Costruzioni in zona sismica - teoria

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SLIDE 03 – SPETTRO DI RISPOSTA E DI FOURIER

L’impulso rappresenta la variazione della quantità di moto.

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Lo spettro di fourier mette in relazione le frequenze della forzante con le accelerazioni del sistema

SLIDE 11 – REGOLARITA’ STRUTTURALE

Regolarità in pianta struttura iperstatica regolarità in

Le costruzioni devono avere, quanto più possibile, caratterizzata da

pianta ed in altezza. mediante giunti,

Se necessario ciò può essere conseguito suddividendo la struttura, in unità tra loro

dinamicamente indipendenti.

Impalcato rigido permette di avere lo stesso spostamento dell’impalcato su entrambe le colonne, se non



lo fosse le due colonne si spostano in maniera diversa (funzionamento a diaframma).

regolare in pianta

Un edificio è se tutte le seguenti condizioni sono rispettate:

distribuzione di masse e rigidezze simmetrica rispetto a due direzioni

a) La è approssimativamente

ortogonali e la forma in pianta è compatta, ossia il contorno di ogni orizzontamento è convesso.

Il rapporto tra i lati del rettangolo inferiore a 4.

b) circoscritto alla pianta di ciascun orizzontamento è

Gli orizzontamenti sono resistenti e rigidi nel loro piano

c) in modo da poter assumere che la

distribuzione delle azioni sismiche agli elementi verticali avvenga in misura proporzionale alla loro

rigidezza.

Il problema dei collassi da terremoto dovuti a torsione è soprattutto l’elevata richiesta di duttilità negli

elementi più lontani dal centro di rigidezza.

Soluzioni:

- Limitare la distanza tra centro di massa e rigidezza.

- Prevedere la presenza di almeno due allineamenti di strutture

verticali parallele a due direzioni ortogonali.

- evitare le pareti e sostituirle con telai

- Ridurre la rigidezza delle pareti (divisione in pareti più corte)

- Ripristinare la simmetria sugli altri lati

- Separare le pareti dalla struttura in modo che non collaborino alla

resistenza alle azioni orizzontali.

Se uno degli elementi collassa la struttura collassa.

Coppie di elementi resistenti lontani dal centro di

rigidezza. Riduzione della distanza.

Se la pianta non è regolare nascono quindi nuove forze.

Regolarità in elevazione

Un edificio è regolare in elevazione se sono rispettate tutte le condizioni:

- Tutti i sistemi resistenti alle azioni orizzontali (telai e pareti) si estendono per tutta l’altezza della

parte di costruzione cui competono.

- Massa e rigidezza rimangono costanti o variano gradualmente dalla base alla sommità della

costruzione (maggiori dettagli nelle norme).

- Il rapporto fra la capacità e la domanda allo SLV non è significativamente diverso, in termini di

resistenza, per orizzontamenti successivi (maggiori dettagli nelle norme).

- Eventuali restringimenti della sezione orizzontale della costruzione avvengono con continuità da un

orizzontamento al successivo (maggiori dettagli nelle norme).

Distribuzione regolare delle rigidezze e resistenze distribuzione uniforme delle azioni minore richiesta

 

di duttilità per singolo elemento o sezione

I pilastri danneggiati sono soggetti a spostamenti elevati che incrementano i momenti ribaltanti dovuti ai

carichi verticali portando rapidamente al collasso la struttura

PIANO SOFFICE

arretramenti

Gli sono sempre da evitare.

SOLUZIONE AL PIANO SOFFICE:

- Si colloca un altro elemento rigido che attira a se le forze orizzontali lasciando agli elementi del

piano soffice il solo compito di assorbire i carichi verticali.

SOLUZIONI PIANO SOFFICE CON DOPPIA ALTEZZA:

Travi senza il solaio

- a livello dell’impalcato eliminato in modo da ripristinare la continuità del telaio.

Mega-telaio

- in cui l’interpiano normale diventa due piani e le travi intermedie sono incernierate ai

pilastri in modo da eliminare il loro comportamento a telaio con i pilastri.

Inconvenienti:

- Le sezioni delle travi e dei pilastri aumentano considerevolmente per assorbire le sollecitazioni

corrispondenti ad un’altezza di interpiano doppia.

- Le colonne devono essere progettate per assorbire le forze di inerzia trasmesse dagli implacati

intermedi. colonne tozze

Le causano un aumento del taglio creando questi

tipi di rotture del pilastro.

colonne tozze

La soluzione alle è la riduzione della rigidezza

della colonna tozza mediante incremento fittizio della

lunghezza. pareti discontinue

La soluzione per è rendere entrambe le pareti non strutturali e inserire una parete ad un

piano solo arretrata rispetto alla parete 1 (problemi per il trasferimento delle forze lungo il diaframma).

arretramenti:

Soluzioni agli

siti in pendenza:

Soluzioni ai

disallineamenti in pianta e in elevazione degli edifici.

Evitare interruzioni del collegamento tra le due pareti di

Evitare anche

taglio (discontinuità del diaframma (solaio)). Una soluzione è quella

del ripristino della continuità del diaframma, utilizzando il metodo

reticolare o Vierendeel. Oppure un altro metodo è quello di

sostituire la struttura con una nuova parete di taglio, comunque la

vecchia parete deve essere legata alla struttura nuova. Un'altra

soluzione è la separazione in due strutture, comunque bisogna

utilizzare piccoli accorgimenti, come la sostituzione delle pareti con

telai per minimizzare effetti torsionali.

