Commentario delle nuove norme tecniche per le costruzioni

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COMMENTARIO DELLE NUOVE NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI

Giuseppe Albano

Ringraziamenti Il presente volume nasce e si sviluppa in tempi assolutamente ristretti, basti pensare che il Decreto Ministeriale è stato firmato dal Ministro delle Infrastrutture il 14 gennaio 2008, pubblicato il 4 febbraio 2008 e il volume è andato in stampa nello stesso mese.

Un ringraziamento particolare a chi ha reso possibile un’impresa così ardua, come la dott.ssa Paola Fontana.

A chi, con molta pazienza, ha sopportato degli stati d’animo di forte tensione, dandomi allo stesso tempo coraggio e perseveranza, mia moglie Carmen.

Un particolare grazie anticipato a tutti coloro che faranno pervenire, presso l’indirizzo indicato, eventuali suggerimenti, accorgimenti tecnici, consigli e quant’altro possa essere utile a migliorare il mio lavoro.

Febbraio 2008 Giuseppe Albano

www.calcolostrutture.com

L’immaginazione è tutto. è l’anteprima delle attrazioni che la vita ci riserva.

Albert Einstein

Tutto quello che siamo è il risultato di ciò che abbiamo pensato.

Buddha

Qualunque progetto futuro è il frutto di pensieri ed azioni del nostro presente.

G.A.

Questo libro è intitolato alla mia amata moglie, Carmen

Prefazione Lo scopo della presente trattazione è quello di analizzare nel dettaglio, per quanto possibile considerato gli strettissimi tempi di realizzazione dell’opera, il nuovo D.M. 14.01.2008 pubblicato sulla gazzetta ufficiale del 04.02.2008 con il n. 29, ultimo di una lunga serie di bozze dal lontano 14/09/2005.

Chiaramente tale esposizione non vuole essere esaustiva e completa o avere la presunzione di dare al lettore le basi della progettazione strutturale, ma vuole soltanto essere da spunto per un ottimo approfondimento di una Normativa che è da considerarsi come interamente dedicata alla procedura cosiddetta prestazionale, ereditata dagli Eurocodici e soprattutto dalla Ordinanza 3274 del marzo 2003.

Quando possibile si procederà anche alla stesura di alcuni semplici esempi, aventi lo scopo di meglio illustrare un procedimento di calcolo altrimenti di non facile spiegazione.

Finalmente il legislatore a posto fine ad una serie di problematiche eliminate con la pubblicazione del DM 08, dove si pone un punto di arresto a continue vicissitudini di ripresa e punti di blocco per la pubblicazione del nuovo Testo Unico sulle costruzioni.

Con tale nuova Normativa l’Italia si allinea al resto d’Europa, dove da decenni si applicano gli Eurocodici. Eurocodici che, ad oggi, possono

essere utilizzati anche in Italia con le indicazioni apportate dalle appendici nazionali.

Quindi, in definitiva è una Norma Tecnica al quanto aperta alla ricerca ed alle norme di comprovata validità, e confida tanto nella preparazione degli ingegneri strutturisti e nel loro grande senso di professionalità.

Con lo scopo di lasciare ai lettori uno stato emotivo di fiducia in chi ci governa si riporta il testo originale sottoscritto dal legislatore, tralasciando ovviamente il corpo normativo presente nel CD allegato, con il quale è stato approvato l’aggiornamento biennale del DM 14.09.2005.

Lucera, 09.02.2008 Dott. Ing. Giuseppe Albano

IL MINISTRO DELLE INFRASTRUTTURE di concerto con IL MINISTRO DELL'INTERNO e con IL CAPO DIPARTIMENTO DELLA PROTEZIONE CIVILE

Vista la legge 5 novembre 1971, n. 1086, recante norme per la disciplina delle opere in conglomerato cementizio armato, normale e precompresso e da struttura metallica;

Vista la legge 2 febbraio 1974, n. 64, recante provvedimenti per le costruzioni con particolari prescrizioni per le zone sismiche;

Vista la legge 21 giugno 1986, n. 317 recante «Procedura di informazione nel settore delle norme e regolamentazioni tecniche delle regole relative ai servizi della societa' dell'informazione in attuazione della direttiva 98/34/CE del Parlamento europeo e del Consiglio del 22 giugno 1998, modificata dalla direttiva 98/48/CE del Parlamento europeo e del Consiglio del 20 luglio 1998»;

Visto il D.M. del Presidente della Repubblica 21 aprile 1993, n. 246, recante «Regolamento di attuazione della direttiva 89/106/CEE relativa ai prodotti da costruzione»;

Visto il D.M. legislativo 31 marzo 1998, n. 112, recante conferimento di funzioni e compiti amministrativi allo Stato, alle regioni e agli enti locali in attuazione del capo I della legge 15 marzo 1997, n. 59;

Visto il D.M. del Presidente della Repubblica 6 giugno 2001, n. 380, testo unico delle disposizioni legislative e regolamentari in materia edilizia;

Vista la legge 17 luglio 2004, n. 186, di conversione del D.M.-legge 28 maggio 2004, n. 136 ed in particolare l'art. 5, comma 1, che prevede la redazione, da parte del Consiglio superiore dei lavori pubblici, di concerto con il Dipartimento della protezione civile, di normative tecniche, anche per la verifica sismica ed idraulica, relative alle costruzioni, nonche' per la progettazione, la costruzione e l'adeguamento, anche sismico ed idraulico,

delle dighe di ritenuta, dei ponti e delle opere di fondazione e sostegno dei terreni, per assicurare uniformi livelli di sicurezza;

Visto il D.M. del Ministro delle infrastrutture e dei trasporti 14 settembre 2005, con il quale sono state approvate le «Norme tecniche per le costruzioni»;

