Progetto di capannoni industriali in zona sismica Introduzione
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principali motivi che ci hanno spinto, attraverso il confronto delle normative
vigenti, all’analisi di un caso pratico.
Il progetto delle strutture prefabbricate è stato realizzato basandosi
sulla normativa ancora vigente, D.M. 16 gennaio 1996 e L. 2 febbraio 1974 n°
64, adottando il Metodo delle Tensioni Ammissibili.
Nel lavoro che andiamo a svolgere vogliamo presentare quello che è
la “Progettazione in zona sismica”, prima da un punto di vista teorico, a partire
dalle caratteristiche geologiche del sito, per arrivare fino ai dettagli costruttivi;
poi da un punto di vista pratico, presentando il progetto e la sua verifica
sismica, secondo le direttive della normativa vigente, ed effettuando
successivamente una seconda verifica sismica, secondo il metodo prospettato
dalla nuova Ordinanza n° 3274 20 marzo 2003.
In conclusione verranno confrontati i risultati ottenuti dai due metodi
di verifica e presenteremo lo stato avanzamento lavori.
Progetto di capannoni industriali in zona sismica Introduzione
POLITECNICO DI TORINO 3
2. CENNI STORICI
Tra i maggiori pericoli naturali, vanno annoverati i terremoti; questi
provocano danni sotto molti aspetti, soprattutto, in termini di vite umane,
distruzioni e danni, sia all'ambiente naturale che alle strutture costruite
dall'uomo.
Numero medio annuale dei terremoti nel mondo, al di sopra di Ms (Fonte: U.S. National Oceanic
and Atmospheric Administration)
Ogni otto anni mediamente in Italia si verifica un terremoto con
conseguenze da gravi a catastrofiche. Questo comporta, per i governi che si
succedono nel tempo, la necessità di fronteggiare l'emergenza e la
ricostruzione, ma anche di elaborare una strategia di difesa dai terremoti.
Lo strumento di difesa adottato fino ad oggi in Italia è incentrato sulla
normativa sismica, che predispone i requisiti antisismici adeguati per le nuove
costruzioni in determinate zone del Paese; l'altra possibile difesa può avvenire
attraverso l'intervento sul patrimonio edilizio già esistente, operazione che deve
essere articolata a valle di complesse valutazioni socio-economiche,
denominate analisi di rischio
Le prime misure legislative vennero prese dal governo borbonico a
seguito dei terremoti che colpirono la Calabria nel 1783 causando più di 30.000
morti; dopo il terremoto che distrusse Reggio Calabria e Messina il 28 dicembre
1908, causando, si stima, 80.000 vittime, fu promulgata la prima classificazione
sismica italiana, intesa come l'elenco dei comuni sismici. La lista comprendeva i
comuni della Sicilia e della Calabria gravemente colpiti dal terremoto ed alcuni
altri comuni per i quali si tramandava il ricordo di danneggiamenti subiti nel
Progetto di capannoni industriali in zona sismica Introduzione
POLITECNICO DI TORINO 4
passato; fu modificata in seguito dopo altri eventi sismici semplicemente
aggiungendo i nuovi comuni danneggiati. Nel 1974 fu promulgata la nuova
normativa sismica nazionale contenente i criteri di costruzione antisismica, e la
classificazione sismica, la lista, cioè, dei comuni in cui devono essere applicate
le norme costruttive; quest'ultima viene stabilita con decreto legislativo ed è
pertanto aggiornabile qualora le nuove conoscenze in materia lo suggeriscano;
fino al 1980 però vi sono stati inseriti semplicemente i comuni nuovamente
colpiti da terremoti. Gli studi sismologici e geologici che seguirono i terremoti
del 1976 in Friuli e del 1980 in Irpinia, svolti nell'ambito del Progetto Finalizzato
Geodinamica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), portarono ad un
sostanziale sviluppo delle conoscenze sulla sismicità del territorio nazionale e
permisero la formulazione di una proposta di classificazione sismica basata, per
la prima volta in Italia, su indagini di tipo probabilistico della sismicità italiana e
che conteneva un embrione di stima del rischio sismico sul territorio nazionale.
La proposta del CNR fu presentata al governo e tradotta in una serie di decreti
da parte del Ministero dei Lavori Pubblici tra il 1980 ed il 1984.
Il 16 gennaio 1996 si è provveduto ad aggiornare la normativa
risalente al 1974, tramite la promulgazione di “Norme Tecniche per le
Costruzioni in zone sismiche”.
