Spettro di risposta elastica e stati limite secondo normativa

Spettro di risposta elastica e stati limite secondo normativa

Se esaminiamo n accelerogrammi, avremo n spettri di risposta elastica in termini di accelerazione. In particolare, dato un sito di una certa sismicità, possiamo attenderci probabilisticamente degli accelerogrammi come conseguenza di eventi sismici, caratterizzanti il sito stesso, a cui corrispondono degli spettri di risposta elastica. Immaginiamo, come in fig.1, di avere indicato i tre probabili spettri prevedibili in un dato sito e di invilupparli con uno spettro unico, che definiremo “spettro di progetto”.

Detta curva, secondo la nostra norma, più che inviluppare, come mostra la fig.1, taglia superiormente gli spettri reali. Ne esce fuori una curva che presenta quattro tratti ed in particolare:

  • un tratto iniziale con una certa pendenza che indica un aumento della massima accelerazione con il periodo T;
  • un tratto ad accelerazione costante e massima;
  • un tratto ad accelerazione decrescente in cui si ha la velocità costante;
  • un tratto a spostamento costante.
spettro di risposta

Fig.1_Inviluppo spettri di risposta ©Maggioli Editore

La curva inviluppo (anche se non è un vero inviluppo) è definita dalle norme e viene a dipendere dal tipo di terreno, in quanto l’accelerazione del suolo, in caso di terremoto, dipende dalla faglia, dalla distanza dalla sorgente sismogenetica, ma anche dal tipo di terreno in cui si propagano le onde sismiche quando arrivano in superficie dove è collocato il fabbricato colpito dal sisma.

Inoltre, lo spettro di risposta dipende dalla severità che si attende per il sisma, infatti, terremoti di bassa intensità sono frequenti, mentre terremoti distruttivi si verificano molto raramente.

Pertanto la norma prende in considerazione i quattro diversi stati limite e in particolare, due Stati Limite di Esercizio e due Stati Limite Ultimi.

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Spettro di risposta: Stati Limite in Esercizio

Quelli di Esercizio (SLE) sono:

  • Stato Limite di Operatività (SLO): a seguito del terremoto, la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali e le apparecchiature rilevanti in relazione alla sua funzione, non deve subire danni ed interruzioni d’uso significativi;
  • Stato Limite di Danno (SLD): a seguito del terremoto, la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali e le apparecchiature rilevanti alla sua funzione, subisce danni tali da non mettere a rischio gli utenti e da non compromettere significativamente la capacità di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali e orizzontali, mantenendosi immediatamente utilizzabile pur nell’interruzione d’uso di parte delle apparecchiature.

Spettro di risposta: Stati Limite Ultimi

Gli stati limite ultimi (SLU), invece, comprendono: Cemento armato SLE. Quali verifiche effettuare agli stati limite di esercizio?

  • Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV): a seguito del terremoto, la costruzione subisce rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e significativi danni dei componenti strutturali, cui si associa una perdita significativa di rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali; la costruzione conserva invece una parte della resistenza e rigidezza per azioni verticali e un margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni sismiche orizzontali;
  • Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC): a seguito del terremoto, la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e danni molto gravi dei componenti strutturali; la costruzione conserva ancora un margine di sicurezza per azioni verticali ed un esiguo margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni orizzontali.
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Spettro di risposta elastica, periodo di riferimento e coefficiente d’uso

Ciascuno stato limite sopra definito prende in considerazione un periodo di riferimento TR, entro il quale ci si attende si verifichi un sisma di determinata intensità e quindi caratterizzato da un dato spettro di risposta. In particolare, per definire il tempo di riferimento si parte dalla vita di riferimento VR, che è una funzione dell’importanza della costruzione dal punto di vista della sicurezza e che, a sua volta, si determina a partire dalla vita nominale VN, secondo i valori indicati in tabella sotto:

Tipi di costruzioni Valori minimi di
 1 Costruzioni temporanee o provvisorie 10
 2  Costruzioni con livelli di prestazioni ordinari  50
 3  Costruzioni con livelli di prestazioni elevati  100

A partire dal VN si calcola:

   VR = V· C U 

Il coefficiente CU, chiamato coefficiente d’uso, viene a dipendere dall’uso della costruzione in relazione alla sua funzione in termini di sicurezza e sempre la norma stabilisce le seguenti classi d’uso:

  • classe I: Costruzioni con presenza solo occasionale di persone, edifici agricoli;
  • classe II: Costruzioni il cui uso preveda normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per l’ambiente e senza funzioni pubbliche e sociali essenziali. Industrie con attività non pericolose per l’ambiente. Ponti, opere infrastrutturali, reti viarie non ricadenti in Classe d’uso III o in Classe d’uso IV, reti ferroviarie la cui interruzione non provochi situazioni di emergenza. Dighe il cui collasso non provochi conseguenze rilevanti;
  • classe III: Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi. Industrie con attività pericolose per l’ambiente. Reti viarie extraurbane non ricadenti in Classe d’uso IV. Ponti e reti ferroviarie la cui interruzione provochi situazioni di emergenza. Dighe rilevanti per le conseguenze di un loro eventuale collasso;
  • classe IV: Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, anche con riferimento alla gestione della protezione civile in caso di calamità. Industrie con attività particolarmente pericolose per l’ambiente. Reti viarie di tipo A o B, di cui al d.m. 5 novembre 2001, n. 6792 “Norme funzionali e geometriche per la costruzione delle strade”, e di tipo C quando appartenenti ad itinerari di collegamento tra capoluoghi di provincia non altresì serviti da strade di tipo A o B. Ponti e reti ferroviarie di importanza critica per il mantenimento delle vie di comunicazione, particolarmente dopo un evento sismico. Dighe connesse al funzionamento di acquedotti e a impianti di produzione di energia elettrica.

Il testo è tratto dal volume “Progettazione strutturale e normativa tecnica: Eurocodici e NTC 2018 – Strutture in calcestruzzo armato”  di Santino Ferretti.

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Progettazione strutturale e normativa tecnica: Eurocodici e NTC 2018

Progettazione strutturale e normativa tecnica: Eurocodici e NTC 2018

Santino Ferretti, 2020, Maggioli Editore
Il d.m. 17.1.2018 (NTC 2018), e relativa circolare esplicativa n. 7/2019, allineano la normativa nazionale a quella europea, basata sugli Eurocodici (EC). Questo passaggio cerca di uniformare le norme in tutti i Paesi europei, tuttavia, la lettura e la interpretazione degli...

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Laurea in ingegneria meccanica presso l’Università degli studi di Bologna, dopo alcune esperienze come progettista nel settore privato nel campo dei grandi impianti meccanici, inizia la libera professione occupandosi di strutture e impiantistica. Oltre alla professione svolge attività come docente in un Istituto Tecnico Statale e in alcuni corsi di aggiornamento. Inoltre collabora con alcune imprese nel settore delle costruzioni pubbliche e private. Si occupa di geotecnica, strutture, impiantistica ed è tecnico competente in acustica ambientale.

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