Progettazione strutturale in zona sismica: considerazioni generali e suggerimenti

Edifici in c.a. nuovi - Concezione dell’impianto strutturale

1. INTRODUZIONE
In occasione della pubblicazione del libro “Effetti differiti della deformazione nel calcestruzzo” (Edizioni EAI), del Dott. Matteo Felitti, presentato il 17 gennaio 2015 nell’ambito del seminario tecnico – scientifico : “Aspetti Meccanici del Calcestruzzo e Comportamento Strutturale”, ho avuto il piacere di presentare delle brevi considerazioni, di carattere generale data l’eterogeneità dei partecipanti al seminario, sulla concezione strutturale degli edifici in c.a., con particolare attenzione al problema sismico, oggi di grande centralità nella progettazione strutturale. La progettazione in zona sismica delle strutture in calcestruzzo armato ha subito notevoli sviluppi negli ultimi decenni; gli studi effettuati in questo periodo su strutture in calcestruzzo armato collassate a seguito di eventi sismici di entità più o meno prevedibile hanno contribuito a evidenziare quali sono i principali fenomeni che portano al collasso, e a differenziare tra i vari tipi di collasso possibili, in termini di elementi (travi, pilastri, pareti) oppure in termini di tipo di sollecitazione (flessione, pressoflessione, taglio). Si analizzano brevemente alcuni aspetti di carattere generale sull’impianto dell’edificio in c.a., allo scopo di indicare dei criteri di buona progettazione innanzitutto architettonica. L’intervento in oggetto ha riguardato alcuni aspetti della progettazione strutturale degli edifici in calcestruzzo armato di nuova realizzazione, aspetti di concezione generale dell’edificio:
Regolarità in pianta: Simmetria in termini di rigidezze e di masse - Rigidezza membranale dell’impalcato, rapporto L/B limite tra i lati della pianta, e casi di non applicabilità per eccessivo rapporto tra rigidezze dei telai e rigidezza della soletta, carichi eccessivi, presenza di fori nell’impalcato. Regolarità in elevazione: Richiami propedeutici sulle più comuni tipologie strutturali e strutture deformabili torsionalmente - Presenza di pareti ad un solo piano: il caso del semi-interrato - Uniformità della rigidezza lungo l’altezza: il controllo delle rastremazioni - Presenza del tompagno: il piano pilotis e la vetrata a tutta parete.
2. REGOLARITA’ IN PIANTA: SIMMETRIA IN TERMINI DI RIGIDEZZE
Assunto un edificio a pianta rettangolare con rapporto dei lati L/B<4, con una massa per unità di superficie omogenea su tutta la pianta, per garantire un comportamento sismico prevalentemente traslazionale è necessario tenere sotto controllo la distribuzione delle rigidezze dei telai e delle pareti a tutti i livelli, disponendo i telai paralleli in modo abbastanza simmetrico ed evitando l’inserimento di pareti da un solo lato della pianta; ciò permette di mantenere il baricentro delle rigidezze abbastanza vicino al centro geometrico del rettangolo, laddove si localizza il baricentro delle masse. In tal modo, viene minimizzata (e al limite, per piante perfettamente simmetriche, annullata) l’eccentricità tra la forza sismica in ingresso (applicata nel baricentro delle masse) e la forza di risposta dell’edificio, espressa dagli elementi sismoresistenti (telai e pareti) e localizzata globalmente nel baricentro delle rigidezze.

Figura 1. Edificio non regolare in pianta per dissimmetria delle rigidezze
Un semplice esempio è qui presentato per evidenziare l’effetto, sulla posizione del baricentro delle rigidezze, di pareti non disposte con simmetria. L’edificio è a pianta rettangolare, con rapporto dei lati L/B<4, e strutture costituite da telai ad eccezione di un elemento perimetrale, costituito da parete (caso tipico in presenza di edifici semi-interrati o costruiti verso un fronte in roccia, il cui lato contro terra è risolto con una parete che funge anche da sostegno del terrapieno retrostante). La disposizione dei telai nelle due direzioni è all’incirca simmetrica, con differenze non eccessive tra le dimensioni delle campate. La presenza eccentrica della parete su uno dei lati corti, però, genera un notevole allontanamento del baricentro delle rigidezze dal centro geometrico del rettangolo che costituisce la pianta, con conseguente notevole eccentricità tra la forza sismica in ingresso, diretta come y, posizionata in prossimità del centro, e la corrispondente reazione degli elementi sismoresistenti, parallela anche essa a y e dello stesso modulo, ma molto più vicina alla parete in c.a.; la coppia che ne nasce genera un moto dell’edificio notevolmente torsionale quando il sisma è parallelo a y.

Figura 2. Eccentricità tra baricentri di massa e rigidezza: moto sismico notevolmente torsionale
Una delle principali conseguenze di un moto sismico così nettamente torsionale è la grande sollecitazione tagliante scaricata sui pilastri del lato opposto a quello costituito dalla parete, che sono soggetti ai massimi spostamenti; tale aspetto giustifica la prescrizione normativa riportata nel DM 14/01/2008, punto 7.2.2, al fine di poter assumere la regolarità in pianta dell’edificio.

Nell'articolo completo:

REGOLARITA’ IN PIANTA: SIMMETRIA IN TERMINI DI MASSE

REGOLARITA’ IN PIANTA: RIGIDEZZA MEMBRANALE DELL’IMPALCATO

REGOLARITA’ IN ALTEZZA: STRUTTURE TORSIONALMENTE DEFORMABILI

REGOLARITA’ IN ALTEZZA: PRESENZA DI PARETI AD UN SOLO PIANO, IL CASO DEL SEMI-INTERRATO

REGOLARITA’ IN ALTEZZA: IL CONTROLLO DELLE RASTREMAZIONI

REGOLARITA’ IN ALTEZZA: PRESENZA DEL TOMPAGNO, IL PIANO PILOTIS E LA VETRATA A TUTTA PARETE

CONCLUSIONI