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

Seminario gratuito su isolatori sismici e travi PREM

L’Ordine degli Ingegneri di Roma organizza il seminario gratuito:

IL SISTEMA A NODO UMIDO STRUTTURALE NELLA PREFABBRICAZIONE PREM impieghi in strutture nuove ed esistenti, di tipo tradizionale o dotate di isolamento alla base

Durante l’intervento di 2S.I. verranno illustrate applicazioni di PRO_SAP

14 Giugno 2019
Ore 14.00 – 19.00

Ordine degli Ingegneri della Provincia di Roma,
Piazza della Repubblica 59, Roma
Sala Conferenze

Per gli Ingegneri è prevista l’erogazione di 4 crediti formativi


Durante l’intervento di 2S.I. verranno illustrati esempi di strutture con travi PREM e isolatori sismici, evidenziando con PRO_SAP le differenze rispetto alle strutture tradizionali in termini di modellazione e controllo dei risultati.

È possibile iscriversi o prenotare gli atti del convegno: scopri di più

Circolare applicativa NTC18: azioni da neve. Errori, analogie e novità rispetto alla precedente normativa.

Valore di riferimento del carico neve al suolo

La circolare applicativa del 21 Gennaio 2019 introduce alcune novità per quanto riguarda il calcolo delle azioni della neve sulle coperture.

Come vedremo nel presente articolo le novità non sono sostanziali, si tratta principalmente di integrazioni rispetto a quanto riportato nelle NTC18

In primo luogo viene specificato come calcolare l’azione qsk per fasi di costruzione o transitorie di durata inferiore a 3 mesi e tra 3 mesi ed 1 anno, aspetto che le NTC18 hanno introdotto al paragrafo 3.4.2, senza chiarire espressamente la formulazione da adottare, rimandando di fatto alla circolare applicativa o ad altre normative di comprovata validità:

La circolare fornisce una formulazione che consente di stimare un diverso valore di riferimento del carico neve al suolo in funzione del relativo tempo di ritorno considerato:

Oltre alla formulazione viene riportato un grafico con l’andamento del coefficiente αR, espresso come il rapporto tra il carico della neve al suolo riferito ad un tempo di ritorno di n anni (qsn) ed il carico della neve al suolo caratteristico riferito ad un tempo di ritorno di 50 anni (qsk). Il grafico fa riferimento ad un coefficiente di variazione v costante pari a 0.6

Attraverso un rapido riscontro manuale ci si accorge immediatamente che la formulazione proposta dalla circolare è sbagliata ed i valori di αR ottenuti non coincidono con il relativo grafico esplicativo. Per ottenere gli stessi valori bisogna sostituire il segno negativo al denominatore con quello positivo (si veda esempio applicativo 1).

Di seguito si riporta la ricostruzione in scala logaritmica dell’andamento dei coefficienti αR applicando la formulazione con il segno modificato per tempi di ritorno compresi tra 5 e 100 anni calcolati con intervallo regolare di 5 anni, come si può osservare l’andamento è perfettamente coincidente con il grafico proposto dalla circolare applicativa:

Coefficiente di forma delle coperture

Per quanto riguarda il calcolo dei coefficienti di forma delle coperture, la principale novità riguarda le coperture piane con grandi luci. Viene indicato come tenere conto del fatto che la riduzione del manto di neve operata dal vento, risulta via via meno efficace al crescere delle dimensioni in pianta dell’edificio.

Per coperture estese, la circolare raccomanda di tenere conto di questo aspetto attraverso un incremento del coefficiente μ1 (che per coperture piane assume un valore di partenza pari a 0.8)

La circolare introduce come parametro per valutare la luce della copertura la dimensione equivalente in pianta LC che dipende dal rapporto tra le dimensioni della copertura. Il valore di μ1 da utilizzare è ottenuto come prodotto tra 0.8 ed il coefficiente amplificativo Ce,F

In particolare:

Si può osservare come questa amplificazione sia richiesta solo nel caso di coperture piane di dimensioni inusuali (oltre 50 m per direzione). Nel caso di coperture ordinarie si rientra sempre nel caso LC < 50 m per le quali non è previsto nessun adeguamento del coefficiente μ1

