LA NUOVA PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTISISMICA SECONDO LE NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI DEL...

LA NUOVA PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTISISMICA SECONDO

LE NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI DEL 2005

MAPPA SISMICA MONDIALE

STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA

ACCELEROGRAMMA

Time [s ec]20191817161514131211109876543210

Acc

eler

atio

n [g

]

0.45

0.4

0.35

0.3

0.25

0.2

0.15

0.1

0.05

0

-0.05

-0.1

-0.15

-0.2

-0.25

-0.3

ONDE SISMICHE

ONDE SISMICHE1) Onde P – Dette anche onde longitudinali, sono onde di pressione che

fanno comprimere e dilatare la roccia lungo la propria direzione di propagazione,esattamente come potrebbe essere per una molla cilindrica che viene dapprimatesa e quindi lasciata andare. Raramente queste onde causano danni agliedifici. Spesso questo tipo di onde riescono ad essere avvertite dagli animalidomestici "prima" del terremoto vero e proprio.

2) Onde S – Dette anche onde trasversali, sono onde di stiramento chefanno vibrare la roccia di taglio, ovvero lateralmente rispetto alla direzione dipropagazione, così come potrebbe essere per una fune tesa che viene fattaoscillare. Il segnale prodotto da queste onde, di ampiezza più grande efrequenza più bassa rispetto alle precedenti, permette di conoscere la distanzadell’ipocentro del sisma rispetto al punto di misurazione, calcolando la differenzain termini di tempo tra l’arrivo tra le onde P e quello delle onde S, ovviamenteconoscendo già la velocità di propagazione che ambedue le onde devonopossedere per la zona in cui si sta verificando l’evento.

3) Onde L – Dette anche onde superficiali, a differenza delle onde P ed S,che possono essere definite onde di profondità, si propagano soltanto insuperficie, producendo uno scuotimento orizzontale del terreno (onde di Love) e,nel contempo, oscillazioni ellittiche simili a quelle delle onde marine (onde diRayleigh). È proprio il moto orizzontale e verticale prodotto dalle ondesuperficiali quello che viene maggiormente percepito e che genera i danni sulleopere.

ONDE SISMICHE

Onde P

Onde S

Onde di Rayleigh

Onde di Love

Onde di profondità Onde di superficie

ONDE SISMICHE

EFFETTI PRINCIPALI DEL TERREMOTO

- Scuotimento del terreno

- Apertura di faglie e fratture in superficie

- Cedimenti del terreno (liquefazione)

- Maremoti

LE FAGLIE

IL FENOMENO DELLA LIQUEFAZIONE

Prende il nome di liquefazione un cedimento del suolo dovuto allo scuotimento di sedimenti sabbiosi saturi in acqua che assumono comportamento da liquido. Perché avvenga liquefazione è necessario che i singoli granuli di sabbia perdano il contatto reciproco: essendo il continuo della sostanza ora liquido, il sedimento si metterà a fluire come un liquido viscoso. Lo scuotimento indotto da un terremoto può provocare la liquefazione di sedimenti sabbiosi saturi in acqua, allorquando questi siano confinati da strati meno permeabili.


Particelle di terreno saturo Particelle di terreno liquefatto


Espansione laterale (lateral spread)


Perdita di portanza (loss of bearing strength)

Intensità Descrizione degli effetti

0 Sisma molto lieve

2,53 Scossa avvertita solo nelle immediate vicinanze

4 – 5 Può causare danni localmente

5 L'energia sprigionata e' pari a quella della bomba atomica lanciata su Hiroshima nel1945

6 Sisma distruttivo in un'area ristretta 10 Km di raggio

7 Sisma distruttivo in un'area di oltre 30 Km di raggio

7 – 8 Grande terremoto distruttivo magnitudo del terremoto di S. Francisco del 1906

8,4 Vicino al massimo noto energia sprigionata dalle scosse 2 x 1025 ergs

8,6 Massimo valore di magnitudo noto, osservato tra il 1900 e il 1950, l'energiaprodotta dal sisma è tre milioni di volte superiore a quella della prima bombaatomica lanciata su Hiroshima nel 1945

Intensità Descrizione degli effetti

I Strumentale. Sisma molto lieve non percepito dalle persone, può essere rilevatasolo dagli strumenti.