Nel 1998 furono aggiornate le carte di zonizzazione, mentre la
normativa faceva ancora riferimento alla legge emanata nel 1974 ed agli
aggiornamenti del 1996.
In data 20 marzo 2003 è stata emanata la nuova ordinanza n. 3274,
la quale prevede nuove carte di zonizzazione, nelle quali tutto il territorio
nazionale diviene suolo sismico, e prevede nuove metodologie di calcolo
basate sugli stati limite ultimi. Attualmente la normativa in vigore è quella
risalente al 1996, in quanto l’ordinanza n. 3274 del 20 marzo 2003 è ancora in
fase di aggiornamento, l’ordinanza 3316 del 2 ottobre 2003 reca modifiche e
integrazioni all’ordinanza 3274, riporta infatti il Servizio Sismico Nazionale “la
nota esplicativa all’ordinanza PCM 3274 del 20 marzo 2003 è in corso di
aggiornamento dell’ordinanza PCM 3333 del 23 gennaio 2004 (G.U. n. 26 del 2
febbraio 2004)”, rimandando di altri 18 mesi, oltre i 18 mesi iniziali, il termine di
applicazione della nuova normativa.
Progetto di capannoni industriali in zona sismica Capitolo Primo
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CAPITOLO PRIMO
PROGETTARE IN ZONA SISMICA
1. CLASSIFICAZIONE SISMICA
1.1. Introduzione
La progettazione di strutture in zona sismica, a parità di criteri
progettuali e metodi di verifica, assume, per una stessa costruzione, una forte
differenziazione a seconda del sito dove viene edificata. Appare evidente infatti
che la progettazione sia influenzata in maniera determinante dalla probabilità
che ha il sito, in un determinato periodo di tempo, di essere soggetto ad eventi
sismici di una certa magnitudo. Per poter eseguire una corretta progettazione
strutturale è allora necessario conoscere questo livello di pericolosità sismica
della zona dove si andrà ad edificare la struttura. Operativamente le
informazioni che quantificano le probabilità che i terremoti di una certa
magnitudo, con specifico periodo di ritorno, colpiscano le varie zone di un
territorio, costituiscono la classificazione sismica di quel territorio. Per
classificazione sismica si intende appunto una suddivisione del territorio
nazionale in zone alle quali vengono attribuiti valori differenziali del grado di
sismicità, atti a definire il livello di rischio sismico per le costruzioni che in esse
sono edificate. Per questo motivo la classificazione sismica viene anche
chiamata mappa della pericolosità sismica.
Progetto di capannoni industriali in zona sismica Capitolo Primo
POLITECNICO DI TORINO 6
1.2. Vecchia classificazione sismica
La normativa precedente sulle costruzioni in zona sismica (D.M.
LLPP 16 gennaio 1996, L. 2 febbraio 1974 n. 64) suddivideva il territorio
nazionale, dal punto di vista sismico, in “zone classificate” e in “zone non
classificate”, dando l’impressione (erronea) che esistessero “zone sismiche” e
“zone non sismiche”. La classificazione del D.M. era a macchia di leopardo,
essendo formata da zone sismiche delimitate da confini comunali, esigenza
questa dettata da ragioni puramente amministrative e di praticità (Figura 1).
Figura 1
zona di I categoria
zona di II categoria
zona di III categoria
zona non classificata
Nella realtà questa classificazione non coglieva l’aspetto fisico del
fenomeno perché quando si verifica un terremoto la sua influenza non è limitata
a una zona ben definita. Il sisma infatti è un fenomeno di propagazione ondosa,
che ha una distribuzione sul territorio molto vasta e diffusa. L’intensità sismica
Progetto di capannoni industriali in zona sismica Capitolo Primo
POLITECNICO DI TORINO 7
inoltre si riduce progressivamente a partire dalla zona epicentrale man mano
che ci si allontana da essa. L’influenza dell’azione sismica viene rilevata
esclusivamente dalle registrazioni strumentali effettuate dal sistema di reti
sismografiche diffuse sul territorio nazionale. I sismografi sono in grado di
rilevare il minimo scuotimento del terreno per sisma anche se questo non
produce alcun effetto percepibile da persone, animali o cose. Questo significa,
nella sostanza, che anche nelle zone considerate non sismiche si registra
comunque un’accelerazione del terreno, che può essere identificata e
quantificata anche se di magnitudo tale da poter non avere alcuna
ripercussione significativa sugli edifici.
