≤ 800   Nspt > 50      250 ≤ cu
     o argille molto consistenti

C    sabbie e ghiaie mediamente            180 ≤ Vs30 ≤ 360 15 ≤ Nspt ≤ 50 70 ≤ cu ≤ 250
     addensate o di argille di media
     consistenza

D    terreni granulari da sciolti a poco      Vs30 ≤ 180      Nspt ≤ 15       cu ≤ 70
     addensati oppure coesivi da poco
     a mediamente consistenti

E    strati superficiali alluvionali
     (5-20m, su substrato A)
S1 argille bassa consistenza                  Vs30 ≤ 100                   10 ≤ cu ≤ 20

S2 liquefazione, argille sensitive
3.2 Calcolo dell’azione sismica



-   zone sismiche
-   descrizione azione sismica
-   spettro di risposta elastico
-   spostamento e velocità del terreno
-   spettri di progetto per lo stato limite ultimo SLU
-   spettro di progetto per lo stato limite di danno SLD
-   impiego di accelerogrammi
Sismicità del mondo
Sismicità del mondo




                      www.neic.usgs.go
Sismicità dell’Eurasia
mediterraneo: carta batimetrica-sismica
www.ngdc.noaa.gov/mgg/ibcm/images/93001-S.jpg
Sisma di Boumerdes, Algeria 1/3
Sisma di Boumerdes, Algeria 2/3
Sisma di Boumerdes, Algeria 3/3
Sisma di Bam, Iran (26.12.2003) 1/2
Sisma di Bam, Iran (26.12.2003) 2/2
Misure di sismicità


probabilità di superamento di una soglia (picco di accelerazione,
valori spettrali 0.1, 1.0 s) in prefissati anni

probabilità        anni           periodo ritorno
     2%            50             2500 sisma massimo (2475)
    5%             50             1000 sisma millenario
    10%            50             500 sisma SLU (475)
    50%            50             100 sisma SLD (72)
    100%           50             certezza del sisma
Relazioni fisiche PGA – periodo di ritorno

      6


      5


      4
PGA




      3


      2


      1


      0
          0         500     1000          1500   2000   2500
                                   anni
Sismicità dell’Italia (PGA, 10% - 50 anni)
Classificazione sismica
Classificazione 2003
Classificazione sismica 2003
          Veneto
Confronti classificazione
        Veneto
Zonazione: prospettive



•   curve di livello di accelerazione
•   curve di livello di valori spettrali 0.1 – 1.0 s
•   curve di livello di spostamenti
•   curve di livello diverse per SLU e SLD
•   definizione almeno per provincia o comune
•   valori dipendenti ritardo sismico
•   dalla zonazione alla microzonazione
3.2.1 Zone sismiche



   zona      ag
    1      0.35 g
    2      0.25 g
    3      0.15 g
    4      0.05 g
3.2.2 Descrizione dell’azione sismica



• moto in un punto come spettro elastico
• moto del suolo tramite accelerogrammi
• moto orizzontale rappresentato da due componenti
  indipendenti caratterizzate dallo stesso spettro di risposta
• moto verticale rappresentato da uno spettro di risposta diverso
  da quello orizzontale
3.2.3 Spettro di risposta elastico
           Componente orizzontale




Categoria suolo     S     TB        TC    TD
       A           1.0   0.15       0.4   2.0
    B, C, E       1.25   0.15       0.5   2.0
       D          1.35   0.20       0.8   2.0
3.2.3 Forma e parametri dello spettro di risposta
elastico
        Se (T)




ag S η 2,5




       ag S




                 TB   TC            TD
                                                    T(s)
3.2.3 Spettro di risposta elastico componente
   verticale
S (T)




  0,8

  0,7

  0,6
            Sve (T)
  0,5

  0,4

  0,3

  0,2

  0,1

    0
        0         0,5   1    1,5      2       2,5          3
                                                    T(s)
3.2.3 Spettro di risposta elastico componente
         orizzontale

         0.8


         0.7


         0.6


         0.5
Se (T)




         0.4


         0.3


         0.2


         0.1


          0
               0   0.5     1       1.5      2       2.5   3
                                   T(s)
3.2.3 Spettro di risposta elastico componente
         orizzontale

                   Zona 2 (ag = 0.25g)
         0.9

         0.8

         0.7

         0.6

         0.5
Se (T)




                                   A     B, C, E          D
         0.4

         0.3

         0.2

         0.1

          0
               0             0.5         1         1.5        2   2.5   3
                                                   T(s)
3.2.3 Spettro di risposta elastico componente
                orizzontale

                   Zona 1 (ag = 0.35g)
         1.4


         1.2


          1


         0.8
Se (T)




                                    A    B, C, E         D
         0.6


         0.4


         0.2


          0
               0              0.5          1       1.5       2   2.5   3
                                                   T(s)
3.2.3 Spettro di risposta elastico componente
         orizzontale

               Influenza dello smorzamento
         1.8
                          0%
         1.6
                          2%
         1.4
                          5%
         1.2
                          10 %
          1
Se (T)




         0.8

         0.6

         0.4

         0.2

          0
               0          0.5          1     1.5    2   2.5   3
                                             T(s)
3.2.4 Spostamento e velocità del terreno



• dg = 0.025 × S × TC × TD × ag
  Esempio: zona 2, suolo B
   dg = 0.025 × 1.25 × 0.50 × 2.0 × 0.25 × 9.81 = 0.076 m

• vg = 0.16 × S × TC × ag
  Esempio: zona 2, suolo B
   vg = 0.16 × 1.25 × 0.50 × 0.25 × 9.81 = 0.24 m/s
3.2.5 Spettri di progetto SLU
A. Componente orizzontale




B. Componente verticale (q = 1.5 per qualsiasi tipologia e materiale)
3.2.5 Spettri di progetto SLU

                    Spettro di progetto SLU - componente orizzontale
        0.9

        0.8
                  q=1
        0.7

        0.6

        0.5
S (T)




        0.4

        0.3

                  q=3
        0.2

                  q=5
        0.1

         0
              0         0.5      1         1.5         2         2.5   3
                                           T(s)
3.2.5 Spettri di progetto SLU

                              Spettro di progetto SLU - componente verticale
        0,8


        0,7

                    Sve (T)     spettro elastico
        0,6


        0,5
S (T)




        0,4


        0,3

        0,2

                  Svd (T)
        0,1
                  spettro di progetto
         0
              0               0,5            1     1,5         2         2,5   3
                                                   T(s)
3.2.6 Spettro di progetto SLD


                  Spettro di risposta SLD - si ottiene da quello elastico diviso 2.5
        0,9

        0,8

        0,7
                      Se (T)

        0,6

        0,5
S (T)




        0,4

        0,3
                      Sld (T)
        0,2

        0,1

         0
              0             0,5        1           1,5         2          2,5          3
                                                  T(s)
3.2.7 Impiego di accelerogrammi


1. naturali


2. generati da un modello fisico (magnitudo, distanza)


