Le nuove NTC2018 hanno introdotto il comportamento strutturale non dissipativo, in aggiunta al comportamento strutturale dissipativo già presente nelle precedenti NTC2008. In quest’articolo ti spiego cos’è il comportamento strutturale non dissipativo, quando può essere adottato dal progettista e tutte le differenze che questa scelta comporta rispetto al caso di comportamento strutturale dissipativo. Nel corso dell’articolo potrai scaricare gratuitamente un Focus Normativo PDF che raccoglie in un unico documento tutte le prescrizioni normative delle NTC2018 e della Circolare 2019 sull’argomento. Non perdertelo. Buona lettura.

Comportamento strutturale non dissipativo: pro e contro

I progettisti di strutture che si sono formati in un’epoca in cui il metodo di calcolo era il metodo delle tensioni ammissibili e le sezioni venivano analizzate utilizzando il Metodo n (te ne parlo più avanti), si sono dovuti adattare al metodo di calcolo agli Stati Limite e alla progettazione e al calcolo delle sezioni in campo plastico come prescritto dalle nuove normative tecniche. Le nuove NTC2018 fanno però un passo indietro e consentono di adottare, in fase di progettazione, un comportamento strutturale non dissipativo ovvero dimensionare la struttura in modo che resti in campo elastico anche in presenza dell’azione sismica.

Comportamento strutturale non dissipativo: quando si adotta

Le nuove NTC2018 non pongono limiti sulla scelta progettuale del comportamento strutturale da adottare per le strutture in zona sismica. Il progettista è libero di scegliere se adottare un comportamento strutturale dissipativo o non dissipativo. Ti riporto l’estratto della Normativa in merito:

Le costruzioni soggette all’azione sismica, non dotate di appositi dispositivi d’isolamento e/o dissipativi, devono essere progettate in accordo con uno dei seguenti comportamenti strutturali:

a) comportamento strutturale non dissipativo,
oppure
b) comportamento strutturale dissipativo.

Per comportamento strutturale non dissipativo, nella valutazione della domanda tutte le membrature e i collegamenti rimangono in campo elastico o sostanzialmente elastico; la domanda derivante dall’azione sismica e dalle altre azioni è calcolata, in funzione dello stato limite cui ci si riferisce, ma indipendentemente dalla tipologia strutturale e senza tener conto delle non linearità di materiale, attraverso un modello elastico. (v. § 7.2.6)

par. 7.2.2 – NTC2018

Quale comportamento scegliere? Le differenze con le strutture dissipative

La massima libertà di fronte ad una scelta progettuale che ha ripercussioni sull’intera progettazione strutturale può far sorgere dubbi e incertezze in un progettista: “Cosa scelgo? Dissipativo o non dissipativo? Cosa cambia? Sulla base di quali valutazioni eseguo questa scelta?”

Per poter eseguire una scelta consapevole sul comportamento strutturale da adottare in fase di progettazione di una struttura è utile passare in rassegna tutte le differenze che comporta la scelta di un comportamento strutturale non dissipativo rispetto ad uno dissipativo. Nel seguito dell’articolo ti elenco tutte le differenze fra comportamento non dissipativo e comportamento dissipativo di una struttura.

Strutture non dissipative: il fattore di comportamento (ex fattore di struttura) da adottare

Per eseguire l’analisi dinamica modale con spettro di risposta nel caso di strutture non dissipative, si utilizzerà uno spettro di progetto ottenuto riducendo le ordinate dello spettro elastico mediante il fattore di comportamento qND per strutture non dissipative definito dalla Normativa Tecnica.

Tale fattore sarà compreso fra 1 e 1.5 e si calcola partendo dal valore del fattore di comportamento della struttura considerata dissipativa e in classe di duttilità media CD”B” nel seguente modo:

1 ≤ qND = 2/3 ⋅ qCD”B” ≤ 1.5

  • qND = fattore di comportamento per strutture non dissipative
  • qCD”B” = fattore di comportamento per strutture dissipative in classe di duttilità bassa

formula 7.3.2 – NTC2018

Come ci si poteva aspettare, per le strutture non dissipative l’azione sismica avrà un valore maggiore rispetto alle strutture dissipative, perché le strutture non dissipative prediligono la resistenza a scapito della duttilità.

