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Classificazione del rischio sismico delle costruzioni con SAP2000/ETABS/VIS

Argomento: Classificazione del rischio sismico delle costruzioni con SAP2000/ETABS/VIS
Autore: Leonardo Bandini
Contatto: supporto@csi-italia.eu

Preambolo

Lo scopo di questo documento è quello di accompagnare la documentazione utilizzata nel corso del webinar del 07 dicembre 2017. Per l’intera documentazione e per l’intera trattazione si rimanda alla registrazione del webinar indicato e riportato nei link presenti in questo articolo.

Nello stesso giorno è stato ufficialmente lanciato il plug-in SPF, nuovo strumento di CSi Italia. SPF rappresenta un trait d’union tra SAP2000 e VIS e consente la classificazione automatica del rischio sismico delle costruzioni. Più informazioni sul plug-in SPF possono essere trovate alla seguente pagina.

 

Classificazione del rischio sismico

Mediante il Decreto ministeriale numero 65 del 07/03/2017, del Ministero delle Infrastrutture e dei trasporti, noto anche come Sisma Bonus, tra le altre sono state rese note le procedure da seguire atte alla Classificazione del rischio sismico delle costruzioni. In questo documento si intende riportare alcuni concetti chiave contenuti in tale decreto e mostrati durante la lezione sopra citata.

Il documento definisce 8 classi di rischio con rischio crescente indicate con lettere da A+ a G.

La determinazione della classe può essere condotta mediante due metodi: metodo convenzionale di analisi, metodo semplificato.

“Il metodo convenzionale è concettualmente applicabile a qualsiasi tipologia di costruzione, è basato sull’applicazione dei normali metodi di analisi previsti dalle attuali Norme Tecniche e consente la valutazione della Classe di Rischio della costruzione sia nello stato di fatto sia nello stato conseguente all’eventuale intervento.

Il metodo semplificato si basa su una classificazione macrosismica dell’edificio, è indicato per una valutazione speditiva della Classe di Rischio dei soli edifici in muratura e può essere utilizzato sia per una valutazione preliminare indicativa, sia per valutare, limitatamente agli edifici in muratura, la classe di rischio in relazione all’adozione di interventi di tipo locale.“

Difatto il metodo semplificato è da considerarsi speditivo e dedicato solo ad una prima valutazione e solo per edifici in muratura.

Le procedure di analisi e verifica da adottare per il metodo convenzionale sono le stesse di uso comune alla progettazione o alla valutazione sismica di strutture esistenti.

Per la determinazione della classe di rischio sismico si fa riferimento a due parametri: perdita annuale media attesa (PAM), indice di sicurezza vita (IS-V).

L’indice PAM tiene in conto le perdite economiche associate ai danni di elementi strutturali e non rapportate al costo di ricostruzione (CR).

L’indice IS-V è definito come rapporto tra la pga al raggiungimento della capacità allo SLV e la pga domandata per lo stesso SL per una nuova costruzione.

“Laddove si preveda l’esecuzione di interventi volti alla riduzione del rischio, l’attribuzione della Classe di Rischio pre e post intervento deve essere effettuata utilizzando il medesimo metodo e con le stesse modalità di analisi e di verifica, tra quelle consentite dalle Norme Tecniche per le Costruzioni.”

PAM – Perdita annuale media attesa

“Il parametro PAM può essere assimilato al costo di riparazione dei danni prodotti dagli eventi sismici che si manifesteranno nel corso della vita della costruzione, ripartito annualmente ed espresso come percentuale del costo di ricostruzione. Esso può essere valutato, così come previsto per l’applicazione del metodo convenzionale, come l’area sottesa alla curva rappresentante le perdite economiche dirette, in funzione della frequenza media annua di superamento (pari all’inverso del periodo medio di ritorno) degli eventi che provocano il raggiungimento di uno stato limite per la struttura. Tale curva, in assenza di dati più precisi, può essere discretizzata mediante una spezzata. Minore sarà l’area sottesa da tale curva, minore sarà la perdita media annua attesa (PAM).”

