La nuova normativa sismica

Ordinanza 3274 del 20 marzo 2003e 3431 del 3 maggio 2005

Edifici in cemento armatoProf. Ing. Gennaro Magliulo

Caratteristiche dei materiali

Conglomerato:

Rbk > = 25 Mpa (250 Kg/cmq)

Acciaio (solo nelle zone 1, 2, 3):

ε su,k > 7.5 %;

1.15 < ft / fy < 1.35:

fy,eff / fy,nom < 1.25

Tipologie strutturali e fattori di struttura

q = q0 KD KR

KD = 1.0 alta duttilitàKD = 0.7 bassa duttilità

KR = 1.0 edifici regolari in altezzaKR = 0.8 edifici non regolari in altezza

Tipologia q0

Strutture a telaio 4.5αu/α1

Strutture a pareti 4.0αu/α1

Strutture miste telaio-pareti 4.0αu/α1

Strutture a nucleo 3.0

αu = moltiplicatore della forza sismica orizzontale che da luogo ad un meccanismo (struttura labile)

α1 = moltiplicatore della forza sismica orizzontale che daluogo alla prima plasticizzazione

αu/α1 può essere calcolato ma in ogni caso deve essere < 1.5

Valori ammessi in assenza di apposite valutazioni:Edifici a telaio di un piano αu/α1 = 1.1

Edifici a telaio con più piani ed una campata αu/α1 = 1.2

Edifici a telaio con più piani e più campate αu/α1 = 1.3

Edifici a pareti non accoppiate αu/α1 = 1.1

Edifici a pareti accoppiate αu/α1 = 1.2

∆/H0

200

400

600

800

1000

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01

Vb[kN]

αu/α1 = 1,15

α1

αu

Limiti geometriciTravi

Larghezza b ≥ 20 cmRapporto b / h ≥ 0.25

Travi a spessore

Larghezza b < = semiperimetro del pilastro

Pilastri

bmin ≥ 30 cmbmin / bmax ≥ 0.30

Nodi trave-pilastro

Una eccentricità trave colonna maggiore di 1/4 della larghezza del pilastro richiede apposita armatura.

Pareti bmin / bmax < 0.30

Spessore s > = 15 cm (20 cm in presenza di travi di accoppiamento con armatura ad X)Sforzo assiale normalizzato prodotto dai carichi verticali < = 0.40

Limiti di armaturaTravi -L’armatura lungitudinale tesa deve rispettare la relazione:

1.4 / fyk < ρ < ρ comp + 3.5 / fyk ( fyk in N/mmq)• L’armatura superiore alle estremità deve essere contenuta per il 75%

entro la larghezza dell’anima della trave, e comunque entro unafascia di soletta pari rispettivamente alla larghezza del pilastro, od alla larghezza del pilastro aumentata di 2 volte lo spessore della soletta, a seconda che manchi o sia presente una trave trasversale.

• Minimo due barre φ 12 sup. ed inf.

• L’armatura inferiore alle estremità (per 2d) non deve essere minore del 50% dell’armatura superiore.

• Almeno un quarto dell’armatura superiore alle estremità deve correre per tutta la lunghezza della trave al lembo superiore.

Limiti di armaturaTravi - armatura trasversale

Nelle zone di estremità, per un tratto pari a 2 d (d=altezza utile) in CD”A” e pari a d in CD”B”, devono disporsi staffe di confinamento ad un passo

non maggiore di:- d / 4 - 15 cm- 6 φ min barre longitudinali (solo per CD”A”)

Travi - armatura longitudinale

2d0,5 Af

Af Af

0,5 Af2d

0,25 Af (min 2φ12)

min 2φ12

Travi - armatura trasversale

≤5cm

2d CD"A"d CD"B" d CD"B"

2d CD"A"

≤5cm

passo:- 1/4 d- 15 cm- 6 φmin barre long. (solo per CD"A")

Limiti di armaturaPilastri - armatura longitudinaleL’armatura complessiva Af deve rispettare la condizione:

1% < = Af / Ac < = 4%Pilastri – armatura trasversaleAlle due estremità del pilastro devono disporsi staffe di confinamento per un tratto di lunghezza pari alla maggiore delle quantità:

- lato maggiore della sezione- 1 / 6 dell’altezza netta del pilastro (1/3 per pilastri a mensola)- 45 cm

Il passo delle staffe deve essere il minore tra:- 1 / 4 del lato minore delle sezione- 15 cm- 6 φ min barre longitudinali (solo CD”A”)

Le staffe ed i tirantini devono soddisfare le seguenti condizioni:- φ staffe e tirantini > = 8 mm- una barra ogni due, di quelle disposte ai lati, deve essere bloccata: - una barra libera deve trovarsi a non più di 15 cm da una bloccata.