La gerarchia delle resistenze per il comportamento strutturale non dissipativo

Quando si sceglie un comportamento strutturale non dissipativo, non va applicato il principio di gerarchia delle resistenze e di conseguenza il concetto di progettazione in capacità definito dalle NTC2018.

Per le strutture non dissipative le azioni sismiche sono più elevate, la resistenza del sistema sarà maggiore, ma non è richiesta la duttilità. Le strutture non dissipative sono progettate per avere una resistenza tale da rimanere in campo elastico in presenza di un evento sismico. Pertanto non è richiesta la progettazione in capacità e di conseguenza l’applicazione del principio di gerarchia delle resistenze. Le sezioni e i quantitativi di armatura per le strutture in cemento armato non dissipative saranno dimensionate e verificate sulla base delle sollecitazioni derivanti dall’analisi della struttura, senza considerare i momenti resistenti delle sezioni amplificati per i fattori di sovraresistenza, come accade per le strutture dissipative, nel rispetto del principio di gerarchia delle resistenze.

C’è una grossa differenza quindi con il comportamento dissipativo. Il comportamento strutturale dissipativo si basa sulla duttilità e presuppone l’accettazione del danneggiamento strutturale come strategia di protezione passiva dal sisma. Nel caso di comportamento strutturale non dissipativo la risposta sismica della struttura dipende dalla sua rigidezza e resistenza. Per le strutture non dissipative invece la risposta sismica dipende dalla rigidezza, resistenza e dalla capacità di sviluppare deformazioni cicliche in campo plastico (duttilità delle cerniere plastiche).

Strutture non dissipative: la resistenza delle sezioni in campo elastico

Passiamo ad un altro punto chiave delle strutture non dissipative: l’analisi della sezione in campo elastico. Probabilmente starai pensando: “Posso tornare ad utilizzare il Metodo n che utilizzavo per le tensioni ammissibili?” La risposta è , ma con i dovuti accorgimenti che ti mostro di seguito.

Come prescritto dalla Normativa Tecnica, per le strutture non dissipative la capacità a flessione e pressoflessione delle sezioni in cemento armato deve essere calcolata in campo sostanzialmente elastico. Ma cosa vuol dire “sostanzialmente elastico”?

Il momento resistente della sezione per flessione o pressoflessione va calcolato al raggiungimento della curvatura di prima plasticizzazione φ’yd. In pratica bisogna considerare il legame momento-curvatura della sezione e considerare il momento resistente corrispondente alla minore fra la curvatura calcolata in corrispondenza dello snervamento dell’armatura e la curvatura calcolata in corrispondenza della deformazione di picco del calcestruzzo compresso (pari a εc2=0.0020 per legame parabola rettangolo e εc3 =0.00175 per legame triangolo-rettangolo).

Per l’acciaio e il calcestruzzo vanno utilizzati i legami costitutivi prescritti dalla Normativa:

  • per il calcestruzzo il legame parabola-rettangolo o triangolo-rettangolo;
  • per l’acciaio il legame elastico-perfettamente plastico.

Comportamento strutturale non dissipativo: legami costitutivi

Legame parabola-rettangolo: calcolo del momento resistente in campo elastico

Se si sceglie di adottare il legame parabola rettangolo, per il calcolo del momento resistente bisognerà utilizzare una procedura per il calcolo del legame momento-curvatura della sezione e una volta ottenuto tale legame, individuare la curvatura di prima plasticizzazione φ’yd e il corrispondente momento resistente. A tale scopo puoi utilizzare l’apposito modulo per il calcolo del legame momento-curvatura disponibile in Ver.Sez. l’app del blog per l’analisi di sezioni in cemento armato. Ti riporto sotto alcune immagini estrapolate dalle schermate dell’app Ver.Sez.

