Definizione dell’azione sismica di progetto

Per la definizione degli spettri di risposta per il progetto, si può fare riferimento agli spettri di risposta elastici in accelerazione e spostamento, ma il loro utilizzo implica che la struttura durante un terremoto di prefissata severità, mantenga inalterata la sua integrità, attenendosi ad un comportamento elastico lineare. Si intuisce che adottare questo principio risulta molto gravoso da un punto di vista economico, quindi è utilizzato sono nei casi di particolare rilevanza, dove un minimo danneggiamento dell’opera può comportare gravi danni alla società.

Le NTC08 permettono di adottare un principio diverso, cioè di considerare che le strutture possono avere un prefissato grado di duttilità e un’opportuna capacità dissipativa. Questo concetto si basa sul ritenerne che la struttura, se correttamente progettata, una volta raggiunto

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meccanismo di collasso controllato, ma sia in grado di attingere a risorse ulteriori una volta raggiunta la resistenza massima. Questo implica che nel caso di strutture caratterizzate da un buon comportamento dissipativo, le forze corrispondenti ai risultati ottenuti dallo spettro di risposta elastico, possono essere ridotte.

8.3.1 Impiego di accelerogrammi e spettro-compatibilità

L’impiego di accelerogrammi o meglio di terne accelerometriche è richiesta nel caso in cui si voglia rappresentare l’azione sismica applicata a strutture e opere geotecniche attraverso l’utilizzo di modelli di analisi avanzate. Le NTC08 stabiliscono tre categorie di accelerogrammi utilizzabili:

accelerogrammi naturali: si tratta di registrazioni accelerometriche relative a terremoti realmente avvenuti, sono reperibili in bacche dati digitali accreditate, nazionali o internazionali;

accelerogrammi artificiali: si tratta di accelerogrammi ottenuti mediante tecniche di sintesi stocastiche, per le quali si può richiedere che siano compatibili con spettri di risposta obiettivo, come ad esempio spettri di normativa, oppure ottenuti da analisi di pericolosità sismica;

accelerogrammi sintetici: si tratta di accelerogrammi ottenuti tramite una simulazione numerica del fenomeno della rottura, basata su un modello cinematico di sorgente sismica estesa e su un modello elastodinamico di propagazione delle onde fino al sito di interesse.

Gli accelerogrammi naturali sono più rallistici in termini di contenuto in frequenza, durata e numero di cicli, riflettendo in modo accurato tutti i fattori che ne influenzano le caratteristiche. Gli accelerogrammi utilizzati derivano da un’analisi di pericolosità simica locale e devono essere compatibili con le caratteristiche del moto sismico atteso per il sito di riferimento e devono rappresentare in modo adeguato le caratteristiche sismogenetiche della sorgente, il contributo delle diverse coppie magnitudo-distanza e la massima accelerazione di picco orizzontale attesa per il sito di interesse.

Le NTC08 stabiliscono il requisito di spettro-compatibilità, cioè si deve fare in modo che l’ordinata spettrale media confrontata con la componente dello spettro elastico, non superi uno scarto del 10% in difetto, in nessun punto tra gli intervalli di 0,15s ÷ 2,0s e 0,15s ÷ 2` per le verifiche agli stati limite ultimi e 0,15s ÷ 1,5` per quelle agli stati limite di esercizio, dove ` rappresenta il periodo fondamentale di vibrazione della struttura in campo elastico. Nel caso di strutture isolate il limite superiore dell’intervallo è assunto pari a 1,2`_Ȃ, dove `_Ȃ rappresenta il periodo equivalente della struttura isolata, valutato per gli spostamenti del sistema d’isolamento prodotti dallo stato limite in esame. Le NTC08 non impongono nessun limite per lo scarto in eccesso dello spettro di risposta medio rispetto allo spettro di risposta di riferimento, inoltre prescrivono che il requisito di spettro-compatibilità debba essere soddisfatto solo nel caso si utilizzino accelerogrammi artificiali. Per quanto riguarda gli accelerogrammi registrati prescrivono invece che una volta definito il periodo di interesse

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relativo al problema in esame, devono essere selezionati e opportunamente scalati in modo da approssimare gli spettri di risposta nel campo dei periodi di interesse. La scelta deve tenere conto delle effettive caratteristiche della sorgente, della propagazione e/o dell’evento dominante. Le informazioni riguardanti i meccanismi di sorgente, e quelle relative alla magnitudo e alla distanza determinati lo spettro di sito negli intervalli di interesse per le strutture esaminate, non sono sempre reperibili in modo dettagliato, quindi è consentito utilizzare le condizioni di compatibilità spettrale definite per gli accelerogrammi artificiali anche per quelli naturali, tenendo sempre ben presenti le caratteristiche geologiche di sito e scegliendo accelerogrammi il cui spettro sia il più possibile simile a quello di riferimento. Ogni accelereogramma costituisce una componente dell’azione sismica, orizzontatale o verticale, mentre l’insieme delle due componenti orizzontali e di quella verticale, costituisce una terna accelerometrica.

Le NTC08 stabiliscono un numero minimo di terne adottabili pari a tre, consigliando in generale un numero di terne pari a sette. Nel caso si usino meno di sette terne gli effetti sulla struttura devono essere rappresentati dai valori più sfavorevoli ottenuti. Il D.M. 26 Giugno 2014, specifica che per le dighe in materiali sciolti devono essere impiegati almeno cinque accelerogrammi che soddisfino i requisiti indicati.