3. generati da spettri
                         di risposta
                         di potenza

4. spaziali
3.2.7 Impiego di accelerogrammi


- per verificare SLU e SLD
- nell’analisi tridimensionale di una struttura bisogna usare 3
   accelerogrammi diversi nelle 3 direzioni principali della struttura
- coerenza con lo spettro elastico
- durata deve essere stabilita in base alla magnitudo e ai parametri
   fisici del sisma; in genere la parte stazionaria sarà almeno di 10 s
- almeno 3 accelerogrammi o 3 gruppi di accelerogrammi.
- accel. generati tramite a) lo spettro elastico
                           b) simulazione sorgente e propagazione
3.2.7 Accelerazione El Centro, 1940, E-W




                                http://peer.berkeley.ed
                                u
3.2.7 Velocità El Centro, 1940, E-W




                             http://peer.berkeley.ed
                             u
3.2.7 Spostamento El Centro, 1940, E-W




                            http://peer.berkeley.ed
                            u
3.2.7 Accelerazione El Centro, 1940, E-W




                               http://peer.berkeley.ed
                               u
3.3 Combinazione azione sismica con altre azioni 1/2


 La verifica allo stato limite ultimo (SLU) o di danno (SLD) deve essere
 effettuata per la seguente combinazione degli effetti della azione sismica con le
 altre azioni.

 γΙ E + Gk + Pk + ∑i (ψji Qki)



 Gli effetti dell'azione sismica saranno valutati tenendo conto delle masse
 associate ai seguenti carichi gravitazionali:

 Gk + ∑i (ψEi Qki)
3.3 Combinazione azione sismica con altre azioni 2/2

                  Destinazione d’uso                      ψ0i    ψ2i
Abitazioni, Uffici                                       0.70   0.30
Uffici aperti al pubblico, Scuole, Negozi, Autorimesse   0.70   0.60
Tetti e coperture con neve                               0.70   0.35
Magazzini, Archivi                                       1.00   0.80
Vento                                                    0.00   0.00
4. Criteri generali di progettazione


-   sistemi costruttivi
-   distanze ed altezze
-   caratteristiche generali degli edifici
-   modellazione della struttura
-   analisi
-   combinazione delle componenti dell’azione sismica
-   fattori di importanza
-   valutazione degli spostamenti
-   considerazione di elementi non strutturali
-   impianti
-   verifiche di sicurezza
4.1 Sistemi costruttivi


capitolo        materiale                   sistema costruttivo
             cemento armato              telaio, pareti misto, a nucleo,
   5
                                    pendolare acciaio+nucleo, prefabbricato
                 acciaio            telaio, controventi concentrici, controventi
   6                               eccentrici, mensola, intelaiato controventato
                                    telaio, controventi concentrici, controventi
   7       mista acciaio e calc.   eccentrici, mensola, intelaiato controventato
                muratura                        ordinaria, armata
   8
   9              legno
  10              isolati
  11             esistenti
Tipologie – edifici in calcestruzzo




Telaio (q0 = 4.5 α u/α 1)   Parete (q0 = 4.0 α u/α 1)
                       q = q0 KD KR
Tipologie – edifici in acciaio




Telaio (q = 5 α u/α 1)   Controventi a V (q = 2.5)   Controventi a X (q = 4)


  q = q 0 KD KR




                          Controventi eccentrici     Controventi eccentrici
                              (q = 5 α u/α 1)            (q = 5 α u/α 1)
4.2 Distanze e altezze (1/2)


   zona sismica           4           3         2            1
sistema costruttivo        altezza massima consentita (m)
   calcestruzzo                        nessuna limitazione

     acciaio                           nessuna limitazione
      mista             nessuna        nessuna limitazione
muratura ordinaria    limitazione    16         11          7.5

 muratura armata                     25         19          13

      legno                          10         7            7
4.2 Distanze e altezze (2/2)



• altezza su strade in zona 1 e 2
       - per strade L < 11 m      H=L
       - per strade L > 11 m      H = 11 + 3 (L – 11)
• due edifici possono essere costruiti a contatto solo nel caso di
  continuità strutturale
• distanza edifici contigui deve essere maggiore della somma degli
  spostamenti massimi SLU di ciascun edificio
• distanza tra due punti degli edifici posti alla medesima altezza
  non può essere minore a 1/100 della quota dei punti considerati
4.3 Caratteristiche generali degli edifici



- Regolarità




- Elementi strutturali secondari
4.3.1 Regolarità in pianta (1/2)



a)   configurazione compatta, simmetrica in due direzioni
     ortogonali per massa e rigidezza

b)   rapporto lati rettangolo inscritto inferiore a 4

c)   rientri o sporgenze ≤ 25% dimensione allineata edificio

d)   solai infinitamente rigidi nel loro piano
Esempi di irregolarità in pianta
4.3.1 Regolarità in altezza (2/2)


e) sistemi resistenti si estendono a tutta altezza

f) massa e rigidezza costanti

g) rapporto resistenza effettiva e richiesta dal calcolo analogo
   (compreso tra 0.85 e 1.15)

h) restringimenti graduali, 30% dimensione 1 piano
                            10% dimensione piano sottostante
Esempi di irregolarità in altezza




edificio con sbalzi                edificio con rientri
Analisi dinamica con spettro di edificio irregolare




- Direzioni consigliate per l’analisi
                            1: La Direzione del taglio associato al primo modo di
vibrare
                            2: La direzione ortogonale
- Una struttura ben progettata ha poca torsione nei modi a bassa frequenza
Come si penalizza l’edificio irregolare



- Analisi più costose (spaziali, …)

- Fattori di struttura più bassi

- Non facendoli!
4.3.2 Elementi strutturali secondari


- alcuni elementi strutturali possono essere definiti secondari

- si trascura nel calcolo la loro rigidezza e resistenza

- essi devono assorbire gli spostamenti dovuti all’ azione sismica di
  progetto mantenendo la capacità portante per i carichi verticali

- la scelta può essere cambiata durante l’analisi, ma tale scelta non
  può determinare il passaggio da regolare a irregolare
4.4 Modellazione della struttura

- deve rappresentare la distribuzione di massa effettiva

- deve rappresentare la rigidezza effettiva

- bisogna considerare, dove appropriato, il contributo degli
  elementi non strutturali

- in genere il modello della struttura è composto da: telai + pareti
  + diaframmi
- modelli piani per edifici regolari in pianta

- eccentricità effettiva + eccentricità accidentale

- edifici con struttura in c.a.: rigidezza secante a snervamento
4.5.1 Analisi - Aspetti generali


- statica lineare

- dinamica modale

- statica non lineare

- dinamica non lineare
4.5.2 Analisi statica lineare (1/2)


