NTC 2018: “Progettazione per azioni sismiche” – Tutte le novità delle nuove Norme Tecniche per le Costruzioni
Qui di seguito è riportata la trascrizione del settimo capitolo dell'eBook di LabTecDesign – Tutte le novità capitolo per capitolo delle nuove Norme Tecniche per le Costruzioni – NTC2018 con l'integrazione della Circolare Esplicativa n.7/2019.
Contents
Capitolo 7 – Progettazione per azioni sismiche
7.0 – Generalità
Zone a bassa sismicità: Criteri semplificati di progetto per edifici soggetti ad agS ≤0.075 g -> ● sistema di forze orizzontali (Fh=0,10Wλ); ● sola verifica nei confronti dello SLV; ● comportamento strutturale non dissipativo o dissipativo CD'B' con γ Rd unitari; ● impalcati rigidi per edifici di più di 2 piani. (Analisi pseudo-statica). Con S=coeff. che comprende l’effetto dell’amplificazione stratigrafica (SS) e dell’amplificazione topografica (ST)
7.1 – Requisiti nei confronti degli stati limite
Sono stati meglio definiti i seguenti concetti di Capacità e Domanda.Capacità di un elemento strutturale o di una struttura: l’insieme delle caratteristiche di rigidezza, resistenza e duttilità da essi manifestate, quando soggetti ad un prefissato insieme di azioni; Domanda su un elemento strutturale o su una struttura: l’insieme delle caratteristiche di rigidezza, resistenza e duttilità ad essi richieste da un prefissato insieme di azioni.
7.2 – Criteri generali di progettazione e modellazione
Maggiore armonizzazione con l’Eurocodice 8 (2004). Per individuare la sismicità di un sito, non viene più considerata la classificazione per zone sismiche (zonazione sismica) ma solo l’Accelerazione di Progetto. Viene fatta chiara distinzione tra: ● Progettazione in Capacità (approccio concettuale con cui si persegue la duttilità); ● Gerarchia delle Resistenze (strumento operativo impiegato per conseguirla). Nella progettazione di strutture non dissipative è ammesso utilizzare un coefficiente di struttura q≤1,5 anziché 1 come in passato.
(§ 7.2.2) – Le costruzioni soggette all’azione sismica devono essere progettate in accordo con uno dei seguenti comportamenti strutturali: a) comportamento strutturale non dissipativo; b) comportamento strutturale dissipativo. La distinzione tra strutture dissipative e non dissipative è importante!
Aggiornamento della definizione di Classe di Duttilità Media (CD’B’), a media capacità dissipativa. (nelle NTC08 era definita come ‘duttilità bassa’). Le zone critiche diventano le ‘zone dissipative’.
Adozione di tavole sinottiche di riepilogo come per I fattori di sovraresistenza γRd raggruppati in Tab. 7.2.1 divisi in base a: ● Tipologia Strutturale; ● Elementi Strutturali; ● Progettazione in Capacità; ● Classe di duttilità. Il rapporto di sovraresistenza che i PILASTRI devono avere rispetto alle TRAVI deve essere almeno γRd =1,3 onde evitare formazione di cerniere plastiche nei pilastri che possono portare alla formazione di meccanismi di piano. Mentre nelle vecchie NTC in classe di duttilità bassa CD ‘B’ -> γ Rd =1,1. L’eccentricità accidentale va calcolata sulla dimensione media e non su quella massima dell’edificio.
Più organiche sono i criteri e i requisiti per la progettazione di: ● elementi secondari; ● elementi non strutturali (§ 7.2.3); ● Impianti (§ 7.2.4); ● elementi di fondazione (§ 7.2.5). Viene definito chiaramente cosa si intende per: Elementi Secondari ‘elementi progettati per resistere ai soli carichi verticali’. Controllo limite del 15% per questi elementi secondari anche per la resistenza oltre che per la rigidezza alle azioni orizzontali.
7.2.5 – Requisiti strutturali degli elementi di fondazione
Possibile scelta delle azioni sulle fondazioni tra: ● valori ottenuti ipotizzando un comportamento non dissipativo (sostituisce il riferimento a q=1); ● valori derivanti dalla capacità di resistenza a flessione dei pilastri + taglio di equilibrio; ● valori di calcolo della struttura sovrastante a comportamento dissipativo incrementati mediante γRd.
Scompare la frase ‘le fondazioni superficiali devono essere progettate per rimanere in campo elastico’. Si parla esplicitamente di zone dissipative (cerniere plastiche) nei pali.
