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LA NUOVA PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTISISMICA SECONDO LE NORME TECNICHE
PER LE COSTRUZIONI DEL 2005
MAPPA SISMICA MONDIALE
STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA
ACCELEROGRAMMA
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
A cceleration [g]
0.2
0.15
0.1
0.05
0
- 0.05
- 0.1
- 0.15
- 0.2
- 0.25
- 0.3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Time [s ec]
12
13
14
15
16
17
18
19
20
ONDE SISMICHE
ONDE SISMICHE
ONDE SISMICHE
1) Onde P – Dette anche onde longitudinali, sono onde di pressione che
fanno comprimere e dilatare la roccia lungo la propria direzione di propagazione,
esattamente come potrebbe essere per una molla cilindrica che viene dapprima
tesa e quindi lasciata andare. Raramente queste onde causano danni agli
edifici. Spesso questo tipo di onde riescono ad essere avvertite dagli animali
domestici "prima" del terremoto vero e proprio.
2) Onde S – Dette anche onde trasversali, sono onde di stiramento che
fanno vibrare la roccia di taglio, ovvero lateralmente rispetto alla direzione di
propagazione, così come potrebbe essere per una fune tesa che viene fatta
oscillare. Il segnale prodotto da queste onde, di ampiezza più grande e
frequenza più bassa rispetto alle precedenti, permette di conoscere la distanza
dell’ipocentro del sisma rispetto al punto di misurazione, calcolando la differenza
in termini di tempo tra l’arrivo tra le onde P e quello delle onde S, ovviamente
conoscendo già la velocità di propagazione che ambedue le onde devono
possedere per la zona in cui si sta verificando l’evento.
3) Onde L – Dette anche onde superficiali, a differenza delle onde P ed S,
che possono essere definite onde di profondità, si propagano soltanto in
superficie, producendo uno scuotimento orizzontale del terreno (onde di Love) e,
nel contempo, oscillazioni ellittiche simili a quelle delle onde marine (onde di
Rayleigh). È proprio il moto orizzontale e verticale prodotto dalle onde
superficiali quello che viene maggiormente percepito e che genera i danni sulle
opere.
ONDE SISMICHE
Onde di profondità
Onde di superficie
Onde di Rayleigh
Onde P
Onde S
Onde di Love
ONDE SISMICHE
EFFETTI PRINCIPALI DEL TERREMOTO
- Scuotimento del terreno
- Apertura di faglie e fratture in superficie
- Cedimenti del terreno (liquefazione)
- Maremoti
LE FAGLIE
IL FENOMENO DELLA LIQUEFAZIONE
Prende il nome di liquefazione un cedimento del suolo dovuto allo scuotimento di sedimenti sabbiosi
saturi in acqua che assumono comportamento da liquido.
Perché avvenga liquefazione è necessario che i singoli granuli di sabbia perdano il contatto reciproco:
essendo il continuo della sostanza ora liquido, il sedimento si metterà a fluire come un liquido viscoso.
Lo scuotimento indotto da un terremoto può provocare la liquefazione di sedimenti sabbiosi saturi in
acqua, allorquando questi siano confinati da strati meno permeabili.
IL FENOMENO DELLA LIQUEFAZIONE
Particelle di terreno saturo
Particelle di terreno
liquefatto
IL FENOMENO DELLA LIQUEFAZIONE
Espansione laterale (lateral spread)
IL FENOMENO DELLA LIQUEFAZIONE
Espansione laterale (lateral spread)
IL FENOMENO DELLA LIQUEFAZIONE
Perdita di portanza (loss of bearing strength)
Scala Mercalli
Intensità
Descrizione degli effetti
Scala Richter
Intensità
Descrizione degli effetti
I
Strumentale. Sisma molto lieve non percepito dalle persone, può essere rilevata
solo dagli strumenti.
II
Leggerissima. Percepibile esclusivamente da persone che si trovino in assoluto
stato di quiete, nei piani superiori delle case o solo nelle immediate vicinanze.
III
Leggera. Può essere percepito nelle case dall’oscillazione di oggetti appesi,
produce vibrazioni simili a quelle dovute al passaggio di autocarri leggeri.
5
L'energia sprigionata e' pari a quella della bomba atomica lanciata su Hiroshima nel
1945
IV
Mediocre. Oscillazione di oggetti sospesi, movimento di porte e finestre, tintinnio di
vetri. È avvertita da molte persone all'interno delle case, e da alcune all'aperto
produce vibrazioni simili a quelle prodotte da un presente autotreno.