Comportamento strutturale non dissipativo: momento resistente
App Ver.Sez.: calcolo del legame momento-curvatura e del momento resistente in campo elastico.

Legame triangolo-rettangolo: il ritorno del Metodo n

Se si adotta per il calcestruzzo compresso il legame triangolo-rettangolo, si potrà utilizzare il Metodo n per il calcolo del momento resistente a patto però di utilizzare il coefficiente di omogeneizzazione corretto.

Le vecchie normative che prescrivevano il metodo delle tensioni ammissibili come metodo di verifica (Regio decreto del ’39 ,D.M.92 e D.M.96 per esempio), proponevano un coefficiente di omogeneizzazione pari a n=15, invece del valore di calcolo n=Es/Ec pari circa a 7, per tener conto della fessurazione del calcestruzzo, del fluage e del ritiro.

Tale coefficiente di omogeneizzazone non è però adatto al calcolo della capacità a flessione e pressoflessione della sezione in campo sostanzialmente elastico. Per ottenere gli stessi risultati che si avrebbero utilizzando il legame parabola rettangolo, bisognerà adottare il giusto coefficiente di omogeneizzazione. Quindi quale valore utilizzare per n?

Il coefficiente di omogeneizzazione è dato dal rapporto fra il modulo elastico dell’acciaio Es e del calcestruzzo Ec. Considerando il legame triangolo-rettangolo, è possibile ricavare il modulo elastico del calcestruzzo e di conseguenza calcolare il coefficiente di omogeneizzazione da utilizzare nel calcolo. Ti mostro i risultati del calcolo nell’immagine qui sotto.

Comportamento strutturale non dissipativo: metodo n

Per calcolare il momento resistente della sezione in campo sostanzialmente elastico utilizzando il Metodo n, andrà utilizzato un coefficiente di omogeneizzazione n=32.43, invece del consueto valore n=15. In tal modo si potrà ritornare ad utilizzare il Metodo n per l’analisi delle sezioni in cemento armato, metodo ben noto ai tecnici che si sono formati prima dell’entrata in vigore del metodo degli Stati Limite e del calcolo plastico.

Un esempio numerico: confronto fra legame parabola-rettangolo e triangolo-rettangolo (Metodo n)

Ti mostro di seguito un esempio numerico ottenuto con Ver.Sez., l’applicazione del blog per l’analisi delle sezioni in cemento armato. In quest’esempio ho calcolato la resistenza a pressoflessione di una sezione in c.a. in campo sostanzialmente elastico utilizzando i due legami costituivi prescritti per il calcestruzzo:

  • legame parabola-rettangolo: calcolo del legame momento-curvatura mediante l’apposito modulo di Ver.Sez.
  • legame triangolo-rettangolo: Metodo n mediante il modulo dedicato al metodo delle tensioni ammissibili presente in Ver.Sez.

Per il Metodo n ho utilizzato il coefficiente di omogeneizzazione n = 32.43 calcolato in precedenza. Ti riporto di seguito i risultati ottenuti.

esempio numerico: parabola-rettangolo
Legame parabola-rettangolo: momento resistente elastico MRd = 266.50 kNm – Sezione 30×60, As.sup = As.inf = 803 mmq
esempio numerico: triangolo-rettangolo
Legame triangolo-rettangolo: momento resistente elastico MRd = 246 kNm – Sezione 30×60, As.sup = As.inf = 803 mmq

Come puoi vedere, sia utilizzando il legame momento curvatura con legame costitutivo parabola-rettangolo per il calcestruzzo (MRd,el = 266.50kNm), sia utilizzando il Metodo n con legame costitutivo triangolo-rettangolo per il calcestruzzo (MRd,el = 246 kNm), si otterranno momenti resistenti quasi coincidenti, con uno scarto inferiore al 10%. Se invece per il Metodo n si utilizzasse il coefficiente n = 15 proposto dalle Normative, si otterrebbe un momento resistente pari a 168 kNm (invece di 246 kNm), sottostimando di circa il 30% il momento resistente in campo sostanzialmente elastico.