Pilastri - armatura trasversale

H

- bmax

- H/6- 45 cm

idem

passo:- 1/4 bmin

- 15 cm- 6 φmin barre long. (solo per CD"A")

b

< 30 cm

< 30 cm

Limiti di armaturaNodi trave pilastro

Nei nodi non confinati, indipendentemente da quanto di seguito indicato,devono disporsi staffe orizzontali di confinamento in quantità pari alla massima disposta nei pilastri sup. ed inf.

Pareti – armatura longitudinaleIl passo delle barre verticali non deve essere maggiore di 30 cm. Il diametro delle barre non deve essere maggiore di 1 / 10 delle spessoredella parete.L’armatura verticale deve essere non inferiore allo 0.2%. Si definisce un’altezza critica della parete hcr dove le zone di estremità, di lunghezza 0.20 l, devono essere confinate. In tali zone l’armatura verticale Af deve rispettare la condizione:

1% < = Af / Ac < = 4%Pareti – armatura trasversale

Vale quanto prescritto per le armature longitudinali.Nella zone confinate definite in precedenza disporre ferri orizzontali con φ non minore di 8 mm e passo non maggiore di 10 φ long. o 25 cm. Le barre verticali fissate devono trovarsi ad una distanza non maggiore di 15 cm da quelle fissate.

Travi di collegamentoNel caso di armatura ad X ciascun “pilastrino” deve essere staffato con passo non superiore a 10 cm.In aggiunta si disporranno almeno due filanti φ 16 sup. ed inf

Verifica degli elementi strutturaliTravi

a flessione: con i momenti flettenti ottenuti dall’analisi strutturale.a taglio: in classe CD “B” con i tagli ottenuti dall’analisi strutturale.

in classe CD “A” con i tagli massimi e minimi che possono sollecitare la sezione, calcolati sulla base dei momentiresistenti MRt delle sezioni di estremità e del carico verticale

Mu

-MuA

A

p

B

+B

A

Mu+Ap

-BBMu

TAmaxTBmax

Bmin

TAminT

l

l

2pl

l

MM20,1T

uBuAmaxA +

+=

+−

Verifica degli elementi strutturaliIn classe CD “A” nelle verifiche a taglio:

• Si trascura la resistenza del calcestruzzo.

•Il taglio max (Vmax) deve essere < 15 τ Rd bw d.

•Se |Vmax| o |Vmin| > 10 τ Rd bw d occorre utilizzare solo armatura diagonale

a 45° nei due sensi;dove:

τ Rd = (Rck)2/3 / 28 (in Mpa) (τ Rd = 3.05 Kg/cm2 per Rbk 250)

bw = larghezza dell’anima della sezioned = altezza utile della sezione

Pilastri – verifica a pressoflessionePer le strutture in CD”A” I momenti flettenti di verifica dei pilastri siottengono moltiplicando quelli ottenuti dall’analisi per un fattore:

Verifica degli elementi strutturaliα = 1.20 [Σ M Rt] / [Σ M p]

dove:[Σ MRt] è la somma dei momenti resistenti delle travi convergenti nel nodo;[Σ M p] è la somma dei momenti nei pilastri ricavati dall’analisi;Il fattore α deve essere calcolato per entrambi i versi dell’azione sismica.Ciascun fattore moltiplica i momenti ottenuti per quel verso. Per la sezione di base del piano terra si applica il maggiore fra il momentorisultante dall’analisi e quello utilizzato per la verifica della sezione di sommità. Non si amplificano i momenti flettenti della sezione di sommità dell’ultimo pianoAi valori dei momenti così ottenuti va associato lo sforzo normale piùsfavorevole.Pilastri – verifica a taglio

Il taglio di verifica per le strutture in CD”A” si calcola dalla relazioneV = 1.20 (MRp

s + MRpi) / lp

dove MRps ed MRp

i sono i momenti resistenti delle sezioni di estremitàed lp è la lunghezza del pilastro

Verifica degli elementi strutturaliNodi

La verifica è automaticamente soddisfatta per i nodi confinati.

Per i nodi non confinati (di facciata), per le due classi di duttilità deve

essere soddisfatta la relazione:

nst Ast / i b > = 0.05 Rck / fy

dove:

nst è il numero di braccia della staffa orizzontale

Ast è l’area della barra

i è l’interasse delle staffe

b è la larghezza efficace del nodo

Rck è la resistenza caratteristica cubica del calcestruzzo

fy è la tensione di snervamento di calcolo dell’acciaio

Verifica degli elementi strutturaliPareti

In CD”B” le verifiche a taglio e momento si effettuano con le sollecitazioni ottenute dall’analisi strutturale.