6
Sisma distruttivo in un'area ristretta 10 Km di raggio
7
Sisma distruttivo in un'area di oltre 30 Km di raggio
V
Forte. È avvertita da tutte le persone nelle case e da quasi tutte all'aperto causa
oscillazioni di oggetti sospesi, spostamento o rovesciamento di piccoli oggetti
instabili, possibile caduta di qualche soprammobile leggero, movimento di imposte
e quadri, scricchiolio di mobili, sveglia di persone dormienti, ecc..
7–8
VI
Molto forte. Avvertita da tutti, produce la rottura di vetri, piatti, caduta di oggetti
dagli scaffali, spostamento di mobili, barcollare di persone in moto, crepe negli
intonaci, danni più evidenti ma sempre innocui su strutture fatiscenti: possibile
caduta di qualche tegola o comignolo.
VII
Fortissima. Tremolio di oggetti sospesi, difficoltà a stare in piedi, rotture di mobili.
Danni alle murature, rotture di comignoli deboli situati sui tetti. Caduta di intonaci,
mattoni, pietre, tegole, cornicioni. Formazione di onde sugli specchi d'acqua.
Piccoli smottamenti e scavernamenti in depositi di sabbia e ghiaia. Forte suono di
campane. Risentito anche dai guidatori di automezzi.
VIII
Rovinosa. Danni a murature, caduta di stucchi e di alcune pareti in muratura.
Rotazione e caduta di camini, monumenti, torri, serbatoi elevati. Risentito nella
guida di automezzi, rottura di rami di alberi, variazioni di portata o temperatura di
sorgenti o pozzi. Crepacci nel terreno e sui pendii ripidi. Distruzioni e gravi danni a
circa il 25% degli edifici.
IX
Disastrosa. Panico generale, distruzione di murature, gravi danni ai serbatoi,
rottura di tubazioni sotterranee, rilevanti crepacci nel terreno. Distruzioni e gravi
danni a circa il 50% degli edifici.
X
Distruttrice. Distruzione di gran parte delle murature e delle strutture in legname,
con le relative fondazioni. Distruzione di alcune robuste strutture in legname e di
ponti, gravi danni a dighe, briglie, argini, grandi frane. Traslazione orizzontale di
sabbie e argille sulle spiagge e su regioni piane. Rotaie debolmente deviate.
Distruzioni e gravi danni a circa il 75% degli edifici.
XI
Catastrofica. Rotaie fortemente deviate, tubazioni sotterranee completamente fuori
servizio. Distruzione generale degli edifici e ponti. Cambiamenti notevoli nel
terreno, numerosissime frane.
XII
Ultracatastrofica. Distruzione pressoché totale. Spostamento di grandi masse
rocciose, deviazioni di fiumi e scomparsa di laghi. Linee di riferimento deformate,
oggetti lanciati in aria.
0
Sisma molto lieve
2,53
Scossa avvertita solo nelle immediate vicinanze
4–5
Può causare danni localmente
Grande terremoto distruttivo magnitudo del terremoto di S. Francisco del 1906
8,4
Vicino al massimo noto energia sprigionata dalle scosse 2 x 1025 ergs
8,6
Massimo valore di magnitudo noto, osservato tra il 1900 e il 1950, l'energia
prodotta dal sisma è tre milioni di volte superiore a quella della prima bomba
atomica lanciata su Hiroshima nel 1945
Gradi scala
Mercalli
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Gradi scala
Richter
1,0
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
RISCHIO SISMICO
S. Giuliano di Puglia (CB), 31 ottobre 2002
RISCHIO SISMICO
Epicentro del 31 ottobre 2002
Terremoti storici nell’area interessata
MAPPA SISMICA
PRECEDENTE
(1984)
1a Categoria
2a Categoria
3a Categoria
Non sismica
MAPPA SISMICA
PROPOSTA
(1998)
1a Categoria
2a Categoria
3a Categoria
Non sismica
MAPPA SISMICA
ATTUALE
(2003)
MAPPA SISMICA
ATTUALE
(2004)
MACRO ZONAZIONE E MICRO ZONAZIONE SISMICA
MACRO ZONAZIONE SISMICA
MICRO ZONAZIONE SISMICA
La Microzonazione sismica rappresenta l’attività svolta ai fini di una più dettagliata suddivisione del territorio in aree in cui i
valori di pericolosità sismica rispecchiano più rigorosamente le condizioni locali. L’analisi della risposta di un suolo alle
sollecitazioni sismiche (Risposta Sismica Locale), costituisce la parte fondamentale delle attività di Microzonazione Sismica.
