Azione sismica

Attualmente, per la valutazione dell’azione sismica, la normativa da seguire è il DM 14/01/2008, Norme Tecniche per le Costruzioni, a cui è dedicato il capitolo 3.2. L’azione sismica viene valutata attraverso la pericolosità sismica di base del sito di costruzione, definita in termini di accelerazione massima attesa ag in condizioni di campo libero su sito di riferimento rigido con superficie topografica orizzontale, e di ordinate dello spettro di risposta elastico in accelerazione ad essa corrispondente Se(T), con riferimento alle probabilità di superamento PVR nel periodo di riferimento VR.8

Il periodo di riferimento VR deriva dal prodotto tra la vita nominale VN ed il coefficiente d’uso CU:

𝑉_𝑅 = 𝑉_𝑁∙ 𝐶_𝑈

La vita nominale coincide con il numero di anni nel quale la struttura deve adempiere alle funzioni per cui è stata edificata e viene riportata nella seguente tabella:

Tab.2.4.1 Vita nominale VN per diversi tipi di opere

RIFERIMENTO: D.M. 14/01/2008, Norme tecniche per le costruzioni, Tabella 2.4.I

TIPI DI COSTRUZIONE ^{Vita Nominale}

VN (in anni) 1 ^{Opere provvisorie – Opere provvisionali – Strutture in fase}

costruttiva ≤10

2 ^{Opere ordinarie, ponti, opere infrastrutturali e dighe di dimensioni}

contenute o di importanza normale ≥50

3 ^{Grandi opere, ponti, opere infrastrutturali e dighe di grandi}

dimensioni o di importanza strategica ≥100

Il coefficiente d’uso dipende, invece, dalla classe d’uso della costruzione, che può essere:

– Classe I: Costruzioni con presenza occasionale di persone, edifici agricoli. – Classe II: Costruzioni il cui uso preveda normali affollamenti, senza

contenuti pericolosi per l’ambiente e senza funzioni pubbliche e sociali essenziali. Industrie con attività non pericolose per l’ambiente. Ponti, opere infrastrutturali, reti viarie non ricadenti in Classe d’uso III o in Classe d’uso

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IV, reti ferroviarie la cui interruzione non provochi situazioni di emergenza. Dighe il cui collasso non provochi conseguenze rilevanti.

– Classe III: Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi. Industrie con attività pericolose per l’ambiente. Reti viarie extraurbane non ricadenti in Classe d’uso IV. Ponti e reti ferroviarie la cui interruzione provochi situazioni di emergenza. Dighe rilevanti per le conseguenze di un loro eventuale collasso.

– Classe IV: Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, anche con riferimento alla gestione della protezione civile in caso di calamità. Industrie con attività particolarmente pericolose per l’ambiente. Reti viarie di tipo A o B, di cui al D.M. 5 novembre 2001, n.6792, “Norme funzionali e geometriche per la costruzione di strade”, e di tipo C quando appartenenti ad itinerari di collegamento tra capoluoghi di provincia non altresì serviti da strade di tipo A o B. Ponti e reti ferroviarie di importanza critica per il mantenimento delle vie di comunicazione, particolarmente dopo un evento sismico. Dighe connesse al funzionamento di acquedotti e a impianti di produzione di energia elettrica.⁹

Tab.2.4.2 Valori del coefficiente d’uso CU

RIFERIMENTO: D.M. 14/01/2008, Norme tecniche per le costruzioni, Tabella 2.4.II

CLASSE D’USO I II III IV

COEFFICIENTE CU 0,7 1,0 1,5 2,0

Le probabilità di superamento sono strettamente correlate allo stato limite considerato. Gli stati limite si dividono in stati limite di esercizio, a loro volta distinti in Stato Limite di Operatività (SLO) e Stato Limite di Danno (SLD), e in stati limite ultimi, che comprendono lo Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV) e Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC).

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Tab.2.4.3 Probabilità di superamento PVR al variare dello stato limite considerato RIFERIMENTO: D.M. 14/01/2008, Norme tecniche per le costruzioni, Tabella 3.2.I

Stati Limite PVR: Probabilità di superamento nel periodo di riferimento VR

Stati Limite di esercizio SLO 81% SLD 63% Stati limite ultimi SLV 10% SLC 5%

Il periodo di riferimento VR e la probabilità di superamento PVR servono per definire il periodo di ritorno dell’azione sismica TR, espresso in anni attraverso la relazione:

𝑇_𝑅 = − ^𝑉𝑅

𝑙𝑛(1 − 𝑃_𝑉𝑅)

Per diversi periodi di ritorno, compresi in un intervallo variabile dai 30 ai 2475 anni, la normativa definisce le forme spettrali, su sito di riferimento rigido orizzontale, in funzione dei seguenti parametri:

• ag accelerazione orizzontale massima del terreno

• F0 valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale

• TC* periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale

i cui valori sono forniti in allegato.