Esempi applicativi con PRO_SAP

Si riportano di seguito due applicazioni con il modulo di PRO_SAP dedicato al calcolo delle azioni sulla costruzione, con il quale è già possibile effettuare il calcolo come previsto dalla nuova circolare:

  • Copertura monofalda, angolo inclinazione 20°, TR = 30 anni (ad esempio per fase costruttiva con durata inferiore ad un anno)

  • Copertura monofalda, piana con dimensioni 50 x 100 m, TR = 50 anni

Riassumendo:

  • Non sono state introdotte sostanziali novità rispetto a quanto riportato nelle NTC18
  • Specifica su come calcolare il valore del carico neve al suolo per fasi di costruzione o transitorie
  • Correzione del coefficiente di forma per coperture piane con grandi luci

 

Clicca qui per scaricare in anteprima la versione beta di PRO_SAP con le principali novità della nuova circolare.

 

Ing. Mirco Basaglia

basaglia@2si.it

Nodi CA e circolare NTC 2019: chiarimenti, controversie e applicazione PRO_SAP

Ora che finalmente la circolare è stata pubblicata possiamo fare un aggiornamento del nostro articolo sulle verifiche dei nodi integrandolo con le nuove prescrizioni della circolare.

Il paragrafo della circolare che parla della verifica dei nodi è il C7.4.4.3

Chiarimenti

In questo paragrafo vengono fatte alcune puntualizzazioni riguardo la verifica dei nodi. La circolare infatti descrive la logica che è dietro le formule per il calcolo della domanda e quelle per il calcolo delle staffe.

La circolare del 21 gennaio 2019 ci ricorda che il taglio nel nodo è decisamente maggiore rispetto a quello che si ha nel pilastro e che dipende dai quantitativi di armatura delle travi, per questo motivo non si può ottenere direttamente dall’analisi della struttura, come è evidente anche dalle formule per il calcolo della domanda, la 7.4.6 e la 7.4.7 del D.M. 2018.

E specifica che il calcolo del passo delle staffe con la formula 7.4.10 garantisce che le tensioni nel nodo non superino la resistenza a trazione del calcestruzzo, mentre le due alternative, la 7.4.11 e la 7.4.12, ammettono la fessurazione del nodo affidando la capacità alle armature orizzontali. Viene anche chiarito che il progettista è libero di considerare uno qualsiasi dei due approcci.

Oltre a questi chiarimenti Soprattutto, per quanto riguarda la verifica dei nodi, la nuova circolare porta delle novità interessanti riguardo la verifica lato calcestruzzo, il progetto delle staffe nelle strutture non dissipative, ed il progetto delle staffe nelle strutture in bassa duttilità.

Le verifiche lato calcestruzzo del nodo

Per quanto riguarda la verifica lato calcestruzzo è possibile considerare l’effetto del confinamento correggendo opportunamente il coefficiente alfaj:

§7.4.4.3.1 circolare 2019 confinamento calcestruzzo del nodo

Circolare 2019 – §C7.4.4.3.1 Confinamento del calcestruzzo del nodo

Potrebbe essere una soluzione in più per far tornare le verifiche incrementando la capacità del nodo.

Il progetto delle staffe nel nodo

Per quanto riguarda il progetto delle staffe nel nodo la circolare propone queste novità:

§7.4.4.3.1 circolare 2019 - Progetto delle staffe nel nodo

Circolare 2019 – §C7.4.4.3.1 Progetto delle staffe nel nodo

Quindi, progettando una struttura non dissipativa, secondo la circolare non si è tenuti ad eseguire la gravosa verifica del nodo.

Ci sono dei vantaggi anche per le strutture in bassa duttilità, perché sono da verificare solo i nodi non interamente confinati, esattamente come si fa per gli edifici esistenti. Il vantaggio è evidente perché si omettono le verifiche proprio negli elementi maggiormente sollecitati dato che la domanda nei nodi interni, ed i nodi confinati sono tutti interni, è data dalla somma dei contributi delle armature superiori ed inferiori della trave, in accordo con la formula 7.4.6 del D.M.2018.