II Leggerissima. Percepibile esclusivamente da persone che si trovino in assolutostato di quiete, nei piani superiori delle case o solo nelle immediate vicinanze.

III Leggera. Può essere percepito nelle case dall’oscillazione di oggetti appesi,produce vibrazioni simili a quelle dovute al passaggio di autocarri leggeri.

IV Mediocre. Oscillazione di oggetti sospesi, movimento di porte e finestre, tintinnio divetri. È avvertita da molte persone all'interno delle case, e da alcune all'apertoproduce vibrazioni simili a quelle prodotte da un presente autotreno.

V Forte. È avvertita da tutte le persone nelle case e da quasi tutte all'aperto causaoscillazioni di oggetti sospesi, spostamento o rovesciamento di piccoli oggettiinstabili, possibile caduta di qualche soprammobile leggero, movimento di impostee quadri, scricchiolio di mobili, sveglia di persone dormienti, ecc..

VI Molto forte. Avvertita da tutti, produce la rottura di vetri, piatti, caduta di oggettidagli scaffali, spostamento di mobili, barcollare di persone in moto, crepe negliintonaci, danni più evidenti ma sempre innocui su strutture fatiscenti: possibilecaduta di qualche tegola o comignolo.

VII Fortissima. Tremolio di oggetti sospesi, difficoltà a stare in piedi, rotture di mobili.Danni alle murature, rotture di comignoli deboli situati sui tetti. Caduta di intonaci,mattoni, pietre, tegole, cornicioni. Formazione di onde sugli specchi d'acqua.Piccoli smottamenti e scavernamenti in depositi di sabbia e ghiaia. Forte suono dicampane. Risentito anche dai guidatori di automezzi.

VIII Rovinosa. Danni a murature, caduta di stucchi e di alcune pareti in muratura.Rotazione e caduta di camini, monumenti, torri, serbatoi elevati. Risentito nellaguida di automezzi, rottura di rami di alberi, variazioni di portata o temperatura disorgenti o pozzi. Crepacci nel terreno e sui pendii ripidi. Distruzioni e gravi danni acirca il 25% degli edifici.

IX Disastrosa. Panico generale, distruzione di murature, gravi danni ai serbatoi,rottura di tubazioni sotterranee, rilevanti crepacci nel terreno. Distruzioni e gravidanni a circa il 50% degli edifici.

X Distruttrice. Distruzione di gran parte delle murature e delle strutture in legname,con le relative fondazioni. Distruzione di alcune robuste strutture in legname e diponti, gravi danni a dighe, briglie, argini, grandi frane. Traslazione orizzontale disabbie e argille sulle spiagge e su regioni piane. Rotaie debolmente deviate.Distruzioni e gravi danni a circa il 75% degli edifici.

XI Catastrofica. Rotaie fortemente deviate, tubazioni sotterranee completamente fuoriservizio. Distruzione generale degli edifici e ponti. Cambiamenti notevoli nelterreno, numerosissime frane.

XII Ultracatastrofica. Distruzione pressoché totale. Spostamento di grandi masserocciose, deviazioni di fiumi e scomparsa di laghi. Linee di riferimento deformate,oggetti lanciati in aria.

