CIRCOLARE 10 aprile 1997, n. 65/AA.GG.

Supplemento ordinario alla "Gazzetta Ufficiale" n. 97 
del 28 aprile 1997 - Serie generale

B. CRITERI GENERALI DI PROGETTAZIONE

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B.1. - Disposizioni preliminari

Preliminare a qualsiasi decisione sul tipo di analisi da adottare (statica o dinamica) o a qualsiasi altra decisione riguardante la modellazione della struttura, è l’individuazione degli elementi non strutturali che, per rigidezza e resistenza, sono in grado di collaborare con la struttura nel sopportare le azioni sismiche o comunque possono indurre nella struttura comportamenti indesiderati. Comportamenti di tal genere possono, ad esempio, essere indotti in una struttura intelaiata, in cemento armato o metallica, dalla presenza di pannelli di muratura, o di altro materiale non strutturale, inseriti tra le maglie dei telai a formare telai tamponati distribuiti in modo non simmetrico in pianta e/o in elevazione, quando tale presenza alteri in misura significativa la rigidezza della nuda ossatura. In tal caso il progettista valuterà l’opportunità di analizzare l’edificio nel suo insieme utilizzando due modelli strutturali, con o senza pannelli, dimensionando poi gli elementi strutturali per la più severa delle due condizioni. Un possibile modello di calcolo per tener conto della presenza di pannelli in un telaio è riportato nell’Allegato 2.
Per l’impostazione e la redazione della relazione di calcolo della struttura può farsi utile riferiemnto alle Istruzioni C.N.R. - 10024/86 "Analisi di strutture mediante elaboratore: Impostazione e redazione delle relazioni di calcolo".
Quanto poi ai risultati forniti dall’analisi, statica o dinamica che sia, occorre tenere a mente che le sollecitazioni provocate dall’azione sismica vengono valutate, seguendo i criteri contenuti nella sezione B, delle norme, inevitabilmente in modo largamente convenzionale. La convenzionalità dell’analisi è principalmente riconducibile all’entità attribuita dalla normativa alle azioni sismiche ed alla contemporanea ipotesi di comportamento elastico lineare della struttura; in realtà le azioni sismiche effettive possono avere entità maggiore di quella imposta dalla nromativa e di conseguenza viene a cadere l’ipotesi di comportamento elastico lineare della struttura. La valutazione delle sollecitazioni conseguita in accordo con la normativa è dunque "convenzionale"; peraltro considerazioni teoriche ed evidenze sperimentali dimostrano che la convenzione adottata è idonea a conseguire il desiderato livello di sicurezza, purché la struttura possegga un sufficiente grado di duttilità.
In alternativa, possono eseguirsi analisi più approfondite fondate su una opportuna e motivata scelta di un "terremoto di progetto", ma tali analisi debbono adottare procedimenti di calcolo basati su ipotesi e sui risultati sperimentali chiaramente comprovati, ed utilizzare modelli e codici di calcolo non lineari, più aderenti all’effettivo comportamento della struttura.

Come già accennato, dal carattere "convenzionale" dei procediemnti di progetto-verifica suggeriti dalla normativa consegue direttamente l’importanza attribuita, nell’assicurare l’effettivo conseguimento dei risultati desiderati specie nei confronti del collasso, ad un comportamento duttile della struttura. A tal fine, dovendo accettare che la struttura esca dal campo elastico subendo fenomeni di plasticizzazione e/o danneggiamento, come requisito minimo da assicurare, vengono più avanti indicati alcuni accorgimenti costruttivi atti a conseguire una certa duttilità locale e globale.

Peraltro, da qualche tempo, sono state individuate tecniche costruttive finalizzate a ridurre l’entità della entrata in campo non lineare delle strutture antisismiche; tali tecniche vengono generalmente indicate con il termine di "tecniche di protezione passiva". Esse sostanzialmente consistono, nello sconnettere l’edificio dalle sue fondazioni interponendo tra la struttura e le fondazioni stesse dei particolari apparecchi d’appoggio, detti "isolatori", dotati di elevata rigidezza per carichi verticali e limitata rigidezza per carichi orizzontali, ovvero nel collegare alla struttura dei "dissipatori", ossia apparecchi capaci, all’atto del sisma, di assorbire grandi quantità di energia, o infine nell’adottare contemporaneamente ambedue gli accorgimenti detti.

