2.2.4 Misure specifiche
2.2.4.2 Fondazioni
1.P La rigidezza delle fondazioni deve essere adeguata, per trasmettere le azioni ricevute dalla sovrastruttura al terreno il più uniformemente possibile.
2.Con l’eccezione dei ponti, si raccomanda di utilizzare in generale solo un tipo di fondazione per la stessa struttura, a meno che quest’ultima sia costituita da unità dinamicamente indipendenti
3 Caratteristiche del terreno e zona sismica
3.1 Caratteristiche del terreno
3.1.2 Identificazione dei tipi di terreno
1.I tipi di terreno A, B, C, D e E, definiti dai profili stratigrafici e dai parametri forniti nel prospetto 3.1 e descritti qui di seguito, possono essere utilizzati per tenere conto dell’influenza delle condizioni locali del terreno sull’azione sismica. Questo può anche essere fatto in aggiunta tenendo conto dell’influenza della geologia profonda sull’azione sismica.
Nota: Lo schema di classificazione del terreno che tiene conto della geologia profonda utilizzato in una nazione può essere specificato nella sua appendice nazionale, che include i valori dei parametri S, TB, TC e TD che definiscono lo spettro di risposta elastico orizzontale e verticale in accordo con i punti 3.2.2.2 e 3.2.2.3.
Prospetto 3.1-Tipi di terreno
2.Si raccomanda che il sito sia classificato a seconda del valore della velocità media dell’onda di taglio, Vs,30, se questa è disponibile. Altrimenti si raccomanda che siautilizzato il valore di NSPT.
3.Si raccomanda che la velocità media dell’onda di taglio, Vs,30 sia calcolata in accordo con la seguente espressione:
|
(3.1) |
dove:
hi e Vi indicano lo spessore (in metri) e la velocità delle onde di taglio (per deformazioni di taglio dell’ordine di 10-5 o meno) della formazione o strato i-esimo, per un totale di N strati presenti nei 30 m superiori.
4. Sono richiesti studi speciali per la definizione dell’azione sismica per i siti concondizioni del terreno che corrispondono a uno dei due tipi speciali di terreno S1 o S2. Per questi tipi, e in particolare per S2, deve essere tenuta in conto la possibilità di rottura del terreno sotto l’azione sismica.
Nota: Si raccomanda di porre particolare attenzione se il deposito è di terreno di tipo S1. Tali terreni hanno tipicamente valori di Vs molto bassi, smorzamenti interni bassi e un intervallo molto esteso di comportamento lineare e possono perciò produrre amplificazioni sismiche anomale al sito e effetti di interazione terreno-struttura (vedere EN 1998-5:2004, sezione 6). In questo caso si raccomanda di eseguire uno studio speciale per definire l’azione sismica, al fine di stabilire la dipendenza dello spettro di risposta dallo spessore e dal valore di Vs dello strato di argilla/limo di bassa consistenza e dal contrasto di rigidezza tra questo strato e i materiali sottostanti
3.2 Azione sismica
3.2.1 Zone sismiche
1. Ai fini della EN 1998 i territori nazionali devono essere suddivisi dalle autorità nazionali in zone sismiche sulla base del rischio locale. Per definizione si assume che all'interno di ciascuna zona il rischio sismico sia costante.
2.Per la maggior parte delle applicazioni della EN 1998 il rischio sismico è descritto per mezzo di un unico parametro, cioè il valore di riferimento del picco di accelerazione agR in un terreno di tipo A. Parametri aggiuntivi richiesti da specifici tipi di strutture vengono forniti nelle parti pertinenti della EN 1998.
Nota: Il valore di riferimento del picco di accelerazione agR in un terreno di tipo A, utilizzato in una nazione o parte della nazione, può essere derivato dalle mappe di zonazione poste nella sua appendice nazionale.