La curva PAM viene tracciata per punti caratterisitici, ogni punto rappresente in ordinate un costo in percentuale riferito al costo di demolizione e ricostruzione completa (CR), caratteristico di ogni stato limite considerato. Così, per esempio, allo Stato Limite di Collasso è associato l’80% del Costo di Ricostruzione, allo SLV è associato un il 50% del CR ed al Danno è associato il 15% del CR. In ascissa, invece, per ogni SL si riportano le frequenze medie di superamento. La frequenza media, viene calcolata come il reciproco del Tempo di Ritorno associato al raggiungimento della capacità di quel determinato evento. Da un punto di vista procedurale è spesso sufficiente concentrarsi solo su due SL: lo SLV e lo SLD. con il primo si effettuano le verifiche di resistenza degli elementi strutturali, con il secondo si verificano le deformabilità di interpiano, indice con il quale si limitano i danni ad elementi strutturali e non strutturali. In sostanza, si scala lo spettro di partenza associato allo SLV ed allo SLD. Ogni spettro scalato corrisponde così ad una certa pga, la quale rapportata alla pga di domanda del sito, determina il Tr associato a quel determinato evento. Così, è possibile determinare i tempi di ritorno dei due eventi caratteristici che producono il raggiungimento del limite di resistenza per lo SLV ed il limite di deformabilità per lo SLD. Noti questi Tr, si determinano le frequenze medie di superamento attese ed è così possibile tracciare la curva PAM.

La curva PAM viene poi integrata, ovvero si determina l’area sottesa da essa, con la formula seguente.

PAM=i=25λSLiλSLi1*CRSLi+CRSLi12+λSLC*CRSLR

L’indice PAM porta poi alla classificazione PAM.

“A titolo indicativo, una costruzione con periodo di riferimento VR pari a 50 anni, le cui prestazioni siano puntualmente pari ai minimi di quelle richieste dalle vigenti Norme Tecniche per le Costruzioni per un edificio di nuova costruzione (e dunque che raggiunge i diversi stati limite esattamente per i valori di periodo di ritorno dell’azione sismica previsti dalle norme) ha un valore di PAM che la colloca in Classe PAM B (il valore di PAM è, in questo caso, pari a 1,13%). Un’analoga costruzione, ma con periodo di riferimento VR pari a 75 anni o a 100 anni ha un valore di PAM che la colloca al limite della Classe PAM A (il valore di PAM è, in questo caso, pari a 0,87% per VR =75 anni e pari a 0,74% per VR = 100 anni). Convenzionalmente, ai fini dell’applicazione delle presenti Linee Guida, è possibile considerare periodi di ritorno dell’azione sismica inferiori a 30 anni, scalando proporzionalmente le ordinate dello spettro associato al periodo di ritorno di 30 anni. Tale procedura non si applica per periodi di ritorno inferiori a 10 anni.”

IS-V – Indice di Sicurezza Vita

L’Indice Sicurezza Vita, IS-V, viene invece calcolato effettuando le sole verifiche di resistenza allo SLV e si determina in funzione di quanto la struttura riesce a “portare” della domanda allo SLV.

“Analogamente, i valori di riferimento dell’indice di sicurezza da cui derivare la Classe IS-V, legata alla salvaguardia della vita umana, sono riportati in tabella 2.

A titolo indicativo, una costruzione la cui capacità, in termini di accelerazione di picco al suolo associata allo SLV pari a quella richiesta dalle vigenti Norme Tecniche per le Costruzioni per un edificio di nuova costruzione e caratterizzato dalla medesima vita nominale e classe d’uso, ha un valore di IS-V che lo colloca in Classe IS-V A.”

La classificazione definitiva risulta la condizione peggiore dei due indici.

Per facilitare l’intera procedura abbiamo riportato la medesima in un semplice foglio di calcolo, presente nalla documentazione allegata al webinar.

Esempio applicativo

Allo scopo di mostrare l’intera procedura si riporta un caso studio interamente trattato nel webinar indicato, di cui è possibile scaricare i modelli di calcolo e tutta la documentazione utilizzata.

La valutazione è stata fatta utilizzando sia la procedura dell’analisi dinamica lineare e della statica lineare.

A titolo di esempio si riporta di seguito un esempio applicativo, mostrandone i passi fondamentali. L’intero esempio è disponibile in streaming in un video raggiungibile al seguente indirizzo: https://attendee.gotowebinar.com/register/5003978960164327938

Mentre i modelli di calcolo ed il materiale corrispondente possono essere scaricati dal seguente link: http://www.leonardobandini.it/download/webinar/webinar_07_12_17.zip

Si ricorda che la lista completa dei video seminari presenti in streaming può essere raggiunta al seguente indirizzo: http://www.csi-italia.eu/video-seminari/