1.2.1. Coefficiente di intensità sismica
I gradi di sismicità sono cosi distribuiti:
S = 12 (I categoria)
S = 9 (II categoria)
S = 6 (III categoria)
Il grado di sismicità, ai fini del calcolo strutturale, è tradotto in un
coefficiente C attraverso la relazione:
100
2−
=
s
C coefficiente di intensità sismica, pertanto si ha:
S = 12 (I categoria): C = 0,1
S = 9 (II categoria): C = 0,07
S = 6 (III categoria): C = 0,04
L'incremento delle forze verticali deve essere del:
40% per S = 12 (I categoria)
25% per S = 9 (II categoria)
mentre le forze orizzontali sono portate:
S = 12 (I categoria): 10% del peso a tutti i
Progetto di capannoni industriali in zona sismica Capitolo Primo
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piani;
S = 9 (II categoria): 7% del peso a tutti i piani.
Applicando le norme sismiche, quindi, ci si può garantire la tenuta
delle strutture portanti di un edificio, il quale può essere danneggiato, ma non
subire il collasso, salvaguardando cosi vite umane, anche in caso di forti
terremoti.
1.3. Nuova classificazione sismica
Purtroppo in Italia si sono verificati terremoti che hanno provocato
danni ingenti in termini di perdite di vite umane e di crolli strutturali anche in
zone non dichiarate sismiche. L’aspetto di maggiore rilievo introdotto
dall’Ordinanza 3274 è costituito senza dubbio dai nuovi criteri di classificazione
sismica del territorio nazionale, necessari proprio per coprire questa grave
lacuna lasciata irrisolta dalla normativa precedente. L’Ordinanza suddivide a tal
fine l’intero territorio nazionale in quattro zone di sismicità, individuate in base a
valori decrescenti di “accelerazioni massime” al suolo (Figura 2).
Progetto di capannoni industriali in zona sismica Capitolo Primo
POLITECNICO DI TORINO 9
Figura 2
zona sismica 1
zona sismica 2
zona sismica 3
zona sismica 4
Per queste zone le norme indicano quattro valori di accelerazioni
orizzontali (ag/g) di ancoraggio dello spettro di risposta elastico. In particolare
ciascuna zona è individuata secondo valori di accelerazione di picco orizzontale
del suolo ag, con probabilità di superamento del 10% in 50 anni, secondo le
tabella seguente:
zona
sismica
Accelerazione orizzontale con
probabilità di superamento pari
al 10% in 50 anni [ag/g]
Accelerazione orizzontale di
ancoraggio dello spettro di
risposta elastico [ag/g]
1 > 0,25 0,35
2 0,15 – 0,25 0,25
3 0,05 – 0,15 0,15
4 < 0,05 0,05
L’assegnazione di un territorio ad una delle quattro zone suddette
avviene mediante le valutazioni di ag (con tolleranza 0,025g) rappresentate in
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termini di curve di livello con passo 0,025g.
Con l'ordinanza n.3274, firmata dal Presidente del Consiglio in data
20/03/2003, vengono totalmente ridisegnate le Norme Tecniche per le
costruzioni in zona sismica e per tutte le costruzioni poiché tutto il territorio
italiano viene classificato sismico.
¾ Le nuove norme sono composte da 4 allegati:
¾ Criteri per l'individuazione delle zone sismiche individuazione,
formazione e aggiornamento degli elenchi nelle medesime
zone;
¾ Norme tecniche per il progetto, la valutazione e l'adeguamento
sismico degli edifici;
¾ Norme tecniche per il progetto sismico dei ponti;
¾ Norme tecniche per il progetto sismico di opere di fondazione e
di sostegno dei terreni.
Progetto di capannoni industriali in zona sismica Capitolo Primo
POLITECNICO DI TORINO 11
Alcune delle principali novità possono individuarsi nei seguenti punti:
¾ Abbandono definitivo del metodo di verifica alle "Tensioni
Ammissibili", in favore del metodo agli "Stati Limite";
¾ Nuova classificazione sismica di tutti i comuni italiani con
l'introduzione della 4a categoria sismica che ricomprende come
zona a bassa sismicità tutti i comuni sino ad oggi ricadenti in
zona sismica. Ciò significa che tutto il territorio nazionale è
dichiarato sismico (secondo varie categorie) e dovrà sempre
effettuarsi un calcolo che tenga conto di eventuali azioni
orizzontali di natura sismica.
