Costruzioni in zone sismiche

Materie:	Riassunto
Categoria:	Tecnologia Delle Costruzioni
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Data:	27.06.2005
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Unità 2 Costruzioni in zone sismiche

2.1 Premessa
La maggior parte degli edifici costruiti nel passato è costituita da strutture murarie di pietra, laterizio, calcestruzzo, che funzionano egregiamente quando le forze dovute ai carichi e pesi propri agiscono in genere verticalmente.
In caso di terremoto, insorgono forti spinte orizzontali, che i muri tradizionali sono incapace di sopportare, con prevedibili conseguenze.
Molte tecniche edilizie si sono sviluppate nel passato in regioni sismiche, ma in genere si può rilevare che i criteri costruttivi adottati non hanno quasi mai tenuto nella dovuta considerazione il fenomeno sismico.
Il terremoto quindi non ha condizionato fino oggi l'evoluzione delle forme costruttive, salvo rare eccezioni. Analizzando infatti le tecniche sviluppate nel tempo in zone particolarmente soggette ai voti tellurici, non è possibile trovare edifici con principi di progettazione sismica che li facciano distinguere da quelli costruiti in zone non soggette ai terremoti. Leonida Battista Alberti proponeva per esempio di limitare l'altezza degli edifici e preferiva la travatura alla volta, mentre Leonardo da Vinci proponeva il fissaggio delle travi dei solai al muro.

2.2 Legislazione ed evoluzione della normativa
Le costruzioni nelle zone sismiche in Italia erano soggette alle norme di cui alla legge numero 1684 della 25 novembre 1962, la quale suddividere il territorio, in relazione al grado di sismicità (s) e alla costituzione geologica, in due categorie, prima e seconda. La prima categoria per le zone in cui le azioni sismiche erano più forti e pericolose, la seconda per quelle in cui le scosse tellurici che avevano intensità limitata.
Dall'esame di quel primo elenco si può subito vedere che gran parte del territorio italiano risulta dichiarato "zona sismica" è quindi soggetto a particolare prescrizioni per le costruzioni edilizie, che fanno mancare il costo di costruzione di oltre il 20% sulle tipologie normali.
Successivamente, il 2 febbraio 1974, le suddette norme venivano abrogate ma dichiarate valide fino all'entrata in vigore delle "norme tecniche" che avrebbe voluto essere emanate con appositi decreti del ministero dei LL.PP.
Corner il decreto ministeriale del 3 marzo 1975, sono state prorogate le "norme tecniche" per le costruzioni in zone sismiche e sono state apportate alcune modifiche e integrazioni. Letto a "norme tecniche" sono state aggiornate nel 1984 con il decreto ministeriale del 19 giugno 1984 del 1986 con decreto ministeriale del 24 gennaio 1986, nel 1996 con il decreto ministeriale del 16 gennaio 1996. Tali norme sono di seguito analizzate e illustrate. Da premettere che chiunque intenda procedere a costruzioni, riparazioni, sopraelevazioni, è obbligato a darne preavviso scritto, ratificato contemporaneamente al sindaco è all'ufficio tecnico della regione o del genio civile secondo le competenze vigenti.
Il progetto, da allegare alla domanda, può essere firmato da un ingegnere, architetto, geometra o perito edile iscritto all'albo, dei limiti delle rispettive competenze. L'il progetto dev'essere corredato dai grafici e esaurienti è accompagnato da:
1) relazione tecnica;
2 ) fascicolo dei calcoli delle strutture portanti;
3) disegni dei particolari esecutivi delle strutture;
4 ) relazione sulla fondazione, con grafici e con documentazione degli eventuali saggi.

2.3 Norme tecniche ( ordinanza della presidenza del consiglio dei ministri del 20 marzo 2003 è del 2 ottobre 2003)

2.3.1 Categorie del suolo di fondazione

Ai fini della definizione dell’azione sismica di progetto, si definiscono le seguenti categorie di profilo stratigrafico del suolo di fondazione.