L’analisi statica può essere effettuata se
         a) edificio regolare in pianta
         b) T1 ≤ 2.5 Tc
con:
Tc       periodo dipendente dal profilo stratigrafico (vedi punto 3.2.3)
T1       primo periodo di vibrazione della struttura
Per edifici con altezza non superiore a 40 m il primo periodo può essere calcolato
con:
T1 = C H 3/4
H        altezza dell’edificio
C=       0.085    edifici con struttura a telaio in acciaio
         0.050    edifici con qualsiasi altra struttura
4.5.2 Analisi statica lineare (2/2)
A. Forza totale alla base
Fb = Sd (T1) W λ
con:
Sd (T1)     ordinata dello spettro di risposta
W           peso complessivo della costruzione
 λ          coeff. pari a 0.85 se l‘edificio ha almeno tre piani
            e se T1 < 2 Tc, 1 negli altri casi

B. Forza da applicare ad ogni piano
            zi wi
Fi =Fb
           ∑ ( zi wi )
con:
Fb          forza alla base
Wi,Wj       pesi delle masse ai piani i e j rispettivamente
z i , zj    altezze dei piani i e j rispetto alle fondazioni
4.5.3 Analisi dinamica modale

-   spettro di risposta di progetto

-   va applicata ad un modello 3D

-   bisogna considerare
       A) tutti i singoli modi con massa partecipante maggiore del 5%
                                   oppure
       B) numero modi tale che la massa partecipante totale sia superiore all’85%

-   combinazione
       •   Se il periodo di ciascun modo differisce dagli altri di almeno il 10% ⇒
           radice della somma dei quadrati dei risultati ottenuti da ciascun modo

                                 oppure
       B) completa
4.5.4 Analisi statica non lineare


- generalità

- legame forza-spostamento generalizzato

- sistema bi-lineare equivalente

- risposta massima in spostamento del sistema equivalente

- conversione della risposta in quella effettiva dell’edificio
4.5.5 Analisi dinamica non lineare

- Integrazione delle equazioni del moto

- Modello tridimensionale dell’edificio

- Accelerogrammi (punto 3.2.7)

- Modello costitutivo

- Energia dissipata nei cicli di isteresi

- Statistica delle risposte: a) 7 accelerogrammi ⇒ valori medi
                             b) < 7 accellogrammi ⇒ valori estremi
4.6 Combinazione delle componenti
                   dell’azione sismica
- Componenti verticali e orizzontali in generale saranno considerate
  agenti simultaneamente

- Combinazione delle due azioni orizzontali applicate separatamente
  i valori massimi ottenuti da ciascuna delle due azioni orizzontali, applicate
  separatamente, possono essere combinati con:
  a)    radice quadrata della somma dei quadrati, per la singola componente della
       grandezza da verificare, oppure
  b)    sommando ai massimi ottenuti per l’azione applicata in una direzione il
       30% dei massimi ottenuti per l’azione nell’altra direzione

- Azione verticale deve essere considerata nei seguenti casi:
  a) elementi con luce maggiore di 20 m d) strutture spingenti
  b) elementi principali precompressi   e) pilastri in falso
  c) elementi a mensola                 f) edifici con piani sospesi
4.7 Fattori di importanza γI


categoria                     edifici                     fattore


    I       funzionalità fondamentale protezione civile    1.4
                   ospedali, municipi, caserme


   II          importanti per conseguenze collasso         1.2
                           scuole, teatri

   III                 altri edifici ordinari              1.0
4.8 Valutazione degli spostamenti




- spostamenti SLU
        spostamenti con spettro di progetto SLU × q × γI

- spostamenti SLD
        spostamenti con spettro SLD × 1 × γI
4.9 Elementi non strutturali
- gli elementi costruttivi senza funzione strutturale e le loro
  connessioni vanno verificati per l’azione sismica

- Fa = Wa Sa γI / qa                   azione sismica
  dove:
          Wa peso dell’ elemento
          γI fattore di importanza
          qa fattore struttura: 1 per elementi a mensola (camini, parapetti),
                                    2 per altri casi ( tamponamenti e controsoffitti)
          Sa     coefficiente di amplificazione:
- Sa = 3 S ag (1 + Z/H) / (g (1 + (1-Ta/T1)2 ))
  dove:
          S ag       accelerazione di progetto al terreno
          Z          altezza baricentro elemento; H altezza struttura
          g          accelerazione di gravità; Ta stima periodo elemento
          T1         primo modo di vibrazione della struttura
Interno
dopo un sisma
Interno dopo un sisma
4.10 Impianti (1/2)
-   oggetto del punto 4.10: elementi strutturali che sostengono e collegano tra loro e
    alla struttura gli elementi funzionali dell’impianto

-   studio speciale, se      a) 30% carico permanente totale solaio
                             b) 10% carico permanente totale struttura

-   la forza sismica Fa va applicata al baricentro di ciascuno degli elementi funzionali
    componenti l’impianto

-   progetto elementi strutturali che sostengono e collegano gli impianti deve seguire
    le stesse regole adottate per gli elementi strutturali degli edifici

-   componenti fragili devono avere resistenza allo snervamento doppia di quella
    degli eventuali elementi duttili ad essi contigui

-   dispositivi di vincolo, no solo attrito
4.10 Impianti (2/2)


- impianti a gas > 50 m3/h     ⇒ valvole interruzione automatica in
  caso di sisma

- tubi per la fornitura del gas, al passaggio dal terreno all’edificio,
  devono sopportare i massimi spostamenti relativi edificio-terreno

- corpi illuminanti devono avere dispositivi di sostegno adatti; in
  particolare, se montati su controsoffitto, devono essere ancorati
  direttamente ai sostegni longitudinali o trasversali del
  controsoffitto.
4.11 Verifiche di sicurezza



- Stato limite ultimo     a) resistenza
                          b) duttilità e capacità spostamento
                          c) fondazioni
                          d) giunti sismici
                          e) diaframmi orizzontali

- Stato limite di danno
4.11.1.2         Resistenza
                                  Ed ≤ Rd

- compresi effetti 2° ordine e regole della gerarchia resistenze
  Gli effetti del 2° ordine possono essere trascurati se la seguente
  condizione è verificata ad ogni piano:

ϑ = P dr / V h < 0.1
  dove
  P carico verticale totale di tutti i piani superiori
  dr spostamento interpiano calcolato secondo il punto 4.8
  V forza orizzontale totale al piano in esame
  h altezza del piano

Se 0.1 ≤ ϑ ≤ 0.2 ⇒ forze sismiche moltiplicate per (1/1- ϑ)

ϑ deve essere sempre inferiore a 0.3
4.11.1.3      Duttilità e capacità di spostamento



•    I singoli elementi strutturali e la struttura devono possedere una
     duttilità coerente con il q adottato

b)   La condizione al punto a) si ottiene applicando le regole di
     progetto e la gerarchia delle resistenze

c)   Alternativamente si verifica che la struttura abbia capacità di
     spostamento superiore alla domanda
4.11.1.4      Fondazioni



- Le strutture di fondazione devono essere verificate applicando
  quanto prescritto nelle:

  “Norme tecniche per il progetto sismico di opere di fondazione e di
  sostegno dei terreni”
4.11.1.5         Giunti sismici



