STRUTTURE in C.A.: valutazione critica su uso formula semplificata per l'oscillazione sismica

UNA RIFLESSIONE CRITICA SULL’UTILIZZO DELLA FORMULAZIONE SEMPLIFICATA PER LA VALUTAZIONE DEL PERIODO FONDAMENTALE DI STRUTTURE IN C.A.
A. Nigro, G. Auletta, R. Ditommaso, A. Cacosso, C. Iacovino, D. S. Nigro, F. C. Ponzo
Scuola di Ingegneria, Università degli studi della Basilicata

Questo lavoro sarà presentato in occasione della  34° edizione del Convegno Annuale del GNGTS - GRUPPO NAZIONALE DI GEOFISICA DELLA TERRA SOLIDA che si terrà a Trieste dal 17 al 19 novembre 2015 (LINK). La partecipazione all'evento è gratuita e numerose sono le relazioni presenti.

INTRODUZIONE

Il periodo fondamentale di oscillazione dipendente dalla massa, dalla rigidezza della struttura e dal sistema di vincoli applicato, è influenzato da diversi fattori tra cui la regolarità strutturale, il numero di piani, le caratteristiche geometriche, la presenza di componenti non strutturali e l’interazione suolo-struttura (Hatzigeorgiou e Kanapitsas, 2013; Salama, 2013; Prajapati et al, 2012; Crowley et al., 2010; Kose, 2009). Tale parametro fornisce indicazioni sul comportamento globale del sistema edificio-terreno e dipende fortemente anche dal tipo di dinamica esibita dalla struttura nonché dai criteri di progettazione utilizzati e dalla pratica costruttiva utilizzata all’epoca di realizzazione dell’edificio. Negli ultimi anni sono stati effettuati diversi studi sperimentali, calibrati su dati provenienti da edifici monitorati durante eventi sismici rilevanti, che hanno portato allo sviluppo di formulazioni semplificate per stimare il periodo elastico. La grande maggioranza dei codici normativi a livello internazionale propone relazioni semplificate per la valutazione del periodo elastico delle strutture in funzione dell’altezza (Al-Nimry et al., 2014; Ditommaso et al., 2013; Ricci et al., 2011; Gallipoli et al., 2010; Michel et al., 2010; Verderame et al., 2010, 2007; Guler et al., 2008; Crowley et al., 2004), del numero di piani (Vidal et al., 2014; Michel et al., 2010; Oliveira et al., 2010) e, in alcuni casi, dell’estensione in pianta (Lee et al., 2000). Tuttavia, gran parte di tali relazioni sono state concepite secondo moderni criteri di progettazione sismica, diversi, in molti casi, da quelli che caratterizzano gli edifici esistenti.

La valutazione delle strutture esistenti e la conseguente progettazione degli interventi, così come la progettazione del nuovo, può essere affrontata con l’ausilio di analisi statiche, lineari e non lineari, a patto che la costruzione soddisfi alcuni requisiti geometrici e dinamici prescritti dalle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2008) e dalla relativa Circolare esplicativa (617/2009). In tali condizioni, le forze statiche equivalenti da applicare alla struttura, per simulare l’effetto delle azioni sismiche, vengono calcolate facendo riferimento a una relazione semplificata che lega il periodo fondamentale di oscillazione all’altezza della struttura e alla tipologia strutturale. Negli ultimi anni, al fine di proporre relazioni semplificate, sono state eseguite diverse campagne numeriche e sperimentali su strutture in cemento armato in diverse aree geografiche. Le risultanze hanno evidenziato delle differenze sostanziali tra i valori dei periodi suggeriti dalle NTC 2008 e i valori sperimentali misurati in situ: la relazione di norma tende a sovrastimare, sistematicamente, i valori dei periodi di oscillazione delle strutture reali. A titolo di esempio, nella figura seguente vengono mostrati uno spettro di risposta elastico allo Stato Limite Ultimo e uno spettro di progetto (Fig. 1a) e uno spettro di risposta elastico allo Stato limite di Esercizio (Fig. 1b), per suolo di tipo B.

Figura 1. Spettro di risposta allo Stato Limite Ultimo (a) e spettro di risposta allo Stato Limite di Danno (b)

Come si può notare dalla Fig. 1, la sovrastima del periodo proprio di vibrazione può comportare l’adozione di un’accelerazione spettrale significativamente inferiore a quella reale. Tale approccio potrebbe essere coerente allo SLU, dove si deve tener conto dell’incremento del periodo a seguito delle plasticizzazioni della struttura. Al contrario, allo SLE, tale approccio si potrebbe rivelare a svantaggio di sicurezza in quanto la struttura, a tale livello prestazionale, non deve subire danneggiamenti tali da provocare riduzioni significative di rigidezza. In questo lavoro viene presentato uno studio a carattere numerico e sperimentale, che ha l’obiettivo di confrontare il periodo fondamentale di oscillazione, misurato su diverse strutture intelaiate in cemento armato ubicate in Basilicata, con il periodo fondamentale stimato con l’ausilio della formula 7.3.5 proposta dalle NTC 2008.

VALUTAZIONE DEL PERIODO CON FORMULAZIONE SEMPLIFICATA
La maggior parte delle relazioni presenti in letteratura tecnico-scientifica finalizzate alla determinazione del periodo fondamentale di oscillazione delle strutture, sono funzione dell’altezza totale H, dato che, più di ogni altro parametro, fissato il sistema di vincoli (incastro alla base), riassume il rapporto tra la rigidezza e la massa dell’edificio. La formulazione semplificata, tradizionalmente adottata, mette in relazione il periodo elastico (T) all’altezza (H) dell’edificio attraverso la seguente formulazione:
 

---> SEGUE in ALLEGATO