Lo spettro di risposta elastico in accelerazione delle componenti orizzontali viene definito nel seguente modo:

0 ≤ T < TB 𝑆_𝑒(𝑇) = 𝑎_𝑔 ∙ 𝑆 ∙ 𝜂 ∙ 𝐹₀ ∙ [^𝑇 𝑇_𝐵+ ¹ 𝜂∙𝐹₀(1 − ^𝑇 𝑇_𝐵)] TB ≤ T < TC 𝑆_𝑒(𝑇) = 𝑎_𝑔 ∙ 𝑆 ∙ 𝜂 ∙ 𝐹₀ TC ≤ T < TD 𝑆_𝑒(𝑇) = 𝑎_𝑔 ∙ 𝑆 ∙ 𝜂 ∙ 𝐹₀ ∙ (^𝑇𝐶 𝑇) TD ≤ T 𝑆_𝑒(𝑇) = 𝑎_𝑔 ∙ 𝑆 ∙ 𝜂 ∙ 𝐹₀ ∙ (^𝑇𝐶𝑇_𝐷 𝑇2 )

dove Se è l’accelerazione spettrale orizzontale in funzione del periodo di vibrazione T.

• S è il coefficiente che tiene conto della categoria di sottosuolo e delle condizioni topografiche e si ottiene dal prodotto te34a il coefficiente di

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amplificazione stratigrafica SS ed il coefficiente di amplificazione topografica ST:

𝑆 = 𝑆_𝑆 ∙ 𝑆_𝑇

SS dipende dalla categoria di sottosuolo, la quale può essere: – A: Ammassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi

– B: Rocce tenere e depositi di terreni a grana grossa molto addensati o di terreni a grana fina molto consistenti

– C: Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o di terreni a grana fina mediamente consistenti

– D: Depositi di terreni a grana grossa scarsamente addensati o di terreni a grana fina scarsamente consistenti

– E: Terreni dei sottosuoli di tipo C e D per spessore non superiore ai 20m.

Tab.2.4.4 Espressioni di SS e CC

RIFERIMENTO: D.M. 14/01/2008, Norme tecniche per le costruzioni, Tabella 3.2.V

Categoria sottosuolo ^{SS CC} A 1,00 1,00 B 1,00 ≤ 1,40 − 0,40 ∙ 𝐹₀∙^𝑎𝑔 𝑔 ^{≤ 1,20 1,10 ∙ (𝑇}𝐶^∗)−0,20 C 1,00 ≤ 1,70 − 0,60 ∙ 𝐹₀∙^𝑎𝑔 𝑔 ^{≤ 1,50 1,05 ∙ (𝑇}𝐶^∗)−0,33 D 0,90 ≤ 2,40 − 1,50 ∙ 𝐹₀∙^𝑎𝑔 𝑔 ^{≤ 1,80 1,25 ∙ (𝑇}𝐶^∗)−0,50 E 1,00 ≤ 2,00 − 1,10 ∙ 𝐹₀∙^𝑎𝑔 𝑔 ^{≤ 1,60 1,15 ∙ (𝑇}𝐶^∗)−0,40

ST dipende dalla categoria topografica, definita in base alle caratteristiche della superficie:

– T1: Superficie pianeggiante, pendii e rilievi isolati con inclinazione media i ≤ 15°

– T2: Pendii con inclinazione media i > 15°

– T3: Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media 15° ≤ i ≤ 30°

– T4: Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media i > 30°

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Tab.2.4.5 Valori massimi del coefficiente di amplificazione topografica ST

RIFERIMENTO: D.M. 14/01/2008, Norme tecniche per le costruzioni, Tabella 3.2.I

Categoria topografica

Ubicazione dell’opera o dell’intervento ST

T1 - 1,0

T2 In corrispondenza della sommità del pendio 1,2 T3 In corrispondenza della cresta del rilievo 1,2 T4 In corrispondenza della cresta del rilievo 1,4

• η è il fattore che altera lo spettro elastico per coefficienti di smorzamento viscosi ξ diversi dal 5%, valutati sulla base di materiali, tipologia strutturale e terreno di fondazione:

𝜂 = √10 (5 + 𝜉)⁄ _{≥ 0,55} con ξ espresso in percentuale.

• F0 è il fattore che quantifica l’amplificazione spettrale massima, su sito di riferimento rigido orizzontale, ed ha valore minimo pari a 2,2.

• TC è il periodo corrispondente all’inizio del tratto a velocità costante dello spettro e si ottiene mediante il prodotto tra TC* ed il coefficiente CC funzione della categoria di sottosuolo (cfr.2.2.4):

𝑇_𝐶 = 𝐶_𝐶∙ 𝑇_𝐶^∗

• TB è il periodo corrispondente all’inizio del tratto dello spettro ad accelerazione costante:

𝑇_𝐵 = 𝑇_𝐶⁄ 3

• TD è il periodo corrispondente all’inizio del tratto a spostamento costante dello spettro:

𝑇_𝐷 = 4,0 ∙^𝑎𝑔

𝑔 ^{+ 1,6}