Controversie

Però bisogna fare attenzione ad un fatto: una circolare non è cogente, è un documento interpretativo ed applicativo delle norme tecniche. Ce lo ricorda la stessa circolare nel suo capitolo introduttivo:

Circolare 2019 - §1.2

Circolare 2019 – §1.2

Essendo un documento interpretativo ed applicativo non può modificare le NTC, fornire indicazioni in contrasto con il D.M. oppure introdurre nuovi obblighi non espressamente previsti dalla norma.

Purtroppo, per quanto riguarda le indicazioni sulla verifica dei nodi delle strutture in c.a., la circolare contravviene al suo ruolo.

Infatti il D.M.2018, al §7.4.1 indica che le verifiche dei nodi per le strutture non dissipative sono da eseguire, e si fanno applicando le stesse regole previste per le strutture in bassa duttilità:

D.M. 2018 - §7.4.1

D.M. 2018 – §7.4.1

Anche per quanto riguarda le strutture in bassa duttilità la circolare contraddice il D.M.2018: il §7.4.4.3.1, che avevamo citato anche nel nostro primo articolo sulla verifica dei nodi, dice esplicitamente che “in ogni nodo la capacità a taglio deve essere superiore od uguale alla corrispondente domanda”, non ammettendo eccezioni:

§7.4.4.3.1. D.M. 2018

D.M. 2018 – §7.4.4.3.1.

Applicazione a PRO_SAP

Dato che la norma non è chiara PRO_SAP lascia al progettista la possibilità di scegliere.

Nelle normative del cemento armato (a cui è possibile accedere da preferenze -> normative -> cemento armato -> avanzate) gli sviluppatori hanno aggiunto l’opzione “circolare 21 01 19”:

PRO_SAP - Finestra normative avanzate del cemento armato

PRO_SAP – Finestra normative avanzate del cemento armato

PRO_SAP - Finestra normative avanzate del cemento armato (dettaglio dell'opzione per la verifica secondo la nuova circolare)

PRO_SAP – Dettaglio della dinestra normative avanzate

In questo modo se il progettista decide di seguire le indicazioni della circolare può attivare l’opzione ed omettere le verifiche dei nodi per le strutture non dissipative e quelle dei nodi confinati per le strutture in bassa duttilità.

Altrimenti, lasciando l’opzione spenta, le verifiche saranno eseguite in accordo alle NTC, quindi applicando la formula 7.4.8 per le verifiche di tutti i nodi di strutture di qualsiasi classe di duttilità e progettando il passo delle staffe con le formule 7.4.10 o le alternative 7.4.11 e 7.4.12 di cui si è già discusso tanto.

Riassumendo:

⇒ Secondo la circolare:

  • per le strutture non dissipative la verifica dei nodi non è necessaria
  • per le strutture in bassa duttilità le verifiche del nodo sono da eseguire solo per i nodi non completamente confinati
  • per le strutture in alta duttilità la circolare non cambia nulla rispetto a quanto riportato nel D.M.2018
  • per la verifica del nodo lato calcestruzzo è possibile considerare il confinamento del calcestruzzo.

⇒ Questo porta evidentemente dei vantaggi nelle verifiche, ma attenzione:

  • Sia per le strutture non dissipative che per la bassa duttilità la circolare contraddice il D.M.2018

⇒ Quindi:

  • Poiché la norma non è chiara PRO_SAP lascia al progettista la possibilità di scegliere se applicare la circolare o meno.

Ing. Alberto Marin (marin@2si.it)

 

5 cose da sapere PRIMA di analizzare i cinematismi locali nella muratura

PRO_CineM consente il calcolo automatizzato dei cinematismi locali nella muratura, sia con analisi cinematiche lineari che cinematiche non lineari.

Prima di fare l’analisi dei cinematismi è però bene avere le idee chiare sulla struttura, perché l’inserimento di taluni dettagli costruttivi può impedire l’attivazione di meccanismi.

1 Il comportamento monolitico

L’analisi dei cinematismi ha significato se è garantita una certa monoliticità della parete muraria, tale da impedire collassi puntuali per disgregazione della muratura.

Il rilievo e la determinazione della qualità muraria è fondamentale importanza: una muratura di scarsa qualità potrebbe attivare fenomeni di disgregazione PRIMA dell’attivazione dei cinematismi.