Con l’inserimento degli "isolatori" si consegue un sostanziale disaccoppiamento tra moto dell’edificio e moto del terreno, così da ridurre drasticamente l’energia cinetica che il sisma fornisce all’edificio stesso, e quindi anche l’entità delle deformazioni e delle sollecitazioni della struttura.
Con l’inserimento dei "dissipatori" resta immutata l’energia cinetica fornita dal sisma al complesso "edificio più dissipatori" , ma la maggior parte di essa viene assorbita dai "dissipatori" stessi, con conseguente significativa riduzione delle sollecitazioni e degli spostamenti richiesti alla struttura e, dunque, dell’escursione in campo plastico.

Sia l’utilizzazione degli "isolatori" che quella dei "dissipatori" hanno origini relativamente recenti e, fino a quando non sarà emanata una specifica normativa d’uso, l’adozione dei dispositivi richiede, affinché siano effettivamente conseguiti i comportamenti desiderati e prima brevemente descritti, che il complesso struttura-dispositivi venga progettato ed eseguito nel rispetto di alcune regole peculiari legate sia alla tipologia strutturale adottata che alle caratteristiche proprie deglia pparecchi utilizzati. Ciò rende necessaria la preventiva approvazione del progetto, riguardante il sistema edificio-dispositivi, da parte del Consiglio superiore dei lavori pubblici.

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 B.4. - Analisi Statica

è consentito valutare il comportamento sismico di una costruzione attraverso un’analisi statica quando questa presenti una significativa tendenza a rispondere all’azione sismica con una forma di oscillazione unica, a sviluppo semplice lungo l’altezza, e contenuta nel piano di eccitazione.
Queste caratteristiche della risposta da un lato forniscono ragionevole assicurazione che l’intervento della fase inelastica non produca brusche variazioni di comportamento, dall’altro consentono di calcolare gli effetti dell’azione sismica con modelli ed analisi strutturali semplificati (modelli piani ed analisi di tipo statico).
Il requisito di regolarità è di difficile codificazione, in quanto le possibili combinazioni topologiche che possono dar luogo a comportamento "non regolare" sono troppo numerose per essere prevedibili e classificabili. Spesso, inoltre, non è possibile operare una distinzione netta tra comportamento "regolare" ed "irregolare", essendo più appropriato riferirsi ad un "grado di irregolarità", che può essere più o meno pronunciato.
Le indicazioni in tema di regolarità riportate nelle nromative internazionali più recenti sono in massima parte di natura qualitativa, così come quelle riportate nelle norme tecniche nazionali, ove peraltro viene esplicitamente affermato che dette indicazioni costituiscono condizione necessaria, ma non sempre sufficiente, spettando al progettista di accertare l’eventuale presenza di caratteristiche singolari che possano dar luogo ad una risposta "irregolare".

Con riferimento al caso degli edifici, si riportano di seguito, a titolo indicativo, alcuni criteri di valutazione di adozione più diffusa:

Regolarità in pianta

• La struttura dell’edificio presenta una sostanziale doppia simmetria ortogonale nei confronti sia delle rigidezze che delle masse.
• La forma in pianta è di tipo "compatto", ossia priva di ali che si estendono notevolmente a partire dal nucleo centrale (come ad es. forme ad H,I,L,X, etc.). Le dimensioni di eventuali rientranze lungo il perimetro dell’edificio non superano il 25% della lunghezza del lato corrispondente.
• I solai sono sufficientemente rigidi rispetto alle strutture verticali, in modo da fungere da diagrammi indeformabili nel loro piano.
• Sotto l’azione di un sistema di forze orizzontali, proporzionali alle masse dei piani, lo spostamento massimo a ciascun piano non supera di più del 20% lo spostamento medio di quel piano.

Regolarità in elevazione

• Tutti gli elementi verticali che presentano resistenza significativa all’azione sismica (telai, pareti e nuclei), si estendono senza interruzione dalla fondazione fino alla sommità della parte di edificio interessata.
• Rigidezza e massa si mantengono costanti o si riducono gradualmente procedendo da basso verso l’alto.