Scala RichterScala Mercalli

Gradi scalaMercalli

Gradi scalaRichter

0 1,01 2,02 2,53 3,04 3,55 4,06 4,57 5,08 5,59 6,010 6,511 7,012 7,5

RISCHIO SISMICO

S. Giuliano di Puglia (CB), 31 ottobre 2002

RISCHIO SISMICO

Terremoti storici nell’area interessataEpicentro del 31 ottobre 2002

MAPPA SISMICAPRECEDENTE

(1984)

1a Categoria

2a Categoria

3a Categoria

Non sismica

MAPPA SISMICAPROPOSTA

(1998)

1a Categoria

2a Categoria

3a Categoria

Non sismica

MAPPA SISMICAATTUALE(2003)

MAPPA SISMICAATTUALE(2004)

MACRO ZONAZIONE E MICRO ZONAZIONE SISMICA

MACRO ZONAZIONE SISMICA

La Microzonazione sismica rappresenta l’attività svolta ai fini di una più dettagliata suddivisione del territorio in aree in cui i valori di pericolosità sismica rispecchiano più rigorosamente le condizioni locali. L’analisi della risposta di un suolo alle sollecitazioni sismiche (Risposta Sismica Locale), costituisce la parte fondamentale delle attività di Microzonazione Sismica.

MICRO ZONAZIONE SISMICA

MAPPE SISMICHE

Mappa della pericolosità sismica in Italia. Ordinanza n.3519 del 28 aprile 2006

MAPPE SISMICHE

Mappa della pericolosità sismica in Italia. Accelerazione orizzontale di picco per un periodo di tempo pari a 475 anni. L’unità di misura adottata nella mappa è “g”, cioè l’accelerazione di gravità.

ZONAZIONE SISMICA REGIONE SICILIAMappa della pericolosità sismica della

Sicilia

ZONAZIONE SISMICA REGIONE SICILIA

VECCHIA ZONAZIONE SISMICA NUOVA ZONAZIONE SISMICA

NORMATIVA ITALIANA- Decreto del Ministro dei Lavori Pubblici, 9 gennaio 1996: “Norme tecniche per il calcolo, l'esecuzione ed il collaudo delle strutture in cemento armato, normale e precompresso e per le strutture metalliche”.

- Ordinanza n.3274, 20 marzo 2003: “Norma tecniche per il progetto, la valutazione e l’adeguamento sismico degli edifici”. (18 mesi di allineamento tecnico) - 8 novembre 2004

- Bozza di testo coordinato dell’Allegato 2 - Edifici, 09 settembre 2004: “Norme Tecniche per il progetto, la valutazione e l’adeguamento sismico degli edifici”.

- Ordinanza n.3379, 5 novembre 2004: “Disposizioni urgenti di protezione civile.” (Proroga di 6 mesi) - 8 maggio 2005

- Ordinanza n.3431, 10 maggio 2005: (Proroga di 3 mesi) - 8 agosto 2005

- Ordinanza n.3452, 1 agosto 2005: (Proroga di 2 mesi) - 8 ottobre 2005

- Gazzetta Ufficiale n.222, 23 settembre 2005 : “Norme Tecniche per le Costruzioni”: (18 mesi di allineamento tecnico) - 23 aprile 2007

- Ordinanza n.3467, 13 ottobre 2005: (Proroga di 15 giorni) - 23 ottobre 2005

ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE

- Analisi sismica Statica classica - Analisi sismica Dinamica classica - Analisi sismica Statica nodale - Analisi sismica Dinamica nodale


Analisi Sismica Classica Analisi Sismica Nodale

IMPALCATI RIGIDI O DEFORMABILI

Schema telaio


Deformata del telaio: Quota 3 = Piano Rigido


Diagramma del Momento Flettente del telaio: Quota 3 = Piano Rigido


Diagramma del Taglio del telaio:

Quota 3 = Piano Rigido


Deformata del telaio: Quota 3 = Piano Deformabile


Diagramma del Momento Flettente del telaio:

Quota 3 = Piano Deformabile


Diagramma del Taglio del telaio:

