L'Azione Sismica

Tecnica delle Costruzioni II – Prof. Roberto Realfonzo 1 1

NTC 2008

Definizione dell’Azione Sismica di Progetto

per i diversi Stati Limite


NTC 2008 – Capitolo 7

PROGETTAZIONE PER AZIONI SISMICHE

“Il presente capitolo disciplina la progettazione e la costruzione delle nuove

opere soggette anche all’azione sismica”

Le sue indicazioni sono da considerare aggiuntive e non sostitutive di

quelle riportate nei Cap. 4, 5 e 6.

QUI INTERESSA …


DM 14/01/2008

Si deve inoltre fare sempre

riferimento a quanto

indicato nel Cap. 2 per la

valutazione della

sicurezza e nel Cap. 3 per

la valutazione dell’azione

sismica


DM 14/01/2008 Sono poi importanti gli Allegati A e B alla

norma per la valutazione della Azione Sismica


In seguito tratteremo il § 7 delle NTC


E’ prima però necessario ricordare e/o introdurre

alcune questioni che la normativa tratta nei

Capitoli precedenti e tra queste in particolare …

Definizioni di Vita Nominale (VN) e Classe d’Uso (Cu) [§2.4.1 e

§2.4.2]

Definizione di Periodo di Riferimento (VR) per l’azione sismica

[§2.4.3] e periodo di ritorno TR del sisma atteso

Azione Sismica [§3.2]

SLE e SLU per le strutture soggette all’azione sismica e relativa

probabilità di superamento (obiettivi prestazionali) [§ 3.2.1]

Categorie di sottosuolo e condizioni topografiche [§ 3.2.2]

Combinazione dell’Azione Sismica con le altre azioni e [§3.2.4]


Vita Nominale VN (max o min dipendenti dal tipo di opera)

Classe d’Uso CU (legata alla destinazione d’uso con particolare riferimento al ruolo della

struttura nelle operazioni di gestione dell’emergenza post-sisma)

Obiettivi Prestazionali - DM 14/01/2008


Il Periodo di Riferimento VR dipende: dalla Vita Nominale VN della struttura;

dalla Categoria d’Uso CU della struttura;

VR = 100 anni


§ 2.2. Stati limite rinvia al § 3.2.1.


Obiettivi Prestazionali

Livelli di Performance (Stati Limite)

Operational Immediate

occupancy

Life Safety Near Collapse

ATC40 - FEMA 356

SL di Operatività

(SLO)

SL di Danno

(SLD)

SL di Salv. Vita

(SLV)

SL prev. Collasso

(SLC)

D.M. 14/08/2008 OPCM 3274/03 e ss.mm.ii


Come visto sono definiti ed introdotti 4 Stati Limite (Obiettivi di

Performance) per i quali l’azione è riferita ad una data Probabilità di

Superamento PVR nel Periodo di Riferimento VR.

Probabilità decrescente

Intensità crescente

DM 14/01/2008

Si ricorda che … il Periodo di Riferimento VR dipende:

dalla Vita Nominale VN della struttura;

dalla Categoria d’Uso CU della struttura;


p = PVR probabilità di superamento accettata per lo SL in esame

n = VR periodo di riferimento in anni

1/

1

1 1R n

Tp

Valutazione del Periodo

di Ritorno TR del Sisma

Relazione tra TR e PVR per VR=50 anni

475

0

500

1000

1500

2000

2500

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50

PVR

TR [ann

i]


per VR = 50 anni civili abitazioni

si hanno i seguenti Periodi di Ritorno

SLO – Tr = 30.1 anni

SLD – Tr = 50.3 anni

SLV – Tr = 474.6 anni

SLC – Tr = 974.8 anni


Valutazione dell’Azione Sismica secondo le NTC

SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO IN

ACCELERAZIONE “Se(T)”

ovvero

ACCELEROGRAMMI

il tutto commisurato alla Pericolosità del sito


AZIONI SULLE COSTRUZIONI

AZIONE SISMICA (§ 3.2)

Le azioni sismiche di progetto, in base alle quali valutare il rispetto dei diversi

stati limite considerati, si definiscono a partire dalla “pericolosità sismica di base” del sito di costruzione. Essa costituisce l’elemento di conoscenza

primario per la determinazione delle azioni sismiche.

