Tag archivi: DM2018

Verifiche Geotecniche con NTC 2018 e Circolare 2019: le 5 novità principali

Pubblicato il

 

Con l’entrata in vigore della NTC 2018 si riscontrano alcuni cambiamenti significativi; vediamo quali sono le principali novità sulle verifiche geotecniche rispetto alla precedente normativa.

1)   Categorie di sottosuolo: spariscono S1 e S2

La prima differenza si riscontra nel capitolo 3; in particolare, per le categorie di sottosuolo, sono state eliminale le categorie S1 e S2

Categorie di Sottosuolo che permettono l'utilizzo dell'approccio semplificato

NTC 2018 – Tab. 3.2.II

specificando che nel caso di sottosuolo non appartenente alle categorie presenti in Tab. 3.2.II è necessario predisporre di specifiche analisi di risposta sismica locale per la definizione delle azioni sismiche. Inoltre, non è più consentita la classificazione del sottosuolo in base ai valori di NSPT (per terreni a grana grossa) e Cu (per terreni a grana fine), ma viene lasciata al progettista la possibilità di utilizzare correlazioni empiriche per la valutazione della velocità delle onde di taglio Vs.

In PRO_SAP è possibile specificare la categoria di sottosuolo dal contesto di Assegnazione carichi al passo 2 dei casi di carico sismici

Passo 2-Casi di carico: sismica

PRO_SAP – Finestra Categorie di sottosuolo Ss

mentre in PRO_MST la categoria di sottosuolo viene specificata al passo 2 della finestra Parametri sismici

Parametri sismici (DM 17/1/2018) - Passo 2

PRO_MST – Finestra Categorie di sottosuolo Ss

 

 

 

2)    Verifiche SLV: cambiano i coefficienti parziali

Il cambiamento maggiore riguarda l’utilizzo dei coefficienti parziali; con l’NTC 2018 le verifiche agli stati limiti ultimi in presenza di sisma vengono condotte ponendo pari ad 1 sia i coefficienti parziali sulle azioni che i coefficienti parziali sui parametri geotecnici

C7.11.1 Requisiti nei confronti degli stati limite

Circ. 2019 – C7.11.1

 

3)   Fondazioni superficiali: l’Approccio 2 e il valore di γR

Nel capitolo 6 della NTC 2018, si dà indicazione della tipologia di approccio da seguire in base al tipo di opera geotecnica ed in base al tipo di verifica.

Nel caso di fondazioni superficiali, fondazioni su pali, muri di sostegno, la verifica a stabilità globale deve essere eseguita con riferimento all’ Approccio 1 Combinazione 2 (A2+M2+R2), mentre tutte le altre verifiche devono essere eseguite secondo l’ Approccio 2 (A1+M1+R3).

In PRO_SAP l’ Approccio 2 viene proposto di default quando si generano le combinazioni quindi il progettista non deve specificare nulla se desidera le verifiche di portanza e scorrimento. Nel caso si imposti l’ Approccio 1, con l’utilizzo della NTC 2018,  il programma genera un avviso nel quale viene specificato che per le verifiche geotecniche è previsto il solo utilizzo dell’Approccio 2; dunque, pur definendo l’Approccio 1 in PRO_SAP, nel Modulo geotecnico sarà comunque impostato di default l’Approccio 2 come previsto dalla normativa tecnica 2018

Per le fondazioni superficiali, nel caso si consideri l’azione inerziale nel calcolo del carico limite, è possibile fare riferimento ad un coefficiente parziale R3 ridotto passando da un valore di γR=2.3 ad un valore di γR=1.8

Stato Limite Ultimo (SLV) per carico limite

NTC 2018 – PAR. 7.11.5.3.1 – Fondazioni superficiali

mentre, nel caso di verifica a scorrimento, viene posto un valore di percentuale limite di resistenza passiva considerabile (non superiore al 50%) e, in aggiunta, viene introdotto l’utilizzo di un coefficiente di resistenza passiva