2 Meccanismi di I modo e di II modo

Si definiscono danni di I modo per azioni ortogonali al piano del muro, danni di II modo per azioni appartenenti al piano del muro. I meccanismi di I modo sono anche detti cinematismi locali.
Di nuovo il rilievo strutturale è fondamentale per la corretta descrizione del comportamento: la presenza di cordoli, catene e buon ammorsamento può impedire l’attivazione di cinematismi di I modo e quindi condurre verso un comportamento globale della struttura.

3 I dettagli costruttivi e il rilievo strutturale

Si può quindi identificare una gerarchia di attivazione dei meccanismi, a seconda della qualità muraria e della cura dei dettagli costruttivi.

Disgregazione -> Cinematismi locali -> Comportamento globale

4 La normativa

L’analisi dei cinematismi è prevista dalla Circolare 2 febbraio 2009 n. 617, al Punto C8.7.1.1:

“Quando la costruzione non manifesta un chiaro comportamento d’insieme, ma piuttosto tende a reagire al sisma come un insieme di sottosistemi (meccanismi locali), la verifica su un modello globale non ha rispondenza rispetto al suo effettivo comportamento sismico… In tali casi la verifica globale può essere effettuata attraverso un insieme esaustivo di verifiche locali.”

Anche la normativa pone l’accento sul fatto che deve essere il progettista ad identificare la costruzione per capire quale comportamento, se la costruzione non manifesta un chiaro comportamento d’insieme, quella dei cinematismi è l’analisi più adatta.

Tipicamente si affianca un’analisi globale ad esempio un’analisi di pushover a telaio equivalente che identifica i meccanismi globali alle analisi dei cinematismi locali che identificano i collassi fuori dal piano. In questo modo, per una muratura di buona qualità, si ottengono le verifiche sia locali che globali.

5 Quali meccanismi si attiveranno?

Una volta deciso di indagare i cinematismi locali è importante capire quali cinematismi si attiveranno.

In letteratura sono ampiamente descritti i cinematismi possibili: ribaltamento semplice, ribaltamento composto, flessione verticale, …

Naturalmente la presenza di cordoli, catene e buon ammorsamento con le pareti trasversali modifica il comportamento della struttura impedendo l’attivazione di alcuni cinematismi.

È importare prestare attenzione in fase di input dei modelli nei software di calcolo perché la scelta di assegnare tiranti, buon ammorsamento con le pareti ortogonali o cordoli modifica il risultato dell’analisi.

Ad esempio, la presenza di un cordolo in C.A. efficacemente ammorsato al piano rigido del solaio impedisce l’attivazione dei meccanismi di ribaltamento semplice, di seguito alcune immagini esplicative tratte dal software PRO_CineM.

In questa presentazione tenuta al Ministero della Difesa dal Professor G. Milani del Politecnico di Milano è illustrata una trattazione delle verifiche dei cinematismi, con anche esempi pratici.

Ing. Gennj venturini

venturini@2si.it

nuovo videocorso acciaio

Disponibili le dispense e il video del seminario tecnico “LA MODELLAZIONE FEM DELLE STRUTTURE IN ACCIAIO O COMPOSTE – I DIVERSI APPROCCI, I DIVERSI STRUMENTI, I DIVERSI RISULTATI” tenuto presso l’ordine degli ingegneri di Bergamo in data 27 settembre 2018.

In questo videocorso sono mostrate due applicazioni di PRO_SAP: una a strutture dissipative e una a strutture non dissipative.

Per entrambe le metodologie vengono illustrate sia le verifiche sugli elementi strutturali che le verifiche dei nodi in acciaio.

Dispense in pdf: BERGAMO 2018

 

 

Progetto di strutture in acciaio con le NTC2018

Normativa

Le  Norme Tecniche per le Costruzioni 2018 prevedono, per le costruzioni soggette ad azioni sismiche, due criteri generali di progettazione:

  • Comportamento strutturale non dissipativo (1 ≤q≤1.5)
  • Comportamento strutturale dissipativo (q>1.5)

Riportando quanto previsto dalle sopracitate norme tecniche: per comportamento strutturale non dissipativo si prevede che nella valutazione della domanda tutte le membrature ed i collegamenti rimangano in campo elastico o sostanzialmente elastico; per comportamento strutturale dissipativo si prevede, invece, che un numero elevato di membrature e/o collegamenti evolvano in campo plastico, mentre la restante parte della struttura rimane in campo elastico o sostanzialmente elastico.