Negli edifici a telaio, il rapporto tra la resistenza di colonne e pareti, ad un certo piano effettivamente conseguita, e la resistenza richiesta dal calcolo, si mantiene approssimativamente costante per tutti i piani.
Un comportamento non regolare può essere indotto dalla presenza di pannelli, in muratura o di altro materiale, inseriti tra le maglie dei telai in modo non simmetrico in pianta e/o in elevazione.

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B.6. - Analisi dinamica

Il modello usato per l’analisi dinamica può coincidere con quello utilizzato per l’analisi statica. Al fine della valutazione delle forze d’inerzia e, quindi, della risposta dinamica, è possibile concentrare le masse in un numero di nodi inferiore a quelli che descrivono la geometria strutturale. Va osservato che nell’operazione di concentrazione delle masse potrà essere necessario includere anche i momenti d’inerzia rotazionali.
La tecnica dell’analisi modale consente di semplificare il problema della valutazione della risposta dinamica utilizzando un numero di modi inferiore al numero di gradi di libertà tuttavia è bene dare un giudizio quantitativo sull’efficacia della semplificazione ottenuta limitando tale numero. Se si considera un numero di modi pari al numero di gradi di libertà, la soluzione ottenuta è esatta, limitatamente alla rappresentazione delle masse.
Ciascun modo mette in movimento una cera quantità della massa strutturale. Una misura della massa attivata da ciascun modo j in ciascuna direzione, nel caso di matrice delle masse diagonale, è data dall’espressione:

ove la sommatoria a numeratore è estesa a tutte le masse attribuite ai gradi di libertà nella direzione di eccitazione (x, nella formula indicata); il termine a denominatore della prima frazione rappresenta la massa modale j-esima, i termini Mix sono le masse associate di libertà i nella direzione di eccitazione (x, nella formula indicata); i termini sono le ampiezze dell’autovettore j relative al nodo i nella direzione di eccitazione (x, nella formula indicata).
Se si sommano i termini relativi ai tutti i modi, per ciascuna direzione si ottiene 100.
Si può osservare che usualmente i primi modi di vibrare danno contributi maggiori alla massa eccitata. è buona norma considerare un numero di modi di vibrare sino ad ottenere che la somma delle masse attivate sia pari almeno all’85% della massa totale.
Per quanto riguarda la combinazione dei diversi modi di vibrare, in accordo al punto B.2., si assumono due eccitazioni orizzontali, secondo la direzione x, ed y rispettivamente, prefissate dal progettista. Con gli indici x ed y si indicano sforzi o spostamenti riferiti alle due eccitazioni considerate. Precisamente siano:

una componente dello stato di sforzo in un punto o della sollecitazione in una sezione,
una componente generica dello spostamento in un punto,
il valore assunto da h durante l’eccitazione lungo la direzione x,
il valore assunto da h durante l’eccitazione lungo la direzione x,
il valore assunto da a durante l’eccitazione lungo la direzione y,
il valore assunto da h durante l’eccitazione lungo la direzione y,
il contributo ad a _x del modo iesimo di vibrare durante la eccitazione in direzione x,
l’analoga grandezza, riferita all’eccitazione in direzione y,
il contributo del modo iesimo allo spostamento, durante l’eccitazione in direzione x,
il contributo del modo iesimo allo spostamento , durante l’eccitazione in direzione y

In accordo al punto B.6 è:

e analogamente per l’eccitazione verticale,

Qualora la componente verticale dell’eccitazione sismica sia significativa, la sovrapposizione degli effetti deve essere effettuata mediante le seguenti relazioni:

1)
2)

e rappresentano la tensione (o la sollecitazione) richiamata nel paragrafo B.8.,
e rappresentano lo spostamento richiamato al punto B.9.

In caso contrario, se la componente verticale della eccitazione sismica non è significativa, e rappresentano la tensione (o la sollecitazione) richiamata nel pagrafo B.8, e e rappresentano lo spostamento richiamato al punto B.9.

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 B.7 - Verifiche

La verifica di resistenza è finalizzata a garantire la sopravvivenza della struttura a fronte di terremoti di grande intensità, aventi limitate probabilità di manifestarsi durante la vita utile della struttura. Questi terremoti sono caratterizzati da spettri di risposta di un ordine di grandezza più severi di quelli definiti nelle norme. A fronte di tali eventi sono favorite strutture alle quali il sistema costruttivo, nelle sue caratteristiche di insieme e nei dettagli esecutivi, assicuri buona duttilità, cioè capacità di sostenere cicli di escursioni anelastiche senza subire un significativo degrado.