Coefficienti parziali gR per le verifiche degli stati limite (SLV) per fondazioni superficiali con azioni sismiche

NTC 2018 – Tab. 7.11.II

In PRO_SAP è possibile definire la fondazione superficiale dall’ archivio delle fondazioni

Archivio delle Fondazioni

PRO_SAP – Archivio Fondazioni

oppure utilizzando elementi D2 (per travi di fondazione) ed elementi D3 (per le platee) assegnando la proprietà di fondazione

Nel modulo geotecnico tutti i coefficienti sono già impostati secondo la normativa corrente.

Impostazioni fondazioni superficiali - Approccio 2

Modulo Geotecnico – Impostazioni fondazioni superficiali

Le verifiche geotecniche obbligatorie previste dalla normativa per le fondazioni superficiali sono quindi:

  • Collasso per carico limite dell’insieme fondazione-terreno;
  • Collasso per scorrimento sul piano di posa;
  • Stabilità globale

4)   Fondazioni profonde: l’Approccio 2

Le verifiche geotecniche previste dalla normativa sono:

  • Collasso per carico limite assiale;
  • Collasso per carico limite trasversale;
  • Collasso per carico limite di sfilamento nei riguardi dei carichi assiali di trazione
  • Stabilità globale

In PRO_SAP la definizione delle fondazioni profonde avviene tramite l’archivio delle fondazioni. Una volta definita la tipologia di fondazione profonda, i dati vengono passati in automatico al Modulo geotecnico dove verranno eseguite le verifiche di tipo geotecnico.

Nel modulo geotecnico tutti i coefficienti sono già impostati secondo la normativa corrente.

Impostazioni fondazioni su pali

Modulo Geotecnico – Impostazioni fondazioni profonde

5)   Muri di sostegno e paratie: il coefficiente βm e i diversi approcci

Come già detto, nel caso di fondazioni superficiali, fondazioni su pali, muri di sostegno, la verifica a stabilità globale deve essere eseguita con riferimento all’ Approccio 1 Combinazione 2 (A2+M2+R2), mentre tutte le altre verifiche devono essere eseguite secondo l’ Approccio 2 (A1+M1+R3).

Per i muri di sostegno, la verifica a ribaltamento non deve essere più condotta con riferimento allo stato limite di equilibrio ma, anche essa deve seguire l’ Approccio 2 (A1+M1+R3). Ciò è confermato anche all’ interno della nuova Circolare 2019

Approccio 2

Circ. 2019 – C6.5.3.1.1 – Muri di sostegno

Per le paratie, la verifica di stabilità globale deve essere effettuata considerando l’ Approccio 1 Combinazione 2 (A2+M2+R2), mentre le rimanenti verifiche devono essere effettuate secondo l’ Approccio 1 considerando le due tipologie di combinazione:

  • Combinazione 1: A1+M1+R1
  • Combinazione 2: A2+M2+R1

Nella nuova Circolare 2019 si entra più nel dettaglio circa l’utilizzo della Combinazione 1 e della Combinazione 2; la combinazione 1 si utilizza nel caso di stati limite ultimi di tipo strutturale, mentre si segue la combinazione 2  nel caso di stati limiti ultimi di tipo geotecnici (in particolare, si potrebbe pensare al calcolo della profondità di infissione della paratia) [C6.5.3.1.2 – Paratie].

Altra differenza riguarda  il coefficiente di riduzione dell’accelerazione massima attesa al suolo βm dei muri di sostegno; esso può assumere due valori diversi: si pone βm=0.38 per SLV e βm= 0.47 per SLD, a differenza di quanto era riportato nella tabella 7.11.II della NTC 2008. Inoltre, per la verifica a ribaltamento bisogna considerare un valore di βm incrementato del 50% rispetto a quello utilizzato per la verifica a scorrimento.