La novità interessante rispetto alle precedenti norme tecniche (NTC08) riguarda proprio quest’ultima specifica, ovvero la possibilità di considerare, all’interno di strutture a comportamento dissipativo, porzioni di struttura che lavorino in campo elastico o sostanzialmente elastico. Su questo aspetto, anche se non espressamente indicato nelle precedenti normative,  si era già espresso il C.S.L.P. in una nota del 27/10/2011, in merito ad una richiesta da parte della regione Piemonte sulla possibilità di progettare i pilastri del sottotetto in campo elastico, indicando che in linea di principio è possibile realizzare una struttura, nel suo complesso dissipativa, contenente una parte non dissipativa, a patto di adeguare il fattore q in funzione della regolarità.

Entrando nello specifico della progettazione di costruzioni in acciaio, il principale beneficio di avere un comportamento strutturale non dissipativo per l’intera struttura (o per porzioni di essa) è legato al fatto che, non dovendo espletare un comportamento plastico, non è necessario soddisfare nessun requisito di gerarchia delle resistenze per garantire una progettazione in duttilità. I principali vantaggi si ottengono soprattutto nel dimensionamento dei collegamenti; progettando una struttura in campo dissipativo, infatti, i collegamenti trave-colonna e colonna-fondazione devono essere progettati in modo da consentire la formazione delle cerniere plastiche rispettivamente alle estremità di travi e colonne in modo da anticipare la rottura dell’elemento rispetto a quella del collegamento stesso.

Paragrafo 7.5.4.3 – Gerarchia delle resistenze: collegamenti trave-colonna

Paragrafo 7.5.4.5 – Gerarchia delle resistenze: collegamenti colonna-fondazione

Di contro, progettare una struttura (o una porzione di essa) in campo non dissipativo significa assicurare che rimanga in campo elastico o sostanzialmente elastico. Ai fini della progettazione questo si traduce nell’utilizzare un fattore di comportamento molto ridotto (1 ≤q≤1.5), ovvero considerare le azioni provenienti dallo spettro elastico senza sfruttare la duttilità del materiale.

Sulla base dell’esperienza è possibile affermare che, per strutture in acciaio monopiano, in cui il carico da neve non fa massa sismica, non si ha quasi mai un reale beneficio nel progettare una struttura dissipativa. Nella maggior parte dei casi è infatti più vantaggioso accettare una maggiore amplificazione delle sollecitazioni piuttosto che sfruttare la capacità del materiale in campo duttile per poi garantire la gerarchia delle resistenze e la sovraresistenza dei collegamenti.

Un altro aspetto fondamentale riguarda il fatto che, per molte strutture in acciaio, è probabile che siano più gravosi i carichi statici (azioni del vento) piuttosto che il sisma, pertanto considerare l’azione sismica proveniente dallo spettro ridotto del fattore di comportamento q piuttosto che lo spettro elastico non comporta nessun beneficio nemmeno ai fini del calcolo delle sollecitazioni agenti.

Indipendente dal tipo di progettazione adottata, si illustrano in seguito le verifiche effettuate da PRO_SAP con riferimento alle prescrizioni delle nuove NTC18.

Vediamo entrambe le applicazioni:

Comportamento strutturale NON DISSIPATIVO

PRO_SAP – Comportamento strutturale non dissipativo

Il programma effettua sia per le combinazioni CON il sisma che per le combinazioni SENZA il sisma le verifiche previste dal capitolo 4 del DM08.

Il calcolo dei collegamenti è fatto sulla base delle sollecitazioni senza prevedere alcuna sovraresistenza.

Comportamento strutturale DISSIPATIVO

PRO_SAP – Comportamento strutturale dissipativo

Nelle combinazioni SENZA il sisma fa le verifiche previste nel capitolo 4 del DM08.

Nelle combinazioni CON il sisma fa le verifiche previste nel capitolo 4 del DM08, considerando però le sollecitazioni incrementate del fattore Ω

Vengono inoltre eseguite le verifiche previste nel paragrafo 7.5.4 del DM08.

Il calcolo dei collegamenti è fatto sulla base dei momenti resistenti degli elementi in modo da garantirne la sovraresistenza.