3.Il valore di riferimento di picco dell’accelerazione del terreno, scelto dalle autorità nazionali per ogni zona sismica, corrisponde al periodo di ritorno di riferimento TNCR dell’azione sismica per il requisito di non-collasso (o equivalentemente alla probabilità di riferimento di superamento in 50 anni, PNCR) scelto dalle autorità nazionali [vedere punto 2.1(1)P]. A questo periodo di ritorno di riferimento è assegnato un coefficiente di importanza gI pari ad 1,0. Per periodi di ritorno diversi da quello di riferimento [vedere le classi di importanza nei punti 2.1(3)P e (4)], l'accelerazione di progetto ag del terreno in un terreno di tipo A è uguale ad agR volte il coefficiente di importanza γI (ag =γIagR) [vedere nota al punto 2.1(4)].
4.Nei casi di zone a bassa sismicità, si possono utilizzare procedure di progetto sismico ridotte o semplificate per alcune tipologie o categorie di strutture.
Nota: La selezione delle categorie di strutture, tipi di terreno e zone sismiche in una nazione per cui si applicano le disposizioni di bassa sismicità, può essere trovata nella sua appendice nazionale.
Si raccomanda di considerare casi a bassa sismicità o i casi in cui l’accelerazione di progetto ag in un terreno di tipo A non è maggiore di 0,08 g (0,78 m/s2), o i casi dove il prodotto agx S non è maggiore di 0,1 g (0,98 m/s2). La selezione del valore di ag, o quello del prodotto agx S, che sarà utilizzato in una nazione per definire il valore limite percasi di bassa sismicità, può essere trovata nella sua appendice nazionale.
5. Nei casi di zone a sismicità molto bassa, non è necessario che vengano osservate le disposizioni date dalla EN 1998. e i materiali sottostanti
3.2.2 Rappresentazione base dell’azione sismica
3.2.2.1 Generalità
1.Nell’ambito dello scopo e campo di applicazione della EN 1998 il moto dovuto ad unevento sismico in un dato punto della superficie del terreno è rappresentato da unospettro di risposta elastico dell'accelerazione del terreno, detto anche "spettro dirisposta elastico".
2.La forma dello spettro di risposta elastico è presa in modo tale da essere la stessa per i due livelli di azione sismica introdotti nei punti 2.1(1) e 2.2.1(1) per il requisito di non-collasso (stato limite ultimo - azione sismica di progetto) e per il requisito di limitazione del danno.
3.L'azione sismica orizzontale è descritta da due componenti ortogonali considerate indipendenti e rappresentate mediante il medesimo spettro di risposta.
4.Per le tre componenti dell’azione sismica, possono essere adottate una o più forme alternative dello spettro di risposta, a seconda delle sorgenti sismiche e dell’intensità del sisma da esse generate.
3.2.2.2 Spettro di risposta elastico orizzontale
1.Per le componenti orizzontali dell’azione sismica, lo spettro di risposta elastico Se(T) è definito dalle seguenti espressioni (vedere figura 3.1):
dove:
Se(T ) è lo spettro di risposta elastico;
T è il periodo di vibrazione di un sistema lineare ad un grado di libertà;
ag è l'accelerazione del terreno di progetto in un terreno di tipo A (ag =γIagR);
TB è il limite inferiore del periodo del tratto costante dello spettro di accelerazione;
TC è il limite superiore del periodo del tratto costante dello spettro di accelerazione;
TD è il valore che definisce l’inizio del tratto di risposta a spostamento costante dello spettro;
S è il coefficiente del terreno;
η è il coefficiente correttivo dello smorzamento con un valore di riferimento di
η= 1 per uno smorzamento viscoso pari al 5%, vedere (3) del presente sottopunto
Figura 3.1-Forma dello spettro di risposta elastico
2.I valori dei periodi e del coefficiente del terreno S che descrive la forma dello spettro di risposta elastico dipendono dal tipo di terreno.