Parametri sismici (DM 17/1/2018) - Passo 2

PRO_MST- Coeff. di riduzione dell’accelerazione massima attesa al suolo βm

Le verifiche geotecniche obbligatorie previste dalla normativa per i muri di sostegno sono quindi:

  • Scorrimento sul piano di posa;
  • Collasso per carico limite del complesso fondazione-terreno;
  • Ribaltamento;
  • Stabilità globale.

6)   RIASSUMENDO

  • Per fondazioni superficiali, fondazioni su pali, muri di sostegno:
    • A2+M2+R2 verifiche di stabilità globale
    • A1+M1+R3 Tutte le altre verifiche (carico limite, ribaltamento, scorrimento)
  • Per le verifiche agli SLV i coeff. parziali A (azioni) e M (parametri geotecnici) assumono valore unitario (g=1).
  • Per fondazioni superficiali il coeff. gR=1.8 in presenza di effetti inerziali.
  • Per i muri di sostegno
    • βm<1 per muri liberi di traslare o di ruotare intorno al piede in presenza di sisma,
    • βm=1 per muri con traslazione impedita

Ing. Monica Mazza

mazza@2si.it

Progetto di strutture in acciaio con le NTC2018

Pubblicato il

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

 

Muratura: criticità e ottimizzazione dei modelli lineari

Pubblicato il

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.

 

 

Muratura armata: verifiche secondo le NTC2018

Pubblicato il

La muratura armata rispetto alla tradizionale muratura ordinaria offre una maggiore duttilità ed ha il vantaggio di poter assorbire anche sforzi di trazione. Le NTC2018 riconoscono la maggiore duttilità di una struttura in muratura armata rispetto alla muratura ordinaria consentendo l’utilizzo di un fattore di comportamento maggiore.

Le nuove norme forniscono una tabella dove sono elencati i requisiti geometrici delle pareti resistenti al sisma. Gli elementi in muratura armata sono soggetti a regole meno restrittive: sono consentite snellezze maggiori rispetto alla muratura ordinaria. Inoltre non è previsto nessun limite per quanto riguarda il rapporto tra larghezza del maschio murario ed altezza delle aperture adiacenti:

Tabella 7.8.I NTC2018

La tabella 7.8.I delle NTC2018

Il DM2018 prevede anche la possibilità di progettare la muratura armata “in capacità”, ovvero con l’applicazione di un criterio di gerarchia delle resistenze.

Il termine “in capacità” è stato utilizzato dalle nuove norme per allinearsi alla terminologia presente sugli Eurocodici. Il vantaggio di questo approccio è ottenere una struttura con una maggiore duttilità e quindi un maggiore fattore di comportamento. Tuttavia il progettista dovrà assicurarsi che la struttura abbia effettivamente la duttilità ipotizzata in fase di scelta del fattore di comportamento.

In pratica se il progettista decide di progettare la struttura in capacità le verifiche a taglio non saranno più condotte in base alle sollecitazioni derivanti dall’analisi della struttura. Infatti si dovrà fare in modo di evitare il collasso per taglio assicurandosi che sia preceduto dal collasso per flessione.

Secondo le nuove norme questo obiettivo si può conseguire utilizzando per le verifiche a taglio le azioni risultanti dalla resistenza a collasso per flessione opportunamente amplificate per un fattore di sovraresistenza. Le NTC2018 suggeriscono che questo fattore di sovraresistenza sia assunto pari ad 1,50.

In questo video della serie PRO_SAP tips abbiamo analizzato nel dettaglio il testo delle NTC2018 facendo anche un confronto con l’Eurocodice 6 che per questo tipo di strutture fornisce indicazioni alternative rispetto a quelle del nuovo DM per il calcolo della resistenza a taglio delle pareti. Nella seconda parte del video è possibile vedere come mettere in pratica la norma con PRO_SAP ed il suo modulo per il progetto e la verifica degli elementi in muratura armata.

 

Ing. Alberto Marin

marin@2si.it