Visto l'art. 14-undevicies del D.M.-legge 30 giugno 2005, n. 115, convertito, con modificazioni, in legge 17 agosto 2005, n. 168, che inserisce il comma 2-bis all'art. 5 del citato D.M.-legge 28 maggio 2004, n. 136, convertito, con modificazioni, dalla legge 27 luglio 2004, n. 186, il quale prevede che «al fine di avviare una fase sperimentale di applicazione delle norme tecniche di cui al comma 1, e' consentita, per un periodo di diciotto mesi dalla data di entrata in vigore delle stesse, la possibilita' di applicazione, in alternativa, della normativa precedente sulla medesima materia, di cui alla legge 5 novembre 1971, n. 1086, e alla legge 2 febbraio 1974, n. 64, e relative norme di attuazione, fatto salvo, comunque, quanto previsto dall'applicazione del regolamento di cui al D.M. del Presidente della Repubblica 21 aprile 1993, n. 246»,

Considerata la necessita' di procedere al previsto aggiornamento biennale delle «Norme tecniche per le costruzioni» di cui al citato D.M. ministeriale 14 settembre 2005;

Visto il voto n. 74 con il quale l'Assemblea generale del Consiglio superiore dei lavori pubblici nelle adunanze del 13 e 27 luglio 2007 si e' espresso favorevolmente in ordine all'aggiornamento delle «Norme tecniche per le costruzioni», di cui al citato D.M. ministeriale 14 settembre 2005;

Vista la nota del 7 agosto 2007, n. 2262, con la quale il Presidente del Consiglio superiore dei lavori pubblici ha trasmesso all'Ufficio legislativo del Ministero delle infrastrutture il suddetto aggiornamento delle «Norme tecniche per le costruzioni» licenziato dall'Assemblea generale del Consiglio superiore dei lavori pubblici;

Visto l'art. 52 del citato D.M. del Presidente della Repubblica 6 giugno 2001, n. 380, che dispone che in tutti i comuni della Repubblica le costruzioni sia pubbliche sia private debbono essere realizzate in osservanza delle norme tecniche riguardanti i vari elementi costruttivi fissate con decreti del Ministro per le infrastrutture, di concerto con il Ministro dell'interno qualora le norme tecniche riguardino costruzioni in zone sismiche;

Visti gli articoli 54 e 93 del citato D.M. legislativo 31 marzo 1998, n. 112 e l'art. 83 del D.M. del Presidente della Repubblica 6 giugno 2001, n. 380, i quali prevedono che l'esercizio di alcune funzioni mantenute allo Stato, quali la predisposizione della normativa tecnica nazionale per le opere in cemento armato e in acciaio e le costruzioni in zone sismiche, nonche' i criteri generali per l'individuazione delle zone sismiche, sia realizzato di intesa con la Conferenza unificata, tramite decreti del Ministro delle infrastrutture, di concerto con il Ministro dell'interno;

Visto il concerto espresso dal capo del Dipartimento della protezione civile, espresso con nota prot. n. DPC/CG/75468 del 12 dicembre 2007, ai sensi del citato art. 5, comma 2, della legge 17 luglio 2004, n. 186, di conversione del D.M.-legge 28 maggio 2004, n. 136;

Visto il concerto espresso dal Ministro dell'interno con nota prot. n. 3018/A-4-bis del 18 dicembre 2007, ai sensi dell'art. 1, comma 1, del citato

art. 52 del D.M. del

Presidente della Repubblica 6 giugno 2001, n. 380;

Vista l'intesa con la Conferenza unificata resa nella seduta del 20 dicembre 2007, ai sensi dei citati articoli 54 e 93 del D.M. legislativo n. 112/1998 e 83 del D.M. del Presidente della Repubblica n. 380/2001;

Vista la nota prot. n. 76703 del 21 dicembre 2007, con la quale il Ministero dello sviluppo economico ha comunicato la notifica 2007/0513/I, contenente il parere circostanziato emesso dall'Austria ai sensi dell'art. 9.2 della direttiva 98/34/CE, secondo il quale la misura proposta presenterebbe aspetti che possono eventualmente creare ostacoli alla libera circolazione dei servizi o alla liberta' di stabilimento degli operatori di servizi nell'ambito del mercato interno;

Considerato che l'emissione di un parere circostanziato da parte di uno Stato membro determina il rinvio dell'adozione del provvedimento contenente le regole tecniche di quattro mesi a decorrere dalla data in cui la Commissione ha ricevuto la comunicazione del progetto di regola tecnica, termine fissato al 20 marzo 2008, e comporta l'obbligo di riferire alla Commissione sul seguito che si intende dare al parere stesso;

Ritenuto, tuttavia, di procedere all'approvazione tecniche per le costruzioni, ad esclusione delle tabelle 4.4.III e 4.4.IV e del Capitolo 11.7, concernenti il legno, oggetto del parere circostanziato sopra citato, in considerazione dell'urgente ed indefettibile aggiornamento delle Norme tecniche di cui al D.M. ministeriale 14 settembre 2005;

Decreta:

Art. 1.

E' approvato il testo aggiornato delle norme tecniche per le costruzioni, di cui alla legge 5 novembre 1971, n. 1086, alla legge 2 febbraio 1974, n. 64, al D.M. del Presidente della Repubblica 6 giugno 2001, n. 380, ed alla legge 27 luglio 2004, n. 186, di conversione del D.M.-legge 28 maggio 2004, n. 136, allegato al presente D.M., ad eccezione delle tabelle 4.4.III e 4.4.IV e del Capitolo 11.7. Le presenti norme sostituiscono quelle approvate con il D.M. ministeriale 14 settembre 2005.

Art. 2.

Le norme tecniche di cui all'art. 1 entrano in vigore trenta giorni dopo la pubblicazione del presente D.M. nella Gazzetta Ufficiale della Repubblica italiana.

Il presente D.M. ed i relativi allegati sono pubblicati nella Gazzetta Ufficiale della Repubblica italiana.

