Risposta Sismica Locale

Pubblicato il 7 Aprile, 202010 Aprile, 2020

Introduzione

In questo articolo parleremo di una importante funzione disponibile in PRO_SAP: la possibilità di assegnare uno spettro di Risposta Sismica Locale (RSL).

Perché è importante poter definire uno spettro RSL? Perché può essere necessario eseguire una analisi più rigorosa e gli spettri semplificati delle NTC 2018 non sempre sono utilizzabili: se la categoria di sottosuolo non ricade tra quelle della tabella 3.2.II o se è necessario eseguire una analisi più rigorosa, allora si usano gli spettri RSL.

PRO_SAP consente quindi ai progettisti di inserire uno spettro personalizzato. L’input può avvenire assegnando i parametri spettrali (ag, Fo e T*c) oppure leggendo un file di testo con tutte le coppie periodo-accelerazione che definiscono lo spettro.

Attenzione però: non tutti gli spettri sono utilizzabili, naturalmente la normativa prevede dei controlli di accettabilità dello spettro inserito dal progettista e PRO_SAP verifica automaticamente l’ammissibilità dello spettro inserito.

Una volta inserito lo spettro RSL e controllata l’ammissibilità è possibile procedere con le analisi di PRO_SAP, lineari o non lineari, per edifici nuovi o per edifici esistenti, nella consueta maniera.

Approccio semplificato

Secondo quanto riportato all’ interno della NTC 2018, la valutazione dell’azione sismica di progetto può essere effettuata mediante un approccio semplificato se le condizioni stratigrafiche e le proprietà dei terreni siano riconducibili alle categorie di sottosuolo riportate in Tab. 3.2.II.

NTC 2018 – Tab. 3.2.II

L’approccio semplificato prevede che gli spettri siano definiti dalle equazioni [3.2.2] a partire dai valori ag, Fo e T*c, PRO_SAP li calcola in automatico.

Nel caso in cui non si ricada in una delle categorie di sottosuolo sopra indicate è possibile ricorrere ad una analisi di risposta sismica locale; in questo caso, si farà riferimento a specifiche indagini e prove per la valutazione delle proprietà geotecniche dei terreni.

NTC 2018 – Par. 3.2.3.2.1

Risposta Sismica Locale

In PRO_SAP è possibile definire la risposta sismica locale. All’ interno della valutazione della pericolosità sismica, al Passo 1 di Casi di carico:sismica (contesto Assegnazione carichi) è possibile definire la risposta sismica locale tramite il comando RSL

PRO_SAP – Finestra Pericolosità Sismica

Da qui si accede alla finestra di controllo microzonazione ed uso RSL

PRO_SAP – Finestra di controllo microzonazione ed uso RSL

Nella finestra sono riportati i parametri di microzonazione (Ag, Fo, T*c) per ogni periodo di ritorno TR.

Sono disponibili tre diverse modalità di compilazione della tabella Parametri microzonazione:

inserendo manualmente i valori di Ag, Fo e T*c;
mediante la lettura di uno spettro di input;
tramite copia NTC.

Modalità 1

Si inseriscono manualmente i valori di Ag, Fo e T*c per i vari periodi TR ottenuti mediante studi di microzonazione o forniti dal geologo.

PRO_SAP – Finestra di controllo microzonazione ed uso RSL – Modalità 1

Successivamente, utilizzando il comando Completa è possibile ricavare i parametri mancanti corrispondenti agli altri periodi TR; ciò avviene tramite procedura di interpolazione ed estrapolazione. La procedura di interpolazione viene effettuata considerando le espressioni riportate nell’Allegato A della NTC 2008

Allegato A – NTC 2008

La procedura di estrapolazione avviene per proporzione utilizzando i valori della NTC.

Modalità 2

Con riferimento alla modalità 2, PRO_SAP ricava in automatico i parametri Ag, Fo, T*c che corrispondono al periodo TR=475 anni mediante la procedura di regolarizzazione dell’Ordinanaza n. 55 – 24/04/2018:

Allegato 1 – Ordinanza n. 55 – 24/04/2018

Per ricavare gli altri parametri corrispondenti ai diversi periodi TR si utilizza il comando Completa; ciò avviene tramite procedura di interpolazione ed estrapolazione come descritto nella modalità 1.

