Antisismica

Un edificio è in grado di offrire una buona risposta strutturale tanto più facilmente quanto più il suo sistema strutturale possiede caratteristiche attivanti risposte semplici e chiare sotto l’azione di un evento sismico.
Tali caratteristiche fondamentali dovranno essere individuate sin dalla fase di concezione strutturale alla radice del processo di progettazione. I principi sono elencabili come segue:

• semplicità strutturale;
• simmetria strutturale;
• resistenza e rigidezza bidirezionale;
• resistenza e rigidezza torsionale;
• comportamento a diaframma dei piani;
• adeguatezza delle fondazioni.

Semplicità strutturale

Le forze sismiche seguono un percorso all’interno dell’organismo strutturale di ogni fabbricato. Esse sono associate alle masse messe in moto dalle forze di inerzia cinetiche del moto sismico. Quando il fabbricato gode di semplicità strutturale, sarà molto
intuitivo stabilire i percorsi di trasmissione delle forze telluriche.
Negli edifici la maggior parte della massa sottoposta ad oscillazioni sismiche è collocata nei singoli piani. Da questo si deduce il motivo, che affronteremo in seguito, per cui i piani devono avere elevata rigidezza. Tale rigidezza garantisce il trasferimento delle sollecitazioni inerziali verso le strutture verticali (pilastri, setti, pareti).
Queste dovranno trasferire gli incrementi di carico, causati dalla forze sismiche, alle fondazioni.
Premettendo che azioni derivanti da forti terremoti mettono sempre in evidenza ogni piccolo difetto strutturale, anche del fabbricato molto bene concepito, occorre sottolineare che le strutture semplici sono sempre avvantaggiate nella resistenza, nella
modellazione di calcolo, nell’analisi e nel dimensionamento. Inoltre, corpi di fabbrica regolari sono sempre meno soggetti ad incertezze derivanti dagli innumerevoli parametri innescati durante un evento sismico.

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Antisismica – Resistenza e rigidezza bidirezionale

Le sollecitazioni sismiche sono di natura multidirezionale. Nel senso che le opere in zona sismica sono destinate a mettere in conto una resistenza sismica in tutte le direzioni di piano e non solo in alcune o, come spesso si sente dire, in due direzioni ortogonali
tra di loro. È bene considerare, a tal proposito, due direzioni principali ed ortogonali tra di loro e stabilire rigidezza di piano in tali direzioni. Un appropriato esempio potrebbe essere quello di incrociare orditure di solaio rispetto a quelle contigue in modo da rendere i solai mutuamente perpendicolari rispetto alle travi su cui giacciono.
Garantire resistenza e rigidezza in tutte le direzione orizzontali è importante al fine della distribuzione delle forze sismiche in corrispondenza dei vari pilastri o elementi verticali. Occorre anche tener presente la raccomandazione secondo cui la scelta delle
caratteristiche di rigidezza di una struttura è importante in quanto tende a limitare spostamenti eccessivi al fine di ridurre instabilità ad effetti del secondo ordine ed eventuali eccessivi danneggiamenti. Il discorso si completa anche col dire che la riduzione
di rigidezza di piano tenderà anche a ridurre o a minimizzare gli effetti dell’azione sismica spostando la risposta strutturale sui lunghi periodi di vibrazione dello spettro di progetto.
Questi sono i motivi per cui è interessante per lo strutturista la fase di progettazione strutturale ai fini della determinazione della rigidezza che dovrà essere in equilibrio tra scelte tendenti alla limitazione dell’azione sismica e opzioni riducenti gli spostamenti
orizzontali.

Antisismica – Resistenza torsionale e rigidezza torsionale

La resistenza torsionale e la rigidezza torsionale sono parametri tipici di edifici in zona sismica che influenzano le risposte alle azioni sismiche. In realtà occorre sempre preferire spostamenti traslazionali a movimenti torsionali.

Antisismica – Comportamento a diaframma dei piani

I solai dei fabbricati si comportano come diaframmi aventi lo scopo di trasferire le forze di natura statica ed inerziali agli elementi verticali portanti. L’importanza dei diaframmi è accentuata ove le strutture portanti verticali non sono uniformemente
distribuite, infatti in tali casi le azioni sismiche dovranno essere trasmesse considerando dei percorsi molto più articolati e complessi all’interno degli stessi elementi di piano.
L’EC8 raccomanda che i solai di piano ed il tetto abbiano sufficiente rigidezza e resistenza in pianta e che siano efficacemente collegati alle strutture portanti verticali.

Antisismica – Adeguatezza delle fondazioni

Le fondazioni giocano un ruolo fondamentale nella progettazione in capacità o nel famoso criterio di gerarchia delle resistenze. Esse devono essere in grado di resistere non solo ai carichi statici, ma anche e soprattutto ai carichi di natura dinamica. Gli
elementi che per ultimi possono andare in crisi o in collasso sono proprio le fondazioni.
Tra l’altro, dopo un terremoto, se le fondazioni hanno raggiunto lo stato limite ultimo sarà quasi sicuramente necessario provvedere alla demolizione del fabbricato in oggetto. Tutti i collegamenti tra fondazioni e strutture verticali dovranno garantire
che l’intero edificio sia sollecitato in maniera uniforme dall’azione sismica.