Roma, 14/01/2008

Il Ministro delle infrastrutture Di Pietro Il Ministro dell'interno Amato Il Capo del Dipartimento della protezione civile Bertolaso

1. Azioni sulle strutture

1.1 Generalità Le azioni che gravano su una struttura sono determinate a partire dalle dimensioni geometriche e, soprattutto, dai pesi per unità di volume di cui è composta la costruzione, nonché dalle destinazioni d’uso a cui è destinato il corpo fabbrica. Il D.M. 14/01/2008, per quanto riguarda i pesi specifici ed i carichi pertinenti, fa riferimento a fonti riconosciute o, altrimenti, ad indicazioni ivi spiegate.

Sono contemplate anche delle tabelle, nel seguito riportate, a cui fare riferimento per quanto riguardano i carichi variabili.

1.2 Pesi per unità di volume Ai fini della individuazione dei carichi per unità di volume il nuovo D.M. 14.01.2008 riporta una tabella, la Tab. 3.1.I, consegnata nel seguito, esattamente identica a quella del D.M. 14/09/2005 con la sola differenza, a testimonianza di larga flessibilità e fiducia nel professionista, di una didascalia secondo la quale per materiali non compresi nella tabella si potrà far riferimento a specifiche indagini sperimentali o a normative di comprovata validità assumendo i valori nominali come valori caratteristici.

1.3 Carichi permanenti non strutturali Sono considerati tali quei carichi non rimovibili durante il normale esercizio della struttura come ad esempio:

tamponature esterne tavolati interni massetti e sottofondi pavimentazioni intonaci e contro soffitti

Tali carichi, spesso definiti anche carichi permanenti portati, possono assumersi come uniformemente ripartiti nel caso di solai unidirezionali, ma con capacità di ripartizione trasversale.

Nella versione in vigore delle Norme Tecniche è stata data particolare importanza alla definizione dei carichi trasmessi dai tavolati divisori interni, infatti sono stati incrementate le tipologie ed i carichi ad essi collegati.

Nella fattispecie, per gli orizzontamenti degli edifici per abitazioni e uffici, il peso proprio di elementi divisori interni potrà essere

Tabella 1.2.1 – Pesi dell’unità di volume dei principali materiali strutturali.

ragguagliato ad un carico permanente portato uniformemente distribuito g2k, purché vengano adottate le misure costruttive atte ad assicurare una adeguata ripartizione del carico. Il carico uniformemente distribuito g2k ora definito dipende dal peso proprio per unità di lunghezza G2k delle partizioni nel modo seguente:

Si precisa che in caso si volessero adoperare degli elementi divisori con peso al metro lineare superiore se ne dovrà tenere conto in fase progettuale in modo da garantire la ripartizione di tali carichi attraverso degli opportuni irrigidimenti del solaio.

1.4 Carichi variabili I carichi variabili sono dipendenti dalla destinazione d’uso della costruzione. Il D.M. 14.01.2008, per mezzo della tabella 3.1.II, definisce i valori dei carichi d’esercizio in modo completo a riguardo della tipologia e categoria di edifici e li distingue precisamente in:

ambienti ad uso residenziale uffici ambienti ad uso commerciale biblioteche, archivi, magazzini, industrie rimesse e parcheggi coperture e sottotetti

La tabella 1.4.1 riporta, per l’appunto, i valori dei carichi variabili distinti in funzione delle categorie di edifici.

I dati riportati sono nominali e/o caratteristici e si distinguono in:

carichi verticali distribuiti in modo uniforme qk

carichi verticali concentrati Qk carichi orizzontali lineari Hk

Si precisa che i carichi verticali concentrati Qk formano oggetto di verifiche locali distinte e non vanno sovrapposti ai corrispondenti carichi verticali ripartiti; essi devono essere applicati su impronte di carico appropriate all’utilizzo ed alla forma dell’orizzontamento; in assenza di precise indicazioni può essere considerata una forma dell’impronta di carico quadrata pari a 50x50 mm, salvo che per le rimesse ed i parcheggi, per i quali i carichi si applicano su due impronte di 200x200 mm, distanti assialmente di 1800 mm.

Tabella 1.4.1 – Carichi variabili in funzione delle categoria degli edifici

È anche da sottolineare che allorché si debbano considerare carichi atipici come macchine, serbatoi, depositi interni od altro, il progettista dovrà provvedere, per ogni caso, alla determinazione delle intensità, anche attraverso una dettagliata analisi dei carichi, ed indicarli sia in progetto che in collaudo.

Da una attenta analisi del D.M. 14.01.2008 è possibile notare che non è più presa in considerazione la riduzione dei sovraccarichi che il vecchio D.M. 14/09/2005 consegnava al paragrafo 6.1.4.2.

1.5 Azione sismica

1.5.1 Periodo di riferimento

Prima di passare alla definizione dell’azione sismica è opportuno descrivere altri concetti importanti che per la prima volta compaiono nelle Norme Tecniche raccolte nel D.M. 14.01.2008.

Le azioni sismiche vengono valutate in relazione ad un periodo di riferimento, definito VR, dato dalla relazione:

VR=VN CU dove

VR = periodo di riferimento

VN = vita nominale della struttura (cfr. tab. 1.5.1)

CU = coefficiente in funzione della classe d’uso (cfr. tab. 1.5.2)

1.5.2 Vita nominale di una struttura

Per vita nominale di una struttura si intende il numero di anni nel quale tale struttura possa essere usata ai fini dello scopo per il quale è stata costruita. Un aspetto molto importante ai fini del rispetto del D.M. 14.01.2008 è che il progettista strutturista, nei suoi progetti, deve indicare tale valore che è sintetizzato nella tabella seguente.

