Criteri generali di progettazione
Corso: LE NUOVE NTC-2008
Progettazione strutturale in zona sismica
Giorgio Monti
Ordinario di Tecnica delle Costruzioni
CRITERI GENERALI DI
PROGETTAZIONE
4 Criteri generali - Giorgio Monti
Criteri generali di progettazione
•! Le costruzioni devono essere dotate di sistemi
strutturali che garantiscano rigidezza e resistenza
nei confronti delle due componenti ortogonali orizzontali delle azioni sismiche
•! Le costruzioni soggette all’azione sismica devono
essere progettate in accordo con i seguenti
comportamenti strutturali:
–! a) comportamento strutturale non-dissipativo
–! b) comportamento strutturale dissipativo.
5 Criteri generali - Giorgio Monti
Comportamenti strutturali
•! Non dissipativo ! SLE
–! Gli effetti sono calcolati senza tener conto delle non
linearità di comportamento (di materiale e geometriche)
•! Dissipativo ! SLU
–! Gli effetti sono calcolati, in funzione della tipologia
strutturale adottata, tenendo conto delle non linearità di
comportamento (di materiale sempre, geometriche quando
rilevanti e comunque sempre quando precisato).
6 Criteri generali - Giorgio Monti
Comportamenti strutturali
•! Gli elementi strutturali delle fondazioni
–! devono essere dimensionati sulla base delle sollecitazioni
ad essi trasmesse dalla struttura sovrastante
–! devono avere comportamento non dissipativo, indipendentemente dal comportamento strutturale
attribuito alla struttura su di esse gravante.
7 Criteri generali - Giorgio Monti
Filosofia dei codici
8 Criteri generali - Giorgio Monti
Livelli di prestazione
9 Criteri generali - Giorgio Monti
Livelli di prestazione
10 Criteri generali - Giorgio Monti
Comportamento strutturale dissipativo
•! Si distinguono due livelli di Capacità Dissipativa o
Classi di Duttilità (CD):
–! Classe di duttilità alta (CD”A”)
–! Classe di duttilità bassa (CD”B”)
•! La differenza è nella entità delle plasticizzazioni cui
ci si riconduce in fase di progettazione.
11 Criteri generali - Giorgio Monti
Comportamento strutturale dissipativo
•! Per assicurare tale comportamento (dissipativo e
duttile) evitando rotture fragili e la formazione di
meccanismi instabili imprevisti, si fa ricorso ai procedimenti tipici della gerarchia delle resistenze.
12 Criteri generali - Giorgio Monti
Criteri generali di progettazione antisismica
•! Dissipare energia durante il sisma, attraverso il
comportamento isteretico dei materiali
•! Aumentare il periodo di vibrazione della struttura
riducendo così la risposta all’eccitazione sismica
•! Evitare rotture fragili (improvvise e catastrofiche)
•! Avere notevoli vantaggi economici
–! E’ antieconomico progettare una struttura che rimanga
elastica sotto l’azione di terremoti violenti, aventi ridotta
probabilità di accadimento nella vita di riferimento della
struttura.
13 Criteri generali - Giorgio Monti
Sa/
PG
A
T (sec)
2%
5%
10%
15%
20%
25%
Struttura elastica
(sismi moderati)
To = N/12
! = 5%
T = (1.5÷2) To
! = (25÷30) %
Struttura danneggiata
(sismi violenti)
La risposta di una struttura antisismica
Elementi monodimensionali (travi, pilastri, pareti alte)
Elementi bidimensionali (travi alte, pareti basse)
Rapporti di
rigidezza e
resistenza. Disposizione degli
elementi strutturali
e non
Quantità relative,
caratteristiche e
disposizione dei materiali
Duttilità globale e duttilità locale
Tipico legame costitutivo dell’acciaio a trazione Test di compressione ciclica sul calcestruzzo: legame "!#$
Duttilità di materiale
–! L’acciaio da costruzione presenta tipicamente un’elevata duttilità
–! Il calcestruzzo è un materiale fragile ed è necessario far ricorso
al confinamento (staffe, spirali) per ottenere una buona duttilità.