Quota 3 = Piano Deformabile


Piano Rigido Piano Deformabile

Deformata



Diagramma del Momento Flettente



Diagramma del Taglio


Schema SCONSIGLIATO


Schema CORRETTO


Schema SCONSIGLIATO


Schema CORRETTO


Schema SCONSIGLIATO


Schema CORRETTO


Schema SCONSIGLIATO


Schema CORRETTO


Baricentro delle Masse e delle Rigidezze


Baricentro delle Masse e delle Rigidezze

Struttura 1 Struttura 2


Posizione del Baricentro delle Rigidezze

Schema statico Effetto tagliante sul singolo elemento verticale



Traslazione e rotazione dell’impalcato rigido

ii xyus ,0

Spostamento globale del singolo elemento

ixi yuu 0

iyi xuv 0

Componenti dello spostamento globale



Rigidezza del singolo elemento

3

12

h

IEK x

ix

3

12

h

IEK y

iy

Aliquota della forza tagliante di piano che sopporta il singolo elemento

ixixixixixi yKuKyuKF 00 iyiyiyiyiyi yKuKxuKF 00

Forza tagliante di piano totale

iixxixxT yKuKF 0 iiyyiyyT xKuKF 0



Coordinate del baricentro delle rigidezze dell’impalcato

xi

ixiR K

yKY

yi

iyiR K

xKX

L’EFFETTO DEL SISMA SULLE STRUTTURE

iabiletamtF var)()(

tF cos

vengono sostituite da azioni statiche equivalenti

le azioni dinamiche agenti nella struttura dovute all’accelerazione delle masse

Ipotesi Fondamentali:

- Nella pratica professionale non è necessario conoscere l’andamento nel tempo delle caratteristiche di sollecitazione in ogni sezione dell’elemento strutturale, ma è sufficiente conoscerne il valore massimo.- Nelle strutture tipiche dell’ingegneria civile (ad esempio edifici per civile abitazione) le masse strutturali sono concentrate in massima parte in corrispondenza degli impalcati (solai).- In alcuni casi (edifici in c.a.) gli impalcati possono essere considerati elementi indeformabili nel proprio piano, e quindi in grado di connettere rigidamente tutti i nodi strutturali giacenti su di essi.


Se si impone alla testa del piedritto uno spostamento orizzontale u0 (rispetto la posizione di riposo verticale) e successivamente lo si lascia libero, sul sistema si instaurerà un regime di oscillazioni libere caratterizzate da una andamento sinusoidale nel tempo con un periodo di oscillazione T0, questo è il tempo che intercorre per permettere al traverso di compiere un’oscillazione completa e ritornare nella posizione iniziale. Tale periodo, detto anche periodo proprio dell’oscillatore è legato alle due grandezze m e k (massa e rigidezza) dalla seguente relazione:

k

mT 20


Oscillazione ideale (smorzamento nullo)

Oscillazione reale (smorzamento non

nullo)


L’effetto del sisma sulla struttura può essere considerato come l’applicazione al sistema di una forza di tipo sinusoidale

t

TsinFtsinFtF

2)(

L’applicazione di questa forza instaurerà sul sistema un regime di oscillazioni forzate il quale, dopo una prima fase iniziale in cui saranno presenti anche le oscillazioni libere smorzate, assumerà un forma analoga a quella delle oscillazioni libere ma con un periodo che adesso sarà quello della forzante, con uno sfasamento rispetto ad essa ed un’ampiezza delle oscillazioni che dipende dal rapporto F/k (F = valore massimo della forza, k = rigidezza del sistema) e dal rapporto dei due periodi = T0/T (T0 = periodo di vibrazione del sistema; T =

periodo di oscillazione della forza). Tale dipendenza è espressa dalla relazione seguente:

tsinK

FAtsin

K

Ftu

2222 4)1(

1)(


. Smorzamento nullo e periodo della forzante uguale al periodo proprio della struttura, condizione detta di “risonanza” (condizione teorica).

Caso 1 (= 0 ; = 1)

Smorzamento piccolo e periodo della forzante uguale al periodo proprio della struttura. L’amplificazione è grande, ma ha valore finito.

Caso 2 (piccolo ; = 1)

Periodo della forzante molto più grande del periodo proprio della struttura. La massa segue la forza come se si trattasse di tante condizioni statiche in sequenza.

Caso 3 (= 0)

Periodo della forzante molto più piccolo del periodo proprio della struttura. Il sistema oscillante, poiché la variazione della forzante e molto rapida, non risente dell’effetto, comportandosi come se questa non fosse presente.