Tipologie costruttive VN (anni) 1 Opere provvisorie, provvisionali, strutture in fase costruttiva 2 Opere ordinarie, ponti, opere infrastrutturali e dighe di dimensioni contenute o i importanza normale 3 Grandi opere, ponti, opere infrastrutturali e dighe di grandi dimensioni o di importanza strategica

Tabella 1.5.1 – Vita nominale per diversi tipi di opere

Si precisa che le verifiche sismiche di opere provvisorie o strutture in fase costruttiva possono omettersi quando le relative durate previste in progetto siano inferiori a 2 anni.

1.5.3 Classi d’uso

Nel superato D.M. 14/09/2005 si parlava di classi di importanza delle strutture e come si ricorda erano solamente 2: classe 1 e classe 2.

Con il nuovo D.M. 14.01.2008, invece, vengono definite 4 classi d’uso che si distinguono in:

CLASSE I: costruzioni con presenza solo occasionale di persone, edifici agricoli.

CLASSE II: Costruzioni il cui uso preveda normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per l’ambiente e senza funzioni pubbliche e sociali essenziali. Industrie con attività non pericolose per l’ambiente. Ponti, opere infrastrutturali, reti viarie non ricadenti in Classe d’uso III o in Classe d’uso IV, reti ferroviarie la cui interruzione non provochi situazioni di emergenza. Dighe il cui collasso non provochi conseguenze rilevanti.

CLASSE III: Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi. Industrie con attività pericolose per l’ambiente. Reti viarie extraurbane non ricadenti in Classe d’uso IV. Ponti e reti ferroviarie la cui interruzione provochi situazioni di emergenza. Dighe rilevanti per le conseguenze di un loro eventuale collasso.

CLASSE IV: Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, anche con riferimento alla gestione della protezione civile in caso di calamità. Industrie con attività particolarmente pericolose per l’ambiente. Reti viarie di tipo A o B, di cui al D.M. 5 novembre 2001, n. 6792, “Norme funzionali e geometriche per la costruzione delle strade”, e di tipo C quando appartenenti ad itinerari di collegamento tra capoluoghi di provincia non altresì serviti da strade di tipo A o B. Ponti e reti ferroviarie di importanza critica per il mantenimento delle vie di comunicazione, particolarmente dopo un evento sismico. Dighe connesse al funzionamento di acquedotti e a impianti di produzione di energia elettrica.

1.5.4 Coefficiente d’uso

Il coefficiente d’uso dipende dalle classi d’uso secondo la tabella che segue.

Classe d’uso I Coefficiente CU 0.7

II 1.0

III 1.5

IV 2.0

Tabella 1.5.2 – Valori dei coefficienti CU

1.5.5 Esempio di determinazione del periodo di riferimento VR

La formula per ricavare il periodo di riferimento è data da:

VR=VNxCU

Si consideri un fabbricato adibito a civile abitazione, dalla tabella 1.5.1 si determina il coefficiente VN=50, dalle definizione di classi d’uso si evince che, in tale caso, la classe e la II. Dalla tabella 1.5.2 il valore del coefficiente CU è pari a 1.0.

Pertanto,

VR=VnxCU = 50 x 1.0 = 50

1.5.6 Calcolo dell’azione sismica

1.5.6.1 Premessa

Prima di procedere al calcolo dell’azione sismica è necessario introdurre il concetto di pericolosità sismica di base del sito di costruzione. Rappresenta l’elemento primario per la determinazione di tali azioni telluriche.

È definita in termini di accelerazione orizzontale massima attesa ag in condizioni di campo libero su sito di riferimento rigido con superficie topografica orizzontale, nonché di ordinate dello spettro di risposta elastico in accelerazione ad essa corrispondente Se(T), con riferimento a prefissate probabilità di superamento (PVR definita in seguito), in funzione del periodo di riferimento VR.

La normativa ammette, come quella precedente, l’uso di accelerogrammi, purché validi a rappresentare la pericolosità sismica della zona in cui sorgerà la costruzione.

Novità nella determinazione dell’azione sismica è il concetto di probabilità di superamento nel periodo di riferimento PVR. Le forme spettrali sono definite per ognuna delle probabilità PVR a partire dai seguenti parametri:

ag accelerazione orizzontale massima

F0 valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale

T*C periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale.

Tali valori sono riportati, per tutti i siti considerati, allegati al D.M. 14.01.2008 in modo da poter procedere alla definizione delle azioni telluriche del sito in oggetto.

Gli stati limite considerati nel nuovo Testo Unico sono enunciati nel seguito.

1.5.6.2 Stati limite ultimi

Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV): a seguito del terremoto la costruzione subisce rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e significativi danni dei componenti strutturali cui si associa una perdita significativa di rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali; la costruzione conserva invece una parte della resistenza e rigidezza per azioni verticali e un margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni sismiche orizzontali;

- Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC): a seguito del terremoto la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e danni molto gravi dei

componenti strutturali; la costruzione conserva ancora un margine di sicurezza per azioni verticali ed un esiguo margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni orizzontali.

1.5.6.3 Stati limite di esercizio

Stato Limite di Operatività (SLO): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali, le apparecchiature rilevanti alla sua funzione, non deve subire danni ed interruzioni d'uso significativi;

Stato Limite di Danno(SLD): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali, le apparecchiature rilevanti alla sua funzione, subisce danni tali da non mettere a rischio gli utenti e da non compromettere significativamente la capacità di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali ed orizzontali, mantenendosi immediatamente utilizzabile pur nell’interruzione d’uso di parte delle apparecchiature.

1.5.6.4 Probabilità di superamento nel periodo di riferimento

Le probabilità di superamento nel periodo di riferimento PVR, cui riferirsi per individuare l’azione sismica agente in ciascuno degli stati limite considerati, sono riportate nella successiva tabella 1.5.3

Tabella 1.5.3 – PVR al variare dello stato limite considerato

1.5.6.5 Categorie di sottosuolo

Le categorie di suolo di fondazione, ora definite categorie di sottosuolo, seppur considerando spesso gli stessi parametri di numero medio di colpi ottenuti in una prova penetrometrica dinamica (NSPT) e coesione non drenata media (cu) sono leggermente state modificate almeno nella definizione e poco nella sostanza geotecnica.