7.2.6 – Criteri di modellazione della struttura e dell’azione sismica
La domanda sismica può essere valutata considerando gli effetti di interazione terreno‐struttura ma con delle limitazioni per ridurre le azioni sismiche sulla struttura.
7.3 – Metodi di Analisi e Criteri di Verifica
[NOTA BENE!] Questa parte di trascrizione non è aggiornata. Guarda le slides online o effettua il download dell'ebook in pdf
Quanto all’analisi strutturale, sono più articolati i Fattori di Comportamento (q) riduttivi delle sollecitazioni di progetto nell’analisi lineare (§ 7.3.1). (dalla terminologia anglosassone ‘behaviour factor’ ex Fattori di Struttura).
Introdotta la Tab. 7.3.I – Limiti su q (fattore di comportamento) e modalità di modellazione dell’azione sismica in relazione allo stato limite considerato e l’analisi effettuata.
7.3.1 – Analisi lineare o non lineare
Per le strutture a comportamento strutturale non dissipativo si adotta un fattore di comportamento qND , ridotto rispetto al valore minimo relativo alla CD’B’ (Tab. 7.3.II) secondo l’espressione:
L’analisi modale con spettro di risposta rimane comunque il riferimento per determinare gli effetti dell’azione sismica, anche se sono consentite altre analisi, più semplici o più raffinate.
7.3.3.2 – Analisi Lineare Statica
Sono variate alcune formule, in particolare per valutare il periodo di vibrazione e gli spostamenti. Il periodo fondamentale T1 (di vibrazione) viene calcolato in funzione dello spostamento d ottenuto applicando forze orizzontali pari alle masse (adesso non più in funzione dell’altezza).
Formula più precisa, valida per costruzioni con H<40 m la cui massa sia distribuita in modo approssimativamente uniforme lungo l’altezza. La formula indicata per calcolare il periodo è inutilizzabile ai fini di un dimensionamento iniziale perché bisogna conoscere preventivamente lo spostamento d.
7.3.4.2 – Analisi Non Lineare Statica
Vengono eliminate le limitazioni all’uso dell’analisi statica non lineare, prima presenti. L’analisi statica non lineare è praticamente sempre possibile anche se non si raggiunge il 75% di massa partecipante al primo modo. Non sono più precisati gli scopi e i casi in cui si utilizza. È un ulteriore passo verso la diffusione di tale analisi, sicuramente molto importante, in particolare nella verifica di strutture esistenti.
Le combinazioni adesso devono contemplare la concomitanza della azione sismica; ciò comporta il raddoppio del numero delle curve di capacità necessarie per eseguire l’analisi ed un notevole incremento delle sollecitazioni nelle membrature a parità di spostamento di risposta.
7.3.6 – Rispetto dei requisiti nei confronti degli stati limite
Sono ridefiniti (§ 7.3.6) i parametri di verifica ai vari SL e della classe d’uso, di elementi strutturali e non strutturali, impianti.
Per gli elementi strutturali (ST) le verifiche sono:
● di Rigidezza (RIG)
● di Resistenza (RES)
● di Duttilità (DUT)
Per gli elementi non strutturali (NS) la verifica è:
● di Stabilità (STA)
Per gli impianti (IM) le verifiche sono:
● di Funzionamento (FUN)
● di Stabilità (STA)
Nel caso di classe III e IV si prescrivono Limiti di rigidezza per SLO (anziché SLD).
7.3 – Metodi di Analisi e Criteri di Verifica
Le verifiche di Duttilità (DUT) per gli elementi strutturali (ST) § 7.3.6.1 non sono dovute nel caso di progettazione con q≤1,5. Per strutture a comportamento dissipativo, qualora non siano rispettate le regole specifiche dei Dettagli Costruttivi occorrerà procedere a verifiche di duttilità. Le verifiche vanno eseguite anche in classe di duttilità bassa CD ‘B’. In alternativa alle verifiche di duttilità si possono rispettare ulteriori dettagli costruttivi: PILASTRI -> formula [7.4.29]; PARETI -> formula [7.4.32]
7.4 – Costruzioni in calcestruzzo
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Valutazione della Duttilità degli elementi inflessi con la possibilità di tener conto degli effetti del CONFINAMENTO apportato dalla presenza di ulteriori staffe di armatura (fondamentale per quantizzare l’incremento di capacità specie nei pilastri presso-inflessi). I nuovi elementi di partizione ‘duttili’ consentono un efficace studio del meccanismo di ribaltamento e fessurazione delle partizioni verticali sotto azione sismica (Tamponature).
