Norme e progettazione di strutture prefabbricate LE STRUTTURE DI CALCESTRUZZO: DALL’EUROCODICE 2 ALLE NORME TECNICHE Norme e progettazione di strutture prefabbricate Antonella Colombo a.colombo@assobeton.it

Internazionale  S. Andrea Italia  S. Francesco

Italia  S. Emidio

Norme Tecniche Circolare

Diffusa tipologia: edificio monopiano Deformazione cumulata (el. strutt. vincolati) Differente azione sismica (diverso terreno) Progetto di mezzo edificio 42,00 21,00 10,00 100,00 Progettazione statica e sismica

Carichi Neve Fuoco TERREMOTI Vento Esplosioni

Materiali - CALCESTRUZZO C > C70/85  autorizzazione Servizio Tecnico Centrale C > C45/55  grandezze meccaniche e fisiche accertate prima dell’inizio dei lavori e produzione in controllo di qualità (# 4) c = 1,4 Per strutture non armate o a bassa percentuale di armatura Classe di resistenza C8/10 C25/30 C40/50 C60/75 C12/15 C28/35 C45/55 C70/85 C16/20 C32/40 C50/60 C80/95 C20/25 C35/45 C55/67 C90/105 Per strutture semplicemente armate Per strutture precompresse

Cnt. È consentito l’uso di aggregati grossi provenienti da riciclo a condizione che la miscela di calcestruzzo confezionata venga preliminarmente qualificata e documentata. (# 11.2.9.2) Origine del materiale da riciclo Classe del calcestruzzo percentuale di impiego demolizioni di edifici (macerie) = C 8/10 fino al 100 % demolizioni di solo calcestruzzo e c.a. ≤ C30/37 ≤ 30 % ≤ C20/25 Fino al 60 % Riutilizzo di calcestruzzo interno negli stabilimenti di prefabbricazione qualificati - da qualsiasi classe - da calcestruzzi > C45/55 ≤ C45/55 fino al 15% Stessa classe del calcestruzzo di origine fino al 5%

Materiali - ACCIAIO Barre nervate B450C (# 7.4.2.2) B450A  diametri compresi tra 5 e 10 mm, per le reti e i tralicci Valori nominali B450C (# 11.3.3.2) Fy,nom = 450 N/mm2 Ft,nom = 540 N/mm2 CARATTERISTICHE REQUISITI FRATTILE (%) Tensione caratteristica di snervamento fyk  fy,nom 5,0 Tensione caratteristica di rottura ftk  ft,nom (ft/fy)k 1,15 < 1,35 10,0 (fy/fy,nom)k  1,25 Allungamento ( Agt )k 7,5% Diametro del mandrino per prove di piegamento a 90 ° e successivo raddrizzamento senza cricche  < 12 mm 12    16 mm 16 <   25 mm 25 <   40 mm 4  5  8  10 

CE vs Depositi # 4.1.10 I componenti in possesso di attestato di conformità secondo una specifica tecnica europea elaborata ai sensi della direttiva 89/106/CEE (marcatura CE) ed i cui riferimenti sono pubblicati sulla gazzetta ufficiale dell’Unione Europea sono intesi aver con ciò assolto ogni requisito procedurale di cui al deposito ai sensi dell’art. 9 della legge 05.11.1972, n. 1086 e alla certificazione di idoneità di cui agli art. 1 e 7 della legge 2.2.74, n.64. Resta l’obbligo del deposito della documentazione tecnica presso l’ufficio regionale competente ai sensi della vigente legislazione in materia.

Cnt. 4.1.10.1 Prodotti prefabbricati non soggetti a marcatura CE Per gli elementi strutturali prefabbricati, quando non soggetti ad attestato di conformità secondo una specifica tecnica elaborata ai sensi della Direttiva 89/106/CEE (marcatura CEE) e i cui riferimenti sono pubblicati sulla Gazzetta Ufficiale dell’Unione Europea, sono previste due categorie di produzione: serie dichiarata serie controllata I componenti per i quali non sia applicabile la marcatura CE ai sensi del DPR 246/93 di recepimento della Direttiva 89/106/CEE, devono essere realizzati attraverso processi sottoposti ad un sistema di controllo della produzione ed i produttori di componenti occasionali, in serie dichiarata ed in serie controllata, devono altresì provvedere alla preventiva qualificazione del sistema di produzione, con le modalità indicate nel § 11.8

Azione sismica Ingredienti: Vita nominale (#2.4.1): Vn Tipi di costruzione Vita nominale VN (in anni) 1 Opere provvisorie – Opere provvisionali - Strutture in fase costruttiva1  10 2 Opere ordinarie, ponti, opere infrastrutturali e dighe di dimensioni contenute o di importanza normale  50 3 Grandi opere, ponti, opere infrastrutturali e dighe di grandi dimensioni o di importanza strategica  100 1) Le verifiche sismiche di strutture provvisorie o in fase costruttiva possono omettersi quando le relative durate previste in progetto siano inferiori a 2 anni.