Categoria A

Ammassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi caratterizzati da valori di Vs,30 superiori a 800 m/s, eventualmente comprendenti in superficie uno strato di alterazione, con spessore massimo pari a 3 m.

Categoria B

Rocce tenere e depositi di terreni a grana grossa molto addensati o terreni a grana fina molto consistenti con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs,30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s (ovvero NSPT,30 > 50 nei terreni a grana grossa e cu,30 > 250 kPa nei terreni a grana fina).

Categoria C

Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fina mediamente consistenti con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs,30 compresi tra 180 m/s e 360 m/s (ovvero 15 < NSPT,30 < 50 nei terreni a grana grossa e 70 < cu,30 < 250 kPa nei terreni a grana fina).

Categoria D

Depositi di terreni a grana grossa scarsamente addensati o di terreni a grana fina scarsamente consistenti, con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà

meccaniche con la profondità e da valori di Vs,30 inferiori a 180 m/s (ovvero NSPT,30 < 15 nei terreni a grana grossa e cu,30 < 70 kPa nei terreni a grana fina).

Categoria E

Terreni dei sottosuoli di tipo C o D per spessore non superiore a 20 m, posti sul substrato di riferimento (con Vs > 800 m/s).

Come nel vecchio D.M. sono state inserite altre due categorie di sottosuolo per le quali la definizione delle azioni telluriche deve seguire ad analisi

geotecniche specifiche, soprattutto nel caso di terreni soggetti a fenomeni di liquefazione e di argille sensitive.

Le altre due categorie sono:

Categoria S1

Depositi di terreni caratterizzati da valori di Vs,30 inferiori a 100 m/s (ovvero 10 < cu,30 < 20 kPa), che includono uno strato di almeno 8 m di terreni a grana fina di bassa consistenza, oppure che includono almeno 3 m di torba o di argille altamente organiche.

Categoria S2

Depositi di terreni suscettibili di liquefazione, di argille sensitive o qualsiasi altra categoria di sottosuolo non classificabile nei tipi precedenti.

Per quanto riguarda la determinazione dei seguenti valori: Vs,30, NSPT,30 e cu,30 si rimanda direttamente al D.M. 14.01.2008 che consegna le formule 3.2.1, 3.2.2 e 3.2.3 per la determinazione di tali parametri.

1.5.6.6 Spettro di risposta elastico in accelerazione

L’azione tellurica è caratterizzata da tre componenti, due orizzontali ed una verticale secondo i tre assi x, y e z. Solitamente la componente verticale viene trascurata, salvo per casi particolari, e nel caso in cui il fabbricato sorga in zone 3 o 4 non viene mai considerata.

Le componenti orizzontali x ed y sono caratterizzate dallo stesso spettro di risposta, mentre la componente verticale ha un proprio spettro di risposta.

Lo spettro di risposta elastico in accelerazione è espresso da una forma spettrale (spettro normalizzato) riferita ad uno smorzamento convenzionale del 5%, moltiplicata per il valore della accelerazione orizzontale massima ag su sito di riferimento rigido orizzontale. Sia la forma spettrale che il valore di ag variano al variare della probabilità di superamento nel periodo di riferimento PVR (v. § 2.4 e § 3.2.1).

Gli spettri così definiti possono essere utilizzati per strutture con periodo fondamentale minore o uguale a 4,0 s. Per strutture con periodi fondamentali superiori lo spettro deve essere definito da apposite analisi ovvero l’azione sismica deve essere descritta mediante accelerogrammi.

Analogamente si opera in presenza di sottosuoli di categoria S1 o S2.

Lo spettro di risposta elastico della componente orizzontale è definito dalle seguenti espressioni.

Dove i parametri ivi indicati rappresentano:

S coefficiente che tiene conto della categoria di sottosuolo e delle condizioni topografiche ed è dato dalla relazione S=SSxST

SScoefficiente di amplificazione stratigrafica dato dalla tabella 1.5.4

Tabella 1.5.4 – coefficiente di amplificazione stratigrafica in funzione della categoria sottosuolo

ST coefficiente di amplificazione topografica dato dalla tabella 1.5.6 in funzione delle categorie topografiche definite dalla tabella 1.5.5

Tabella 1.5.5 – categorie topografiche

Tabella 1.5.6 – coefficiente di amplificazione topografica

fattore che altera lo spettro elastico per coefficienti di smorzamento viscosi convenzionali diversi dal 5%, mediante la relazione

F0 fattore che quantifica l’ amplificazione spettrale massima, su sito di riferimento rigido orizzontale, ed ha valore minimo pari a 2.2

TCperiodo all’inizio del tratto a velocità costante dello spettro, dato dalla relazione: TC = CC x T*C

Dove è stato definito al paragrafo 1.5.6.1, mentre CC è riportato nella sottostante tabella 1.5.7

Tabella 1.5.7 – coefficiente in funzione della categoria di sottosuolo (CC) e di amplificazione stratigrafica (SS)

TB periodo corrispondente all’inizio del tratto dello spettro ad accelerazione costante dato da

TB = TC /3

TD periodo corrispondente all’inizio del tratto a spostamento costante dello spettro espresso dalla:

1.5.6.7 Spettri di progetto per gli stati limite ultimi

Qualora le verifiche agli stati limite ultimi non vengano effettuate tramite l’uso di opportuni accelerogrammi ed analisi dinamiche al passo, ai fini del progetto o della verifica delle strutture le capacità dissipative delle strutture possono essere messe in conto attraverso una riduzione delle forze elastiche, che tiene conto in modo semplificato della capacità dissipativa anelastica della struttura, della sua sovraresistenza, dell’incremento del suo periodo proprio a seguito delle plasticizzazioni. In tal caso, lo spettro di progetto Sd(T) da utilizzare, sia per le componenti orizzontali, sia per la componente verticale, è lo spettro elastico corrispondente riferito alla probabilità di superamento nel periodo di riferimento PVR considerata, con le ordinate ridotte sostituendo nelle formule con 1/q, dove q è il fattore di struttura definito nel capitolo 5.