Nota 1: I valori da attribuire a TB, TC e TD e S per ogni tipo di terreno e tipo (forma) di spettro da utilizzare in una nazione possono essere trovati nella relativa appendice nazionale. Se non si tiene in conto della geologia profonda [vedere punto 3.1.2(1)], la scelta raccomandata è l’utilizzo di due tipi di spettri: Tipo 1 e Tipo 2. Se i terremoti che contribuiscono in misura maggiore al rischio sismico definito per il sito al fine di valutare il rischio probabilistico hanno una magnitudo di onde di superficie, Ms, non maggiore di 5,5, si raccomanda di adottare lo spettro di Tipo 2. Per i cinque tipi di terreno A, B, C, D ed E i valori raccomandati dei parametri S, TB, TC e TD sono dati nel prospetto 3.2 per lo spettro di Tipo 1 e nel prospetto 3.3 per lo spettro di Tipo 2. La figura 3.2 e la figura 3.3 mostrano le forme degli spettri raccomandati di Tipo 1 e Tipo 2, rispettivamente, normalizzati rispetto ad ag, per uno smorzamento del 5%. Spettri differenti possono essere definiti nell’appendice nazionale, se si tiene in conto della geologia profonda.
Prospetto 3.2-Valori dei parametri che descrivono lo spettro di risposta elastico raccomandato di Tipo 1
Prospetto 3.3-Valori dei parametri che descrivono lo spettro di risposta elastico raccomandato di Tipo2
Figura 3.2- Spettro di risposta elastico raccomandato di Tipo 1 per i tipidi terreno da A a E (5% di smorzamento)
Figura 3.3- Spettro di risposta elastico raccomandato di Tipo 2 per i tipi di terreno da A a E (5% di smorzamento)
Nota 2 Per i tipi di terreno S1 e S2, studi speciali dovrebbero fornire i corrispondenti valori di S, TB, TC e TD
3. Il valore del coefficiente di correzione dello smorzamento η può essere determinato dalla relazione:
|
(3.6) |
dove:
x rappresenta il valore dello smorzamento viscoso della struttura, espresso in percentuale.
4. Se in particolari casi si deve utilizzare un valore dello smorzamento viscoso diverso dal 5%, questo valore è dato in un'apposita parte della EN 1998.
5. Lo spettro di risposta elastico in termini di spostamento, SDe(T), deve essere ottenuto dalla trasformazione diretta dello spettro di risposta elastico in termini di accelerazione, Se(T), utilizzando la seguente espressione:
|
(3.7) |
6. Si raccomanda che l’espressione (3.7) sia generalmente applicata per periodi di vibrazione non maggiori di 4,0 s. Per strutture con periodi di vibrazione più lunghi di 4,0 s, è possibile una definizione più completa dello spettro elastico in termini di spostamento.
Nota Per lo spettro di risposta elastico di Tipo 1 a cui si riferisce la nota 1 del punto 3.2.2.2(2)P, tale definizione è presentata nell’appendice informativa A in termini di spettro di risposta di spostamento. Per periodi maggioridi 4,0 s, lo spettro di risposta elastico di accelerazione può essere derivato dallo spettro di risposta elastico di spostamento invertendo l’espressione (3.7).
Spettro di risposta elastico verticale
1.La componente verticale dell’azione sismica deve essere rappresentata da uno spettro di risposta elastico, Sve(T), derivato utilizzando le espressioni (3.8)-(3.11).
Nota I valori da attribuire a TB, TC, TD e avg per ogni tipo (forma) di spettro verticale da utilizzare in una nazione possono essere trovati nella relativa appendice nazionale. La scelta raccomandata è l’utilizzo di due tipi di spettri verticali: Tipo 1 e Tipo 2. Come per gli spettri che definiscono le componenti orizzontali dell’azione sismica, se i terremoti che contribuiscono in misura maggiore al rischio sismico definito per il sito al fine della valutazione del rischio probabilistico hanno una magnitudo di onde di superficie, Ms, non maggiore di 5,5, si raccomanda di adottare lo spettro di Tipo 2. Per i cinque tipi di terreno A, B, C, D ed E, i valori raccomandati dei parametri che descrivono gli spettri verticali sono dati nel prospetto 3.4. Questi valori raccomandati non si applicano a terreni speciali di tipo S1 e S2.