8.3.2 Impiego di accelerogrammi naturali

Le NTC08 ammetto l’utilizzo degli accelerogrammi naturali a condizione che nella loro selezione si tengano presenti: le caratteristiche sismogenetiche della sorgente, le condizioni del sito di registrazione, la magnitudo e distanza dalla sorgente e la massima accelerazione orizzontatale attesa in sito, in modo che la loro scelta sia rappresentativa della sismicità del sito di interesse. Questi accelerogrammi possono essere selezionati attraverso delle banche dati accreditate, disponibili via internet, che contengono dati digitali corrispondenti alle registrazioni di diversi terremoti, contraddistinti da caratteristiche sismologiche molto variabili e riferite ad una grande varietà di contesti sismottettonici. La selezione si effettua imponendo una serie di vincoli tra i quali si posso citare, la distanza epicentrale, la magnitudo o la categoria di suolo. Nella selezione è opportuno tenere conto delle registrazioni compatibili con il contesto simotettonico regionale del sito di interesse, o comunque a contesti sismotettonici simili, questo perché il moto sismico del suolo è fortemente influenzato dalla profondità ipocentrale e dal meccanismo di rottura associato alla generazione del terremoto. Il primo criterio di selezione riguarda le caratteristiche geologiche del sito in cui è installata la stazione accelerometrica. Generalmente si cerca di selezionate terne acceleromentriche registrate in stazioni poste su roccia affiorante, con superficie topografica orizzontatale, in modo da ritenere i segnali esenti da fenomeni di amplificazione locale. Gli altri parametri da considerare sono di tipo sismologico, per i quali anche se le norme non prescrivono nulla riguardo la selezione degli accelerogrammi reali, si fa in modo che questi siano compatibili con i parametri sismologici ottenuti dal processo di disaggregazione. Questo processo fornisce

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sismicità del sito. I risultati dello studio di disaggregazione, possono essere ricavati sulla base delle analisi di pericolosità del territorio italiano, disponibili sul sito dell’IGNV all’indirizzo, http://esse1-gis.mi.ingv.it/, per tutti i punti del reticolo di riferimento. Una volta identificato il sito attraverso le coordinate geografiche, è possibile visualizzare graficamente e in forma di tabella le diverse coppie magnitudo-distanza che contribuiscono in percentuale alla definizione della pericolosità, in modo da individuare la coppia di valori che domina lo scenario sismico. Infine a questi aspetti va aggiunto, quando richiesto, il rispetto del requisito di spettro-compatibilità. Infatti le NTC08 stabiliscono che gli accelerogrammi registrati, devono essere selezionati e scalati in modo appropriato per approssimare gli spettri di risposta relativi al periodo di interesse, inerenti al problema in esame, ma non prescrivono nulla a riguardo del soddisfacimento del requisito di spettro-compatibilità, a differenza di quanto fa l’eurocodice 8. Va osservato che soddisfare questo requisito utilizzando accelerogrammi naturali può risultare assai complicato. Si deve tenere presente che gli accelerogrammi selezionati sono di tipo deterministico e che devono essere confrontati con spettri probabilistici o di normativa, che riflettono simultaneamente contributi di diverse sorgenti simiche caratterizzate da valori di magnitudo e distanza epicentrale diversi. Quando si vuole considerare il lungo periodo gli accelerogrammi naturali registrati su suoli rigidi (categoria A) sono caratterizzati da ordinate spettrali modeste, che risultano incompatibili con quelle prescritte dagli spettri di normativa, basate sul criterio dell’inviluppo di spettri deterministici, quindi rispettare la spettro-compatibilità diventa impossibile. Per questo a lunghi periodi, in funzione della tipologia e delle caratteristiche della struttura in esame, può risultare non necessario rispettare tale requisito.

Volendo selezionare dei gruppi di accelerogrammi soddisfacenti il requisito di spettro- compatibilità, possono seguirsi due strategie:

combinare diverse registrazioni reali, facendo in modo che la media delle relative accelerazioni di picco al suolo sia prossima all’accelerazione di picco prescritta dalle NTC08 per il sito in esame;

scalare gli accellerogrammi naturali all’accelerazione di picco prescritta delle NTC08 per il sito in esame.

Nel caso si scelga di scalare gli accelerogrammi naturali, si deve porre attenzione al fattore di scala da applicare, infatti il processo di scalatura, lineare, eseguito sulla base del valore dell’accelerazione di picco produce una distorsione del rapporto originale tra il contenuto in frequenza, la durata e l’accelerazione di picco, stabilito sulla base del contesto sismotettonico regionale e della distanza della sorgente sismica dal sito di interesse.

Per quello che riguarda le analisi bidirezionali, le NTC08 non prescrivono nulla di specifico, neppure nei casi in cui è richiesto il requisito di spettro-compatibilità. Infatti non viene specificato se debba essere soddisfatto per una singola componente accelerometrica, per entrambe le componenti orizzontali separatamente o da una loro combinazione. Inoltre nel caso in cui si rispetti il requisito di spettro-compatibilità per una sola delle due componenti

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accelerometriche, non è indicato se si debba scalare anche la seconda componente, e in questo caso se si debba utilizzare lo stesso fattore di scala o uno diverso.

Tutte queste procedure di selezione sono oggi implementate in programmi di calcolo, uno di questi è il programma REXEL (Iervolino et Al., 2009), sviluppato dall’Università degli Studi di Napoli Federico II e disponibile sul sito del Consorzio della Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica (ReLUIS) (http://www.reluis.it/), tramite il quale è possibile selezionare automaticamente le combinazioni di accelerogrammi naturali compatibili con gli spettri di risposta delle NTC08.