Si assumerà comunque Sd(T) 0,2ag.

1.5.6.8 Spettri di progetto per gli stati limite di esercizio

Per gli stati limite di esercizio lo spettro di progetto Sd(T) da utilizzare, sia per le componenti orizzontali che per la componente verticale, è lo spettro elastico corrispondente, riferito alla probabilità di superamento nel periodo di riferimento PVR considerata.

2. Costruzioni di calcestruzzo

2.1 Generalità La classe di resistenza delle strutture in calcestruzzo viene contraddistinta, rispettivamente, dai valori caratteristici delle resistenze cilindrica e cubica a compressione uniassiale, misurate su provini cilindrici o prismatici e cubici, espressa in MPa (N/mmq).

Le classi di resistenza ammesse sono espresse dalla tabella 2.1.1.

Classe di resistenza C8/10 C12/25 C16/20 C20/25 C25/30 C28/35 C32/40 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60 C55/67 C60/75 C70/85 C80/95

Resistenza Cilindrica (MPa) Resistenza Cubica (MPa) 8 10 12 25 16 20 20 25 25 30 28 35 32 40 35 45 40 50 45 55 50 60 55 57 60 75 70 85 80 95

C90/105

90

105

Tabella 2.1.1 – classi di resistenza del cls

Ai fini dell’impiego delle diverse classi di resistenza è opportuno ricordare che le Norme Tecniche definiscono delle classi minime per ogni destinazione strutturale.

Per strutture non armate o a bassa percentuale di armatura la classe minima è la C8/10 Per strutture semplicemente armate la classe minima è la C16/20 Per strutture precompresse la classe minima di utilizzo è la C28/35.

Altro aspetto interessante da notare è che se si vuole utilizzare nei progetti strutturali una classe superiore od uguale alla C45/55, le grandezze meccaniche e di durabilità devono essere accertate prima dell’inizio dei lavori attraverso delle prove di qualità.

L’analisi strutturale potrà eseguirsi con uno dei seguenti metodi:

analisi elastica lineare analisi plastica analisi non lineare

In tutte dovranno essere sempre considerati gli effetti del secondo ordine che possono instaurarsi nella struttura in oggetto.

Dovranno anche eseguirsi analisi locali di dettaglio in prossimità di appoggi, nei nodi strutturali, nelle zone di ancoraggio, in corrispondenza di eventuali carichi concentrati ed in corrispondenza di variazioni della sezione trasversale.

L’analisi elastica lineare può essere utilizzata, per la valutazione degli effetti delle azioni, sia per gli stati limite ultimi che per quelli di esercizio. L’analisi plastica è da adoperarsi per i soli stati limite ultimi, mentre l’analisi non lineare può usarsi per valutare gli effetti di azioni statiche e dinamiche sia per gli SLU che per gli SLE.

2.2 Verifiche agli SLU

2.2.1 Resistenze di calcolo dei materiali

Le resistenze di calcolo fd indicano le resistenze dei materiali, calcestruzzo ed acciaio, ottenute mediante la relazione generale:

dove fk rappresenta le resistenze caratteristiche dei materiali e i coefficienti parziali per le resistenze, comprensive delle incertezze del modello e della geometria.

2.2.1.1 Resistenza di calcolo a compressione del cls

Dove:

coefficiente riduttivo per le resistenze di lunga durata

coefficiente parziale di sicurezza del cls

fck esistenza caratteristica cilindrica a compressione del cls a 28 giorni.

Nel caso di elementi piani come solette, piastre e platee gettati con calcestruzzo ordinario e spessore inferiore a 5 cm si ha:

fcd, piani = 0.80 fcd

2.2.1.2 Resistenza di calcolo a trazione del cls

Dove:

coefficiente parziale di sicurezza del cls

fctk resistenza caratteristica a trazione del cls.

Per la determinazione del valore di fctk, le Norme Tecniche fanno riferimento alla resistenza media a trazione semplice del calcestruzzo (fctm). Precisamente, il valore caratteristico corrispondente al frattile 5% è pari a 0.70fctm e quello frattile al 95% pari a 1.30fctm. Il calcolo di fctm è dato:

per classi di cls C50/60

Nel caso di elementi piani come solette, piastre e platee gettati con calcestruzzo ordinario e spessore inferiore a 5 cm si ha:

fctd, piani = 0.80 fctd

2.2.1.3 Resistenza di calcolo dell’acciaio

Dove:

coefficiente parziale di sicurezza dell’acciaio

fyk resistenza caratteristica di snervamento dell’acciaio

2.2.1.4 Tensione tangenziale di aderenza acciaio-calcestruzzo

Dove:

coefficiente parziale di sicurezza del cls

fbk resistenza caratteristica tangenziale di aderenza data dalla relazione:

fbk = 2.25 fctk

dove:

= 1 per barre di acciaio

per barre con diametro superiore a 32 mm.

Un aspetto molto interessante riportato nelle Nuove Norme Tecniche è che nel caso di armature molto addensate o ancoraggi in zona tesa, la resistenza di aderenza dovrà rispettare la seguente relazione:

2.2.2 Resistenza a sforzo normale e flessione in elementi monodimensionali

Le ipotesi di base che si adottano sono le seguenti:

conservazione delle sezioni piane perfetta aderenza tra cls ed acciaio resistenza a trazione nel cls nulla rottura lato cls per raggiungimento della sua capacità deformativa ultima a compressione rottura lato acciaio teso per conseguimento della sua capacità deformativa ultima

Le tensioni nel cls e nell’acciaio si deducono utilizzando i diagrammi tensione-deformazione.