Strutture non dissipative: le verifiche dei nodi, l’analisi delle fondazioni e i dettagli costruttivi

Per il comportamento strutturale non dissipativo non sono richieste le verifiche di resistenza dei nodi trave-pilastro, come specificato dalla Circolare 2019 (par. C7.4.4.3.1). Ho messo in evidenza questo passaggio nel Focus Normativo PDF che potrai scaricare fra poco. 

Per le strutture delle fondazioni superficiali va sempre assunto un comportamento strutturale non dissipativo, a prescindere dal comportamento strutturale adottato per la sovrastruttura (sia dissipativo che non dissipativo). Non sono richieste pertanto armature specifiche per ottenere un comportamento duttile delle sezioni degli elementi di fondazione. Pertanto vale quanto detto in precedenza per l’analisi della sezione.

 Nel caso di comportamento strutturale non dissipativo, non vanno rispettate le prescrizioni sui dettagli costruttivi contenuti nel capitolo 7 delle NTC2018, relativo alla progettazione in zona sismica, ovvero le limitazioni geometriche e di armatura per le travi, i pilastri, le pareti in cemento armato e per i nodi trave-pilastro. Andranno quindi rispettati solo i limiti sui dettagli costruttivi riportati nel capitolo 4 delle NTC2018.

Scarica il Focus Normativo PDF

focus normativo

Ho raccolto per te tutte le prescrizioni della Normativa Tecnica NTC2018 e della Circolare 2019 riguardanti il comportamento strutturale non dissipativo in unico documento PDF scaricabile gratuitamente. Potrai consultarlo quando avrai bisogno di riguardare velocemente le prescrizioni normative da utilizzare per il tuo progetto strutturale, evitando di scorrere su e giù nel file pdf del testo normativo (di ben 372 pagine!), alla ricerca di tutte le prescrizioni contenute nei diversi capitoli. Compila i campi qui sotto, riceverai all’istante un’email contenente il link per eseguire il download.

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Conclusioni: pro e contro del comportamento strutturale non dissipativo

Il comportamento strutturale non dissipativo ha un grande vantaggio: in presenza di sisma la struttura resterà in campo elastico e pertanto sarà immediatamente utilizzabile dopo un evento sismico, senza la necessità di interventi di ripristino o addirittura di demolizione e ricostruzione del fabbricato. Le strutture non dissipative non utilizzano il danneggiamento e la duttilità per proteggersi da un evento sismico, ma utilizzano la resistenza per garantire la sicurezza durante un evento sismico.

Lo svantaggio delle strutture non dissipative potrebbe essere il maggiore costo della struttura rispetto ad una struttura progettata per comportamento strutturale dissipativo. La maggiore resistenza richiesta alle strutture non dissipative comporterà maggiori dimensioni delle sezioni e maggiori quantitativi di armatura.

Ora che ti sono note tutte le differenze fra comportamento strutturale dissipativo e non dissipativo potrai eseguire consapevolmente la scelta migliore in fase di progettazione. Un possibile criterio di scelta potrebbe consistere nell’analizzare entrambe le soluzioni progettuali e scegliere se prediligere la maggiore economicità delle strutture dissipative o l’immediata funzionalità post-sisma delle strutture non dissipative.

L’articolo di oggi finisce qui. Spero abbia fatto chiarezza su un tema di importanza fondamentale per un progettista che si appresta all’attività di progettazione e calcolo di una nuova costruzione. Se l’hai trovato utile puoi condividerlo con i tuoi colleghi su Linkedin o con i tuoi amici su Facebook cliccando sui tasti di condivisione social in fondo alla pagina.

Al prossimo post.

Marco

Comportamento strutturale non dissipativo: il calcolo elastico torna alla ribalta [NTC2018]
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