- bisogna evitare martellamento

- giunti di dimensioni superiori alla somma degli spostamenti SLU
  delle strutture contigue

- stima dello spostamento massimo di un edificio contiguo
                     smax = 1/100 H
      Esempi: 3 piani H = 10 m ⇒ smax = 10 cm ⇒ giunto 20 cm
              10 piani H = 35 m ⇒ smax = 35 cm ⇒ giunto 70 cm
Martellamento
terremoto città del Messico
Distacco
Controventi di tipo “Unbonded brace”
Marin County Civic Center (California) F. L. Wright 1957

                                         6x4x0.75                          6x4x0.75




                                                           W 12x96
                                                                     W 12x79




                                                                                         W 12x96
                                                           W 12x96
                                                                       parete di taglio
                                                                        o setto rigido




                                                    1138
shock adsorber
4.11.1.6 Diaframmi orizzontali




- devono trasmettere le forze sismiche tra i diversi sistemi resistenti
  a sviluppo verticale

- sui diaframmi si applicano forze dell’ analisi, aumentate del 30 %
4.11.2 Stato limite di danno

a) azione sismica: spettro elastico diviso 2.5


b) spostamenti strutturali ( dr interpiano) senza inagibilità
  temporanea dell’edificio.


c) la condizione b) può ritenersi soddisfatta se:
                 1)   tamponamenti collegati rigidamente   dr ≤ 0.0050 h
                 2)   tamponamenti collegati elasticamente dr ≤ 0.0075 h
                 3)   muratura ordinaria                   dr ≤ 0.0030 h
                 4)   muratura armata                      dr ≤ 0.0050 h
Esempi:
    interpiano    spostamento massimo
    350 cm              1.75 cm            collegamenti rigidi
                        2.62 cm            collegamenti elastici
Norma 15 01_05

