La revisione delle norme tecniche per le costruzioni (d'ora in poi indicate come NTC) di cui al DM 17 Gennaio 2018 hanno introdotto una serie di modifiche che costituiscono un avvicinamento alle norme dell'eurocodice EC8, mentre allo stesso tempo, alcune altre se ne discostano nella direzione di una maggiore severità e difficoltà applicativa con particolare riferimento alle costruzione in classe di duttilità media CD"B".
Anche per le costruzioni in zone a bassa sismicità (agS ≤ 0,075g) viene abbandonato il metodo delle tensioni ammissibili. Viene eliminata la classificazione in zone sismiche in modo tale che qualsiasi località viene caratterizzatata dai soli parametri sismici di normativa con l'unica eccezione delle zone a sismicità molto bassa con ag⋅S ≤ 0.075 g per le quali è possibile - ma non obbligatorio - effettuare un calcolo semplificato (l'analisi potrà essere solo statica). Per tutte le costruzioni è comunque possibile eseguire, in alternativa al calcolo dissipativo, un calcolo non dissipativo (senza obbligo di gerarchia delle resistenze e di richieste/verifiche di duttilità ma con verifica dei nodi trave-pilastro) utilizzando un fattore di comportamento qND tale che:
Resta confermato l'ampliamento della zonizzazione sismica a quasi tutto il territorio nazionale (Ordinanza del presidente del consiglio dei ministri 28 Aprile 2006) che continua ad avere un'importanza centrale nella impostazione geometrica e strutturale nella quasi totalità delle costruzioni. Tutte le considerazioni relative alla modellazione faranno pertanto riferimento ad edifici ricadenti in zona sismica.
Oltre alle soprariportate modifiche la revisione NTC del 2018 comporta, specie in classe di duttilità media CD"B" ulteriori aggravi computazionali:
- verifica di duttilità dei pilastri nelle sezioni di attacco alle fondazioni (stranamente non prevista nelle precedenti NTC 2008)
- verifica di tutti i nodi trave-pilastro non solo nelle classi di duttilità CD"B" e CD"A ma anche per le costruzioni non dissipative (circostanza apparentemente smentita nella Circolare applicativa del 2019)
- per le pareti sono state ampliate e meglio dettagliate le verifiche con notevole penalizzazione (tra l'altro) della resistenza a taglio rispetto alle precedenti richieste in capacità in CD"B"
- viene definita la struttura scatolare rigida di fondazione o scatola di fondazione (box-type foundation) come una struttura a comportamento non dissipativo e costituita da pareti (perimetrali e/o interne) incastrate nelle fondazioni e alte solo un impalcato in grado di comportare spostamenti orizzonali ai piani sostanzailmente coincidenti con quelli della sola sovrastruttura incastrata al piede. La soletta del primo impalcato deve essere particolarmente rigida nel proprio piano in modo da garantire gli stessi spostamenti a tutti i suoi punti. Se tutte queste condizioni sono rispettate la sovrastruttura che poggia sulla scatola di fondazione presenta, in pratica, la stessa risposta dinamica che la sola sovrastruttura presenterebbe se fosse considerata incastrata alla base. Quindi il fattore di comportamento potrà essere valutato indipendentemente dalla presenza delle pareti della scatola di fondazione. Le verifiche di duttilità dei pilastri andrebbero, in tal caso, riferite allo spiccato in corrispondenza del piano di copertura della scatola di fondazione (- attenzione i pilastri devono sempre partire dal livello 0 della fondazione). In presenza di scatola di fondazione rigida, in conclusione, andrebbe fatto un doppio calcolo considerando sempre l'intero modello (scatola di fondazione+sovrastruttura) : un primo calcolo col fattore di comportamento della sola sovrastruttura prendendo in considerazione i soli risulati della sovrastruttura; un secondo calcolo con fattore q = 1.5 e calcolo non dissipativo per otterere le azioni di progetto e le relative verifiche relative alla sola scatola rigida. Il programma consente, una volta controllato (come prima detto) il rispetto delle condizioni di sussistenza della scatola rigida di fondazione, di effettuare una sola volta il calcolo dell'edificio utilizzando il fattore di comportamento della sovrastruttura, verificando anche in duttilità i tratti di pilastri che scendono nella scatola e verificando con comportamento non dissipativo le pareti e le fondazioni. Il programma prevede la modellazione di queste particolari pareti della scatola di fondazione mediante elementi definiti 'pannelli di taglio' in grado di esibire sola resistenza tagliante nel proprio piano ed invece resistenza tagliante e flettente nella direzione trasversale (cioè nello spessore). Al riguardo può consultarsi l'esempio 6 nel capitolo 8 di questo manuale.