Prospetto 3.4- Valori raccomandati dei parametri che descrivono lo spettro di risposta elastico verticale
2.Per evitare di dover compiere analisi strutturali anelastiche in fase di progettazione, la capacità di dissipare energia della struttura, essenzialmente mediante il comportamento duttile dei suoi elementi e/o altri meccanismi, è tenuta in conto svolgendo un’analisi elastica basata su uno spettro di risposta ridotto rispetto a quello elastico, detto perciò "spettro di progetto". Questa riduzione è ottenuta introducendo il coefficiente di comportamento q.
3.Il coefficiente di comportamento q rappresenta un'approssimazione del rapporto tra le azioni sismiche che la struttura sopporterebbe se la sua risposta fosse puramente elastica con uno smorzamento viscoso del 5%, e le azioni sismiche che possono essere utilizzate in sede di progettazione con un modello di analisi lineare convenzionale che ancora garantisce una risposta soddisfacente da parte della struttura. I valori del coefficiente di comportamento q, che tengono anche conto dell'influenza di uno smorzamento viscoso diverso dal 5%, sono dati per i diversi materiali e sistemi strutturali secondo le relative classi di duttilità nelle varie parti della EN 1998. Il valore del coefficiente di comportamento q può essere differente nelle diverse direzioni orizzontali della struttura, sebbene la classificazione di duttilità debba essere la stessa in tutte le direzioni.
4.Per le componenti orizzontali dell’azione sismica lo spettro di progetto, Sd(T), deve essere definito dalle seguenti espressioni:
dove:
ag, S, TC e TD sono definite nel punto 3.2.2.2;
Sd(T ) è lo spettro di progetto;
q è il coefficiente di comportamento;
β è il valore limite inferiore del coefficiente per lo spettro orizzontale di progetto.
Nota Il valore da attribuire a β per l’utilizzo in una nazione può essere trovato nella relativa appendice nazionale. Il valore raccomandato per β è 0,2.
5.Per la componente verticale dell’azione sismica lo spettro di progetto è dato dalle espressioni da (3.13) a (3.16), con l’accelerazione di progetto del terreno nella direzione verticale, sostituendo ag con avg, prendendo S pari a 1,0 e gli altri parametri come definiti nel punto 3.2.2.3.
6.Si raccomanda in generale di adottare per la componente verticale dell’azione sismica un coefficiente di comportamento q fino a 1,5 per tutti i materiali e i sistemi strutturali.
7.Si raccomanda che l’adozione per q di valori maggiori di 1,5 nella direzione verticale sia giustificata mediante un'analisi appropriata.
8.Lo spettro di progetto, così come è stato definito in precedenza, non è sufficiente per la progettazione di strutture isolate alla base o dotate di sistemi per la dissipazione di energia.
3.2.3 Rappresentazioni alternative dell’azione sismica
3.2.3.1 Rappresentazione in funzione del tempo
3.2.3.1.1 Generalità
1. Il moto sismico può anche essere rappresentato in termini di accelerazione del terreno in funzione del tempo e di altre quantità ad essa collegate (velocità e spostamento).
2.Quando è richiesto un modello spaziale, si deve assumere che il moto sismico sia composto da tre accelerogrammi agenti simultaneamente. Il medesimo accelerogramma non può essere utilizzato simultaneamente lungo le due direzioni orizzontali. Sono ammesse le semplificazioni previste dalle relative parti della EN 1998.
3.A seconda della natura dell'applicazione e delle informazioni effettivamente disponibili, la descrizione del moto sismico può essere fatta mediante accelerogrammi teorici (vedere punto 3.2.3.1.2) e accelerogrammi registrati o simulati (vedere punto 3.2.3.1.3).
3.2.3.1.2 Accelerogrammi teorici
1.Gli accelerogrammi teorici devono essere generati in modo da uguagliare lo spettro di risposta elastico dato nei punti 3.2.2.2 e 3.2.2.3 per uno smorzamento viscoso del 5% (x= 5%).