Nella figura 2.2.1 sono rappresentati, in ordine, i modelli per il cls a parabola-rettangolo, triangolo-rettangolo e rettangolo (stress block).

Figura 2.2.1 – Modelli per il calcestruzzo

In figura 2.2.2 sono consegnati i diagrammi tensioni-deformazioni utilizzati per l’acciaio. Sono essenzialmente di due tipi: bilineare con incrudimento e elastico-perfettamente plastico.

Figura 2.2.2 – Modelli per l’acciaio

La verifica di resistenza allo stato limite ultimo, facendo riferimento alla figura 2.2.3 dove è rappresentata una sezione presso-inflessa, si esegue con la relazione:

Dove i simboli utilizzanti hanno il seguente significato:

MRd momento resistente di calcolo corrispondente allo sforzo normale di calcolo

NEd sforzo normale di calcolo

MEd momento flettente di calcolo

Figura 2.2.3 – Sezione di riferimento pressoinflessa

2.2.3 Resistenza nei confronti di sollecitazioni taglianti

2.2.3.1 Elementi senza armature a taglio

Per la verifica allo SLU si dovrà rispettare la relazione:

VRd > VEd

Dove:

VEd sforzo di taglio di calcolo

Con

Ed ancora

d altezza utile della sezione;

rapporto meccanico di armatura longitudinale;

tensione media di compressione nella sezione;

bw larghezza minima della sezione (mm).

Le armature longitudinali, oltre ad assorbire gli sforzi conseguenti alle sollecitazioni di flessione, devono assorbire quelli provocati dal taglio dovuti all’inclinazione delle fessure rispetto all’asse della trave, inclinazione assunta pari a 45°. In particolare, in corrispondenza degli appoggi, le armature longitudinali devono assorbire uno sforzo pari al taglio sull’appoggio.

2.2.3.2 Elementi con armature a taglio

Per la valutazione della resistenza a taglio VRd si fa riferimento ad un traliccio (cfr. G. Albano – Progettazione esecutiva di strutture in c.a. in zona sismica) che schematizza il comportamento degli elementi monodimensionali. Il traliccio è costituito dalle armature trasversali, dalle armature longitudinali, dal corrente compresso di cls e dai puntoni inclinati.

L’inclinazione di tali puntoni di cls deve rispettare la seguente relazione.

La verifica di resistenza agli SLU è soddisfatta se:

Il valore della resistenza di calcolo riferita all’armatura trasversale, definita dal D.M. 14.01.2008 a “Taglio Trazione”, è data:

La resistenza di calcolo riferita al calcestruzzo d’anima definita “Taglio Compressione” è fornita dalla:

La resistenza al taglio della trave è la minore delle due sopra:

VRd = min(VRsd, VRcd)

Dove i parametri sono gli stessi di quanto sopra detto con:

Asw armatura trasversale

s passo dell’armatura trasversale

inclinazione dell’armatura trasversale rispetto all’asse della trave

f'cd = 0.5fcd resistenza del cls d’anima a compressione ridotta

coefficiente maggiorativo da assumersi:

1 per membrature non compresse

quando

1.25 quando

quando

Il D.M. 14.01.2008 consegna un aspetto interessante: le armature longitudinali, dimensionate in base alle sollecitazioni flessionali, dovranno essere prolungate di una misura pari a:

Inoltre, è possibile anche conoscere come comportarsi, sempre in riferimento alla verifica di resistenza allo SLU, nel caso particolare di elementi ad altezza variabile o con cavi da precompressione inclinati, nel caso di carichi in prossimità degli appoggi e di carichi appesi o indiretti. Si rimanda il lettore direttamente al paragrafo 4.1.2.3.3.

2.2.4 Verifica al punzonamento di lastre soggette a carichi concentrati

Le lastre devono essere verificate nei riguardi del punzonamento allo stato limite ultimo, in corrispondenza dei pilastri e di carichi concentrati.

In mancanza di un’armatura trasversale appositamente dimensionata, la resistenza al punzonamento deve essere valutata, utilizzando formule di comprovata affidabilità, sulla base della resistenza a trazione del calcestruzzo, intendendo la sollecitazione distribuita su di un perimetro efficace di piastra distante 2d dall’impronta caricata, con d altezza utile (media) della piastra stessa.

Nel caso in cui si disponga una apposita armatura, l’intero sforzo allo stato limite ultimo dovrà essere affidato all’armatura.

Nel caso di piastre di fondazione si adotteranno opportuni adattamenti del modello sopra citato.

2.2.5 Resistenza nei confronti di sollecitazioni torcenti

Al paragrafo 4.1.2.1.4 il D.M. 14.01.2008 è molto chiaro a riguardo o meno della applicazione delle verifiche a torsione, infatti lo si riporta precisamente.

Qualora l’equilibrio statico di una struttura dipenda dalla resistenza torsionale degli elementi che la compongono, è necessario condurre la verifica di resistenza nei riguardi delle sollecitazioni torcenti.

Qualora, invece, in strutture iperstatiche, la torsione insorga solo per esigenze di congruenza e la sicurezza della struttura non dipenda dalla resistenza torsionale, non sarà generalmente necessario condurre le verifiche.

2.2.6 Indicazioni specifiche relative a pilastri

Tra le indicazioni per i pilastri è possibile ritrovare, nel Testo Unico, diverse importanti disposizioni relative ai pilastri cerchiati (par. 4.1.2.1.7.1) e alle verifiche di stabilità per elementi snelli (par. 4.1.2.1.7.2).

Nella presente trattazione ci si limiterà alla stabilità.