MAPPE SISMICHE
Mappa della pericolosità
sismica in Italia. Ordinanza
n.3519 del 28 aprile 2006
MAPPE SISMICHE
Mappa della pericolosità
sismica in Italia.
Accelerazione orizzontale di
picco per un periodo di
tempo pari a 475 anni.
L’unità di misura adottata
nella mappa è “g”, cioè
l’accelerazione di gravità.
ZONAZIONE SISMICA REGIONE SICILIA
Mappa della pericolosità sismica della Sicilia
ZONAZIONE SISMICA REGIONE SICILIA
VECCHIA ZONAZIONE SISMICA
NUOVA ZONAZIONE SISMICA
NORMATIVA ITALIANA
- Decreto del Ministro dei Lavori Pubblici, 9 gennaio 1996: “Norme tecniche per il calcolo, l'esecuzione
ed il collaudo delle strutture in cemento armato, normale e precompresso e per le strutture
metalliche”.
- Ordinanza n.3274, 20 marzo 2003: “Norma tecniche per il progetto, la valutazione e l’adeguamento
sismico degli edifici”. (18 mesi di allineamento tecnico) - 8 novembre 2004
- Bozza di testo coordinato dell’Allegato 2 - Edifici, 09 settembre 2004: “Norme Tecniche per il progetto,
la valutazione e l’adeguamento sismico degli edifici”.
- Ordinanza n.3379, 5 novembre 2004: “Disposizioni urgenti di protezione civile.” (Proroga di 6 mesi)
- 8 maggio 2005
- Ordinanza n.3431, 10 maggio 2005: (Proroga di 3 mesi) - 8 agosto 2005
- Ordinanza n.3452, 1 agosto 2005: (Proroga di 2 mesi) - 8 ottobre 2005
- Ordinanza n.3467, 13 ottobre 2005: (Proroga di 15 giorni) - 23 ottobre 2005
- Gazzetta Ufficiale n.222, 23 settembre 2005 : “Norme Tecniche per le Costruzioni”: (18 mesi di
allineamento tecnico) - 23 aprile 2007
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
- Analisi sismica Statica classica
- Analisi sismica Dinamica classica
- Analisi sismica Statica nodale
- Analisi sismica Dinamica nodale
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Analisi Sismica Classica
Analisi Sismica Nodale
IMPALCATI RIGIDI O DEFORMABILI
Schema telaio
IMPALCATI RIGIDI O DEFORMABILI
Deformata del telaio: Quota 3 = Piano Rigido
IMPALCATI RIGIDI O DEFORMABILI
Diagramma del Momento Flettente del telaio:
Quota 3 = Piano Rigido
IMPALCATI RIGIDI O DEFORMABILI
Diagramma del Taglio del telaio:
Quota 3 = Piano Rigido
IMPALCATI RIGIDI O DEFORMABILI
Deformata del telaio: Quota 3 = Piano Deformabile
IMPALCATI RIGIDI O DEFORMABILI
Diagramma del Momento Flettente del telaio:
Quota 3 = Piano Deformabile
IMPALCATI RIGIDI O DEFORMABILI
Diagramma del Taglio del telaio:
Quota 3 = Piano Deformabile
IMPALCATI RIGIDI O DEFORMABILI
Deformata
Piano Rigido
Piano Deformabile
IMPALCATI RIGIDI O DEFORMABILI
Diagramma del Momento Flettente
Piano Rigido
Piano Deformabile
IMPALCATI RIGIDI O DEFORMABILI
Diagramma del Taglio
Piano Rigido
Piano Deformabile
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Schema SCONSIGLIATO
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Schema CORRETTO
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Schema SCONSIGLIATO
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Schema CORRETTO
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Schema SCONSIGLIATO
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Schema CORRETTO
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Schema SCONSIGLIATO
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Schema SCONSIGLIATO
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Schema CORRETTO
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Baricentro delle Masse e delle Rigidezze
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Baricentro delle Masse e delle Rigidezze
Struttura 1
Struttura 2
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Baricentro delle Masse e delle Rigidezze
Struttura 1
Struttura 2
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Posizione del Baricentro delle Rigidezze
Schema statico
Effetto tagliante sul singolo elemento
verticale
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Posizione del Baricentro delle Rigidezze
s  u 0    yi , xi 
Spostamento globale del singolo
elemento
ui  u0 x    yi
vi  u0 y    xi
Traslazione e rotazione dell’impalcato rigido
Componenti dello spostamento globale
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Posizione del Baricentro delle Rigidezze
K ix 
12  E  I x
h3
K iy 
12  E  I y
h3
Rigidezza del singolo elemento
Fxi  Ki u0 x    yi   Kix  u0 x    K xi  yi
Fyi  K i u0 y    xi   K iy  u0 y    K yi  yi
Aliquota della forza tagliante di piano che sopporta il singolo elemento
FxT   Kix  u0 x     Kix  yi
FyT   Kiy  u0 y     Kiy  xi
Forza tagliante di piano totale
ANALISI SISMICA DELLE STRUTTURE
Posizione del Baricentro delle Rigidezze
YR
K y


K
xi
i
xi
XR
K x


K
yi
i
yi
Coordinate del baricentro delle rigidezze dell’impalcato
L’EFFETTO DEL SISMA SULLE STRUTTURE
le azioni dinamiche agenti nella struttura dovute all’accelerazione delle masse
F (t )  m  a(t )  var iabile
vengono sostituite da azioni statiche equivalenti
F  cos t
Ipotesi Fondamentali:
- Nella pratica professionale non è necessario conoscere l’andamento nel tempo delle
caratteristiche di sollecitazione in ogni sezione dell’elemento strutturale, ma è sufficiente
conoscerne il valore massimo.
