Strutture deformabili torsionalmente: cosa cambia con la circolare 2019?

Approccio normativo

Le strutture dotate di bassa resistenza e rigidezza torsionale sono definite deformabili torsionalmente, questo significa che la marcata eccentricità tra il baricentro della massa e quello della rigidezza può provocare amplificazioni significative degli effetti legati alle azioni sismiche.

Per queste strutture il comportamento duttile è fortemente penalizzato, per tenere conto di questo aspetto la normativa impone una sensibile riduzione del fattore di comportamento q che si traduce nel conseguente incremento dell’azione sismica di progetto.

Pertanto diventa fondamentale essere in grado di determinare se la struttura possa essere classificata come deformabile torsionalmente o meno, ed eventualmente intervenire modificando la geometria o la disposizione degli elementi strutturali principali.

La progettazione con le NTC 2018 risulta influenzata dalla modifica del criterio per stabilire se la struttura è deformabile torsionalmente rispetto al metodo proposto dalle precedenti NTC08.

Questa condizione viene controllata mediante il rapporto r2/ls2, il cui valore limite deve essere pari almeno ad 1 per evitare che il comportamento sia deformabile torsionalmente (rispetto alla precedente normativa per cui era sufficiente che r/ls > 0.8).

Il calcolo dei fattori r2 ed ls2 è rimasto sostanzialmente invariato, tuttavia facendo qualche confronto ci si rende immediatamente conto di come sia molto più difficile rispettare questa prescrizione, con la conseguenza che diverse strutture che non risultavano deformabili torsionalmente ora potrebbero risultare classificate con questo tipo di comportamento.

Metodo per verificare se una struttura è deformabile torsionalmente o meno. Confronto tra NTC08 e NTC18

Strutture deformabili torsionalmente – Confronto NTC18 / NTC08

La circolare applicativa del 21 Gennaio 2019 modifica parzialmente questo aspetto introducendo un metodo alternativo per la determinazione del comportamento torsionale della struttura, attraverso il rapporto tra i periodi dei modi di vibrare T e Tθ:

Metodo alternativo proposto dalla circolare 21 Gennaio 2019 per verificare se una struttura è deformabile torsionalmente o meno.

Strutture deformabili torsionalmente – Metodo alternativo circolare 21 Gennaio 2019

Attraverso alcuni casi prova è facile verificare come questo metodo alternativo consenta nelle situazioni cosiddette “border line”, ovvero quando il rapporto r2/ls2 è di poco inferiore all’unità, di poter considerare la struttura non deformabile torsionalmente, mentre in casi più estremi i due metodi forniscono risultati concordanti.

Esempi applicativi con PRO_SAP

Vediamo l’applicazione di questi due metodi alternativi proposti dalla normativa attraverso il software di calcolo PRO_SAP.

Esempio 1

Il primo caso di studio è una struttura deformabile torsionalmente con un nucleo ascensore inserito in posizione eccentrica rispetto al baricentro delle masse, come si può osservare sia il rapporto r2/ls2 che T/Tθ indicano un comportamento fortemente torsionale:

Struttura a telaio deformabile torsionalmente con un nucleo ascensore inserito in posizione eccentrica

Esempio 1 – Struttura irregolare

Analizzando il rapporto r2/ls2 = 0.17 < 1, per cui la struttura è fortemente deformabile torsionalmente:

Esempio 1 – Baricentro masse e rigidezze

Il valore indicato è un anteprima che viene viene mostrato prima di lanciare le analisi e viene calcolato sulla base della somma delle rigidezze degli elementi verticali (si veda di seguito uno stralcio estratto dalla documentazione di affidabilità di PRO_SAP)

Determinazione del baricentro delle masse e delle rigidezze. Estratto del manuale di affidabilità di PRO_SAP

Determinazione del baricentro delle masse e delle rigidezze

Al passo 4 dei casi di carico sismici è disponibile il rapporto tra i periodi T/Tθ ottenuto un analisi modale preventiva prima di lanciare le analisi della struttura.

Esempio 1 – Periodi T1

Gli stessi valori sono confermati anche al termine delle analisi in cui vengono mostrati in modo dettagliato anche con le relative % di massa attivata nelle varie direzioni:

Esempio 1 – Analisi dinamiche

TX / Tθ = T2 / T1 = 0.43/0.81 = 0.53

Si può vedere come entrambi I metodi, cioè sia quello della normativa basato sulla valutazione del raggio torsionale, sia quello della circolare basato sulla determinazione dei periodi porpri definiscano la struttura come deformabile torsionalmente (e quindi con un fattore di comportamento q più piccolo e azioni sismiche maggiori).

Esempio 2

Il secondo caso studio è stato ottenuto dal primo inserendo una parete sismica nella posizione opposta al vano ascensore, in modo da riequilibrare la posizione del baricentro delle rigidezze.

Anche in questo caso i due metodi forniscono risultati concordanti, ma vedremo come i risultati ottenuti con il secondo metodo siano molto meno marcati rispetto al caso precedente, mentre il rapporto r2/ls2 indichi che la struttura sia abbondantemente non deformabile torsionalmente.

Struttura a telaio regolare.

Esempio 2 – Struttura regolare

Esempio 2 – Baricentro masse e rigidezze

Esempio 2 – Periodi T1

Esempio 2 – Analisi dinamiche

TX / Tθ =  T1/ T2 = 0.44/0.41 = 1.07

Si può vedere come entrambi I metodi, cioè sia quello della normativa basato sulla valutazione del raggio torsionale, sia quello della circolare basato sulla determinazione dei periodi porpri definiscano la struttura come NON deformabile torsionalmente (e quindi con un fattore di comportamento q più grande e azioni sismiche minori).

  r2/ls2 Deform. Torsionalmente (metodo normativa) TX / Tθ Deform. Torsionalmente (metodo circolare)
Esempio 1 0.17 SI (<1) 0.53 SI (<1)
Esempio 2 2.28 NO (>1) 1.07 N0 (>1)

In conclusione:

  • Le NTC18 modificano la formulazione per valutare se la struttura è deformabile torsionalmente o meno, penalizzando di fatto il comportamento strutturale rispetto alla precedente normativa
  • La circolare introduce una formulazione alternativa basata sul rapporto tra il periodo traslazionale ed il periodo torsionale
  • Il metodo fornito dalla normativa è in generale più conservativo rispetto a quello previsto dalla circolare.
  • il limite del metodo indicato dalla normativa è quello di essere applicabile ai singoli livelli della struttura, inoltre si presta bene per edifici con piante di forma regolare, in quanto è fortemente condizionato dalle dimensioni in pianta dell’impalcato
  • Il metodo della circolare è applicabile in modo univoco e dipende dalle proprietà intrinseche della struttura.

Ing. Mirco Basaglia

basaglia@2si.it

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