Caso 4 (grande)

L’EFFETTO DEL SISMA SULLE STRUTTURE.

0 kuucum t

0 kuucuum g

eqg Pumkuucum

TIPI DI ANALISI SISMICA

Analisi Sismica Statica - D.M. ‘96

iii ITRCWF

Wi = massa del piano i-esimo dell’edificio

C = coefficiente di intensità sismica

= coefficiente di struttura

R (T) = coefficiente di risposta

= coefficiente di fondazione

I = coefficiente di protezione sismica

i = coefficiente di distribuzione

n

jjj

n

jj

ii

hW

W

h

1

1


Analisi Sismica Statica – Norme Tecniche 2005

zi , zj = altezze dei piani i-esimo e j-esimo dalla fondazione

Wi, Wj = pesi delle masse ai piani i-esimo e j-esimo

Sd(T1) = ordinata dello spettro di progetto in corrispondenza del valore T1 del periodo

H = altezza dell’edificio, espressa in metri, a partire dal piano di fondazione

Cl = coefficiente funzione della tipologia strutturale

jj

ihi Wz

WziFF

4/311 HCT

g

WTSF d

h

)( 1

W = peso complessivo della struttura


Analisi Sismica Statica - Distribuzione delle forze sismiche equivalenti sulla

struttura.


Analisi Sismica Dinamica

.

1° Modo di vibrare 2° Modo di vibrare 3° Modo di vibrare


Analisi Sismica Dinamica

85.0

tot

effi

m

m

.

222

21 ... nTot SSSS

n

i

n

i

n

j ij

jii

SSSS

1 1 12

22

1

Radice della somma dei quadrati

Combinazione Quadratica Completa (CQC)


Analisi Sismica Dinamica - Distribuzione delle forze sismiche

equivalenti sulla struttura.

CRITERI DI SCELTA DEL TIPO DI ANALISI SISMICA

Requisito primario di applicabilità dell’analisi sismica statica è la regolarità della struttura.

regolarità geometrica in pianta: intendendo con essa sia la regolarità geometrica della pianta i cui elementi strutturali devono essere posti a distanze regolari, e sia la regolarità della distribuzione delle rigidezze (ossia delle inerzie) degli stessi elementi.

regolarità in elevazione: intesa come la proprietà da parte di tutti gli elementi verticali che abbiano resistenza significativa all’azione sismica di estendersi senza interruzione dalle fondazioni fino alla sommità dell’edificio, mantenendosi il rapporto tra masse e rigidezze degli impalcati pressoché costante per tutta l’altezza.

distribuzione regolare dei pesi e dei carichi: assenza quindi di pannelli di tamponamento, o di carichi sia permanenti che accidentali distribuiti sugli impalcati in maniera asimmetrica.


REQUISITO DI APPLICABILITA’ DELL’ANALISI SISMICA STATICA (D.M.

‘96)

sec4.11.01 B

HT

H = massima altezza dell’edificio a partire dal piano di fondazione

B = massima dimensione in pianta dell’edificio


REQUISITO DI APPLICABILITA’ DELL’ANALISI SISMICA STATICA (Norme

Tecniche 2005)

H = massima altezza dell’edificio a partire dal piano di fondazione

Cl = coefficiente moltiplicativo funzione della tipologia strutturale, il cui valore è riportato nel prospetto seguente:

CTHCT 5.24/311

C1 = 0.085 per edifici con struttura a telaio in acciaio

C1 = 0.075 per edifici con struttura a telaio in calcestruzzo

C1 = 0.050 per edifici con qualsiasi altro tipo di struttura

SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO

.

),(4

),(2

),(2

0

2

oDeovo

oa TST

TST

TS

),(4

),(2

20

oaoDeeq TST

kTSkF

k

mT 20

),( oaeq TSmF

SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO

CATEGORIA DEL SUOLO

.

SPETTRO DI PROGETTO PER LO S.L.U.

.

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