- Nelle strutture tipiche dell’ingegneria civile (ad esempio edifici per civile abitazione) le masse
strutturali sono concentrate in massima parte in corrispondenza degli impalcati (solai).
- In alcuni casi (edifici in c.a.) gli impalcati possono essere considerati elementi indeformabili
nel proprio piano, e quindi in grado di connettere rigidamente tutti i nodi strutturali giacenti su
di essi.
L’EFFETTO DEL SISMA SULLE STRUTTURE
Se si impone alla testa del piedritto uno spostamento
orizzontale u0 (rispetto la posizione di riposo verticale) e
successivamente lo si lascia libero, sul sistema si instaurerà
un regime di oscillazioni libere caratterizzate da una
andamento sinusoidale nel tempo con un periodo di
oscillazione T0, questo è il tempo che intercorre per
permettere al traverso di compiere un’oscillazione completa e
ritornare nella posizione iniziale. Tale periodo, detto anche
periodo proprio dell’oscillatore è legato alle due grandezze m
e k (massa e rigidezza) dalla seguente relazione:
T0  2   
m
k
L’EFFETTO DEL SISMA SULLE STRUTTURE
Oscillazione ideale
(smorzamento nullo)
Oscillazione reale
(smorzamento non nullo)
L’EFFETTO DEL SISMA SULLE STRUTTURE
L’effetto del sisma sulla struttura può essere considerato come l’applicazione al sistema di una
forza di tipo sinusoidale
 2  
F (t )  F  sin   t   F  sin 
t 
 T

L’applicazione di questa forza instaurerà sul sistema un regime di oscillazioni forzate il quale,
dopo una prima fase iniziale in cui saranno presenti anche le oscillazioni libere smorzate,
assumerà un forma analoga a quella delle oscillazioni libere ma con un periodo che adesso
sarà quello della forzante, con uno sfasamento rispetto ad essa ed un’ampiezza delle
oscillazioni che dipende dal rapporto F/k (F = valore massimo della forza, k = rigidezza del
sistema) e dal rapporto dei due periodi a = T0/T (T0 = periodo di vibrazione del sistema; T =
periodo di oscillazione della forza). Tale dipendenza è espressa dalla relazione seguente:
u (t ) 
1
(1  a 2 ) 2  4   2  a 2

F
F
 sin   t    A   sin   t  
K
K
L’EFFETTO DEL SISMA SULLE STRUTTURE
.
Caso 1
( = 0 ; a = 1)
Smorzamento nullo e periodo della forzante uguale al
periodo proprio della struttura, condizione detta di
“risonanza” (condizione teorica).
Caso 2
( piccolo ; a = 1)
Smorzamento piccolo e periodo della forzante
uguale al periodo proprio della struttura.
L’amplificazione è grande, ma ha valore finito.
Caso 3
(a = 0)
Periodo della forzante molto più grande del periodo
proprio della struttura. La massa segue la forza
come se si trattasse di tante condizioni statiche in
sequenza.
Caso 4
(a grande)
Periodo della forzante molto più piccolo del periodo
proprio della struttura. Il sistema oscillante, poiché la
variazione della forzante e molto rapida, non risente
dell’effetto, comportandosi come se questa non
fosse presente.