CRITICITA' DELLE NTC 2018.
Il nuovo obbligo introdotto in classe di duttilità media CD'B' (ed anche nelle strutture non dissipative) di verifica delle staffe nodali, unitamente alla persistente verifica del diametro delle barre delle travi nei nodi, determinano la necessità di dimensioni trasversali dei pilastri sempre maggiori specie con riferimento ai pilastri interni. A questo riguardo si fa presente che, per i pilastri interni delle strutture dissipative ed utilizzando per le travi barre non superiori a Φ 14 e calcestruzzo C28/35, dette verifiche non possono essere soddisfatte se non per dimensioni trasversali dei pilastri non minori di 40 cm. Il passo delle staffe nodali risulta, in genere, molto piccolo (con difficoltà di getto nei nodi) e, col ridursi dell'altezza delle travi, rende ardua la previsione di travi in spessore anche in zone a sismicità molto bassa. Nel calcolo dissipativo i particolati costruttivi sono diventati più stringenti (maggior numero di legature nei pilastri) e la maggiorazione del fattore di sicurezza per la gerarchia delle resistenze a flessione trave-pilastro (portato da 1,1 a 1,3) comporta maggiori dimensioni nei pilastri. Tutto ciò considerato, nelle zone sisìmiche non di alta sismicità e per un numero limitati di piani potrebbe risultare conveniente (sia in termini di tempo di analisi sia in termini di maggiore semplicità di esecuzione e di economicità) progettare in modalità non dissipativa specie in presenza di scarsa regolarità o problemi di verifica operando in modalità dissipativa.
Prima di descrivere in dettaglio le singole caratteristiche d'uso del programma (v. capitolo 2) si vuole qui preventivamente esporne le capacità di modellazione ed i suoi campi di impiego.
Il programma si riferisce prevalentemente agli edifici in c.a. di corrente realizzazione nel nostro paese caratterizzati da impalcati generalmente orizzontali in elevazione in cui gli elementi resistenti sono costituiti dalle sole travi di piano mentre i solai (quasi sempre in latero c.a.) vengono sempre considerati elementi strutturali "secondari" (punto 7.2.6. NTC) e di conseguenza nel calcolo dell'edificio la loro presenza si riflette solo nella valutazione dei carichi da essi trasmessi alle travi che ne delimitano il contorno. Oltre alle travi di impalcato è prevista la contemporanea presenza di aste esterne agli impalcati (ad esempio travi inclinate di un tetto a falde). Gli elementi resistenti verticali possono essere costituiti da pilastri, pareti semplici e/o composte e/o accoppiate. Per parete si intende (punto 7.4.3.1 NTC) un pilastro con sezione trasversale in cui il rapporto tra dimensione massima e minima risulta superiore a 4. Si definisce parete di forma composta (punto 7.4.3.1) l'insieme di pareti semplici collegate in modo da formare sezioni ad L, T, U ecc.. Una parete accoppiata consiste di due o più pareti semplici collegate tra loro da travi duttili distribuite in modo regolare lungo l'altezza. La modellazione dei citati elementi strutturali verrà descritta nei successivi paragrafi. Il programma prevede di norma il calcolo contestuale delle citate strutture in elevazione con quelle di fondazione cioè gli elementi di fondazione sono congruenti con quelli di elevazione. Nel piano di fondazione gli elementi resistenti previsti per le fondazioni dirette possono essere plinti, travi alla Winkler, platee semplici o nervate; per le fondazioni profonde possono essere plinti su pali o pali collegati da graticci di travi o da platea.