Le azioni sismiche definite nel decreto sono state pertanto concettualmentc ottenute riducendo le azioni effettive con un coefficiente di riduzione (maggiore di 1) che dipende dalla duttilità della struttura.

Nell’Allegato 1 si presentano alcune indicazioni costruttive alle quali può farsi riferimento per assicurare un minimo di duttilità alle costruzioni in calcestruzzo armato. Il rispetto di tali regole non esclude, tuttavia, che qualche meccanismo di rottura fragile possa comunque manifestarsi.

Ove del caso il controllo degli spostamenti viene condotto per valutare la danneggiabilità dei pannelli murari di tamponamento al fine della verifica al collasso per perdita di connessione tra elementi strutturali essenziali
è chiaro che la verifica di danneggiabilità va riferita ad azioni sismiche meno intense rispetto a quelle utilizzate per la verifica allo stato limite ultimo.

Per quanto sopra osservato, è evidente che gli spostamenti considerati per le verifiche di danneggiabilità sono più piccoli di quelli considerati per le verifiche ultime, come evidenziato in B9.
Le verifiche di danneggiabilità dei pannelli murari di tamponamento devono essere sempre eseguite negli edifici intelaiati, come richiesto in C.6.3.
Le verifiche di spostamento per il controllo dei requisiti di sicurezza, (stato limite ultimo), devono invece essere fatte se vi è la possibilità di perdite di connessione tra gli elementi essenziali ed in generale in presenza di particolari dispositivi di vincolo e di collegamento.
Gli edifici in muratura sono in generale poco deformabili, pertanto il controllo delle deformazioni risulta già garantito dal controllo dello stato di sollecitazione.
Nessun controllo è richiesto nelle costruzioni in muratura per le quali non siano da effettuare verifiche di resistenza.

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 B.8 - Verifiche di resistenza

Le verifiche di resistenza possono essere effettuate verificando lo stato di tensione, secondo il metodo delle tensioni ammissibili, oppure verificando lo stato di sollecitazione per i diversi stati limiti ultimi secondo il metodo degli stati limite.

Quando i carichi agenti si riducono al peso proprio e ad un solo carico accidentale (nella fattispecie al carico sismico), i due metodi di verifica, alle tensioni ammissibili ed agli stati limite, portano ad ottenere, sostanzialmente, le stesse sezioni resistenti. Quando siano presenti più carichi di esercizio, il metodo agli stati limite offre, in generale, un approccio più razionale, in quanto mette in conto la probabilità di contemporanea presenza dei diversi carichi. In pratica, questo si traduce generalmente in sezioni resistenti più contenute.

Nella formulazione delle norme, si è riconosciuta, per la prima volta, la possibilità di utilizzare, nelle zone sismiche, il criterio agli stati limite. Si è tuttavia inteso mantenere inalterato il livello di protezione a fronte di eventi sismici, e pertanto i fattori g sono stati scelti in modo che, anche in presenza di più azioni di carico, le verifiche condotte secondo i due metodi fossero equivalenti agli effetti della resistenza.

Se in uno o più piani la rigidezza complessiva offerta dai pannelli in muratura o di altro materiale subisce una brusca riduzione rispetto a quella offerta ai piani adiacenti (come avviene frequentemente ai piani terra), è opportuno che gli elementi verticali ed orizzontali inferiori e superiori di ciascun piano interessato alla riduzione, siano provvisti di un margine di sovraresistenza rispetto ai risultati dell’analisi, che, per edifici di altezza fino ad otto piani, è non inferiore al 40%, e di valore adeguatamente più elevato per altezze maggiori.