¾ Le nuove norme hanno un'impostazione molto moderna ispirata
alle più avanzate norme sismiche oggi esistenti (Eurocodice 8 e
Norme ACI). Tali norme, che pongono particolare enfasi sul
concetto di duttilità, recepiscono le indicazioni, fino ad oggi
facoltative, della Circolare del 10/04/1997.
¾ Viene introdotto il concetto di Stato Limite del Danno al fine di
assicurare che le costruzioni non solo sopportino sismi
distruttivi senza collassare, ma che per sismi con tempi di
ritorno inferiori (dell'ordine della durata della vita della struttura
stessa) non si verifichi danno alcuno alle parti non strutturali
(impianti, tamponature, ecc..).
¾ Viene sostituito il diagramma dello spettro di risposta
attualmente vigente.
¾ Le norme attuali continueranno ad essere valide ancora per 18
mesi dalla entrata in vigore delle nuove norme.
¾ Le norme comprendono una parte dedicata agli interventi da
effettuarsi su edifici esistenti.
¾ Le norme prevedono che entro 5 anni dalla data di
approvazione dell'ordinanza (20/03/2003) tutti gli edifici di
interesse strategico e tutte le opere infrastrutturali che possono
assumere rilevanza in relazione alle conseguenze di un
eventuale collasso devono essere sottoposte a verifica con le
nuove norme.
Progetto di capannoni industriali in zona sismica Capitolo Primo
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1a Categoria 1a Categoria 1a Categoria
2a Categoria 2a Categoria 2a Categoria
3a Categoria 3a Categoria 3a Categoria
Non sismica Non sismica 4a Categoria
Mappa sismica vecchia
classificazione
Mappa sismica proposta
nel 1998
Mappa sismica indicativa
zonizzazione 2003
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2. TERREMOTI E RISCHIO SISMICO
2.1. Le onde sismiche
Un terremoto consiste in una sorgente che irradia energia attraverso
il terreno , e che si propaga sotto forma di Onde Sismiche; queste si estendono
in tutte le direzioni, giungendo fino alla superficie, determinando violenti
spostamenti orizzontali e verticali, raggiungendo una struttura ne determinano
lo scuotimento.
Le onde sismiche, a seconda della natura degli strati di terreno che
attraversano, possono riflettersi, rifrangersi, interferire, attenuarsi o amplificarsi.
Nell'attraversamento di uno spesso strato di sedimenti poco rigidi,
per esempio, il loro effetto in superficie risulterà attenuato. In zone a formazione
di roccia compatta e di grande spessore, invece, la maggior parte dell'energia,
liberatasi in profondità, giungerà in superficie.
In superficie le onde sismiche giungono da diverse direzioni,
sommandosi in alcuni punti ed annullandosi in altri; la loro azione varia da zona
a zona, secondo la natura e configurazione del terreno.
Le onde elastiche, che provocano le scosse sismiche, sono di due
tipi:
- Onde di VOLUME:
¾ Onda P (onda primaria): Le onde P comportano
spostamenti nella direzione di propagazione. Per effetto di
queste onde un elemento di volume subisce una serie di
successive compressioni e rarefazioni, conservando
inalterata la propria forma. Per questo motivo le onde P
sono anche chiamate Onde di Compressione. Le onde P,
come le onde acustiche, viaggiano sia attraverso la roccia
solida, come montagne di granito, sia attraverso liquidi,
come il magma vulcanico o l'acqua degli oceani.
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¾ Onda S (onda secondaria): viaggia più lentamente
dell'onda P ed inducono spostamenti puramente normali
alla direzione di propagazione. Un generico elemento di
volume attraversato da queste onde subisce una serie di
successive distorsioni, conservando inalterato il proprio
volume. Per questo motivo le onde S sono anche
chiamate Onde di Taglio.
- Onde di SUPERFICIE: si formano quando l’energia di vibrazione
delle onde sismiche si propaga dagli strati profondi verso la
superficie terrestre, sono più lente delle onde S.
2 .2. Terreno di posa
Le forze sprigionate durante un terremoto, possono produrre frane,
valanghe e smottamenti con danni, a volte, ben più gravi del sisma stesso;
pericolo da non sottovalutare in alcune zone ove sono presenti terreni argillosi,
per se stessi instabili.