In PRO_SAP le verifiche del capitolo 7 non sono eseguite automaticamente. Nel caso si decida di progettare una struttura dissipativa è necessario attivarle manualmente in Preferenze -> Normative -> Acciaio -> Avanzate.

Per eseguire queste verifiche è necessario eseguire una procedura iterativa:

  • Attivare nelle normative avanzate le opzioni Applica capitolo 7.4.5 e/o Applica capitolo 7.5.5 (a seconda del tipo di struttura) lasciando inizialmente impostato il valore 1.1;
  • Eseguire la progettazione ignorando il messaggio sui coefficienti omega non corretti (è il primo tentativo quindi è normale che i coefficienti non siano corretti);
  • Identificare il valore minimo dei due omega nel menù gerarchia delle resistenze (considerando solo gli elementi strutturali dove ci si attende la formazione di cerniere plastiche)
  • Ritornare al passo 1) e sostituire il valore di default 1.1 con omega minimo*gamma_ov*1.1
  • Ripetere la progettazione per avere i risultati corretti che tengano conto della gerarchia delle resistenze.

PRO_SAP – Definizione del coefficiente Ω

Anche nel modulo di calcolo di calcolo dei collegamenti sarà necessario attivare le verifiche di sovraresistenza prima di effettuare le verifiche

PRO_CAD Nodi acciaio – Sovraresistenza dei collegamenti

Riassumendo:

Comportamento NON dissipativo:

  • Fattore di comportamento q ≤ 1.5
  • Azioni sismiche maggiori
  • Non è necessaria la gerarchia delle resistenze per gli elementi strutturali
  • Non è necessaria la gerarchia delle resistenze per il calcolo dei nodi
  • Conveniente per piccole strutture, ad esempio monopiano perché la neve al di sotto dei 1000 metri di quota non fa massa sismica, quindi le azioni sismiche sono modeste anche se il fattore q è piccolo.

Comportamento dissipativo:

  • Fattore di comportamento q >1.5
  • Azioni sismiche minori
  • Necessaria la gerarchia delle resistenze per gli elementi strutturali
  • Necessaria la gerarchia delle resistenze per il calcolo dei nodi
  • Conveniente per grandi strutture.

 

Ing. Mirco Basaglia

basaglia@2si.it

 

Miglioramento sismico e SISMABONUS con NTC 2018

Il coefficiente ζE

Le Norme Tecniche per le Costruzioni 2018 hanno introdotto alcune novità sul miglioramento simico degli edifici esistenti. La principale novità è l’introduzione del rapporto ζE tra l’azione sismica massima sopportabile dalla struttura e l’azione sismica massima che si utilizzerebbe nel progetto di una nuova costruzione.

Le strutture nuove vengono progettate per poter sopportare l’intera azione simica di progetto (ζE=1), quando invece ci si occupa di una struttura esistente il percorso da seguire è il seguente:

  • determinare la quota di sisma che è in grado di sopportare lo stato di fatto  ζE (SDF), che quindi può essere minore di 1
  • concepire l’intervento di miglioramento
  • determinare la quota di sisma che è in grado di sopportare lo stato di progetto ζE (SDP)
  • assicurarsi che  ζE (SDP) rispetti i minimi previsti dalle nuove NTC2018

ζE (SDF)

ζE (SDF)

Stato di fatto ζE (SDF)

Una volta realizzato il modello strutturale, il primo passo è la determinazione della ζE (SDF).

In PRO_SAP è possibile ridurre il livello dell’azione sismica con la quale viene analizzata la struttura.

Sarà così possibile eseguire le analisi utilizzando spettro di progetto ridotto rispetto a quello previsto per le coordinate geografiche della struttura. La riduzione dell’azione agisce su ag*S, in maniera tale che:

(ag*S) ridotto=ζE *(ag*S)

Sarà sufficiente ridurre l’azione sismica fino a che le verifiche della struttura risulteranno soddisfatte.

Il parametro “livello di sicurezza” rappresenta quindi il coefficiente ζE richiesto dalle NTC 2018.