L’EFFETTO DEL SISMA SULLE STRUTTURE
.
mut  cu  ku  0
m  ug  u  cu  ku  0
mu  cu  ku  mug  Peq
TIPI DI ANALISI SISMICA
Analisi Sismica Statica - D.M. ‘96
Fi  Wi  C    RT    I   i
Wi = massa del piano i-esimo dell’edificio
C = coefficiente di intensità sismica
 = coefficiente di struttura
R (T) = coefficiente di risposta
 = coefficiente di fondazione
I = coefficiente di protezione sismica
n
i = coefficiente di distribuzione
 i  hi 
W
j 1
n
W
j 1
j
j
 hj
TIPI DI ANALISI SISMICA
Analisi Sismica Statica – Norme Tecniche 2005
Fi  Fh
Fh 
S d (T1 ) W
g 
zi Wi
 z j W j
zi , zj = altezze dei piani i-esimo e j-esimo dalla fondazione
Wi, Wj = pesi delle masse ai piani i-esimo e j-esimo
Sd(T1) = ordinata dello spettro di progetto in corrispondenza del valore T1 del periodo
T1  C1  H 3 / 4
H = altezza dell’edificio, espressa in metri, a partire dal piano di fondazione
Cl = coefficiente funzione della tipologia strutturale
W = peso complessivo della struttura
TIPI DI ANALISI SISMICA
Analisi Sismica Statica - Distribuzione delle
forze sismiche equivalenti sulla struttura
.
TIPI DI ANALISI SISMICA
Analisi Sismica Dinamica
.
1° Modo di vibrare
2° Modo di vibrare
3° Modo di vibrare
TIPI DI ANALISI SISMICA
Analisi Sismica Dinamica
m
i  eff
mtot
 0.85
.
STot  S12  S22  ...  Sn2
n
n
n
S   S  
2
i 1
2
i
i 1
Si  S j
2
j 1 1   ij
Radice della somma dei quadrati
Combinazione Quadratica Completa (CQC)
TIPI DI ANALISI SISMICA
Analisi Sismica Dinamica - Distribuzione delle
forze sismiche equivalenti sulla struttura
.
CRITERI DI SCELTA DEL TIPO DI ANALISI
SISMICA
Requisito primario di applicabilità dell’analisi sismica statica è la regolarità
della struttura.
regolarità geometrica in pianta: intendendo con essa sia la regolarità geometrica
della pianta i cui elementi strutturali devono essere posti a distanze regolari, e sia la
regolarità della distribuzione delle rigidezze (ossia delle inerzie) degli stessi
elementi.
regolarità in elevazione: intesa come la proprietà da parte di tutti gli elementi
verticali che abbiano resistenza significativa all’azione sismica di estendersi senza
interruzione dalle fondazioni fino alla sommità dell’edificio, mantenendosi il rapporto
tra masse e rigidezze degli impalcati pressoché costante per tutta l’altezza.
distribuzione regolare dei pesi e dei carichi: assenza quindi di pannelli di
tamponamento, o di carichi sia permanenti che accidentali distribuiti sugli impalcati
in maniera asimmetrica.
CRITERI DI SCELTA DEL TIPO DI ANALISI
SISMICA
REQUISITO DI APPLICABILITA’ DELL’ANALISI
SISMICA STATICA (D.M. ‘96)
T1  0.1
H
 1.4 sec
B
H = massima altezza dell’edificio a partire dal piano di fondazione
B = massima dimensione in pianta dell’edificio
CRITERI DI SCELTA DEL TIPO DI ANALISI
SISMICA
REQUISITO DI APPLICABILITA’ DELL’ANALISI
SISMICA STATICA (Norme Tecniche 2005)
T1  C1  H 3 / 4  2.5  TC
H = massima altezza dell’edificio a partire dal piano di fondazione
Cl = coefficiente moltiplicativo funzione della tipologia strutturale, il
cui valore è riportato nel prospetto seguente:
C1 = 0.085
per edifici con struttura a telaio in acciaio
C1 = 0.075
per edifici con struttura a telaio in calcestruzzo
C1 = 0.050
per edifici con qualsiasi altro tipo di struttura
SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO
.
2 
4  2
S a (To ,  ) 
 Sv (To ,  )  2  S De (To ,  )
To
T0
T02
Feq  k  S De (To ,  )  k 
 S a (To ,  )
4  2
T0  2   
m
k
Feq  m  S a (To ,  )
SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO
CATEGORIA DEL SUOLO
.
SPETTRO DI PROGETTO PER LO S.L.U.
.