2. La durata degli accelerogrammi deve essere coerente con l'intensità e le altre caratteristiche proprie dell'evento sismico fondamentali per la determinazione di ag.
3. Allorché non fossero disponibili dati specifici del sito, si raccomanda che la durata minima Ts della parte stazionaria degli accelerogrammi sia uguale a 10 s.
4. Si raccomanda che la serie degli accelerogrammi teorici osservi le seguenti regole:
a) si raccomanda di utilizzare un minimo di 3 accelerogrammi;
b) si raccomanda che la media dei valori di accelerazione della risposta spettrale corrispondente a periodo zero(calcolata dalle singole storie temporali) non sia minore del valore dato da agS, per la zona in oggetto;
c) nell’intervallo di periodi tra 0,2T1 e 2T1, dove T1 è il periodo fondamentale della struttura nella direzione in cui l’accelerogramma è applicato, si raccomanda che nessun valore dello spettro medio elastico con 5% di smorzamento, calcolato da tutte le storie temporali, sia minore del 90% del corrispondente valore dello spettro di risposta elastico con 5% di smorzamento.
3.2.3.1.3 Accelerogrammi registrati o simulati
1.È ammesso l'utilizzo di accelerogrammi registrati, o di accelerogrammi generati attraverso un processo di simulazione fisica dell'origine, del percorso e delle modalità di propagazione, purché i modelli utilizzati siano adeguatamente qualificati per quanto concerne le caratteristiche sismologiche delle sorgenti e le condizioni del terreno proprie del sito, e i loro valori siano rapportati al valore di agS per la zona in oggetto.
2.Per l’analisi di fenomeni di amplificazione dovuti al terreno e per le verifiche di stabilità dinamica dei pendii vedere la EN 1998-5:2004, punto 2.2.
3.Si raccomanda che la serie di accelerogrammi registrati o simulati da utilizzare soddisfi il punto 3.2.3.1.2(4)
3.2.3.2 Modello spaziale dell’azione sismica
1.Per strutture con particolari caratteristiche, tali per cui non può più ritenersi valida l’ipotesi della stessa eccitazione in corrispondenza di ogni appoggio, si devono adottare modelli spaziali dell'azione sismica [vedere punto 3.2.2.1(8)].
2.Tali modelli spaziali devono essere coerenti con gli spettri di risposta elastici utilizzati per la definizione base dell'azione sismica in accordo con i punti 3.2.2.2 e 3.2.2.3.
3.2.4 Combinazione dell’azione sismica con altre azioni
1.Il valore di progetto Ed degli effetti delle azioni nella situazione sismica di progetto deve essere determinato in accordo con la EN 1990:2002, punto 6.4.3.4.
2.Gli effetti inerziali dell’azione sismica di progetto devono essere valutati tenendo conto della presenza delle masse associate a tutti i carichi gravitazionali che compaiono nella seguente combinazione di azioni
|
(3.17) |
dove:
YE,i è il coefficiente di combinazione per la i-esima azione variabile (vedere punto 4.2.4).
3.I coefficienti di combinazione YE,i tengono conto della probabilità che i carichi Qk,i non agiscano contemporaneamente sull’intera struttura nel momento durante il terremoto. Questi coefficienti possono anche tenere conto della ridotta partecipazione delle masse nel moto della struttura a causa del collegamentonon-rigido tra loro.
4.I valori di Y2,i sono dati nella EN 1990:2002 e i valori di YE,i per edifici o altri tipi di strutture sono forniti nelle apposite parti della EN 1998.