Per strutture verticali non parallele nascono nuove forze secondarie

nel diaframma molto più complesse in assenza di simmetria in pianta.

collegamento

Il deve essere vincolato ad uno dei due edifici e libero di muoversi rispetto all’altro. La

larghezza degli appoggi che consentono lo scorrimento relativo deve essere accuratamente progettata in

modo da accomodare tali spostamenti.

distanza

La tra costruzioni contigue deve essere tale da evitare fenomeni di martellamento e comunque

non può essere inferiore alla somma degli spostamenti massimi determinati per lo SLV, calcolati per

ciascuna costruzione e tenendo conto, laddove significativo, dello spostamento relativo delle fondazioni

delle due costruzioni contigue.

Un esempio perfetto di quello da NON fare in zona sismica è la Villa Savoye di Le Courbusier in cui abbiamo:

pilotis, pianta libera, facciata libera, terrazza in sommità e finestre a nastro. Tutti punti da evitare per

permettere una buona progettazione sismica.

SLIDE 12 – GERARCHIA RESISTENZE

FATTORE DI STRUTTURA q – anche chiamato fattore di comportamento, questo nasce dalla duttilità del

materiale

Le costruzioni soggette all’azione sismica devono essere progettate in accordo con uno dei seguenti

comportamenti strutturali:

Comportamento non dissipativo campo sostanzialmente elastico.

Tutti i componenti strutturali rimangono in La domanda derivante

senza ridurre le azioni sismiche = 1)

dall’azione sismica e dalle altre azioni è calcolata in fase di progetto (q

Comportamento dissipativo evolvono in campo plastico.

Un numero elevato di componenti strutturali La domanda derivante

riducendo le azioni sismiche

dall’azione sismica e dalle altre azioni è calcolata, in fase di progetto (q>1).

Una costruzione a comportamento strutturale dissipativo deve essere progettata per conseguire una delle

due Classi di Duttilità (CD):

Classe di Duttilità Alta

- (CD “A”) ad elevata capacità dissipativa

Classe di Duttilità Media

- (CD “B”) a media capacità dissipativa

La differenza tra le due classi risiede nell’entità delle plasticizzazioni previste, in fase di progettazione, sia a

livello locale sia a livello globale.

Cerniere plastiche, il danno si concentra lì (bisogna aumentare il numero di

staffe nelle parti basse e alte poiché così si aumenta il comportamento

dissipativo).

azioni sismiche sono definite in funzione del fattore di struttura

Le – e non

del fattore di duttilità – perché nei sistemi a più gradi di libertà la riduzione delle forze dipende dal

comportamento complessivo del sistema e quindi non solo da duttilità ma anche da regolarità, iperstaticità

e sovraresistenza.

non rispettano i criteri di regolarità valori più bassi del fattore

Le strutture che sono penalizzate mediante

di struttura q = q * k

 0 R

dipende dalla regolarità strutturale in altezza.

K

R

q non è influenzato dall’irregolarità in pianta.

K = 1 per strutture regolari in altezza

R

K = 0,8 per strutture non regolari in altezza

R valore massimo del fattore di struttura duttilità attesa,

Il coefficiente q è il che dipende dal livello di dalla

0

tipologia strutturale rapporto

e dal α /α tra:

u 1

moltiplicatore delle azioni sismiche che produce la prima cerniera plastica

α 1 moltiplicatore delle azioni sismiche che rende la struttura un meccanismo

α u Consente una valutazione molto

accurata. Analisi push-over in

cui si aumentano sempre di più i

carichi.

Le norme forniscono dei valori di massima per il rapporto che dipendono dal materiale, dalla tipologia

α /α

u 1

strutturale e dalla classe di duttilità.

- Per struttura a telaio in c.a. di un piano α /α = 1,1

u 1

- Con più piani ed una campata α /α = 1,2

u 1

- Con più piani e più campate α /α = 1,3

u 1

Criterio della gerarchia delle resistenze (progettazione in capacità)

Questa progettazione ha lo scopo di assicurare alla struttura dissipativa un comportamento duttile ed

opera come segue:

Distinguere gli elementi e i meccanismi, in duttili e fragili.

- sia locali sia globali,

evitare le rotture fragili locali meccanismi globali fragili o instabili;

- mira ad e l’attivazione di

localizzare le dissipazioni di energia

- mira a per isteresi in zone degli elementi duttili a tal fine

individuate e progettate, dette “dissipative” o “duttili”, coerenti con lo schema strutturale

adottato.

Rottura a taglio fragile



Rottura a flessione duttile



Progettare la struttura con resistenza a taglio più alta di quella a flessione (GERARCHIA DELLE RESISTENZE)

gerarchia tra i meccanismi di

Gli obbiettivi precedenti si possono ottenere facendo in modo che esista una

collasso: duttili devono precedere quelle fragili.

le modalità di collasso in funzione della

Gli elementi strutturali sono dimensionati non in funzione delle azioni di progetto ma

resistenza dei modi di collasso duttili facendo in modo che questa sia più bassa rispetto a quella dei modi

catena con

di collasso fragili (la rottura avviene i