La pericolosità sismica è definita in termini di accelerazione orizzontale

massima attesa ag in condizioni di campo libero su sito di riferimento rigido

con superficie topografica orizzontale (di categoria A quale definita al § 3.2.2),

nonché di ordinate dello spettro di risposta elastico in accelerazione ad

essa corrispondente Se (T) , con riferimento a prefissate probabilità di

eccedenza PVR , come definite nel § 3.2.1, nel periodo di riferimento VR,

come definito nel § 2.4. In alternativa è ammesso l’uso di accelerogrammi,

purché correttamente commisurati alla pericolosità sismica del sito.


-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

0 5 10 15 20 25 30

t [s]

a g [

m/s

2]

18/05/1940 Imperial Valley (CA, USA); N-S component

(M=7.1; d=6.6 km)

0.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.300

0.350

0.400

0.450

0.500

0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 3.20 3.60 4.00

T [s]

Se(T

)/g

Accelerazione orizzontale massima

attesa ag in condizioni di campo libero su

sito di riferimento rigido con superficie

topografica orizzontale (di categoria A quale

definita al § 3.2.2)

Ordinate dello spettro di risposta elastico

in accelerazione ad essa corrispondente

Se (T) , con riferimento a prefissate

probabilità di eccedenza PVR , come

definite nel § 3.2.1, nel periodo di

riferimento VR, come definito nel § 2.4

In alternativa è ammesso l’uso di

accelerogrammi, purché correttamente

commisurati alla pericolosità sismica del

sito.


Lo spettro di risposta elastico è definito, come ben si ricorda, come il luogo delle

risposte massime (in accelerazione) di un oscillatore elastico di assegnato

smorzamento e periodo crescente a partire da T = 0.

Spettro di risposta in accelerazione elastico


Lo spettro di risposta elastico è definito dalle NTC mediante i 3

seguenti riferiti a suolo rigido (sottosuolo tipo A – “bed rock”)

Come già visto nota la probabilità di superamento accettata per lo

SL in esame (PVR) ed il periodo di riferimento (VR) si ha il periodo

di ritorno del sisma (espresso in anni)

1/

1

1 1R n

Tp

Per il sito in esame si ha l’accelerazione di picco al suolo

CURVA DI PERICOLOSITA’ SISMICA


Ragionando in termini di TR la curva indica che:

per TR = 50 anni A = 0.10 g

per TR = 500 anni A = 0.25 g (ossia 2.5 volte superiore)

Curva di pericolosità sismica di un sito

N.B.: le forze sismiche sono proporzionali ad A

In ascisse vi è il picco di

accelerazione del suolo: A

In ordinate la probabilità

annua di superamento: Pr{A ≥ a}

dei valori in ascissa oppure, nella

scala a destra, il periodo medio

di ritorno: TR (a) di tali valori


Curva di pericolosità sismica di un sito

Valori di TR prossimi a quelli ora discussi sono esplicitamente

indicati nelle normative “prestazionali” come riferimenti appropriati

per la verifica/progetto ai due stati-limite di danno e di collasso.


Pericolosità

Sismica

Ord

inan

za P

CM

3519

del

28 a

pri

le 2

006

Esempio di Mappa

di Pericolosità

associata ad una

Probabilità di

superamento del

10% in 50 anni

ovvero

Periodo di ritorno

TR=475 anni

Nelle NTC corrisponde a Cu=1;

Vn=50 anni ed allo SLV


Reticolo di riferimento (condizioni al “Bed Rock”)

Sul territorio italiano e’ stata individuata una maglia di circa 10

km, assegnando a ciascun nodo i valori di ag, F0, T’c



TABELLE VALORI DI ag, F0, T*c I valori dei tre parametri relativi alla

pericolosita’ sismica sono forniti nelle

tabelle riportate nell’ ALLEGATO B alle

NTC per i 10751 punti del reticolo di riferimento


Operazioni di interpolazione



TABELLE VALORI DI ag, F0, T*c



PERIODO DI RITORNO (TR)


3.2.2 CATEGORIE DI SOTTOSUOLO E

CONDIZIONI TOPOGRAFICHE

Quando il “bed rock” non è affiorante, il moto in superficie è

condizionato dalle caratteristiche degli strati più superficiali di terreno

Il parametro meccanico che principalmente caratterizza le proprietà

sismiche in dipendenza dei diversi tipi di suolo è la velocità media di

propagazione delle onde S nei primi 30 metri al di sotto delle

fondazioni (Vs30)

Poiche la valutazione di tale velocità è piuttosto onerosa la norma

consente di fare riferimento, in alternativa, al valor medio del numero

equivalente di colpi in un Standard Penetration Test (NSPT,30)