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Norma 15 01_05

  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7.
  • 8. Norme tecniche per il progetto, la valutazione e l’adeguamento sismico degli edifici ordinanza n. 3274 20.03.03 modifiche n. 3316 02.10.03 modifiche informali15.01.05 capitoli 1 - 4
  • 9. Modulo 1: Nozioni generali (Capitoli 1 – 4) 1° Lezione (27/02/04): introduzione, requisiti, esempi 2° Lezione (05/03/04): dinamica, esempi 3° Lezione (12/03/04): azione sismica, esempi 4° Lezione (19/03/04): criteri di progettazione, esempi 5° Lezione (26/03/04): analisi, esempi 6° Lezione (02/04/04): verifiche, elementi non strutturali, esempi
  • 10. Norme tecniche per il progetto, la valutazione e l’adeguamento sismico degli edifici • Capitoli 1 – 4 1. Oggetto della norma 2. Requisiti di sicurezza e criteri di verifica 3. Azione sismica 4. Criteri generali di progettazione
  • 11. 1. Oggetto delle norme - progettazione e costruzione nuovi edifici - valutazione della sicurezza e interventi di adeguamento degli edifici esistenti • Altre norme allegate all’ordinanza del 20/03/2003: - “Norme tecniche per il progetto sismico delle opere di fondazione e sostegno dei terreni” - “Norme tecniche per il progetto sismico dei ponti” - “Criteri per l’individuazione delle zone sismiche – individuazione, formazione e aggiornamento degli elenchi nelle medesime zone”. • Mancano: - dighe, grandi centrali, antenne ecc, - legno
  • 12. comportamento degli edifici duttilità resistenza rigidezza resistenza residua spostamento
  • 13. 2. Requisiti di sicurezza e criteri di verifica - sicurezza nei confronti della stabilità (stato limite ultimo SLU) - protezione nei confronti del danno (stato limite di danno SLD) - soddisfacimento dei requisiti generali - prescrizioni relative ai terreni di fondazione - livelli di protezione antisismica
  • 14. 2.1 Sicurezza nei confronti della stabilità (stato limite ultimo SLU) - sotto l’ azione sismica di progetto, le strutture, pur subendo gravi danni agli elementi strutturali e non strutturali, devono mantenere: a) una residua resistenza e rigidezza per azioni orizzontali b) l’intera capacità portante per carichi verticali
  • 15. 2.2 Protezione nei confronti del danno (stato limite di danno SLD) - per sismi più frequenti rispetto al sisma di progetto, le costruzioni (elementi strutturali, non strutturali, apparecchiature rilevanti) non devono subire gravi danni e interruzioni d’uso - particolari costruzioni, che devono funzionare anche dopo il sisma, richiedono azioni maggiorate, fino al sisma di progetto.
  • 16. 2.3 Soddisfacimento dei requisiti generali (1/2) - per lo stato limite ultimo SLU: a) scelta dell’azione sismica di progetto: zonazione e categorie di suolo; b) modello meccanico della struttura; c) metodo di analisi adeguato; d) verifiche di resistenza e compatibilità degli spostamenti; e) regole di dettaglio per garantire duttilità agli elementi strutturali e alla costruzione nel suo insieme.
  • 17. 2.3 Soddisfacimento dei requisiti generali (2/2) - per lo stato limite di danno SLD: a) azione sismica SLD; b) limitazione degli spostamenti interpiano; c) dettagli costruttivi definiti per ogni materiale e ogni tipologia.
  • 18. 2.4 Prescrizioni per i terreni di fondazione - Il sito sarà esente da: a) instabilità dei pendii b) cedimenti permanenti causati da: liquefazione addensamento eccessivo Tali fenomeni devono essere indagati e valutati con : - “Norme tecniche per il progetto sismico di opere di fondazione e sostegno dei terreni” - D. M. 11.3.1988 con modifiche e integrazioni
  • 19. 2.5 Livelli di protezione sismica - Livelli differenziati per importanza e uso, e quindi per conseguenze danneggiamento ⇒ si definiscono “categorie di importanza”, a ciascuna si associa un fattore di importanza γI - Tale fattore γI si applica all’azione sismica da adottare per SLU e SLD - modificare γI significa implicitamente modificare la probabilità di accadimento del sisma
  • 20. Stati limite – azioni e combinazioni
  • 21. Metodi a confronto: tensioni ammissibili – stati limite ultimo Esempio: Trave in semplice appoggio
  • 22. Esempio 2.2.2.B (man. vol. 1) (1/3) - Materiali Calcestruzzo E = 30 × 106 kN/m2 γ = 25 kN/m3 - Geometria Travi 30 × 50 cm Pilastri 30 × 30 cm - Carichi Solai 4.0 kN/m2 Divisori 1.3 kN/m2 Accidentali 2.0 kN/m2
  • 23. Esempio 2.2.2.B (man. vol. 1) (2/3) A. Permanenti Gt1 Gt2 GP B. Sovraccarichi accidentali Q1 Q2 C. Neve D. Vento Qn Qv
  • 24. Esempio 2.2.2.B (man. vol. 1) (3/3) A. Combinazioni di carico per lo stato limite ultimo Comb. 1: Fd = 1.4 × (Gt1 + Gt2 + Gp) + 1.5 × (Q1 + Q2) + 1.05 × (QN + Fv) Comb. 2: Fd = 1.4 × (Gt1 + Gp) + 1.0 × Gt2 + 1.5 × Q1 + 1.05 × (QN + Fv) Comb. 3: Fd = 1.4 × (Gt2 + Gp) + 1.0 × Gt1 + 1.5 × Q2 + 1.05 × (QN + Fv) Comb. 4: Fd = 1.4 × (Gt1 + Gt2 + Gp) + 1.5 × Fv + 1.05 × (Q1 + Q2 + QN ) B. Combinazioni di carico per lo stato limite di esercizio - Combinazioni rare Comb. 1: Fd = (Gt1 + Gt2 + Gp) + (Q1 + Q2) + 0.7 × (QN + Fv) Comb. 2: Fd = (Gt1 + Gt2 + Gp) + Fv + 0.7 × (Q1 + Q2 + QN) - Combinazioni frequenti Comb. 3: Fd = (Gt1 + Gt2 + Gp) + 0.5 × (Q1 + Q2) Comb. 4: Fd = (Gt1 + Gt2 + Gp) + 0.2 × Fv + 0.2 × (Q1 + Q2) Comb. 5: Fd = (Gt1 + Gt2 + Gp) + 0.2 × QN + 0.2 × (Q1 + Q2) - Combinazioni quasi-permanenti Comb. 6: Fd = (Gt1 + Gt2 + Gp) + 0.2 × (Q1 + Q2)
  • 26. Fenomeni e passi per l’analisi di un singolo sistema in un singolo sisma
  • 29. Oscillatore semplice con forza sinusoidale m f(t) c m massa m + cu + ku = Asinϖ 0 t u   c smorzamento f. inerzia f. smorz. f. interne     k rigidezza f. esterna k/2 k/2 smorzamento amplificazione 1 un − un + 1 forzante / oscillatore ξ = 2π u n + 1
  • 30. Oscillatore semplice con sisma m m + cu + ku =ma g (t) u   m massa f. inerzia f. smorz. f. interne  c c smorzamento f. esterna k rigidezza  +2ωξ +ω 2 u =a g (t) u u k/2 k/2 periodo T = 2π/ ω frequenza ω= √k/m ξ= c/ccr smorzamento ccr = 2 ωm 0.3 0.2 0.1 rapporto 0 -0.1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 smorzamento critico sisma Time (s) -0.2 -0.3 -0.4 15 10 5 0 risposta dalla equazione del moto T, ξprefissati 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -5 Ti me (s) -10 risposta ξ1 ξ2 ξ3 spettro di risposta elastico periodo
  • 32. Oscillatore semplice non lineare • valgono le equazioni di equilibrio, con forze interne dipendenti dal modello non lineare di isteresi • raggiunta la resistenza, la forza interna si mantiene costante • la “forza sismica” è costante fino all’ alternanza, e dipende dalla resistenza • attraverso la struttura non può passare una forza superiore alla resistenza: le forze sismiche dipendono dalla resistenza data dal progettista • pensare alla fune che tiene una forza pari alla resistenza • la penetrazione in campo anelastico provocata dal sisma dipende dall’intensità del sisma
