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NTC 2008
Definizione dell’Azione Sismica di Progetto
per i diversi Stati Limite
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NTC 2008 – Capitolo 7
PROGETTAZIONE PER AZIONI SISMICHE
“Il presente capitolo disciplina la progettazione e la costruzione delle nuove
opere soggette anche all’azione sismica”
Le sue indicazioni sono da considerare aggiuntive e non sostitutive di
quelle riportate nei Cap. 4, 5 e 6.
QUI INTERESSA …
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DM 14/01/2008
Si deve inoltre fare sempre
riferimento a quanto
indicato nel Cap. 2 per la
valutazione della
sicurezza e nel Cap. 3 per
la valutazione dell’azione
sismica
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DM 14/01/2008 Sono poi importanti gli Allegati A e B alla
norma per la valutazione della Azione Sismica
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In seguito tratteremo il § 7 delle NTC
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E’ prima però necessario ricordare e/o introdurre
alcune questioni che la normativa tratta nei
Capitoli precedenti e tra queste in particolare …
Definizioni di Vita Nominale (VN) e Classe d’Uso (Cu) [§2.4.1 e
§2.4.2]
Definizione di Periodo di Riferimento (VR) per l’azione sismica
[§2.4.3] e periodo di ritorno TR del sisma atteso
Azione Sismica [§3.2]
SLE e SLU per le strutture soggette all’azione sismica e relativa
probabilità di superamento (obiettivi prestazionali) [§ 3.2.1]
Categorie di sottosuolo e condizioni topografiche [§ 3.2.2]
Combinazione dell’Azione Sismica con le altre azioni e [§3.2.4]
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Vita Nominale VN (max o min dipendenti dal tipo di opera)
Classe d’Uso CU (legata alla destinazione d’uso con particolare riferimento al ruolo della
struttura nelle operazioni di gestione dell’emergenza post-sisma)
Obiettivi Prestazionali - DM 14/01/2008
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Il Periodo di Riferimento VR dipende: dalla Vita Nominale VN della struttura;
dalla Categoria d’Uso CU della struttura;
VR = 100 anni
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§ 2.2. Stati limite rinvia al § 3.2.1.
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Obiettivi Prestazionali
Livelli di Performance (Stati Limite)
Operational Immediate
occupancy
Life Safety Near Collapse
ATC40 - FEMA 356
SL di Operatività
(SLO)
SL di Danno
(SLD)
SL di Salv. Vita
(SLV)
SL prev. Collasso
(SLC)
D.M. 14/08/2008 OPCM 3274/03 e ss.mm.ii
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Come visto sono definiti ed introdotti 4 Stati Limite (Obiettivi di
Performance) per i quali l’azione è riferita ad una data Probabilità di
Superamento PVR nel Periodo di Riferimento VR.
Probabilità decrescente
Intensità crescente
DM 14/01/2008
Si ricorda che … il Periodo di Riferimento VR dipende:
dalla Vita Nominale VN della struttura;
dalla Categoria d’Uso CU della struttura;
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p = PVR probabilità di superamento accettata per lo SL in esame
n = VR periodo di riferimento in anni
1/
1
1 1R n
Tp
Valutazione del Periodo
di Ritorno TR del Sisma
Relazione tra TR e PVR per VR=50 anni
475
0
500
1000
1500
2000
2500
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
PVR
TR [ann
i]
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per VR = 50 anni civili abitazioni
si hanno i seguenti Periodi di Ritorno
SLO – Tr = 30.1 anni
SLD – Tr = 50.3 anni
SLV – Tr = 474.6 anni
SLC – Tr = 974.8 anni
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Valutazione dell’Azione Sismica secondo le NTC
SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO IN
ACCELERAZIONE “Se(T)”
ovvero
ACCELEROGRAMMI
il tutto commisurato alla Pericolosità del sito
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AZIONI SULLE COSTRUZIONI
AZIONE SISMICA (§ 3.2)
Le azioni sismiche di progetto, in base alle quali valutare il rispetto dei diversi
stati limite considerati, si definiscono a partire dalla “pericolosità sismica di base” del sito di costruzione. Essa costituisce l’elemento di conoscenza
primario per la determinazione delle azioni sismiche.
La pericolosità sismica è definita in termini di accelerazione orizzontale
massima attesa ag in condizioni di campo libero su sito di riferimento rigido
con superficie topografica orizzontale (di categoria A quale definita al § 3.2.2),
nonché di ordinate dello spettro di risposta elastico in accelerazione ad
essa corrispondente Se (T) , con riferimento a prefissate probabilità di
eccedenza PVR , come definite nel § 3.2.1, nel periodo di riferimento VR,
come definito nel § 2.4. In alternativa è ammesso l’uso di accelerogrammi,
purché correttamente commisurati alla pericolosità sismica del sito.