Archivio dei rinforzi

Intervento di miglioramento

Gli interventi di miglioramento e adeguamento sismico di un edificio esistente gestiti da PRO_SAP possono prevedere:

  • sistemi di isolamento sismico e dissipazione,
  • nuovi elementi resistenti,
  • rinforzi degli elementi esistenti.

Per la definizione dei rinforzi, la norma prevede i seguenti modelli di capacità per il rinforzo per elementi in calcestruzzo armato:

  1. Incamiciatura in CA.
  2. Incamiciatura in acciaio (con angolari e calastrelli, con il metodo CAM, con il beton plaquè).
  3. Fasciatura con FRP.

Per elementi in muratura, oltre alle riparazioni localizzate di parti lesionate o degradate, i possibili interventi di consolidamento prevedono:

  1. Iniezioni di miscele leganti, ristilatura dei giunti.
  2. Diatoni artificiali.
  3. Tiranti verticali post-tesi, sistemi di tirantature diffuse e tirantini antiespulsivi.
  4. Intonaco armato.
  5. Placcaggio con tessuti o lamine con FRP
  6. Tiranti o di cinture attorno agli edifici.

Stato di progetto ζE (SDP)

PRO_SAP consente la valutazione delle carenze ante operam, un’anteprima dell’incremento di resistenza e duttilità conseguibile con ciascun rinforzo, e simultaneamente la verifica della situazione post-operam; la procedura è automatizzata e consente infatti di verificare con un unico file sia lo stato di fatto che lo stato di progetto.

In maniera analoga a quanto visto in precedenza sarà quindi possibile realizzare il modello dello stato di progetto post-intervento e determinare il parametro ζE (SDP), cioè la quota di sisma che è in grado di sopportare l’edificio a valle del miglioramento, in altre parole il moltiplicatore di ag*S per il quale tutte le verifiche risultano soddisfatte.

I parametri ζE (SDF) ζE (SDP) sono gli stessi che vengono utilizzati per la determinazione della classe di rischio simico per il SISMABONUS.

La normativa

Le NTC 2018  per la prima volta quantificano l’entità del miglioramento sismico:

  • per scuole ed edifici di classe IV (ad esempio ospedali) ζE (SDP) ≥ 0.6, in altre parole devono sopportare almeno il 60% dell’azione sismica che si utilizzerebbe per il progetto di una nuova costruzione;
  • per strutture di classe II e III (escluse le scuole) ζE (SDP) – ζE (SDF) ≥ 0.1, quando si interviene su un edificio ordinario l’incremento di sollecitazione sopportata deve essere almeno del 10%;
  • se si impiegano isolatori sismici ζE(SDP)  =1, ovvero la struttura deve poter sopportare  l’azione sismica che si utilizzerebbe per il progetto di una nuova costruzione.

NTC2018 par. 8.4.2

Anche per l’adeguamento sismico ci sono novità: non è sempre obbligatorio arrivare a ζE(SDP)  =1, infatti se si intende apportare variazioni di destinazione d’uso che comportino incrementi dei carichi globali verticali in fondazione superiori al 10%, oppure apportare modifiche di classe d’uso che conducano a costruzioni di classe III ad uso scolastico o di classe IV, si può assumere ζE (SDP) ≥ 0.8.

La centralità del progettista

Le norme forniscono diverse tipologie di analisi: statica o dinamica, lineare o non lineare. Data la complessità dei modelli strutturali e le molte combinazioni dei carichi sismici da tenere in conto è quasi inevitabile ricorrere ad un software di calcolo strutturale per la determinazione del parametro ζE.

Rimane sempre centrale il ruolo del progettista che deve partire dalla conoscenza del fabbricato e in special modo dei materiali: la normativa da la possibilità di utilizzare delle tabelle con i parametri meccanici tipici utilizzati all’epoca della costruzione, ma è sicuramente opportuna una accurata conoscenza dei materiali oltre che delle geometrie, ottenuta anche con prove in sito.

È molto importante che il software di calcolo consenta al progettista di poter scegliere tra tutte le tecnologie previste dalla normativa e che risponda ad esigenze normative di validazione dei codici: le formulazioni implementate devono essere documentate per la fase di giudizio motivato di accettabilità dei risultati.

