Circolare NTC2018: finalmente si dovrà progettare considerando il sisma verticale

Gli studi sugli effetti negativi della componente sismica verticale hanno trovato il giusto riscontro nella nuova Circolare. 

Il sisma verticale nella Circolare alle NTC 2018

I nostri studi (a questo link il più recente articolo) pubblicati da Ingenio, che si ringrazia per aver svolto un ruolo prezioso e fondamentale nella loro divulgazione, hanno condotto ad una riflessione che dimostra la sensibilità e la caratura scientifica degli estensori della Circolare per la parte riguardante l'ambito dottrinale specifico, ossia il contributo delle diverse componenti sismiche per la valutazione degli effetti sul comportamento strutturale.

Si tratta di un cambiamento culturale la cui portata è in primo piano rispetto ad altre considerazioni relative ai valori di parametri meccanici o perfezionamenti di modellazione, aspetti che nelle opportune sedi, attraverso l'applicazione ai casi reali, verranno adeguatamente commentati.
La nuova Circolare contiene riferimenti al sisma verticale che implicano importanti progressi nella progettazione, e conseguentemente esortano alla verifica da parte degli organismi di controllo e tutela affinché questo nuovo fronte sia praticato.

Vediamo quindi quali sono i punti interessati (in corsivo, il testo tratto dalla Norma).

C7.2.2 CRITERI GENERALI DI PROGETTAZIONE DEI SISTEMI STRUTTURALI

(...) Per quanto riguarda gli effetti della componente verticale dell’azione sismica, nel § 7.2.2 sono indicati gli elementi e le tipologie costruttive che maggiormente risentono delle accelerazioni verticali indotte dal sisma, nonché i livelli di pericolosità per i quali tale componente deve essere considerata nel progetto. Per gli elementi soggetti a tali azioni e per quelli di supporto dei medesimi è ammesso l’uso di modelli parziali che tengano conto della rigidezza degli elementi adiacenti.

Questo paragrafo non contiene novità rispetto al passato: il testo coincide con quanto riportato in C7.2.1 della Circ.2009. Si osservi tuttavia che già nel 2009 vi era un cenno di sviluppo nel senso di estendere la considerazione della componente verticale: parlare di tipologie costruttive che 'maggiormente' risentono del sisma verticale implica che anche le altre tipologie, magari in tono minore, ne risentono: pertanto, già nel 2009 non vi era alcuna esclusione perentoria di strutture nei confronti degli effetti sismici verticali.
Le novità arrivano invece dai paragrafi riguardanti i criteri di modellazione della struttura e dell'azione sismica, e la risposta alle diverse componenti dell'azione sismica stessa.

Modellazione dell'azione sismica

C7.2.6 CRITERI DI MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA E DELL' AZIONE SISMICA

(...)
Modellazione dell’azione sismica

Per semplicità di analisi è possibile descrivere la variabilità spaziale del moto e l’aleatorietà dell’effettivo baricentro delle masse e delle rigidezze attraverso lo spostamento del centro di massa dalla sua posizione originaria nella direzione delle due componenti orizzontali e in ambo i versi. In alternativa è consentito (§7.3.3) applicare un momento torcente valutato a partire dalla risultante orizzontale della forza agente al piano, determinata come in § 7.3.3.2, moltiplicata per l’eccentricità accidentale7 del baricentro delle masse rispetto alla sua posizione di calcolo, determinata come in § 7.2.6. Nel valutare gli effetti dell’eccentricità accidentale, si dovranno considerare, ovviamente, gli effetti concomitanti delle due componenti dell’azione sismica, utilizzando le regole di combinazione indicate al § 7.3.5.

7 Si specifica che l’eccentricità accidentale, oltre che per considerare le incertezze legate alla localizzazione delle masse, è una maniera indiretta per tener conto della variabilità spaziale del moto sismico. A rigore, infatti, si dovrebbe considerare una componente torsionale del trascinamento sismico, sia nelle analisi statiche, sia nelle analisi dinamiche; tradizionalmente, invece, l’azione sismica viene descritta esclusivamente attraverso le due componenti traslazionali orizzontali del moto, cui va aggiunta, ove significativa, la componente verticale.