Limite di spostamento di piano per le tamponature passa da 0,5% a o,75% dell’altezza di interpiano. Si indirizza il progettista ad una maggior cura dello studio delle tramezzature (costo complessivo di riparazione >50% del totale della ricostruzione post sisma).
Sono introdotte prescrizioni sui Particolari Costruttivi di vari elementi, in specie nelle zone dissipative. Nuova Limitazione di Armatura Trasversale nei Pilastri al fine di favorire un migliore confinamento del calcestruzzo quindi una maggiore duttilità. La distanza tra due barre vincolate consecutive, deve essere non superiore a 15 cm e 20 cm, rispettivamente per CD’A’ e CD’B’ (7.4.6 – Dettagli Costruttivi per le strutture a comportamento dissipativo). Si intendono ‘barre vincolate’ quelle direttamente trattenute da staffe o da legature. Le vecchie NTC prescrivevano invece la distanza delle barre non fissate da quelle vincolate (15 in CD’A’ e 20 in CD ‘B’).
Revisione della gerarchia taglio-flessione per i pilastri con limiti meno severi nella verifica a taglio dei pilastri che evitando così il cumularsi di più coefficienti cautelativi. Presenza di nuove Verifiche di nodi trave-pilastro e di pareti. Limite più restrittivo per costruzioni torsionalmente deformabili (7.4.3)
Sono introdotte strutture a pendolo inverso (così come per l’acciaio). Presenza di nuove Verifiche di nodi trave-pilastro e di pareti. Le strutture prefabbricate a portale vengono penalizzate rispetto alle NTC 2008 e all’Eurocodice 8.
7.5 – Costruzioni in acciaio
Le principali modifiche riguardano: ● le caratteristiche dei materiali; ● le verifiche di duttilità; ● i collegamenti. Ridefinizione dei Coeff. di Sovraresistenza (f y,m / f y,k ): ● 1,25 (S235,S275,S355); ● 1,15 (S420,S460). Definizione di nuove tipologie strutturali a mensola o a pendolo inverso. Distinzione tra comportamento strutturale: ● Non dissipativo; ● Dissipativo. Non dissipativo: Semplificazione importante in fase di progettazione con Fattore di Comportamento (ex fattore di struttura): q≤ 1,5. NOTA BENE! (anzichè q=1 come nelle NTC2008). Dissipativo: Per questo modello sono introdotte le Verifiche di Duttilità (par_7.5.3.2). Si definiscono la Domanda e la Capacità in Duttilità Locale. Lo sforzo normale al piede del pilastro per strutture a telaio in cui si prevede la formazione di zone dissipative non deve superare il 30% della sua capacità (N ED /N plRD )≤ 0,3
7.7 – Costruzioni in legno
Precisati importanti aspetti legati al Progetto in Capacità e della conseguente giustificazione della Duttilità attribuita agli elementi strutturali e dei collegamenti, in ragione del Fattore di Comportamento (Tab 7.3.II). Concezione strutturale del comportamento dissipativo (classe di duttilità ‘A’ o ‘B’) o non dissipativo. Precisazioni sui Fattori di Sovraresistenza (Tab 7.2.I). Introduzione della tipologia costruttiva X-LAM. Si precisa cosa si intende per ‘zone dissipative’ e i requisiti che si richiedono in questi tratti.
7.8 – Costruzioni in muratura
Sono riviste le regole di progettazione; in particolare, sono ricalibrati i parametri influenti sul fattore di comportamento, in funzione della tipologia; E’ stato ampliato il quadro dei requisiti geometrici (7.8.1.4); Sono forniti i particolari costruttivi (7.8.6.3) richiesti alla muratura confinata.
Per le verifiche fuori piano, l’espressione per l’azione sismica ortogonale, rappresentata dall’accelerazione adimensionalizzata massima (S a ), è stata inserita direttamente nel capitolo sulle murature. Il criterio delle costruzioni semplici è applicabile solo nelle zone in cui (agS) allo SLV è minore o uguale a 0.35g (nelle NTC 2008 era applicabile nelle zone 2, 3 e 4). Diversa definizione del coeff.parziale di sicurezza per la resistenza del materiale, che può essere ridotto del 20% e comunque fino ad un valore non inferiore a 2 rispetto a quello fornito nel Cap. 4 per situazioni non sismiche. (nelle NTC 2008 era fissato di default pari a 2).