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 B.9. - Spostamenti e deformazioni

Gli spostamenti dovuti all’azione sismica sono, di fatto, più grandi di quelli determinabili con le azioni di progetto definite dalle norme. Infatti, in considerazione della duttilità delle strutture, le azioni di progetto, impiegate per simulare l’effetto del sisma, sono convenzionalmente ridotte di intensità rispetto a quelle che sarebbe necessario considerare ove il comportamento effettivo della struttura fosse perfettamente elastico. Perciò, gli spostamenti e le deformazioni determinati con le azioni di progetto indicate nelle norme vanno moltiplicati per un fattore (maggiore di uno), mediante il quale le azioni stesse sono state in precedenza ridotte.
Per quanto riguarda le combinazioni degli spostamenti sismici con quelli prodotti dalle altre azioni da prendere in considerazione, è utile una precisazione: essa riguarda il coefficiente utilizzato nelle due formule di verifica che sono:

per limitare la danneggiabilità:
per i requisiti di sicurezza:

Al coefficiente è da attribuire il valore 1, quando gli spostamenti e gli spostamenti sismici sono valutati in base alla combinazione delle azioni da assumere per la verifica alle tensioni amissibili. è da attribuire il valore 1,5, quando gli spostamenti e gli spostamenti sismici sono valutati in base alla combinazione delle azioni da assumere per la verifica agli stati limite.

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 B.10. - Fondazioni

Le prescrizioni relative alle fondazioni sono connesse ai problemi posti dalla presenza di azioni sismiche sia relativamente alla valutazione delle sollecitazioni sul terreno di fondazione che in ordine alla valutazione delle sollecitazioni sulle strutture di fondazione.
Per quanto attiene al terreno di fondazione, occorre sottolineare che la vigente normativa geotecnica fa sistematico riferimento, per quanto riguarda l’individuazione del comportamento del terreno e la valutazione dei carichi massimi su di esso applicabili, ai metodi propri dell’analisi limite ed ai relativi meccanismi di rottura. Quando però si passa a definire i coefficienti riduttivi da applicare a detti carichi massimi, onde poterli confrontare con i carichi effettivamente agenti, e dunque controllare se si sia conseguito o meno il desiderato livello di sicurezza, detti coefficienti riduttivi hanno entità tale da poter essere correttamente utilizzati solo per un confronto con i carichi relativi agli stati limite di esercizio, non per un confronto con i carichi limite ultimi.

Quanto detto spiega la necessità evidenziata al primo capoverso del punto B.10, di effettuare le verifiche di stabilità del terreno di fondazione utilizzando sollecitazioni valutate a partire da azioni prive di maggiorazioni, ossia valutate per coefficienti moltiplicativi unitari.

Per quanto attiene alle strutture di fondazione, occorre sottolineare che una funzione importante è quella di assorbire gli spostamenti relativi indotti dalla propagazione nel terreno delle onde sismiche, senza che tali spostamenti relativi si ripercuotano negativamente sul funzionamento delle strutture in elevazione. Tale funzione può essere svolta in due diversi modi.

Un primo modo consiste nel dotare le strutture di fondazione di collegamenti che, impedendo o comunque riducendo sensibilmente tali spostamenti relativi, garantiscano la ridotta entità delle sollecitazioni sulla struttura in elevazione dovute a tali spostamenti. è questa la soluzione suggerita al punto a) laddove si impone alle strutture di fondazione di essere collegate tra loro da un reticolo di travi proporzionate in modo da sopportare forze assiali prefissate; si sottolinea che, specie in una struttura intelaiata, tale reticolo di collegamento è soggetto non soltanto agli sforzi assiali di trazione-compressione dovuti alle azioni sismiche, ma anche agli sforzi assiali dovuti al funzionamento a telaio delle strutture in elevazione e che detti sforzi si sovrappongono a quelli di origine sismica. Occcorre dunque, nella verifica del reticolo di collegamento, tener correttamente conto di ambedue i sistemi di forze sopra evidenziati.
Un secondo modo di risolvere il problema posto dagli spostamenti relativi delle strutture di fondazione, modo tipicamente consigliabile per strutture nelle quali la forte distanza tra gli elementi verticali renda difficile l’adozione del reticolo di travi di collegamento (capannoni industriali, ponti, ecc.), consiste nel verificare le strutture, sia di fondazione che in elevazione, in presenza degli spostamenti relativi attesi. Tale verifica deve essere condotta sia in termini di capacità di resistere della struttura in elevazione alle sollecitazioni prodotte dagli spostamenti relativi (vedi Tab. 1a), che in termini di compatibilità tra collegamenti e vincoli della struttura e spostamenti impressi in fondazione (vedi Tab. 1b).

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