16 Criteri generali - Giorgio Monti
Efficacia delle staffe e delle barre longitudinali ai fini del confinamento e comportamento schematico del calcestruzzo, confinato e non
Diagrammi "!# del calcestruzzo al variare della percentuale di staffe
Duttilità conferita al calcestruzzo
17 Criteri generali - Giorgio Monti
Duttilità di sezione
•! La duttilità si riduce: –! All’aumentare dello
sforzo di compressione
–! All’aumentare della
armatura tesa
•! La duttilità aumenta: –! All’aumentare della
armatura compressa
–! All’aumentare della
armatura trasversale •! aumenta il confinamento
del calcestruzzo.
18 Criteri generali - Giorgio Monti
Diagrammi momento-curvatura al variare della percentuale di armatura tesa
Influenza dell’armatura compressa sui diagrammi M-%$
Duttilità di sezione
19 Criteri generali - Giorgio Monti
Influenza della percentuale di armatura trasversale sui diagrammi M-%$
Influenza dello sforzo normale sui diagrammi M-%$
Duttilità di sezione
20 Criteri generali - Giorgio Monti
Instabilità dell’armatura longitudinale e contenimento delle staffe Effetti del second’ordine
Duttilità di elemento
•! La duttilità di elemento dipende fortemente:
–! Dall’armatura (staffe) nella cerniera plastica
•! Si riduce il rischio di instabilità delle barre longitudinali compresse
–! Dall’entità dello sforzo normale •! Aumentano gli effetti del secondo ordine.
21 Criteri generali - Giorgio Monti
Duttilità di struttura
•! Graficamente la duttilità di spostamento di un edificio può
essere individuata sulla curva “taglio alla base – spostamento
in sommità” (Curva di Capacità), ottenuta analiticamente
applicando opportune distribuzioni di forze statiche equivalenti
ai piani (metodo pushover).
22 Criteri generali - Giorgio Monti
STRUTTURA
DUTTILE
(i) Evitare rotture fragili
(improvvise e catastrofiche),
(ii) Dissipare energia limitando
accelerazioni e spostamenti
prodotti dal sisma,
(iii) Vantaggi economici.
(a) Adeguata concezione strutturale
(b) Cura nei dettagli costruttivi
(1) µR < µu,
(2) comportamento ciclico isteretico
globale stabile ed altamente dissipativo.
Capacity Design
Regole pratiche
Capacity Design
1 Flessione travi
2 Taglio travi
3 Flessione pilastri
4 Taglio pilastri
5 Rottura nodi
Gerarchia
delle
resistenze
Capacity Design
25 Criteri generali - Giorgio Monti
La gerarchia delle resistenze (GR)
•! La GR consente di progettare strutture duttili capaci
di abbattere l’azione sismica (fattore di struttura q)
26 Criteri generali - Giorgio Monti
Spettro elastico
Spettro di progetto
0.25g
0.625g
0.135g
Come si ottiene la GR?
Si progettano gli e/m duttili
con l’azione ridotta
Si progettano gli e/m fragili
con le forze max trasmesse
dagli e/m duttili
Sa/q
T
Sa
T
Sa
La gerarchia delle resistenze (GR)
•! Le dissipazioni di energia per isteresi si localizzano
in zone “dissipative” o “critiche”, dimensionando gli
elementi non dissipativi secondo il criterio di gerarchia delle resistenze
•! I dettagli costruttivi delle zone critiche devono
ricevere una particolare attenzione ed essere
esaurientemente specificati negli elaborati di
progetto.
27 Criteri generali - Giorgio Monti
La gerarchia delle resistenze (GR)
•! Ciò si realizza se i meccanismi fragili possiedono,
nei confronti delle zone dissipative, una
sovraresistenza sufficiente a consentire lo sviluppo in esse della plasticizzazione ciclica
•! La sovraresistenza è valutata moltiplicando la
resistenza nominale di calcolo delle zone
dissipative per un opportuno coefficiente &Rd:
–! 1,3 per CD”A”
–! 1,1 per CD”B”.