Antisismica – Regolarità in pianta secondo l’EC8

Le regole dell’EN 1998-1 rispetto alla regolarità in pianta sono piuttosto semplici.
Fabbricati regolari in pianta rispondono meglio all’eccitazione sismica, lungo le principali direzioni strutturali, in maniera disaccoppiata. Questo significa che si potrebbe calcolare la struttura facendo riferimento a metodi di calcolo semplificati utilizzando modelli piani per ogni direzione.

Antisismica – Regolarità in pianta secondo le NTC2018

Le condizioni occorrenti affinché un edificio possa essere considerato regolare in pianta sono le seguenti:

• immaginando ogni orizzontamento inscritto in un rettangolo, il rapporto tra i lati deve essere inferiore a 4;
• la rigidezza di ogni orizzontamento dovrà essere superiore a quella degli elementi strutturali verticali in modo da considerare ininfluente la deformazione
  in pianta al fine della distribuzione delle azioni sismiche tra le membrature verticali;
• ogni orizzontamento dovrà essere dotato di resistenza tale da garantire la distribuzione delle azioni sismiche alle strutture portanti verticali dell’edificio;
• distribuzione di masse e rigidezze approssimativamente simmetrica rispetto alle due direzioni ortogonali;
• il rapporto tra l’area dell’orizzontamento, all’interno della linea di perimetro, e l’area circoscritta dalla linea convessa all’orizzontamento non deve essere superiore al 5%.

Antisismica – Regolarità in altezza secondo l’EC8

Un fabbricato è considerato regolare in altezza se vengono rispettati alcuni principi sotto elencati.

• Ogni sistema resistente ad azioni laterali (telai con controventi, mensole antisismiche, pilastrate, pareti) deve essere continuo dalle fondazioni alla sommità della struttura.
• Masse e rigidezze devono essere costanti in ogni piano o, al più, diminuire gradatamente verso l’alto.
• In edifici intelaiati non devono esserci improvvise variazioni della sovraresistenza dei singoli piani, o, meglio, il rapporto tra la resistenza effettiva di un certo piano e quella richiesta dall’analisi non deve variare sproporzionatamente tra piani successivi.

Antisismica – Regolarità in altezza secondo le NTC2018

Una costruzione è regolare in altezza se sono valide le seguenti condizioni:

• le membrature resistenti alle azioni sismiche devono prolungarsi per tutta l’altezza della relativa parte dell’edificio in cui sono state impostate;
• la distribuzione verticale di massa e rigidezza dovrà essere costante o variare gradualmente;
• variazioni di massa da un piano al successivo non dovranno essere superiori al 25%;
• variazioni in riduzione di rigidezza da un piano al successivo superiore non dovranno essere superiori al 30%;
• variazioni in aumento di rigidezza da un piano al successivo superiore non dovranno essere superiori al 10%;
• eventuali pareti o nuclei o murature antisismiche devono avere sezione costante per tutti i piani e ad essi dovrà essere affidata almeno il 50% dell’azione sismica alla base;
• telai controventati antisismici devono portare almeno il 50% dell’azione sismica;
• la variazione, tra un piano e quelli adiacenti, del rapporto tra capacità e domanda allo SLV in termini di resistenza non può essere superiore al 30%; può fare eccezione l’ultimo orizzontamento di strutture intelaiate di almeno 3 piani;
• i restringimenti in pianta da un piano a quello superiore non possono essere superiori al 10%;
• tutti i restringimenti in altezza non possono essere superiori al 30% del primo orizzontamento;
• per costruzioni di almeno 4 orizzontamenti l’ultimo piano non è soggetto alle restrizioni sui restringimenti di sopra.

IL TERREMOTO COME LABORATORIO

L’ingegneria strutturale e antisismica è una professione che si basa, un po’ come tutte le altre, sull’esperienza sul campo. Dopo un forte terremoto i danni occorsi alle strutture possono essere ingenti e possono essere una occasione per imparare cosa ha
funzionato e cosa non ha funzionato. Questo aspetto è stato subito chiaro sin dai tempi in cui lo scrivente autore frequentava il corso di Costruzioni in zona sismica.
Già nella redazione del primo libro era stato introdotto un capitolo dedicato all’analisi dei dissesti su strutture in conglomerato cementizio armato e in muratura.
Analizzare i vari meccanismi di danno è importantissimo per ogni strutturista, soprattutto sui luoghi.
Per tali motivi in questo paragrafo si commenteranno alcune foto tratte dal report dei danni registrati a seguito del terremoto del Centro Italia del 24 agosto 2016, ad opera del consorzio ReLUIS (documento scaricabile liberamente da internet), o recuperati
in internet. Sono indagate anche interessanti foto tratte dall’EEFIT (Earthquake Engineering Field Investigation Team) dopo il sisma del 16 aprile 2016 di magnitudo 7.8 nell’Ecuador.
Ogni fotografia riporta una nota in cui si cercano di spiegare le cause che hanno portato a quel definito danno.

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