La nuova Norma consente di classificare le costruzioni in muratura come moderatamente dissipative e quindi appartenenti alla classe di duttilità CD ‘B’. Classificazione concettualmente rilevante! Gli edifici in muratura, anche quelli in muratura ordinaria (non armata), possiedono, a livello di sistema strutturale, una capacità deformativa in campo non lineare e una capacità dissipativa che giustificano le regole progettuali proposte. I limiti ed i requisiti definiti in funzione delle zone sismiche sono stati sostituiti dai valori di accelerazione di ancoraggio dello spettro elastico a g S (SLV). I riferimenti delle NTC08 alla ex zona sismica 4 sono stati sostituiti da un valore di a g S=0,075g.
La Tab. 7.8.II riporta percentuali valide anche per valori di accelerazione di picco al terreno inferiori a 0.075g e quindi coerenti con la pericolosità sismica bassa ( ex ‘zona sismica 4’ ).
Questa precisazione, che era stata inserita precedentemente nella Circolare Ministeriale
n.617/2009, ha colmato l’assenza nella norma (tra l’altro molto rischiosa) di una % minima
di pareti resistenti nelle due direzioni, peraltro già prescritta nel vecchio D.M.’87
7.9 – Ponti
Sono inserite precisazioni riferite al comportamento dissipativo/non dissipativo, e limitazioni alle possibili riduzioni della risposta sismica.
7.10 – Costruzioni con isolamento e/o dissipazione
Per l’adozione delle caratteristiche meccaniche dei dispositivi di isolamento non si fa più riferimento alla vita utile ma al parametro V R (periodo di riferimento). Viene introdotta l’importante considerazione che tiene conto dell’eventuale variazione nel tempo delle caratteristiche meccaniche durante la vita utile del dispositivo di isolamento. E’ possibile adottare valori medi delle proprietà meccaniche del sistema di isolamento per tutte le classi d’uso (le NTC 2008 limitavano questa scelta alle classi d’uso I e II). La rigidezza del sistema a comportamento lineare con cui vengono modellate la sottostruttura e la sovrastruttura, deve essere quella corrispondente al comportamento strutturale non dissipativo. Si introduce l’eventuale interferenza nella risposta sismica del sistema isolato con l’interazione terreno-struttura. Per l’analisi dinamica viene introdotta una specifica per i sistemi di isolamento che non sono ubicati subito dopo le fondazioni. In questo caso il modello strutturale da analizzare deve comprendere sia la sottostruttura che la sovrastruttura a meno che la sottostruttura non sia assimilabile ad una struttura scatolare rigida. La sottostruttura ha comportamento assimilabile ad una struttura scatolare rigida quando la sua rigidezza rispetto alle azioni orizzontali è significativamente maggiore di quella della sovrastruttura. Sono introdotte verifiche SLU per sistemi esposti particolarmente al vento e per i ponti. Nel caso di sottostruttura infinitamente rigida (T<0,05s) si considera anche il fattore di amplificazione locale (S). Le vecchie NTC consideravano solo l’accelerazione a g. Non è più possibile ridurre, indipendentemente dal tipo di analisi, il fattore di comportamento a q=1,5 ma adesso la norma specifica i valori di q per l’analisi lineare per gli elementi strutturali e per il terreno nel caso di edifici (q≤1,50) e dei ponti (q=1). Si introducono criteri per evitare il martellamento di parti contigue o strutture adiacenti in riferimento agli spostamenti allo SLV. Per le verifiche allo SLC e gli spostamenti d 2 dei sistemi di isolamento sono state introdotte indicazioni per gli appoggi mobili e i dispositivi di fine corsa. Per gli aspetti costruttivi, manutenzione e sostituibilità cambia la parte iniziale del primo paragrafo e scompare il riferimento alla durabilità specifica nel caso della gomma e del teflon.
7.11 – Opere e sistemi geotecnici
Lettura delle varie fasi della progettazione più chiara in linea con gli Eurocodici (EC). Novità per la Classificazione sismica del sottosuolo con scelta della metodologia di valutazione delle onde di taglio del terreno a discrezione del progettista. Viene stabilito che nelle Verifiche SLU i coefficienti parziali sulle azioni e sui parametri geotecnici sono da assumersi pari all'unità mentre quelli sulle resistenze di progetto secondo i rispettivi capitoli pertinenti. Riguardo allo SLD delle fondazioni sono consentite semplificazioni nella valutazione del coefficiente di sicurezza ɣR. Per le fondazioni superficiali ɣ R in condizioni particolari è pari a 1.8 rispetto al 2.3 della vecchia norma.
Risulta più chiara l’analogia del fattore q con il coeff. di duttilità ß che opera una riduzione dell’accelerazione massima attesa al sito in funzione degli spostamenti irreversibili ammessi ß può essere preso minore di 1 solo superando il valore dell’accelerazione critica del sistema
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