7 TIPI DI SUOLO


3.2.2 CATEGORIE DI SOTTOSUOLO E

CONDIZIONI TOPOGRAFICHE


3.2.3 VALUTAZIONE DELL’AZIONE SISMICA 3.2.3.1 Descrizione del moto sismico in superficie e sul

piano di fondazione

L'azione sismica è caratterizzata da 3 componenti traslazionali, due

orizzontali ed una verticale da considerare tra di loro indipendenti

Le componenti possono essere descritte, in funzione del tipo di analisi

adottata, mediante una delle seguenti rappresentazioni:

- accelerazione massima e relativo spettro di risposta attesi in

superficie;

- accelerogramma

Le due componenti ortogonali indipendenti che descrivono il moto

orizzontale sono caratterizzate dallo stesso spettro di risposta o dalle

due componenti accelerometriche orizzontali del moto sismico


Amplificazione spettrale per il suolo A

Fattore di smorzamento

Effetto del tipo di suolo e topografia


A seconda della Categoria di Suolo sono modificate le ascisse (i

periodi di riferimento) e le ordinate (i valori di pseudo-

accelerazione) sulla base di relazioni che sono sempre funzione dei

suddetti tre parametri:

Parametri che definiscono lo Spettro Elastico


Definito il Periodo di Ritorno TR per l’azione sismica da considerare nelle

verifiche rispetto al generico Stato Limite SL, si possono assumere i parametri

significativi dell’azione sismica attesa con riferimento al particolare tipo di Suolo

I parametri che possono

desumersi sono:

- La massima accelerazione

attesa al suolo ag;

- Il valore del periodo TC’* di

inizio del ramo a pseudo-

velocità costante;

- Il valore del fattore

amplificatico Fo;

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00

T [s]

Se/

g

Valutazione dell’Azione Sismica secondo le NTC

Categoria A (Suolo Rigido)


Dipendenza dello Spettro dai vari tipi di suolo


Amplificazione stratigrafica

T1 – superfici pianeggianti, pendii e rilievi isolati con inclinazione media

non superiore a 15°

T2 – pendii con inclinazione media maggiore di 15°

T3 – rilievi con larghezza in cresta molto minore della larghezza di base

ed inclinazione compresa nell’intervallo 15°-30°

T4 – rilievi con larghezza in cresta molto minore della larghezza di base

ed inclinazione media maggiore di 30°


Un esempio – il Comune di Vallo della Lucania.

0.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.300

0.350

0.400

0.450

0.500

0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 3.20 3.60 4.00

T [s]

Se(T

)/g

http://www.cslp.it/cslp/index.php?option=com_content&task=view&id=74&Itemid=20

Generazione automatica Spettri di Sito:

D.M. 14/01/2008 – S.L.V. (TR=475)

http://www.cslp.it/cslp/index.php?option=com_content&task=view&id=74&Itemid=20


3.2.3.4 Spettri di progetto per gli stati

limite di esercizio

Per gli stati limite di esercizio lo spettro di

progetto Sd(T) da utilizzare, sia per le componenti

orizzontali che per la componente verticale, è lo

spettro elastico corrispondente, riferito alla

probabilità di superamento nel periodo di

riferimento PVR considerata (v. §§ 2.4 e 3.2.1).


3.2.3.5 Spettri di progetto per gli stati limite ultimi

Qualora le verifiche agli SLU non vengano effettuate tramite

l’uso di opportuni accelerogrammi ed analisi dinamiche al

passo, ai fini del progetto o della verifica delle strutture le

capacità dissipative delle strutture possono essere messe in

conto attraverso una riduzione delle forze elastiche, che

tiene conto in modo semplificato

della capacità dissipativa anelastica della struttura,

della sua sovraresistenza,

dell’incremento del suo periodo proprio a seguito delle

plasticizzazioni.

In tal caso, lo spettro di progetto Sd(T) da utilizzare, sia

per le componenti orizzontali, sia per la componente

verticale, è lo spettro elastico corrispondente riferito alla

probabilità di superamento nel periodo di riferimento

PVR considerata (v. §§ 2.4 e 3.2.1), con le ordinate

ridotte sostituendo nelle formule 3.2.4 η con 1/q, dove q

è il fattore di struttura definito nel capitolo 7.

Si assumerà comunque Sd(T)>0,2ag


Spettro di progetto

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50T[s]

Sae/a

g

;e

ad

S TS T

q

Spettro di risposta elastico vs Spettro di progetto


Spettri di progetto per gli stati limite ultimi

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