Seismic bearing capacity of shallow foundations
F.1 General expression. The stability against seismic bearing capacity failure of a shallow strip footing resting on the surface of homogeneous soil, may be checked with the following expression relating the soil strength, the design action effects (NEd, VEd, MEd) at the foundation level, and the inertia forces in the soil.
|
(F.1) |
where:
|
(F.2) |
Nmax is the ultimate bearing capacity of the foundation under a vertical centered load, defined in F.2 and F.3;
B is the foundation width;
F is the dimensionless soil inertia force defined in F.2 and F.3;
γRd is the model partial factor (values for this parameter are given in F.6).
a, b, c, d, e, f, m, k, k', cT, cM, c'M, β, γ are numerical parameters depending on the type of soil, defined in F.4.
F.2 Purely cohesive soil. For purely cohesive soils or saturated cohesionless soils the ultimate bearing capacity under a vertical concentric load Nmax is given by
|
(F.3) |
where:
c is the undrained shear strength of soil, cu, for cohesive soil, or the cyclic undrained shear strength, tcy,u, cohesionless soils;
γM is the partial factor for material properties (see 3.1 (3)).
The dimensionless soil inertia force F is given by
|
(F.4) |
ρ is the unit mass of the soil;
ag is the design ground acceleration on type A ground (ag = γI agR);
agR is the reference peak ground acceleration on type A ground;
γI is the importance factor;
S is the soil factor defined in EN 1998-1:2004, 3.2.2.2.
The following constraints apply to the general bearing capacity expression
|
(F.5) |
F.3 Purely cohesionless soil. For purely dry cohesionless soils or for saturated cohesionless soils without significant pore pressure building the ultimate bearing capacity of the foundation under a vertical centered load Nmax is given by
|
(F.6) |
where
g is the acceleration of gravity;
av is the vertical ground acceleration, that may be taken as being equal to 0,5ag S
and
Nγ is the bearing capacity factor, a function of the design angle of the shearing resistance of soil φ′d (which includes the partial factor for material property γM of 3.1(3), see E.4).
Note: φ′d is the design value of the angle of shearing resistance of soil i.e.
The dimensionless soil inertia force F is given by:
|
(F.7) |
The following constraint applies to the general expression
|
(F.8) |
F.4 Numerical parameters. The values of the numerical parameters in the general bearing capacity expression, depending on the types of soil identified in F.2 and F.3, are given in Table F.1.
Table F.1 — Values of numerical parameters used in expression (F.1)
F.5 In most common situations F may be taken as being equal to 0 for cohesive soils. For cohesionless soils F may be neglected if ag·S < 0,1 g (i.e., if ag·S < 0,98 m/s2).
F.6 The model partial factor γRd takes the values indicated in Table F.2
Table F.2 — Values of the model partial factor γRd
Stabilità dei pendii
Metodi di analisi
La risposta dei pendii al terremoto di progetto deve essere calcolata o mediante metodi accettati di analisi dinamica, come elementi finiti o modelli a blocchi rigidi, oppure mediante metodi pseudo-statici semplificati, purchè la superficie topografica ed il profilo stratigrafico del terreno non presentino irregolarità molto marcate.
Si introducono delle forze di inerzia verticali ed orizzontali applicate ad ogni porzione della massa di terreno e di eventuali forze di gravità che agiscano sulla sommità del pendio. Le forze di inerzia sismiche di progetto per analisi pseudo-statiche devono essere assunte come:
FH = 0,5 a S W in direzione orizzontale,
FV = ± 0,5 FH in direzione verticale if the ratio avg/ag is greater than 0,6,
FV = ± 0,33 FH in direzione verticale if the ratio avg/ag is not greater than 0,6.
Dove:
a è il coefficiente di accelerazione di progetto,
S parametro che caratterizza il tipo di suolo,
W è il peso della massa di terreno soggetta a slittamento.
Nella scelta di a si deve considerare un fattore di amplificazione topografica.
I metodi pseudo-statici non devono essere usati nel caso di terreni soggetti allo sviluppo di pressioni interstiziali elevate o ad un degrado significativo della rigidezza sotto carico ciclico.
L'incremento di pressione interstiziale dovrebbe essere valutato mediante opportune prove sperimentali. In assenza di tali prove, e in fase di progetto preliminare, tale incremento può essere stimato mediante correlazioni empiriche.
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