Modalità 3

L’opzione copia NTC consente di riportare nella finestra di controllo i parametri Ag, Fo e T*c forniti dall’Allegato A della NTC 2008. Questa opzione viene utilizzata nel caso in cui sia necessario modificare i parametri secondo le norme locali utilizzando il fattore S direttamente come fattore di ag.

Ammissibilità degli spettri Risposta Simica Locale

Come abbiamo detto, e come è naturale che sia, non tutti gli spettri sono utilizzabili. PRO_SAP controlla automaticamente l’ammissibilità dello spettro con due tipi di confronti:

Confronto Ord. 55 24/04/18
Confronto NTC 7.2.6

Confronto Ord. 55 24/04/18

PRO_SAP – Finestra di controllo microzonazione ed uso RSL

Il confronto tra lo spettro di risposta sismica locale regolarizzato e lo spettro da normativa ottenuto tramite approccio semplificato, viene effettuato per TR=475 anni. Secondo quanto riportato all’interno dell’Ordinanza n. 55 – 24/04/2018, si effettuano due confronti nell’intervallo compreso tra Tmin e 2Tmax:

Lo spettro RSL supera puntualmente lo spettro da NTC amplificato del 30% (NTCx1.3);
L’integrale dello spettro RSL è superiore dell’integrale dello spettro da NTC amplificato del 20% (NTC*1.2).

Se nessuna delle due condizioni è verificata, è possibile utilizzare lo spettro da NTC (ricavato con l’approccio semplificato);

se almeno una delle due condizioni è verificata si può considerare lo spettro da NTC meno conservativo dello spettro RSL.

Ordinanza n. 55 – 24/04/218

Per i parametri di microzonazione il coefficiente si sottosuolo Ss e il coefficiente topografico St hanno valore unitario; mentre, per lo spettro da normativa è necessaria la definizione della categoria di sottosuolo e della categoria topografica.

Confronto NTC 7.2.6

PRO_SAP – Finestra di controllo microzonazione ed uso RSL

Viene effettuato il confronto tra lo spettro di risposta sismica locale e lo spettro da normativa valutato in categoria A per tutti i periodi TR. Il confronto consiste nel controllare che lo spettro di RSL sia maggiore/uguale dello spettro NTCx0.7, come riportato al par. 7.2.6 della NTC 2018:

NTC 2018 – Par. 7.2.6 – punto a

Riassumendo

Non sempre è possibile usare gli spettri semplificati definiti dalle Norme Tecniche per le Costruzioni.
Nel caso si usi uno spettro personalizzato RSL è obbligatorio controllarne l’ammissibilità.
Per il controllo di ammissibilità sono disponibili:
Confronto Ordinanza n. 55 24/04/2018
- Se nessuna delle due condizioni è verificata è possibile usare lo spettro semplificato delle NTC
- Se almeno una delle condizioni è verificata si usa lo spettro RSL

Confronto NTC 7.2.6
- Se RSL ≥ NTCx0.7 si usa lo spettro RSL
Una volta impostato lo spettro RSL è possibile procedere con la consueta progettazione in PRO_SAP.

Ing. Monica Mazza

mazza@2si.it

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

Pubblicato il 31 Luglio, 201931 Luglio, 2019

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 N_SPT(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

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 γ_R=2.3 ad un valore di γ_R=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

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.

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

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.

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. g_R=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

Strutture deformabili torsionalmente: cosa cambia con la circolare 2019?

Pubblicato il 12 Giugno, 201918 Settembre, 2023

Strutture deformabili torsionalmente

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.

Strutture deformabili torsionalmente: il videocorso

Strutture deformabili torsionalmente: 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/T_θ 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/T_θ ottenuto un analisi modale preventiva prima di lanciare le analisi della struttura.

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:

T_X / T_θ= 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

T_X / T_θ= 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)	T_X / T_θ	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

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

Pubblicato il 9 Aprile, 20199 Aprile, 2019

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 q_skper 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 (q_sn) ed il carico della neve al suolo caratteristico riferito ad un tempo di ritorno di 50 anni (q_sk). 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 α_R 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 C_e,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 L_C < 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°, T_R = 30 anni (ad esempio per fase costruttiva con durata inferiore ad un anno)

Copertura monofalda, piana con dimensioni 50 x 100 m, T_R = 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

nuovo videocorso acciaio

Pubblicato il 2 Ottobre, 20182 Ottobre, 2018

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

Pubblicato il 19 Settembre, 201824 Settembre, 2018

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 10 Settembre, 201828 Agosto, 2019

Le 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:

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

Geometria: le 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.