C7.3.5 RISPOSTA ALLE DIVERSE COMPONENTI DELL’AZIONE SISMICA ED ALLA VARIABILITA' SPAZIALE DEL MOTO

Nel caso di analisi statiche non lineari è possibile applicare separatamente ciascuna delle due componenti orizzontali (insieme a quella verticale ove necessario ed agli spostamenti relativi prodotti della variabilità spaziale del moto ove necessario), riconducendo quindi la valutazione unitaria degli effetti massimi ai valori più sfavorevoli così ottenuti.

Ecco la novità: si specifica che l'azione sismica viene descritta attraverso le due componenti traslazionali orizzontali del moto, 'cui va aggiunta, ove significativa, la componente verticale', e che nelle analisi statiche non lineari (pushover) è possibile applicare separatamente ciascuna delle due componenti orizzontali 'insieme a quella verticale ove necessario'.

'Ove significativa' e 'ove necessario' sono espressioni che nel testo normativo vengono usate nell'ambito di criteri generali. Per valutare se gli effetti della componente sismica verticale siano o meno significativi è quindi necessario svolgere analisi che includono anche tale componente, per poi poterne trarre un giudizio finale.

Pertanto: le analisi pushover non possono prescindere dal considerare la multidirezionalità e la componente verticale.

Analisi pushover: riduzione di capacità per effetto del sisma verticale

Analisi pushover: riduzione di capacità per effetto del sisma verticale

In figura è rappresentata una curva
riferita al caso di un edificio esistente in muratura: si rilevano le contrazioni del taglio e della capacità di spostamento, con riferimento al punto di stato limite ultimo, dovute agli effetti negativi del sisma verticale.

Peraltro, analizziamo quanto scritto in §7.3.5 del D.M. 17.1.2018: le analisi multidirezionali sono previste anche in pushover (la Circolare consente la possibilità di fare riferimento ad una sola componente orizzontale, ma su questo aspetto la discordanza fra D.M. e Circolare si risolve considerando per l'edificio esaminato sia la combinazione sia le singole direzioni), mentre per la verticale si specifica che 'deve essere tenuta in conto unicamente nei casi previsti al §7.2.2)': ciò significa che l'obbligatorietà è prevista solo per quei casi (mensole, strutture spingenti, ecc.) ma attenzione: non si afferma affatto che la componente verticale non vada considerata in tutti gli altri.

E adesso la Circolare, attraverso la specifica di considerare la componente verticale 'ove significativa' o 'ove necessario', implica di fatto la necessità di valutarne sempre gli effetti per determinare se siano significativi o meno.

Contemporaneità delle componenti sismiche orizzontali e verticale

Il combinato disposto del D.M. 17.1.2018 e della Circ.7 del 21.1.2019 non può fornire giustificazioni per omissioni sullo studio degli effetti della contemporaneità delle componenti sismiche.

Siamo lieti di constatare che i testi normativi vanno nella giusta direzione: il Progettista deve essere libero di valutare gli effetti di tutte le componenti sismiche, senza esclusioni a priori che determinerebbero rischi nei confronti della sicurezza.

Infatti, non considerando la componente verticale o, più in generale, la spazialità del fenomeno, si potrebbe sottovalutare la domanda sismica e di conseguenza sopravvalutare l'indicatore di rischio ζE dato dal rapporto tra capacità e domanda. Nei confronti degli interventi, si rischierebbe di fatto un sottodimensionamento.

Contemporaneità delle componenti sismiche orizzontali e verticale

Contemporaneità delle componenti sismiche orizzontali e verticale

In definitiva: la nuova Circolare consente finalmente ai Progettisti la possibilità di analizzare il modello con i contributi di tutte e 3 le componenti spaziali del sisma (le due orizzontali e la verticale), variamente combinate tra loro. Saranno i singoli casi ad evidenziare la significatività o meno dei diversi contributi. 

E' opportuno osservare che la contemporaneità degli effetti, studiata in analisi statica non lineare attraverso adeguati algoritmi di combinazione, è la naturale evoluzione della tradizionale sovrapposizione degli effetti nelle analisi elastiche. La corretta valutazione dei risultati richiede sempre l'identificazione delle configurazioni più sfavorevoli, e questo in analisi pushover è divenuto ora possibile considerando un input multidirezionale di tipo spaziale.

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GLI AUTORI

Ing. Massimo Mariani - Studio Ricerche Applicate - Perugia, www.massimomarianistudio.com 
Ing. Francesco Pugi - Ricerca e Sviluppo di AEDES Software, www.aedes.it