È necessario calcolare gli effetti del secondo ordine che tengano conto delle effetti flessionali delle azioni assiali sulla configurazione deformata degli elementi stessi.

Tali effetti del secondo ordine, approssimativamente, possono essere trascurati se la snellezza non supera il valore limite;

dove:

è l’azione assiale dimensionale

C = 1.7 - rm fattore che dipende dalla distribuzione dei momenti di primo ordine ed è compreso:

rm = M01/M02 è il rapporto fra i momenti flettenti del primo ordine alle due estremità del pilastro, positivo se i due momenti sono discordi sulla trave (con |M01| > |M02|).

La snellezza è calcolata con la relazione:

dove:

l0 lunghezza libera di inflessione

i raggio di inerzia della sezione

Per quanto non espressamente indicato nel presente paragrafo si rimanda il lettore al paragrafo 4.1.2.1.7.2 del D.M. 14.01.2008.

2.2.7 Verifica dell’ aderenza

L’ancoraggio delle barre, sia tese che compresse, deve essere oggetto di specifica verifica. La verifica di ancoraggio deve tenere conto, qualora necessario, dell’effetto d’insieme delle barre e della presenza di eventuali armature trasversali e di confinamento.

L’ancoraggio delle barre può essere utilmente migliorato mediante uncini terminali. Se presenti, gli uncini dovranno avere raggio interno adeguato, tale da evitare danni all’armatura e, ai fini dell’aderenza, essi possono essere computati nella effettiva misura del loro sviluppo in asse alla barra. In assenza degli uncini la lunghezza di ancoraggio deve essere in ogni caso non minore di 20 diametri, con un minimo di 150 mm.

2.3 Verifiche agli stati limite di esercizio Il D.M. 14.01.2008 prevede che si debbano eseguire le seguenti verifiche agli stati limite di esercizio:

verifiche di deformabilità verifiche di fessurazione verifiche delle tensioni di esercizio verifiche di vibrazione verifiche a fatica

Nella presente trattazione non considereremo le ultime due, rimandando il lettore direttamente alle Norme Tecniche.

2.3.1 Verifica di deformabilità

Per quanto riguarda i limiti di deformabilità, essi devono essere congruenti con le prestazioni richieste alla struttura anche in relazione alla destinazione d’uso, con riferimento alle esigenze statiche, funzionali ed estetiche.

Per quanto riguarda i valori limite, essi dovranno essere commisurati a specifiche esigenze e potranno essere dedotti da documentazione tecnica di comprovata validità.

2.3.2 Verifica di fessurazione

Uno dei principali requisiti che bisogna rispettare ai fine della durabilità dell’opera è la realizzazione di un adeguato ricoprimento delle armature con calcestruzzo di buona qualità al fine di impedire e scongiurare eventuali fenomeni di carbonatazione che procedono all’espulsione del copriferro e quindi all’ossidazione delle armature ivi presenti.

Gli stati limite di fessurazione sono:

stato limite di decompressione dove la tensione normale è ovunque di compressione ed al più uguale a 0; stato limite di formazione delle fessure dove la tensione normale di trazione nella fibra più sollecitata è pari a:

t = fctm/1.2

dove il valore di fctm è stato già definito al paragrafo 2.2.1.2.

stato limite di apertura delle fessure nel quale il valore limite di apertura della fessura calcolato è pari ad uno dei seguenti valori:

w1 = 0.2 mm

w2 = 0.3 mm

w3 = 0.4 mm

Le combinazioni che si considerano sono le quasi permanenti e frequenti.

Ai fini della protezione delle armature contro la corrosione si distinguono diverse condizioni ambientali: ordinarie, aggressive e molto aggressive in relazione a quanto indicato nella tabella seguente (tab. 2.3.1) con riferimento alle classi di esposizione definite nelle Linee Guida per il calcestruzzo strutturale emesse dal Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici.

Tabella 2.3.1 – Condizioni ambientali

Le armature si distinguono in armature sensibili e armature poco sensibili; alla prima classe appartengono quelle per strutture precompresse ed alla seconda gli acciai per ordinari.

Lo stato limite di fessurazione dovrà essere scelto in funzione, come suddetto, delle condizioni ambientali, del tipo di combinazione (rara o frequente), del grado di sensibilità dell’armatura ed il tutto può essere definito partendo dalla tabella consegnata dal D.M. 14.01.2008 e ivi riportata.

Tabella 2.3.2 – Scelta dello stato limite di fessurazione

Il valore wd della tabella 2.3.2 è calcolato con la relazione:

wd = 1.7 wm

dove il wm rappresenta l’ampiezza delle fessure calcolata come prodotto della deformazione media delle barre di acciaio per la distanza media tra le

fessure secondo la formula:

wm = sm x sm

Per il calcolo di sm e sm si usano criteri riportati nella letteratura consolidata e solitamente, anzi è il caso di sottolineare sempre, si utilizzano software di calcolo che definiscono tali valori paragonando direttamente il wd di calcolo con i limiti di apertura di fessurazione imposti dal D.M. 14.01.2008 e sopra riportati.

Il D.M. 14.01.2008 sottolinea anche che la verifica dell’ampiezza di fessurazione può essere condotta senza calcolo diretto semplicemente limitando la tensione di trazione nell’armatura, valutata nella sezione parzializzata per la combinazione di carico pertinente, ad un massimo correlato al diametro delle barre ed alla loro spaziatura.

2.3.3 Verifica delle tensioni di esercizio

Valutate le azioni interne nelle varie parti della struttura, e quindi in ogni sezione ed in ogni concio di qualunque elemento strutturale (travi, pilastri, pareti, setti etc…), dovute alle combinazioni caratteristica e quasi permanente delle azioni, si calcolano le massime tensioni sia nel calcestruzzo sia nella armature.

La tensione massima di compressione del cls nelle condizioni di esercizio dovrà rispettare la seguente relazione:

c