28 Criteri generali - Giorgio Monti
La gerarchia delle resistenze (GR)
•! Si tratta di progettare gli e/m fragili in base alle
massime azioni (le resistenze opportunamente
amplificate) trasmesse dagli e/m duttili
29 Criteri generali - Giorgio Monti
F
F
Fy
La gerarchia delle resistenze (GR)
•! Si tratta di progettare gli e/m fragili in base alle
massime azioni (le resistenze opportunamente
amplificate) trasmesse dagli e/m duttili
30 Criteri generali - Giorgio Monti
Fy Fy
Fy
La forza
non può crescere oltre Fy
e quindi l’elemento fragile
è automaticamente protetto
Meccanismi di collasso: schemi
–! Plasticizzazione dei pilastri: meccanismo di “piano soffice”
–! Plasticizzazione in tutte le travi
–! Plasticizzazione parziale delle travi
32 Criteri generali - Giorgio Monti
Gerarchia delle resistenze nelle travi
Vmin Vmax
&Rd ! MR &Rd ! MR
33 Criteri generali - Giorgio Monti
Gerarchia delle resistenze nei pilastri
34 Criteri generali - Giorgio Monti
Gerarchia delle resistenze nei pilastri
35 Criteri generali - Giorgio Monti
Meccanismo di “piano soffice”
36 Criteri generali - Giorgio Monti
37
Meccanismo di “piano soffice”
38 Criteri generali - Giorgio Monti
Meccanismo di “piano soffice”
39 Criteri generali - Giorgio Monti
Meccanismi di collasso: esempi
40 Criteri generali - Giorgio Monti
Meccanismi di collasso: esempi
41 Criteri generali - Giorgio Monti
Meccanismi di collasso: cerniere plastiche carenti
42 Criteri generali - Giorgio Monti
Meccanismi di collasso: cerniere plastiche carenti
•! Questo è un caso
dove le staffe
sono disposte con passo
90 cm !!!
43 Criteri generali - Giorgio Monti
44 Criteri generali - Giorgio Monti
Meccanismi di collasso: pilastri fragili
45 Criteri generali - Giorgio Monti
Meccanismi di collasso: pilastri duttili (!)
46 Criteri generali - Giorgio Monti
Meccanismi di collasso: taglio nei pilastri
47 Criteri generali - Giorgio Monti
Meccanismi di collasso: taglio nei pilastri
48 Criteri generali - Giorgio Monti
Meccanismi di collasso: nodi
CARATTERISTICHE GENERALI
DELLE COSTRUZIONI
49 Criteri generali - Giorgio Monti
Caratteristiche generali delle costruzioni
Regolarità
•! Configurazione in pianta compatta e approssimativamente
simmetrica rispetto a due direzioni ortogonali, in relazione alla
distribuzione di masse e rigidezze
•! Rapporto tra i lati di un rettangolo in cui la costruzione risulta
inscritta inferiore a 4
•! Nessuna dimensione di eventuali rientri o sporgenze supera il
25 % della dimensione totale della costruzione nella
corrispondente direzione
•! Gli orizzontamenti possono essere considerati infinitamente rigidi nel loro piano rispetto agli elementi verticali e
sufficientemente resistenti.
50 Criteri generali - Giorgio Monti
Caratteristiche generali delle costruzioni
Distanza tra costruzioni contigue
•! Deve essere tale da evitare il martellamento
–! Non può essere inferiore alla somma degli spostamenti
massimi determinati per lo SLV
•! Qualora non si eseguano calcoli specifici, lo
spostamento massimo di una costruzione alta H,
può essere stimato come:
51 Criteri generali - Giorgio Monti
Caratteristiche generali delle costruzioni
Altezza massima dei nuovi edifici
•! Costruzioni di legno e di muratura non armata che
non accedono alle riserve anelastiche:
–! Zona 1: due piani dal piano di campagna, ovvero dal ciglio della strada
–! Altre zone: opportunamente limitata, in funzione delle loro
capacità deformative e dissipative e della classificazione
sismica del territorio
•! Altre tipologie strutturali (cemento armato, acciaio,
muratura armata, ecc.):
–! Determinata unicamente dalle capacità resistenti e deformative della struttura.
52 Criteri generali - Giorgio Monti
Caratteristiche generali delle costruzioni
Limitazione dell’altezza in funzione della
larghezza stradale
•! I regolamenti e le norme di attuazione degli
strumenti urbanistici possono introdurre limitazioni
–! Per ciascun fronte dell’edificio verso strada, definiranno la distanza minima tra la proiezione in pianta del fronte
stesso ed il ciglio opposto della strada
–! Si intende per strada:
•! L’area di uso pubblico aperta alla circolazione di pedoni e veicoli,
•! Lo spazio inedificabile non cintato aperto alla circolazione pedonale.
53 Criteri generali - Giorgio Monti
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
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