A – Formazioni litoidi o suoli omogenei molto rigidi caratterizzati da valori di Vs 30 superiori a 800 m/s, comprendenti eventuali strati di alterazione superficiale di spessore massimo pari a 5 m.

B – Depositi di sabbie o ghiaie molto addensate o argille molto consistenti, con spessori di diverse decine di metri, caratterizzate da graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs 30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s

C – Depositi di sabbie e ghiaia mediamente addensate, o di argille di media consistenza, con spessori variabili da diverse decine fino a centinaia di metri, caratterizzati da valori di Vs 30 compresi tra 180 e 360 m/s

D – Depositi di terreni granulari da sciolti a poco addensati oppure coesivi da poco a mediamente consistenti, caratterizzati da valori di Vs 30 < 180 m/s

E – Profili di terreno costituiti da strati alluvionali superficiali, con valori di Vs 30 simili a quelli dei tipi C e D e spessore compreso tra 5 e 20 m, giacenti su un substrato di materiale più rigido con Vs 30 > 800 m/s

In aggiunta a queste categorie, se ne definiscono altre due, per le quali sono richiesti studi speciali per l’azione dell’azione sismica da considerare:

S1 – Depositi costituiti da, o che includono uno strato spesso almeno 10 di argille/limi di bassa consistenza, con elevato indice di plasticità e contenuto d’acqua, caratterizzati da valori di Vs 30 < 100 m/s

S2 – Depositi di terreni soggetti a liquefazione, di argille sensitive, o qualunque altra categoria di terreno non classificabile nei tipi precedenti.

2.3.2 Zone sismiche

Ai fini dell’applicazione di queste norme il territorio nazionale viene diviso in zone sismiche, ciascuna contrassegnata da un diverso valore del parametro ag = accelerazione orizzontale massima su suolo fi categoria A.

2.3.3 Prescrizioni relative ai terreni di fondazione

Il sito di costruzione e i terreni in esso presenti dovranno, in genere, essere esenti da rischi di instabilità di pendii e di cedimenti permanenti causati da fenomeni di liquefazione o eccessivo addensamento in caso di terremoto. L’occorrenza di tali fenomeni dovrà essere indagata e valutata secondo quanto stabilito nelle “Norme tecniche per il progetto sismico di opere di fondazione e di sostegno dei terreni”.
Scopo delle indagini sarà quello di classificare il terreno nelle categorie di cui al punto 2.3.1.
Per costruzioni su pendii, le indagini devono essere estese convenientemente al di fuori dell’area edificatoria per rilevare tutti i fattori occorrenti alla valutazione delle condizioni di stabilità del complesso opera-pendio in presenza delle azioni sismiche.

2.3.4 Fondazioni

Di norma, deve essere adottato un tipo unico di fonazione per una data struttura, a meno che questa non consista di unità indipendenti dal punto di vista dinamico. In particolare, deve essere evitato l’utilizzo contestuale di pali e di fondazioni dirette nello stesso edificio, a meno di studi specifici che ne dimostrino l’ammissibilità.
Nella scelta del tipo di fondazione, si devono considerare gli aspetti seguenti:
a) La rigidezza delle fondazioni deve essere tale da trasmettere al terreno, nel modo più uniforme possibile, le azioni localizzate ricevute dalla sovrastruttura;
b) La rigidezza della fondazione nel suo piano deve essere in grado di assorbire gli effetti degli spostamenti orizzontali relativi tra elementi strutturali verticali.
Il piano di posa delle fondazioni deve essere spinto in profondità, in modo da non ricadere in zone ove risultino notevoli le variazioni stagionali del contenuto naturale d’acqua. Le strutture di fondazione devono inoltre essere collegate tra loro da un reticolo di travi, o da una piastra dimensionata in modo adeguato.
I collegamenti devono avere dimensioni tali da sopportare sforzi assiali di compressione o di trazione pari ad 1/10 del maggiore dei carichi verticali agenti alle estremità del collegamento stesso.
Ai fini della verifica della resistenza, lo spostamento relativo deve essere inferiore ad 1 cm.