In CD”A” Si assume un andamento del diagramma dei momenti lungo l’altezza variabile linearmente dal valore di base al valore in sommità.Il diagramma così ottenuto viene traslato verso l’alto di una quantità hcr (zona

critica) la maggiore fra:- altezza della sezione della parete;- 1 / 6 dell’altezza dell’edificio;

l’altezza critica deve essere non maggiore di:- altezza del piano terra per numero di piani non superiore a 6- 2 volte l’altezza del piano terra per numero di piani superiore- 2 volte altezza della sezione della parete

Il diagramma degli sforzi di taglio di verifica si ottiene in tutti in casi moltiplicando quello ottenuto dall’analisi per un fattore:

α = 1.20 M Rd / M SdM Rd è il momento resistente alla base della parete con le armature disposteM Sd è il momento alla base della parete ottenuto dall’analisi

Se H / l < 2 (H: alt. par.; l: dim. max sez.) si applica solo l’amplificazione del taglio

hcr

momenti di verifica(solo se H/l≥2)

momenti ottenutidall'analisi

l

0,2 l 0,2 l

lzona di infittimentodelle staffe

H

Verifica degli elementi strutturaliPareti – verifica pressoflessione

Nessuna particolaritàPareti – verifica a taglio

1) Verifica dell’anima a compressioneV < 0.40 (0.70 – fck/200) fcd b0 z

Dove:fck = resistenza caratteristica cilindrica del calcestruzzo in Mpafcd = resistenza di calcolo del calcestruzzo in Mpab0 = spessore dell’anima della paretez = braccio della coppia interna (0.80 l )2) Verifica del meccanismo resistente a trazione

V < Vcd + VwdDove:

Vcd è il contributo del conglomeratoVwd è il contributo dell’armatura

Vcd e Vwd, al di fuori della zona critica, sono da calcolare con le prescrizionivalide in zona non sismica. Nella zona critica si pone:

Verifica degli elementi strutturaliVcd = 0 se lo sforzo normale nella parete è di trazione;

Vcd = Rck 2/3/28 (1.20 + 0.40 ρ) b0 z (con ρ % armatura longitudinale) negli altricasi.

3) Verifica a scorrimento lungo piani orizzontali:V < Vdd + Vfd +Vid

Con:

Vdd = 0.25 fyd ΣAsi (contributo effetto spinotto armature verticali)Vfd = 0.25 fcd ξ l b0 (contributo attrito)Vid = ΣA’si fyd cosφ (contributo armature inclinate di φ)fyd = resistenza caratteristica cilindrica del calcestruzzo in Mpafcd = resistenza di calcolo del calcestruzzo in Mpab0 = spessore dell’anima della parete

ξ l = profondità della zona compressa della sezioneΣAsi = l’area complessiva di acciaio verticale che interseca la sezioneΣA’si = l’area complessiva di armatura inclinata che interseca la sezione

Verifica degli elementi strutturaliTravi di collegamento fra pareti.

Le verifiche delle travi di collegamento delle pareti si effettuano come

indicato per le altre travi se:

- il rapporto l / h > = 3

- Vd < = 4 bw d τ Rd (τ Rd = Rck 2/3/28 in MPa)

Diversamente lo sforzo di taglio deve essere assorbito da armature ad X

con sezione As tale che:

- Vd < = 2 As fyd sin α

essendo α l’inclinazione delle diagonali sull’orizzontale.

In ogni caso deve risultare:

- Vd < 15 bw d τ Rd

3hl <

Fondazioni

Per le travi di fondazione la percentuale geometrica di armatura superiore o

inferiore non deve essere inferiore allo 0.2% dell’intera sezione trasversale.

Si deve tener conto, per suoli C, D ed E, degli effetti indotti sulle strutture dagli

spostamenti relativi orizzontali del suolo. La verifica si può omettere disponendo

un reticolo di travi di collegamento delle fondazioni. Ciascuna trave sarà verificata

a sforzo normale assumendo (Nsd: valor medio sforzi vert. agenti su elem. coll.):

+ - 0.5 ag S γ Nsd / g per suoli C ed E

+ - 0.6 ag S γ Nsd / g per suolo D

Per le strutture in DC”A” il dimensionamento delle strutture di fondazione e la

verifica di sicurezza del terreno deve essere eseguito assumendo come sollecitazioni

agenti le resistenze degli elementi sovrastanti a flessione ed a taglio associate con lo

sforzo normale derivante dalla combinazione delle azioni come definite in

precedenza.