Un attento studio del terreno di posa, quindi, non è meno importante
di quello dei terremoti, infatti, per un progettista è di grande importanza
conoscere il comportamento, in caso di sisma, del lotto di terreno su cui si
dovrà costruire un edificio.
2.3. Esame del suolo
Attraverso la conoscenza geologica e tettonica del sottosuolo,
nonché dello studio geomorfologico e topografico del suolo, si possono
completare le mappe sismiche e, soprattutto, si può giungere a riconoscere
differenze, anche all'interno di un territorio comunale (microzonazione sismica),
al punto di comprendere che lo spostamento delle fondazioni di un edificio,
anche di qualche decina di metri, può assicurare maggiore tranquillità.
Dette considerazioni, evidentemente, assumono particolare
importanza, quando si tratta di insediamenti di strutture quali: ospedali, dighe,
centrali termoelettriche, ecc.
Progetto di capannoni industriali in zona sismica Capitolo Primo
POLITECNICO DI TORINO 15
Il primo problema che i progettisti devono affrontare è quello di
individuare la zona a rischio ed il "quadro di sismicità" ad essa attribuito.
2.4. Microzonazione sismica
La microzonazione sismica studia e valuta, quantitativamente,
l'influenza che le condizioni locali, presenti entro una data area, hanno sui
movimenti del terreno durante terremoti forti.
Le carte di microzonazione sismica, dividono le aree in tre grosse
categorie:
1 - AREE PARTICOLARMENTE PERICOLOSE E SCONSIGLIABILI PER LA
RICOSTRUZIONE
Comprendono, in generale, i seguenti casi:
¾ Speroni e creste molto strette su roccia con relative fasce di
rispetto;
¾ Terreni in frana (attiva o potenziale) con relative fasce di
rispetto;
¾ Terreni con possibilità di liquefazione di sabbia;
¾ Terreni scarsamente resistenti, composti da diversi materiali
poco cementati tra loro;
¾ Pendii eccessivamente ripidi, costituiti da materiali che non si
sostengono da soli (argille, ecc.).
2 - AREE IN CUI OCCORRONO PARTICOLARI ACCORGIMENTI PER LA
RIPARAZIONE E LA RICOSTRUZIONE
Per alcune di queste aree vengono indicati, innanzi tutto, i sondaggi
da eseguire per conoscere meglio le loro caratteristiche e per individuare quelle
zone in cui occorrono interventi particolari come: bonifica di massi rocciosi,
frane, ecc.
Si suggeriscono delle raccomandazioni, consistenti in aumento delle
forze orizzontali oltre a quelle di 2° categoria per migliorare la resistenza delle
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POLITECNICO DI TORINO 16
case (per esempio, adozione del coefficiente di pendio e di fondazione). Si
propone, inoltre, di adottare, a scopo cautelativo, per tutti gli edifici di interesse
pubblico preminente, il coefficiente di 1° categoria (0,10).
3 - AREE IN CUI NON SI FORMULANO SUGGERIMENTI PARTICOLARI, MA
SI RACCOMANDA IL RISPETTO DELLE NORME GENERALI DI 2°
CATEGORIA
2.5. Zone a rischio - criterio di valutazione
Per l'individuazione delle zone a rischio, diversi sono i criteri di
valutazione: il più antico è quello STORICO, fondato su notizie reperibili circa i
movimenti tellurici ed i relativi danni nella zona in esame; un più recente,
definibile FISICO, scaturisce dallo studio delle cause dei terremoti; un altro
criterio, che potremmo definire STATICO-STRUMENTALE, può scaturire
dall'analisi delle registrazioni strumentali dei movimenti sismici verificatisi in una
intera regione.
Pertanto, nell'iniziare lo studio di un progetto, occorre consultare il
quadro geologico della regione, in cui si intende inserire la costruzione, nonché
le mappe degli eventi sismici, dove esistono, le carte di microzonazione sismica
finale e tutte quelle notizie utili, reperibili presso sismologi, uffici tecnici comunali
locali, testi, ecc.
Nello studio e nella consultazione, è bene tenere presente che il
rischio sismico non è definibile soltanto in rapporto alla scossa tellurica in se,
ma dall'insieme del movimento sismico, dalle condizioni fisico-geografiche della
zona colpita, dalle strutture edilizie ivi esistenti e dalla qualità delle stesse, dalla
densità della popolazione e dall'attività socio-economica.
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