Costruzioni in zona sismica: strutture dissipative e non

La progettazione delle opere in zona sismica ha subito nel tempo un importante cambiamento.

Il processo di rinnovamento è iniziato con le precedenti Norme Tecniche relative al D.M. 14.01.2008, in cui si sono iniziati a vedere i primi riferimenti agli Eurocodici.

Le costruzioni devono essere dotate di sistemi strutturali che garantiscano rigidezza, resistenza e duttilità nei confronti delle componenti orizzontali delle azioni sismiche.

Novità introdotte nel D.M. 17.01.2018 e relativa Circolare 21.01.2019

All’interno delle nuove Norme Tecniche, possiamo trovare delle indicazioni di carattere generale, ma anche regole specifiche relative ai diversi materiali. Per ogni stato limite la norma dà l’indicazione dell’insieme delle verifiche da eseguire attraverso il confronto tra capacità e domanda. 

Il Capitolo 7 delle NTC 2018: le regole per la progettazione antisismica

All’interno del Cap. 7 ritroviamo tutte le regole generali relative alla progettazione antisismica. Nello specifico ritroviamo, in modo ben definito, all’interno del § 7.2.2, la distinzione del comportamento strutturale. In questo paragrafo la Norma indica con quale comportamento strutturale devono essere progettate le costruzioni non dotate di appositi sistemi d’isolamento.

La distinzione viene fatta in riferimento a costruzioni senza comportamento strutturale dissipativo e costruzioni con comportamento strutturale dissipativo. Nell’eventualità di un calcolo con comportamento dissipativo, ritroviamo la scelta della classe di duttilità con riferimento ai relativi fattori di sovraresistenza. 

In modo evidente la Norma mette in evidenza la distinzione tra i diversi elementi che compongono la struttura, separandoli tra principali, secondari e impianti, dando anche schematicamente il rispetto dei requisiti per le diverse tipologie, in funzione dei vari stati limite:

Comportamento Dissipativo e Non

Per il calcolo delle costruzioni in campo dissipativo, la Norma indica i relativi fattori di struttura e per le diverse tipologie di materiale di cui è fatta la costruzione, i relativi coefficienti di sovraresistenza. Inoltre, sono presenti in modo esplicito le relative verifiche di duttilità a cui devono essere sottoposti gli elementi per poter essere considerati tali.

Il raggiungimento e la verifica della duttilità dei singoli elementi strutturali possono avvenire o per via analitica, oppure attenendosi alle regole specifiche e ai criteri di dettaglio dei singoli elementi riportati nel cap. 4.

In linea generale bisogna verificare che gli elementi strutturali nella loro singolarità, ma anche la struttura nel suo complesso, possiedano una capacità in duttilità.

L’introduzione del calcolo non dissipativo da parte delle Norme, attraverso l’utilizzo di un fattore di comportamento q maggiore di 1, ha permesso nella pratica la possibilità di adottare un’azione sismica ridotta, sfruttando quelle che sono le capacità dissipative intrinseche della struttura, senza l’applicazione dei dettagli costruttivi tipici delle strutture dissipative. Tutto questo per alcune tipologie di materiale o tipologie strutturali può tramutarsi in un vantaggio, consentendo la realizzazione di costruzioni senza troppi vincoli.

Questo vantaggio, attuabile solo in caso di analisi lineari e per i rispettivi Stati Limite di Danno (SLD) e Salvaguardia della Vita (SLV), viene reso possibile attraverso un fattore di comportamento q ricavabile dall’espressione [7.3.2] secondo cui:

1 ≤qND =  qCD”B” ≤ 1,5.

All’interno del § 7.3 la Norma riassume attraverso la Tab. 7.3.I i relativi limiti di utilizzo del fattore di comportamento q e la relativa modellazione dell’azione sismica:

Com'è intuibile, l’azione sismica agente sulle strutture Non dissipative sarà maggiore rispetto a quella delle strutture dissipative, questo perché il loro comportamento è volto a puntare sulla resistenza a scapito della duttilità.

In quest’ottica, per strutture calcolate con un comportamento Non dissipativo, non vale più il principio di gerarchia delle resistenze ma devono essere progettate per avere una resistenza tale da rimanere in campo elastico introducendo di fatto il concetto di momento resistente. Con questo tipo di comportamento alla struttura non viene richiesto di dissipare energia.

Con queste premesse, le sezioni di armatura saranno dimensionate e verificate sulla base delle sollecitazioni derivanti dall’analisi della struttura, senza considerare i momenti resistenti delle sezioni, amplificati per i fattori di sovraresistenza, come accade per le strutture dissipative nel rispetto del principio di gerarchia delle resistenze.

La risposta sismica, nelle strutture Non dissipative, dipende chiaramente dalla rigidezza, resistenza e dalla duttilità delle cerniere plastiche. In sostanza il momento resistente della sezione, sia nei casi di flessione semplice che in quelli di pressoflessione, va calcolato al raggiungimento della curvatura di prima plasticizzazione ϕ’yd. Praticamente bisogna individuare il relativo legame momento-curvatura della sezione e considerare il momento resistente coincidente con la minore fra la curvatura ottenuta in corrispondenza dello snervamento dell’acciaio di armatura e la curvatura ottenuta in corrispondenza della deformazione di picco del calcestruzzo:

Diagrammi di progetto tensione-deformazione del calcestruzzo

 

Diagrammi di progetto tensione-deformazione dell’acciaio

 

Software di Calcolo per l'analisi delle strutture dissipative e non

In aiuto del Progettista arrivano i diversi Software che recependo i dettami della Norma, danno la possibilità di operare le diverse scelte possibili in fase di analisi. Si può innanzi tutto decidere se effettuare il calcolo della struttura come dissipativa oppure no. Inoltre, nel caso di calcolo di strutture come dissipative, si può agire a livello di elemento escludendo per alcuni di essi la verifica come elementi dissipativi.

Questo consente al progettista di avere un notevole margine di libertà e gestione del progetto.

Si riportano di seguito alcune schermate di esempio del Software di calcolo ModeSt della Software house Italiana Tecnisoft:

ModeSt

Come si può notare, il progettista può decidere in fase di definizione dell’analisi se la struttura deve essere calcolata come dissipativa o meno. Inoltre nel primo caso, all’Utente è data la possibilità, in fase di progettazione attraverso i Criteri di progetto, di considerare il singolo elemento come non dissipativo.

Si riportano di seguito dei risultati di confronto relativamente a un pilastro di una stessa struttura in c.a. calcolata prima in campo dissipativo e successivamente in campo Non dissipativo. 

La struttura in oggetto è una semplice struttura a telaio in c.a. con 2 piani fuori terra e tetto a doppia falda. Le dimensioni in pianta sono pari a 16,0 m X 10,50 m e un’altezza massima pari a 7,59 m con un’altezza di interpiano di 3,0 m.

Il pilastro oggetto del confronto è il pilastro che si trova nella mezzeria del lato corto della struttura:

Si riportano di seguito le tabelle riassuntive del calcolo e le relative indicazioni sulle armature necessarie.

Calcolo Dissipativo:

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