2.4 Criteri generali di progettazione degli edifici

2.4.1 Sistemi costruttivi

Gli edifici presi in considerazioni nelle presenti norme comprendono i sistemi costruttivi.

2.4.2 Distanze e altezze

L’altezza massima (H) dell’edificio di nuova costruzione è in funzione del sistema costruttivo e della zona sismica.
L’altezza di nuovi edifici in zona 1 e 2, prospicienti su strade, non può comunque superare i seguenti limiti:
• per strade L < 11m, H=L;
• per strade con L > 11m, H=11+3 (L-11)
La larghezza L si intende calcolata tra il contorno dell’edificio e il ciglio opposto della strada compresa la carreggiata.
Agli effetti delle limitazioni in cui al presente punto deve intendersi:
• per altezza dell’edificio, la massima differenza di livello tra il piano di copertura più elevato e il terreno. Sono esclusi dal computo dell’altezza eventuali volumi tecnici “come torrini delle scale e degli ascensori. Nel caso di copertura a tetto detta altezza va misurata dalla quota di imposta nella falda e, per falde con imposte a quote diverse, dalla quota d’imposta della più alta.
• Per contorno dell’edificio, la proiezione in pianta del fronte dell’edificio stesso, escuse le sporgenze di cornici e balconi aperti;
• Per strada, l’area di uso pubblico aperta alla circolazione dei pedoni e dei veicoli, nonché lo spazio in edificabile non cintato aperto alla circolazione pedonale;
• Per ciglio, la linea limite della sede stradale o dello spazio in cui al punto precedente
• Per sede stradale, la superficie formata dalla carreggiata, dalle banchine e dai marciapiedi.
Nel caso in cui l’edificio abbia un piano seminterrato o cantinato, la differenza di livello tra il piano più elevato di copertura e quello di estradosso delle fondazioni non può eccedere di oltre 4m i limiti precedentemente indicati.
Nel caso di edifici costruiti sui terreni in pendio, le altezze indicate possono essere incrementate di 1.5m, a condizione che la media delle altezze di tutti i fronti rientri nei limiti indicati.
Per le costruzioni in legno è ammessa la realizzazione di uno zoccolo in calcestruzzo o in muratura, di altezza non superiore a 4m, nel qual caso i limiti indicati si riferiscono alla sola parte in legno. I limiti indicati non si riferiscono a strutture interamente realizzati in legno lamellare, per la quali non è previsto alcuna limitazione in altezza.
Negli edifici in angolo su strade di diversa larghezza, è ammesso sul fronte relativo alla strada più stretta, un’altezza uguale a quella consentita per la strada di larghezza maggiore, per un tratto di fabbricato pari alla larghezza della strada più stretta.
Due edifici posso essere costruiti a contatto solo nel caso in cui sia realizzata una completa solidarietà strutturale.
Nel caso in cui due edifici formino organismi separati, essi dovranno essere dotati di un giunto tecnico, realizzato con idoneo materiale o lasciando una camera d’area, di dimensione:

in cui d(h) è la distanza tra i due punti posti alla quota h, a partire dal piano di spiccato delle strutture in elevazione.