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-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
0 5 10 15 20 25 30
t [s]
a g [
m/s
2]
18/05/1940 Imperial Valley (CA, USA); N-S component
(M=7.1; d=6.6 km)
0.000
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
0.300
0.350
0.400
0.450
0.500
0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 3.20 3.60 4.00
T [s]
Se(T
)/g
Accelerazione orizzontale massima
attesa ag in condizioni di campo libero su
sito di riferimento rigido con superficie
topografica orizzontale (di categoria A quale
definita al § 3.2.2)
Ordinate dello spettro di risposta elastico
in accelerazione ad essa corrispondente
Se (T) , con riferimento a prefissate
probabilità di eccedenza PVR , come
definite nel § 3.2.1, nel periodo di
riferimento VR, come definito nel § 2.4
In alternativa è ammesso l’uso di
accelerogrammi, purché correttamente
commisurati alla pericolosità sismica del
sito.
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Lo spettro di risposta elastico è definito, come ben si ricorda, come il luogo delle
risposte massime (in accelerazione) di un oscillatore elastico di assegnato
smorzamento e periodo crescente a partire da T = 0.
Spettro di risposta in accelerazione elastico
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Lo spettro di risposta elastico è definito dalle NTC mediante i 3
seguenti riferiti a suolo rigido (sottosuolo tipo A – “bed rock”)
Come già visto nota la probabilità di superamento accettata per lo
SL in esame (PVR) ed il periodo di riferimento (VR) si ha il periodo
di ritorno del sisma (espresso in anni)
1/
1
1 1R n
Tp
Per il sito in esame si ha l’accelerazione di picco al suolo
CURVA DI PERICOLOSITA’ SISMICA
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Ragionando in termini di TR la curva indica che:
per TR = 50 anni A = 0.10 g
per TR = 500 anni A = 0.25 g (ossia 2.5 volte superiore)
Curva di pericolosità sismica di un sito
N.B.: le forze sismiche sono proporzionali ad A
In ascisse vi è il picco di
accelerazione del suolo: A
In ordinate la probabilità
annua di superamento: Pr{A ≥ a}
dei valori in ascissa oppure, nella
scala a destra, il periodo medio
di ritorno: TR (a) di tali valori
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Curva di pericolosità sismica di un sito
Valori di TR prossimi a quelli ora discussi sono esplicitamente
indicati nelle normative “prestazionali” come riferimenti appropriati
per la verifica/progetto ai due stati-limite di danno e di collasso.
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Pericolosità
Sismica
Ord
inan
za P
CM
3519
del
28 a
pri
le 2
006
Esempio di Mappa
di Pericolosità
associata ad una
Probabilità di
superamento del
10% in 50 anni
ovvero
Periodo di ritorno
TR=475 anni
Nelle NTC corrisponde a Cu=1;
Vn=50 anni ed allo SLV
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Reticolo di riferimento (condizioni al “Bed Rock”)
Sul territorio italiano e’ stata individuata una maglia di circa 10
km, assegnando a ciascun nodo i valori di ag, F0, T’c
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AZIONI SULLE COSTRUZIONI
TABELLE VALORI DI ag, F0, T*c I valori dei tre parametri relativi alla
pericolosita’ sismica sono forniti nelle
tabelle riportate nell’ ALLEGATO B alle
NTC per i 10751 punti del reticolo di riferimento
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Operazioni di interpolazione
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AZIONI SULLE COSTRUZIONI
TABELLE VALORI DI ag, F0, T*c
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AZIONI SULLE COSTRUZIONI
PERIODO DI RITORNO (TR)
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3.2.2 CATEGORIE DI SOTTOSUOLO E
CONDIZIONI TOPOGRAFICHE
Quando il “bed rock” non è affiorante, il moto in superficie è
condizionato dalle caratteristiche degli strati più superficiali di terreno
Il parametro meccanico che principalmente caratterizza le proprietà
sismiche in dipendenza dei diversi tipi di suolo è la velocità media di
propagazione delle onde S nei primi 30 metri al di sotto delle
fondazioni (Vs30)
Poiche la valutazione di tale velocità è piuttosto onerosa la norma
consente di fare riferimento, in alternativa, al valor medio del numero
equivalente di colpi in un Standard Penetration Test (NSPT,30)
7 TIPI DI SUOLO
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3.2.2 CATEGORIE DI SOTTOSUOLO E
CONDIZIONI TOPOGRAFICHE
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3.2.3 VALUTAZIONE DELL’AZIONE SISMICA 3.2.3.1 Descrizione del moto sismico in superficie e sul