L'analisi svolta dal programma è di tipo lineare su un modello a telaio tridimensionale (6 gradi di libertà per ogni nodo) con l'opzione di piano rigido (i gradi di libertà dei nodi giacenti nel piano rigido si riducono a 3) che può essere assegnata anche solo a singoli impalcati. Tutti gli elementi resistenti in elevazione (travi, pilastri, pareti) sono modellati mediante aste monodimensionali dotate di opportuni link rigidi (conci rigidi). In fondazione travi e pali sono modellati discretizzando la loro lunghezza mediante aste monodimensionali nei cui nodi di estremità sono concentrate molle alla winkler ortogonali all'asse baricentrico longitudinale; le platee sono invece modellate con elementi finiti bidimensionali a 4 nodi in cui possono essere presenti molle verticali alla Winkler; i plinti superficiali infine sono considerati corpi rigidi che interagiscono col terreno unicamente con molle verticali alla Winkler. Tutti i nodi delle fondazioni dirette (travi, platee e plinti) vengono vincolati con vincoli fissi nei due spostamenti nel piano orizzontale e alla rotazione intorno alla verticale. Ciò equivale a considerare il piano di fondazione oltre che rigido anche solidale al terreno di fondazione e risponde a due fondamentali requisiti cui devono rispondere per normativa le fondazioni dirette di edifici:
•elevata rigidezza estensionale (punti 7.2.1- 7.2.5.1 NTC) da conseguirsi mediante travi di collegamento orizzontale tra i plinti (e, a differenza delle NTC 2008, inclusi quelli ricadenti in zona 4 o con profili stratigrafici di tipo A);
•congruenza nel piano orizzontale tra terreno e opere di fondazione superficiali: se infatti si ipotizzasse un vincolo elastico orizzontale (molle all winkler orizzontali) tra terreno e fondazioni verrebbero amplificati i periodi propri e quindi le forze sismiche orizzontali fornite dagli spettri orizzontali di normativa, alterando così, a sfavore di sicurezza, la risposta dinamica dell'intera struttura. L'introduzione di tali molle orizzontali porterebbe infatti ad avere una risposta dinamica analoga a quella degli smorzatori negli edifici con isolamento alla base!
Le azioni sismiche vengono valutate di norma mediante analisi dinamica modale utilizzando gli spettri forniti dalle NTC nel § 3.2.3. L'analisi lineare statica, pure contemplata dal programma nei casi in cui la costruzione sia regolare in altezza e che il periodo del modo principale di vibrare non superi 2,5 Tc o Td (punto 7.3.3.2 NTC), va utilizzata di norma per le costruzioni ricadenti nelle zone a bassa sismicità con tutte le ulteriori semplificazioni indicate nella premessa del capitolo 7 delle NTC (compreso il calcolo non dissipativo con il coefficiente di comportamento q ≤1.5). Le masse vengono calcolate in automatico dal programma e sono sempre concentrate (lumped) nei nodi di congruenza della struttura e, nel caso di piani rigidi, nel baricentro delle sole masse dei rispettivi piani. Attenzione viene inoltre prestata alle non linearità geometriche che nel caso di analisi sismica possono essere trascurate solo se il parametro q definito dalla formula (7.3.2) NTC non supera il valore di 0,1 nei singoli orizzontamenti (il programma valuta q in tutti i pilastri in quanto in generale gli orizzontamenti possono non essere rigidi nel proprio piano). Se dopo una prima elaborazione svolta senza considerare gli effetti geometrici del secondo ordine q risulta > 0.1 è possibile effettuare un nuovo calcolo tenendo conto di tali effetti (a condizione di non superare per q il valore limite di 0.3) secondo la procedura linearizzata (Winson CSI) che prevede l'impiego delle matrici di rigidezza geometriche per le sole aste verticali (v. Capitolo 3).
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