2.5 Caratteristiche generali degli edifici

2.5.1 Regolarità

Gli edifici devono avere quanto più possibile caratteristiche di semplicità, simmetria, iperstaticità e regolarità. In funzione della regolarità di un edificio saranno richieste scelte diverse in base al metodo di analisi e ad altri parametri di progetto. Si definisce regolare un edificio che rispetti sia i criteri di regolarità in pianta sia i criteri di regolarità in altezza.
Un edificio è regolare in pianta se sono rispettate le condizioni seguenti:
a) La configurazione in pianta è compatta e approssimativamente sintetica rispetto a due direzioni ortogonali, in relazione alla distribuzione di masse e rigidezze;
b) Il rapporto tra i lati di un rettangolo in cui l’edificio risulta iscritto è inferiore a 4;
c) Eventuali rientri o sporgenze non superano il 25% della dimensione totale dell’edificio nella direzione del rientro o della sporgenza;
d) I solai possono essere considerati infinitamente rigidi nel loro piano rispetto agli elementi verticali.
Un edificio è regolare in altezza se tutte le seguenti condizioni sono rispettate:
e) Tutti i sistemi resistenti verticali dell’edificio si estendono per tutta l’altezza dell’edificio;
f) Massa e rigidezza rimangono costanti o si riducono gradualmente, dalla base alla cime dell’edificio
g) Il rapporto tra resistenze effettiva e resistenza richiesta dal calcolo non è significativamente diverso per piani diversi;
h) Eventuali restringimenti della sezione dell’edificio avvengono in modo graduale, rispettando i seguenti limiti: a ogni piano il rientro non supera il 30% della dimensione corrispondente del primo piano, né il 10% della dimensione corrispondente al piano immediatamente sottostante.
Alcuni elementi strutturali dell’edificio possono essere definiti “secondari”. Sia la rigidezza, sia la resistenza di tali elementi viene ignorata nell’analisi della risposta. Tali elementi, tuttavia devono essere in grado di assorbire le deformazioni della struttura soggetta all’azione sismica di progetto, mantenendo la capacità portante nei confronti dei carichi principali.

2.5.2 Fattore di importanza

Le costruzioni strutturali devono essere dotate di un livello di protezione antisismica differenziato in funzione della loro importanza e del loro utilizzo, quindi le conseguenze più o meno gravi di un loro danneggiamento per effetto di un evento sismico. A tale scopo, si istituiscono diverse “categorie d’importanza”, a ciascuna delle quali è associato un fattore γI, detto fattore di importanza. Questo fattore amplifica l’intensità dell’azione sismica di progetto rispetto al valore che per essa si assume per costruzioni di importanza ordinaria.

2.5.3 Impianti

Ciascun elemento di un impianto che ecceda il 30% del carico permanente totale del solaio su cui è collocato, o il 10% del carico permanente totale dell’intera struttura, non ricade nelle prescrizioni successive e richiederà uno specifico studio.
L’effetto dell’azione sismica potrà essere valutato considerando una forza (Fa) applicata al baricentro di ciascuno degli elementi funzionali componenti l’impianto.
La progettazione degli elementi strutturali che sostengono e collegano tra loro e alla struttura principale i diversi elementi funzionali costituenti l’impianto dovrà seguire le stesse regole adottate per gli elementi strutturali degli edifici.
Gli impianti potranno essere collegati all’edificio con dispositivi di vincolo rigidi o flessibili.
Impianti a gas dimensionati per un consumo superiore ai 50 m3/h dovranno essere dotate di valvole per l’interruzione automatica della distribuzione in caso di terremoto. I tubi per la fornitura del gas, dovranno essere progettati per supportare senza rotture i massimi spostamenti edificio-terreno. I corpi illuminanti dovranno essere dotati di dispositivi di sostegno tali da impedirne il distacco il caso di terremoto; in particolare, se montati su controsoffitti sospesi, dovranno efficacemente essere ancorati ai sostegni longitudinali o trasversali del controsoffitto e non direttamente ad esso.

2.6 Edifici con struttura in cemento armato

2.6.1 Caratteristiche dei materiali

Non è ammesso l’utilizzo di conglomerati di classe inferiore a C20/25, ossia con resistenza caratteristica rispettivamente cilindrica (fck) o cubica (Rck) inferiore a 20 o 25 MPa.
L’acciaio deve possedere i requisiti seguenti:
• Allungamento uniforme al carico max: εsu,k >8%;
• Rapporto tra resistenza e tensione di snervamento: 1.15