Il progettista deve infatti, a valle della modellazione, controllare che i risultati forniti dal software di calcolo coincidano con i calcoli, anche di larga massima che la normativa prescrive di fare per il “giudizio motivato di accettabilità dei risultati” [Par. 10.2.1, NTC 2018]


Ing. Gennj Venturini

venturini@2si.it

 

Muratura: criticità e ottimizzazione dei modelli lineari

Muratura: analisi lineariLe strutture in muratura possono essere verificate con analisi lineari oppure non lineari (paragrafo 4.5.5, NTC 2018), in questo post ci occuperemo di analisi lineari, in particolare della individuazione delle criticità e ottimizzazione dei modelli realizzati con elementi plate-shell (D3, in PRO_SAP).

Nei modelli con elementi D3 è importante prestare attenzione alla geometria.

Per le verifiche PRO_SAP integra le tensioni locali fino a ottenere le AZIONI MACRO con le quali fa le verifiche, le azioni macro sono ottenute per sezioni orizzontali, quindi la geometria deve essere meno distorta possibile

Sono da considerarsi mesh distorte quelle con angoli molto acuti (ad esempio < 30°) o molto ottusi (ad esempio > 150°), queste hanno una minore accuratezza e PRO_SAP avverte durante il check della loro eventuale presenza: meglio utilizzare mesh più quadrate possibile e con nodi allineati in orizzontale, anche per agevolare l’operazione di integrazione.

Geometria: la mesh

La geometria:

  1. Non deve avere mesh distorte
  2. Deve avere i nodi per quanto possibile allineati in orizzontale
  3. È possibile modellare solo i maschi murari oppure anche le travi di accoppiamento dei maschi
  4. Le pareti in falso sono da evitare
Geometria: le eccentricità

eccentricità

La normativa dice di considerare per la muratura 3 eccentricità, vediamole nel dettaglio.

es1 data dall’eccentricità dei piani superiori –> FILO FISSO di tipo allineamento nel caso ci siano variazioni di spessore. I fili fissi sui D3 hanno effetto sulle azioni.

es2 data dall’eccentricità dell’appoggio del solaio à si può modellare assegnando un momento d’incastro dei solai (si veda documentazione di affidabilità, Test 113 VERIFICA NON SISMICA DELLE MURATURE)

ea dovuta alle tolleranze di esecuzione, PRO_SAP la considera in automatico

ev dovuta alle azioni orizzontali è ottenuta in automatico da PRO_SAP utilizzando le azioni macro (e=Mo/N)

Geometria: gli svincoli

Può essere utile inserire degli svincoli:

SVINCOLI su elementi D2: simulano il fatto che le travi sono incernierate alle pareti

SVINCOLI su elementi D3: simulano un comportamento a cerniera fuori dal piano delle pareti, che lavoreranno prevalentemente per sollecitazioni complanari (ad esempio un cerniera al piede della parete).

Geometria: i solai

PRO_SAP consente di assegnare ai solai la proprietà “piano rigido”, che viene modellato con elementi membrana e aiuta a conferire comportamento scatolare alla struttura.

La bidirezionalità dei solai serve invece a simulare il fatto che in alcune condizioni (ade esempio presenza di soletta con rete) i solai non sono perfettamente monodirezionali, ma una certa percentuale del carico viene assegnata anche alle pareti parallele alla direzione di orditura.

Riassumendo:
  • Modellare, se necessario, tutte le eccentricità
  • Assegnare, se necessario, gli svincoli agli elementi D2 e D3
  • Assegnare, se presente, il piano rigido ai solai
  • Assegnare, se possibile, la bidirezionalità ai solai

Una attenzione particolare va dedicata ai criteri di progetto che consentono di personalizzare -tra l’altro-  le altezze d’interpiano, le snellezze limite e il fattore di vincolo laterale.

E se le verifiche non risultano soddisfatte?

Può capitare che anche applicando tutte le accortezze di modellazione le verifiche non risultino soddisfatte. Questo perché, specialmente negli edifici esistenti, le pareti resistenti sono poche o sono molto sollecitate. La muratura lavora bene quando è caricata sufficientemente da carichi verticali e quando la struttura ha un comportamento scatolare. Inoltre le verifiche delle travi di collegamento tra i maschi tipicamente sono molto severe. Un controllo dei risultati della progettazione fornisce le indicazioni al progettista sulle criticità della struttura.