piano di fondazione
L'azione sismica è caratterizzata da 3 componenti traslazionali, due
orizzontali ed una verticale da considerare tra di loro indipendenti
Le componenti possono essere descritte, in funzione del tipo di analisi
adottata, mediante una delle seguenti rappresentazioni:
- accelerazione massima e relativo spettro di risposta attesi in
superficie;
- accelerogramma
Le due componenti ortogonali indipendenti che descrivono il moto
orizzontale sono caratterizzate dallo stesso spettro di risposta o dalle
due componenti accelerometriche orizzontali del moto sismico
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Amplificazione spettrale per il suolo A
Fattore di smorzamento
Effetto del tipo di suolo e topografia
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A seconda della Categoria di Suolo sono modificate le ascisse (i
periodi di riferimento) e le ordinate (i valori di pseudo-
accelerazione) sulla base di relazioni che sono sempre funzione dei
suddetti tre parametri:
Parametri che definiscono lo Spettro Elastico
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Definito il Periodo di Ritorno TR per l’azione sismica da considerare nelle
verifiche rispetto al generico Stato Limite SL, si possono assumere i parametri
significativi dell’azione sismica attesa con riferimento al particolare tipo di Suolo
I parametri che possono
desumersi sono:
- La massima accelerazione
attesa al suolo ag;
- Il valore del periodo TC’* di
inizio del ramo a pseudo-
velocità costante;
- Il valore del fattore
amplificatico Fo;
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00
T [s]
Se/
g
Valutazione dell’Azione Sismica secondo le NTC
Categoria A (Suolo Rigido)
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Dipendenza dello Spettro dai vari tipi di suolo
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Amplificazione stratigrafica
T1 – superfici pianeggianti, pendii e rilievi isolati con inclinazione media
non superiore a 15°
T2 – pendii con inclinazione media maggiore di 15°
T3 – rilievi con larghezza in cresta molto minore della larghezza di base
ed inclinazione compresa nell’intervallo 15°-30°
T4 – rilievi con larghezza in cresta molto minore della larghezza di base
ed inclinazione media maggiore di 30°
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Un esempio – il Comune di Vallo della Lucania.
0.000
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
0.300
0.350
0.400
0.450
0.500
0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 3.20 3.60 4.00
T [s]
Se(T
)/g
http://www.cslp.it/cslp/index.php?option=com_content&task=view&id=74&Itemid=20
Generazione automatica Spettri di Sito:
D.M. 14/01/2008 – S.L.V. (TR=475)
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3.2.3.4 Spettri di progetto per gli stati
limite di esercizio
Per gli stati limite di esercizio lo spettro di
progetto Sd(T) da utilizzare, sia per le componenti
orizzontali che per la componente verticale, è lo
spettro elastico corrispondente, riferito alla
probabilità di superamento nel periodo di
riferimento PVR considerata (v. §§ 2.4 e 3.2.1).
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3.2.3.5 Spettri di progetto per gli stati limite ultimi
Qualora le verifiche agli SLU non vengano effettuate tramite
l’uso di opportuni accelerogrammi ed analisi dinamiche al
passo, ai fini del progetto o della verifica delle strutture le
capacità dissipative delle strutture possono essere messe in
conto attraverso una riduzione delle forze elastiche, che
tiene conto in modo semplificato
della capacità dissipativa anelastica della struttura,
della sua sovraresistenza,
dell’incremento del suo periodo proprio a seguito delle
plasticizzazioni.
In tal caso, lo spettro di progetto Sd(T) da utilizzare, sia
per le componenti orizzontali, sia per la componente
verticale, è lo spettro elastico corrispondente riferito alla
probabilità di superamento nel periodo di riferimento
PVR considerata (v. §§ 2.4 e 3.2.1), con le ordinate
ridotte sostituendo nelle formule 3.2.4 η con 1/q, dove q
è il fattore di struttura definito nel capitolo 7.
Si assumerà comunque Sd(T)>0,2ag
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Spettro di progetto
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50T[s]
Sae/a
g
;e
ad
S TS T
q
Spettro di risposta elastico vs Spettro di progetto
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Spettri di progetto per gli stati limite ultimi
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