Verifica della capacità portante delle fondazioni

Limitatamente alle strutture di dimensioni e caratteristiche correnti, erette su

suoli tipo A, B e C, nei casi non previsti nell’allegato 4, la verifica della capacità

portante può essere effettuata confrontando le sollecitazioni trasmesse al terreno

con le capacità limite delle fondazioni determinate assumendo per i terreni i valori

nominali delle resistenze ed utilizzando i seguenti coefficienti di sicurezza:

2 – per le fondazioni dirette

1.7 – per le fondazioni su pali

Pali di fondazione

I pali devono rimenere in campo elastico.

Ove ciò non sia possibile:

nelle zone a cavallo della possibile cerniera plastica, di lunghezza pari a

3 diametri, l’armatura di confinamento sarà costituita da spirale continua

di diametro non inferiore ad 8 mm;

per i primi 10 diametri a partire dalla sommità l’armatura longitudinale

deve essere non inferiore all‘1% della sezione trasversale del palo. Nella

restante lunghezza l’armatura potrà essere ridotta ma deve comunque

essere non inferiore allo 0.30 %.

Strutture prefabbricate

Si distinguono le seguenti tipologie:

Strutture multipiano intelaiate dove tutti gli elementi strutturali, travi, pilastri e

solai, sono collegati fra loro con vincoli di continuità (flessionale):

si adotta q0 = 5.00

Strutture monopiano sostenute da pilastri isostatici:

si adotta q0 = 3.75

Per le strutture a pilastri isostatici i vincoli degli elementi orizzontali possono

essere fissi (rigidi od elastici) o scorrevoli.

I vincoli fissi devono possedere una resistenza pari alla minore fra (H:altezza

dell’elemento):

1.35 Mr / H (in CD”A”)

1.25 Mr / H (in CD”B”)

Taglio nel pilastro calcolato per q = 1

Gli appoggi scorrevoli devono consentire uno spostamento orizzontale

∆= (de2 + dr2) 0.5

dove:

de = è lo spostamento relativo fra le parti collegate dovuto alle deformazioni

delle strutture prodotte dall’azione sismica allo SLU calcolate con q = 1.

dr = è lo spostamento relativo fra le fondazioni, da prendere in conto quando

le fondazioni non collegate distano più di 20 m in presenza di un profilo di

terreno del tipo D. In tal caso si calcola:

dr = 0.5 (di2 + dj2) 0.50 (di = 0.025 S TC TD ag)

Edifici con tamponamenti in muraturaE’ in generale necessario considerare:

- le conseguenze di possibili irregolarità in pianta o in elevazione eventualmente provocate dalla disposizione dei tamponamenti

-gli effetti locali dovuti all’interazione tamponamenti e telai

Si può tener conto di una forte irregolarità in pianta incrementendo di un fattore 2 l’eccentricità accidentale.

Si può tener conto di una forte irregolarità in elevazione incrementando di un fattore 1.40 le azioni di calcolo (direi solo tagli e momenti) per gli elementi verticali (pilastri e pareti) del o dei piani dove i tompagni sono ridotti (piano soffice).

Gli effetti locali devono essere considerati solo quando il tompagno non arriva a tutta altezza.

Le verifiche dei tompagni per azioni fuori dal piano di cui al punto 4.9 si intendono soddisfatte con l’inserimento di leggere reti da intonaco, collegate tra loro a distanza non superiore a 500 mm sia in direzione verticale che in direzione orizzontale, ovvero con l’inserimento di elementi di armatura orizzontale nei letti di malta a distanza non superiore a 500 mm.

Edifici in zona 4Valgono le regole del c.a. in zona non sismica con le precisazioni seguenti.

Deve essere verificato lo SLU nelle due direzioni orizzontali assumendo Sd(T1) = 0.05, senza combinare il sisma Ex con Ey.Deve essere controllata la capacità del solaio di trasmettere le azioni orizzontali amplificate del 30%.Le travi devono rispettare le limitazioni geometriche, le prescrizioni per le armature longitudinali, nonché quelle per le armature trasversali previste in CD”B”.Le armature dei pilastri devono rispettare le prescrizioni relative alle armature longitudinali e trasversali previste in CD”B”.Nei nodi devono essere disposte staffe di contenimento non inferiori a quelle dei pilastri confluenti.Alla base delle pareti, per una altezza pari alla larghezza l in pianta, in vicinanza dei bordi per una lunghezza pari a 0.20 l su ciascun lato, va disposta armatura trasversale con Φ min =8 mm disposta in modo da fermare tutte le barre verticali, con un passo non superiore a 10 Φ longo 25 cm