Azione sismica Ingredienti: Vita nominale (#2.4.1): Vn Classe d’uso (#2.4.2) 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. 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.

Azione sismica Ingredienti: Vita nominale (#2.4.1): Vn Classe d’uso (#2.4.2) Coefficiente d’uso (tab. 2.4.II, #2.4.3): Cu Classe d’uso I II III IV Coefficiente Cu 0,7 1,0 1,5 2,0

Azione sismica Ingredienti: Vita nominale (#2.4.1): Vn Classe d’uso (#2.4.2) Coefficiente d’uso (tab. 2.4.II, #2.4.3): Cu Periodo di riferimento per l’azione sismica (#2.4.3): VR=Vn Cu Stato limite (#3.2.1): SLO, SLD, SLV, SLC

Cnt. # 7.1 In mancanza di espresse indicazioni in merito, il rispetto dei vari stati limite si considererà conseguito: nei confronti di tutti gli stati limite di esercizio, qualora siano rispettate le verifiche relative al solo SLD; nei confronti di tutti gli stati limite ultimi, qualora siano rispettate le indicazioni progettuali e costruttive riportate nel seguito e siano soddisfatte le verifiche relative al solo SLV. Fanno eccezione a quanto detto le costruzioni di classe d’uso III e IV, per gli elementi non strutturali e gli impianti delle quali è richiesto anche il rispetto delle verifiche di sicurezza relative allo SLO.

Probabilità di superamento PVR Azione sismica Ingredienti: Vita nominale (#2.4.1): Vn Classe d’uso (#2.4.2) Coefficiente d’uso (tab. 2.4.II, #2.4.3): Cu Periodo di riferimento per l’azione sismica (#2.4.3): VR=Vn Cu Stato limite (#3.2.1): SLO, SLD, SLV, SLC Probabilità di superamento (#3.2.1): PVR Stato limite Probabilità di superamento PVR SLO 81% SLD 63% SLV 10% SLC 5%

Azione sismica Ingredienti: Vita nominale (#2.4.1): Vn Classe d’uso (#2.4.2) Coefficiente d’uso (tab. 2.4.II, #2.4.3): Cu Periodo di riferimento per l’azione sismica (#2.4.3): VR=Vn Cu Stato limite (#3.2.1): SLO, SLD, SLV, SLC Probabilità di superamento (#3.2.1): PVR Periodo di ritorno dell’azione sismica (Allegato A - NTC):

Azione sismica Ingredienti: Vita nominale (#2.4.1): Vn Classe d’uso (#2.4.2) Coefficiente d’uso (tab. 2.4.II, #2.4.3): Cu Periodo di riferimento per l’azione sismica (#2.4.3): VR=Vn Cu Stato limite (#3.2.1): SLO, SLD, SLV, SLC Probabilità di superamento (#3.2.1): PVR Periodo di ritorno dell’azione sismica (Allegato A - NTC): Ubicazione: longitudine e latitudine

Sisma verticale La componente verticale verrà considerata solo in presenza di elementi pressoché orizzontali con luce superiore a 20 m, elementi precompressi (con l’esclusione dei solai di luce inferiore a 8 m), elementi a mensola di luce superiore a 4 m, strutture di tipo spingente, pilastri in falso, edifici con piani sospesi, ponti, costruzioni con isolamento e purché il sito nel quale la costruzione sorge non ricada in zona 3 o 4. (# 7.2.1)

Modello numerico Il modello della struttura deve essere tridimensionale e rappresentare in modo adeguato le effettive distribuzioni spaziali di massa, rigidezza e resistenza, con particolare attenzione alle situazioni nelle quali componenti orizzontali dell’azione sismica possono produrre forze d’inerzia verticali (travi di grande luce, sbalzi significativi, etc.). (#7.2.6) Analisi Lineare o Non Lineare (#7.3.1) - Analisi lineare (statica - dinamica) - Analisi non-lineare (statica – dinamica)

Analisi numeriche Nel comportamento strutturale dissipativo, cui ci si riferisce quando si progetta per gli stati limite ultimi, gli effetti combinati delle azioni sismiche e delle altre azioni sono calcolati, in funzione della tipologia strutturale adottata, tenendo conto delle non linearità di comportamento (di materiale sempre, geometriche quando rilevanti e comunque sempre quando precisato). (# 7.2.1) # 7.3.1 Le non linearità geometriche sono trascurate nel caso in cui la condizione seguente sia verificata ad ogni orizzontamento: Per 0,1 < θ < 0,2  1/(1- θ); θ < 0,3 sempre!!!