  • 33. Variabili: tradizionali - modali 3 Tradizionali u1 u2 u3 1 0 0 u2 0 1 0 0 0 1 u1 forze = coefficienti di rigidezza Modali u (t) = Φ Y (t) Y1 Y2 Y3 φ 11 φ 12 φ 13 φ 21 φ 22 φ 23 φ 31 φ 32 φ 33 Y(t) variabili come moltiplicatori delle forme
  • 34. Analisi dinamica lineare  1 2ωξ1 =α + βω 2 C =αM +βK 1 - Diretto M + Cu + Ku = Ma g (t) u   2ω2ξ2 =α + βω2  2 u(t 0 ) = u 0 u(t 0 ) = u 0   Metodo di Newmark parametri β = 0.25 γ = 0.25 passo T Δt = 10 - Sovrapposizione modale −ω2 M + K =0 ω, φi i Y + 2ωiY +ωi2Y =m*ag (t )   m * =ϕT M Sistema disaccoppiato (una riga e una colonna, una variabile) La risposta temporale come somma delle risposte temporali ω , φ1 1 ω , φ2 2 ω , φ3 3 m1* m2* m3* risposta sollecitazioni sollecitazioni sollecitazioni spostamenti spostamenti spostamenti
  • 35. Struttura ad n gradi di libertà
  • 36. Analisi modale Analisi con spettro
  • 37. Analisi modale combinazione delle risposte
  • 39. Risultati dell’analisi dinamica non lineare Storie temporali Spostamento, velocità, accelerazione, M, N, T, ∆ϕ, ∆u, ∆T, ecc. nel tempo Cicli di isteresi su tratti ∆z
  • 40. Metodi di analisi dinamica sismica
  • 41. Metodi degli ingegneri (per progettare la resistenza delle strutture)
  • 42. Metodi dei ricercatori Di tutto + sismicità → risposta → danno → perdite Sarà il metodo degli ingegneri Attenzione! I clienti chiedono: Livello di progetto ↔ Livello di danno Livello di sismicità
  • 44. Duttilità Materiale Sezione Struttura ε µ = u ≅ 100 εy ϑu su µ = ≅ 20 ÷ 30 µ = ≅ 5÷6 ϑy sy εu µ = ≅ 6÷7 εy
  • 45. Risposta non lineare - Modelli di isteresi 1/3
  • 48.
  • 49. Sezione: perdita di resistenza, di rigidezza, di resistenza all’alternanza
  • 50. Struttura: comportamento globale alternato povero (cicli stretti)
  • 52. Modelli di nodo “rigido”
  • 53. Modelli di nodo deformabile
  • 54. Analisi pushover (utile per la valutazione degli edifici)
  • 56. Modelli (non derivati da teorie) isteretici
  • 57. Modelli sempre più complessi
  • 58.
  • 59. Gerarchia delle resistenze • Per un buon comportamento dissipativo d’insieme, le deformazioni anelastiche devono essere distribuite nel maggior numero di elementi duttili (travi, controventi tesi) evitando la plasticizzazione di elementi poco duttili (pilastri) e i meccanismi fragili (es.: resistenza a taglio, resistenza nodi trave colonna)
  • 60. Gerarchia delle resistenze • telai: prima cedono le travi poi le colonne; • nodi rigidi e resistenti; • strutture in c.a.: prima cedimento per flessione poi a taglio; • strutture in acciaio: prima cedono diagonali tese poi compresse; • …
  • 61. Esempio di gerarchia delle resistenze V = (q × L)/2 ± (ΣM)/L × γ
  • 62. Duttilità di piano richiesta in funzione dell’altezza, edificio a telaio, edificio rigido
  • 63. Duttilità di piano richiesta in funzione dell’altezza, edificio a telaio, edificio flessibile
  • 64. Cedimento dei pilastri Notare la parte superiore molto rigida
  • 66. Edificio californiano testled notare i ferri e l’assenza di staffe
  • 70. Interazione suolo struttura (2/2) suolo Pressione acqua
  • 71. 3.1 Categorie di suolo di fondazione Vs30 (m/s) Nspt Cu (kPa) A formazioni litoidi o suoli 800 ≤ Vs30 omogenei molto rigidi B sabbie o ghiaie molto addensate 360 ≤ Vs30 ≤ 800 Nspt > 50 250 ≤ cu o argille molto consistenti C sabbie e ghiaie mediamente 180 ≤ Vs30 ≤ 360 15 ≤ Nspt ≤ 50 70 ≤ cu ≤ 250 addensate o di argille di media consistenza D terreni granulari da sciolti a poco Vs30 ≤ 180 Nspt ≤ 15 cu ≤ 70 addensati oppure coesivi da poco a mediamente consistenti E strati superficiali alluvionali (5-20m, su substrato A) S1 argille bassa consistenza Vs30 ≤ 100 10 ≤ cu ≤ 20 S2 liquefazione, argille sensitive
  • 72. 3.2 Calcolo dell’azione sismica - zone sismiche - descrizione azione sismica - spettro di risposta elastico - spostamento e velocità del terreno - spettri di progetto per lo stato limite ultimo SLU - spettro di progetto per lo stato limite di danno SLD - impiego di accelerogrammi
  • 74. Sismicità del mondo www.neic.usgs.go
  • 77.
  • 78. Sisma di Boumerdes, Algeria 1/3
  • 79. Sisma di Boumerdes, Algeria 2/3
  • 80. Sisma di Boumerdes, Algeria 3/3
  • 81. Sisma di Bam, Iran (26.12.2003) 1/2
  • 82. Sisma di Bam, Iran (26.12.2003) 2/2
  • 83. Misure di sismicità probabilità di superamento di una soglia (picco di accelerazione, valori spettrali 0.1, 1.0 s) in prefissati anni probabilità anni periodo ritorno 2% 50 2500 sisma massimo (2475) 5% 50 1000 sisma millenario 10% 50 500 sisma SLU (475) 50% 50 100 sisma SLD (72) 100% 50 certezza del sisma
  • 84. Relazioni fisiche PGA – periodo di ritorno 6 5 4 PGA 3 2 1 0 0 500 1000 1500 2000 2500 anni
  • 90.
  • 91.
  • 92.
  • 93. Zonazione: prospettive • curve di livello di accelerazione • curve di livello di valori spettrali 0.1 – 1.0 s • curve di livello di spostamenti • curve di livello diverse per SLU e SLD • definizione almeno per provincia o comune • valori dipendenti ritardo sismico • dalla zonazione alla microzonazione
  • 94. 3.2.1 Zone sismiche zona ag 1 0.35 g 2 0.25 g 3 0.15 g 4 0.05 g
  • 95. 3.2.2 Descrizione dell’azione sismica • moto in un punto come spettro elastico • moto del suolo tramite accelerogrammi • moto orizzontale rappresentato da due componenti indipendenti caratterizzate dallo stesso spettro di risposta • moto verticale rappresentato da uno spettro di risposta diverso da quello orizzontale
  • 96. 3.2.3 Spettro di risposta elastico Componente orizzontale Categoria suolo S TB TC TD A 1.0 0.15 0.4 2.0 B, C, E 1.25 0.15 0.5 2.0 D 1.35 0.20 0.8 2.0
  • 97. 3.2.3 Forma e parametri dello spettro di risposta elastico Se (T) ag S η 2,5 ag S TB TC TD T(s)
  • 98. 3.2.3 Spettro di risposta elastico componente verticale S (T) 0,8 0,7 0,6 Sve (T) 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 T(s)
  • 99. 3.2.3 Spettro di risposta elastico componente orizzontale 0.8 0.7 0.6 0.5 Se (T) 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 T(s)
  • 100. 3.2.3 Spettro di risposta elastico componente orizzontale Zona 2 (ag = 0.25g) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 Se (T) A B, C, E D 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 T(s)
  • 101. 3.2.3 Spettro di risposta elastico componente orizzontale Zona 1 (ag = 0.35g) 1.4 1.2 1 0.8 Se (T) A B, C, E D 0.6 0.4 0.2 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 T(s)
  • 102. 3.2.3 Spettro di risposta elastico componente orizzontale Influenza dello smorzamento 1.8 0% 1.6 2% 1.4 5% 1.2 10 % 1 Se (T) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 T(s)
  • 103. 3.2.4 Spostamento e velocità del terreno • dg = 0.025 × S × TC × TD × ag Esempio: zona 2, suolo B dg = 0.025 × 1.25 × 0.50 × 2.0 × 0.25 × 9.81 = 0.076 m • vg = 0.16 × S × TC × ag Esempio: zona 2, suolo B vg = 0.16 × 1.25 × 0.50 × 0.25 × 9.81 = 0.24 m/s
  • 104. 3.2.5 Spettri di progetto SLU A. Componente orizzontale B. Componente verticale (q = 1.5 per qualsiasi tipologia e materiale)
  • 105. 3.2.5 Spettri di progetto SLU Spettro di progetto SLU - componente orizzontale 0.9 0.8 q=1 0.7 0.6 0.5 S (T) 0.4 0.3 q=3 0.2 q=5 0.1 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 T(s)
  • 106. 3.2.5 Spettri di progetto SLU Spettro di progetto SLU - componente verticale 0,8 0,7 Sve (T) spettro elastico 0,6 0,5 S (T) 0,4 0,3 0,2 Svd (T) 0,1 spettro di progetto 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 T(s)
  • 107. 3.2.6 Spettro di progetto SLD Spettro di risposta SLD - si ottiene da quello elastico diviso 2.5 0,9 0,8 0,7 Se (T) 0,6 0,5 S (T) 0,4 0,3 Sld (T) 0,2 0,1 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 T(s)
  • 108. 3.2.7 Impiego di accelerogrammi 1. naturali 2. generati da un modello fisico (magnitudo, distanza) 3. generati da spettri di risposta di potenza 4. spaziali
  • 109. 3.2.7 Impiego di accelerogrammi - per verificare SLU e SLD - nell’analisi tridimensionale di una struttura bisogna usare 3 accelerogrammi diversi nelle 3 direzioni principali della struttura - coerenza con lo spettro elastico - durata deve essere stabilita in base alla magnitudo e ai parametri fisici del sisma; in genere la parte stazionaria sarà almeno di 10 s - almeno 3 accelerogrammi o 3 gruppi di accelerogrammi. - accel. generati tramite a) lo spettro elastico b) simulazione sorgente e propagazione
  • 110. 3.2.7 Accelerazione El Centro, 1940, E-W http://peer.berkeley.ed u
  • 111. 3.2.7 Velocità El Centro, 1940, E-W http://peer.berkeley.ed u
  • 112. 3.2.7 Spostamento El Centro, 1940, E-W http://peer.berkeley.ed u
  • 113. 3.2.7 Accelerazione El Centro, 1940, E-W http://peer.berkeley.ed u
  • 114. 3.3 Combinazione azione sismica con altre azioni 1/2 La verifica allo stato limite ultimo (SLU) o di danno (SLD) deve essere effettuata per la seguente combinazione degli effetti della azione sismica con le altre azioni. γΙ E + Gk + Pk + ∑i (ψji Qki) Gli effetti dell'azione sismica saranno valutati tenendo conto delle masse associate ai seguenti carichi gravitazionali: Gk + ∑i (ψEi Qki)
  • 115. 3.3 Combinazione azione sismica con altre azioni 2/2 Destinazione d’uso ψ0i ψ2i Abitazioni, Uffici 0.70 0.30 Uffici aperti al pubblico, Scuole, Negozi, Autorimesse 0.70 0.60 Tetti e coperture con neve 0.70 0.35 Magazzini, Archivi 1.00 0.80 Vento 0.00 0.00
  • 116. 4. Criteri generali di progettazione - sistemi costruttivi - distanze ed altezze - caratteristiche generali degli edifici - modellazione della struttura - analisi - combinazione delle componenti dell’azione sismica - fattori di importanza - valutazione degli spostamenti - considerazione di elementi non strutturali - impianti - verifiche di sicurezza
  • 117. 4.1 Sistemi costruttivi capitolo materiale sistema costruttivo cemento armato telaio, pareti misto, a nucleo, 5 pendolare acciaio+nucleo, prefabbricato acciaio telaio, controventi concentrici, controventi 6 eccentrici, mensola, intelaiato controventato telaio, controventi concentrici, controventi 7 mista acciaio e calc. eccentrici, mensola, intelaiato controventato muratura ordinaria, armata 8 9 legno 10 isolati 11 esistenti
  • 118. Tipologie – edifici in calcestruzzo Telaio (q0 = 4.5 α u/α 1) Parete (q0 = 4.0 α u/α 1) q = q0 KD KR
  • 119. Tipologie – edifici in acciaio Telaio (q = 5 α u/α 1) Controventi a V (q = 2.5) Controventi a X (q = 4) q = q 0 KD KR Controventi eccentrici Controventi eccentrici (q = 5 α u/α 1) (q = 5 α u/α 1)
  • 120. 4.2 Distanze e altezze (1/2) zona sismica 4 3 2 1 sistema costruttivo altezza massima consentita (m) calcestruzzo nessuna limitazione acciaio nessuna limitazione mista nessuna nessuna limitazione muratura ordinaria limitazione 16 11 7.5 muratura armata 25 19 13 legno 10 7 7
  • 121. 4.2 Distanze e altezze (2/2) • altezza su strade in zona 1 e 2 - per strade L < 11 m H=L - per strade L > 11 m H = 11 + 3 (L – 11) • due edifici possono essere costruiti a contatto solo nel caso di continuità strutturale • distanza edifici contigui deve essere maggiore della somma degli spostamenti massimi SLU di ciascun edificio • distanza tra due punti degli edifici posti alla medesima altezza non può essere minore a 1/100 della quota dei punti considerati
  • 122. 4.3 Caratteristiche generali degli edifici - Regolarità - Elementi strutturali secondari
  • 123. 4.3.1 Regolarità in pianta (1/2) a) configurazione compatta, simmetrica in due direzioni ortogonali per massa e rigidezza b) rapporto lati rettangolo inscritto inferiore a 4 c) rientri o sporgenze ≤ 25% dimensione allineata edificio d) solai infinitamente rigidi nel loro piano
  • 125. 4.3.1 Regolarità in altezza (2/2) e) sistemi resistenti si estendono a tutta altezza f) massa e rigidezza costanti g) rapporto resistenza effettiva e richiesta dal calcolo analogo (compreso tra 0.85 e 1.15) h) restringimenti graduali, 30% dimensione 1 piano 10% dimensione piano sottostante
  • 126. Esempi di irregolarità in altezza edificio con sbalzi edificio con rientri
  • 127. Analisi dinamica con spettro di edificio irregolare - Direzioni consigliate per l’analisi 1: La Direzione del taglio associato al primo modo di vibrare 2: La direzione ortogonale - Una struttura ben progettata ha poca torsione nei modi a bassa frequenza
  • 128. Come si penalizza l’edificio irregolare - Analisi più costose (spaziali, …) - Fattori di struttura più bassi - Non facendoli!
  • 129. 4.3.2 Elementi strutturali secondari - alcuni elementi strutturali possono essere definiti secondari - si trascura nel calcolo la loro rigidezza e resistenza - essi devono assorbire gli spostamenti dovuti all’ azione sismica di progetto mantenendo la capacità portante per i carichi verticali - la scelta può essere cambiata durante l’analisi, ma tale scelta non può determinare il passaggio da regolare a irregolare
  • 130. 4.4 Modellazione della struttura - deve rappresentare la distribuzione di massa effettiva - deve rappresentare la rigidezza effettiva - bisogna considerare, dove appropriato, il contributo degli elementi non strutturali - in genere il modello della struttura è composto da: telai + pareti + diaframmi - modelli piani per edifici regolari in pianta - eccentricità effettiva + eccentricità accidentale - edifici con struttura in c.a.: rigidezza secante a snervamento
  • 131. 4.5.1 Analisi - Aspetti generali - statica lineare - dinamica modale - statica non lineare - dinamica non lineare
  • 132. 4.5.2 Analisi statica lineare (1/2) L’analisi statica può essere effettuata se a) edificio regolare in pianta b) T1 ≤ 2.5 Tc con: Tc periodo dipendente dal profilo stratigrafico (vedi punto 3.2.3) T1 primo periodo di vibrazione della struttura Per edifici con altezza non superiore a 40 m il primo periodo può essere calcolato con: T1 = C H 3/4 H altezza dell’edificio C= 0.085 edifici con struttura a telaio in acciaio 0.050 edifici con qualsiasi altra struttura
  • 133. 4.5.2 Analisi statica lineare (2/2) A. Forza totale alla base Fb = Sd (T1) W λ con: Sd (T1) ordinata dello spettro di risposta W peso complessivo della costruzione λ coeff. pari a 0.85 se l‘edificio ha almeno tre piani e se T1 < 2 Tc, 1 negli altri casi B. Forza da applicare ad ogni piano zi wi Fi =Fb ∑ ( zi wi ) con: Fb forza alla base Wi,Wj pesi delle masse ai piani i e j rispettivamente z i , zj altezze dei piani i e j rispetto alle fondazioni
  • 134. 4.5.3 Analisi dinamica modale - spettro di risposta di progetto - va applicata ad un modello 3D - bisogna considerare A) tutti i singoli modi con massa partecipante maggiore del 5% oppure B) numero modi tale che la massa partecipante totale sia superiore all’85% - combinazione • Se il periodo di ciascun modo differisce dagli altri di almeno il 10% ⇒ radice della somma dei quadrati dei risultati ottenuti da ciascun modo oppure B) completa
  • 135. 4.5.4 Analisi statica non lineare - generalità - legame forza-spostamento generalizzato - sistema bi-lineare equivalente - risposta massima in spostamento del sistema equivalente - conversione della risposta in quella effettiva dell’edificio
  • 136. 4.5.5 Analisi dinamica non lineare - Integrazione delle equazioni del moto - Modello tridimensionale dell’edificio - Accelerogrammi (punto 3.2.7) - Modello costitutivo - Energia dissipata nei cicli di isteresi - Statistica delle risposte: a) 7 accelerogrammi ⇒ valori medi b) < 7 accellogrammi ⇒ valori estremi
  • 137. 4.6 Combinazione delle componenti dell’azione sismica - Componenti verticali e orizzontali in generale saranno considerate agenti simultaneamente - Combinazione delle due azioni orizzontali applicate separatamente i valori massimi ottenuti da ciascuna delle due azioni orizzontali, applicate separatamente, possono essere combinati con: a) radice quadrata della somma dei quadrati, per la singola componente della grandezza da verificare, oppure b) sommando ai massimi ottenuti per l’azione applicata in una direzione il 30% dei massimi ottenuti per l’azione nell’altra direzione - Azione verticale deve essere considerata nei seguenti casi: a) elementi con luce maggiore di 20 m d) strutture spingenti b) elementi principali precompressi e) pilastri in falso c) elementi a mensola f) edifici con piani sospesi
  • 138. 4.7 Fattori di importanza γI categoria edifici fattore I funzionalità fondamentale protezione civile 1.4 ospedali, municipi, caserme II importanti per conseguenze collasso 1.2 scuole, teatri III altri edifici ordinari 1.0
  • 139. 4.8 Valutazione degli spostamenti - spostamenti SLU spostamenti con spettro di progetto SLU × q × γI - spostamenti SLD spostamenti con spettro SLD × 1 × γI
  • 140. 4.9 Elementi non strutturali - gli elementi costruttivi senza funzione strutturale e le loro connessioni vanno verificati per l’azione sismica - Fa = Wa Sa γI / qa azione sismica dove: Wa peso dell’ elemento γI fattore di importanza qa fattore struttura: 1 per elementi a mensola (camini, parapetti), 2 per altri casi ( tamponamenti e controsoffitti) Sa coefficiente di amplificazione: - Sa = 3 S ag (1 + Z/H) / (g (1 + (1-Ta/T1)2 )) dove: S ag accelerazione di progetto al terreno Z altezza baricentro elemento; H altezza struttura g accelerazione di gravità; Ta stima periodo elemento T1 primo modo di vibrazione della struttura
  • 142. Interno dopo un sisma
  • 143.
  • 144.
  • 145.
  • 146. 4.10 Impianti (1/2) - oggetto del punto 4.10: elementi strutturali che sostengono e collegano tra loro e alla struttura gli elementi funzionali dell’impianto - studio speciale, se a) 30% carico permanente totale solaio b) 10% carico permanente totale struttura - la forza sismica Fa va applicata al baricentro di ciascuno degli elementi funzionali componenti l’impianto - progetto elementi strutturali che sostengono e collegano gli impianti deve seguire le stesse regole adottate per gli elementi strutturali degli edifici - componenti fragili devono avere resistenza allo snervamento doppia di quella degli eventuali elementi duttili ad essi contigui - dispositivi di vincolo, no solo attrito
  • 147. 4.10 Impianti (2/2) - impianti a gas > 50 m3/h ⇒ valvole interruzione automatica in caso di sisma - tubi per la fornitura del gas, al passaggio dal terreno all’edificio, devono sopportare i massimi spostamenti relativi edificio-terreno - corpi illuminanti devono avere dispositivi di sostegno adatti; in particolare, se montati su controsoffitto, devono essere ancorati direttamente ai sostegni longitudinali o trasversali del controsoffitto.
  • 148. 4.11 Verifiche di sicurezza - Stato limite ultimo a) resistenza b) duttilità e capacità spostamento c) fondazioni d) giunti sismici e) diaframmi orizzontali - Stato limite di danno
  • 149. 4.11.1.2 Resistenza Ed ≤ Rd - compresi effetti 2° ordine e regole della gerarchia resistenze Gli effetti del 2° ordine possono essere trascurati se la seguente condizione è verificata ad ogni piano: ϑ = P dr / V h < 0.1 dove P carico verticale totale di tutti i piani superiori dr spostamento interpiano calcolato secondo il punto 4.8 V forza orizzontale totale al piano in esame h altezza del piano Se 0.1 ≤ ϑ ≤ 0.2 ⇒ forze sismiche moltiplicate per (1/1- ϑ) ϑ deve essere sempre inferiore a 0.3
  • 150. 4.11.1.3 Duttilità e capacità di spostamento • I singoli elementi strutturali e la struttura devono possedere una duttilità coerente con il q adottato b) La condizione al punto a) si ottiene applicando le regole di progetto e la gerarchia delle resistenze c) Alternativamente si verifica che la struttura abbia capacità di spostamento superiore alla domanda
  • 151. 4.11.1.4 Fondazioni - Le strutture di fondazione devono essere verificate applicando quanto prescritto nelle: “Norme tecniche per il progetto sismico di opere di fondazione e di sostegno dei terreni”
  • 152. 4.11.1.5 Giunti sismici - bisogna evitare martellamento - giunti di dimensioni superiori alla somma degli spostamenti SLU delle strutture contigue - stima dello spostamento massimo di un edificio contiguo smax = 1/100 H Esempi: 3 piani H = 10 m ⇒ smax = 10 cm ⇒ giunto 20 cm 10 piani H = 35 m ⇒ smax = 35 cm ⇒ giunto 70 cm
  • 155. Controventi di tipo “Unbonded brace” Marin County Civic Center (California) F. L. Wright 1957 6x4x0.75 6x4x0.75 W 12x96 W 12x79 W 12x96 W 12x96 parete di taglio o setto rigido 1138
  • 157. 4.11.1.6 Diaframmi orizzontali - devono trasmettere le forze sismiche tra i diversi sistemi resistenti a sviluppo verticale - sui diaframmi si applicano forze dell’ analisi, aumentate del 30 %
  • 158. 4.11.2 Stato limite di danno a) azione sismica: spettro elastico diviso 2.5 b) spostamenti strutturali ( dr interpiano) senza inagibilità temporanea dell’edificio. c) la condizione b) può ritenersi soddisfatta se: 1) tamponamenti collegati rigidamente dr ≤ 0.0050 h 2) tamponamenti collegati elasticamente dr ≤ 0.0075 h 3) muratura ordinaria dr ≤ 0.0030 h 4) muratura armata dr ≤ 0.0050 h Esempi: interpiano spostamento massimo 350 cm 1.75 cm collegamenti rigidi 2.62 cm collegamenti elastici