Meccanismo sismo-resistente

Utilizzo di elementi 3D per travi e tegoli. Utilizzo di elementi shell per i tegoli. Le travi sono modellate con elementi monodimensionali. Utilizzo di elementi 1D per travi e tegoli.

Prescrizioni contenute in #7.4 Verifiche agli SLU Le verifiche nei confronti degli stati limite ultimi degli elementi strutturali, degli elementi non strutturali e degli impianti si effettuano in termini di resistenza e di duttilità. (#7.3.6) #7.3.6.1 Verifiche di resistenza #7.3.6.2 Verifiche in duttilità e deformazione Deve essere verificato che i singoli elementi strutturali e la struttura nel suo insieme possiedano una duttilità coerente con il fattore di struttura q adottato. Questa condizione si può ritenere soddisfatta applicando le regole di progetto specifiche e di gerarchia delle resistenze indicate per le diverse tipologie costruttive. Prescrizioni contenute in #7.4

Cnt. #7.4.6 Dettagli costruttivi Se θ > 0,1 l’altezza della sezione non deve essere inferiore ad un decimo (!!!) della maggiore tra le distanze tra il punto in cui si annulla il momento flettente e le estremità del pilastro. La progettazione sismica è strettamente vincolata da questo valore.

Cnt. #7.2.3 ELEMENTI STRUTTURALI “SECONDARI” ED ELEMENTI NON STRUTTURALI Alcuni elementi strutturali possono venire considerati “secondari”. Sia la rigidezza che la resistenza di tali elementi vengono ignorate nell’analisi della risposta e tali elementi vengono progettati per resistere ai soli carichi verticali. Tali elementi tuttavia devono essere in grado di assorbire le deformazioni della struttura soggetta all’azione sismica di progetto, mantenendo la capacità portante nei confronti dei carichi verticali; pertanto, limitatamente al soddisfacimento di tale requisito, agli elementi “secondari” si applicano i particolari costruttivi definiti per gli elementi strutturali.

Cnt. #7.3.6.2 Verifiche in duttilità e deformazione Deve essere verificato che i singoli elementi strutturali e la struttura nel suo insieme possiedano una duttilità coerente con il fattore di struttura q adottato. Questa condizione si può ritenere soddisfatta applicando le regole di progetto specifiche e di gerarchia delle resistenze indicate per le diverse tipologie costruttive. Alternativamente, e coerentemente con modello e metodo di analisi utilizzato, si deve verificare che la struttura possieda una capacità di spostamento superiore alla domanda.

Cnt. 

Cnt.  l lp u y Diagramma curvature

Fattore di comportamento 7.4.5 COSTRUZIONI CON STRUTTURA PREFABBRICATA 7.4.5.1 Tipologie strutturali e fattori di struttura - strutture a telaio; - strutture a pareti; - strutture miste telaio-pareti. - strutture a pannelli; - strutture monolitiche a cella; - strutture a pilastri isostatici (strutture monopiano, con elementi di copertura sostenuti da appoggi fissi gravanti su pilastri isostatici). Tipologia q0 CD”B” CD”A” Struttura a pannelli 3,0 4,0 u/ 1 Strutture monolitiche a cella 2,0 Strutture a pilastri isostatici 2,5 3,5

Cnt. Altre tipologie possono essere utilizzate giustificando i fattori di struttura adottati e impiegando regole di dettaglio tali da garantire i requisiti generali di sicurezza di cui alle presenti norme. Nelle strutture prefabbricate il meccanismo di dissipazione energetica è associato prevalentemente alle rotazioni plastiche nelle zone critiche. In aggiunta, la dissipazione può avvenire attraverso meccanismi plastici a taglio nelle connessioni, purché le forze di richiamo non diminuiscano significativamente al susseguirsi dei cicli dell’azione sismica e si evitino fenomeni d’instabilità. Il fattore q deve essere ridotto del 50% nel caso in cui i collegamenti non rispettino le indicazioni riportate nel § 7.4.5.2 e non può assumere un valore maggiore di 1,5 per strutture che non rispettino le indicazioni riportate nel § 7.4.5.3.

Cnt. #7.4.5.2 In caso di collegamenti tra elementi prefabbricati di natura non monolitica, che influenzano in modo sostanziale il comportamento statico dell’organismo strutturale, e quindi anche la sua risposta sotto azioni sismiche, sono possibili le tre situazioni seguenti, a ciascuna delle quali dovrà corrispondere un opportuno criterio di dimensionamento: collegamenti situati al di fuori delle previste zone critiche, che quindi non influiscono sulle capacità dissipative della struttura (Rd = 1,10 per CD”B”, Rd = 1,20 per CD”A”); collegamenti situati nelle zone critiche alle estremità degli elementi prefabbricati, ma sovradimensionati in modo tale da spostare la plasticizzazione in zone attigue situate all’interno degli elementi (Rd = 1,20 per CD”B”, Rd = 1,35 per CD”A”);; c) collegamenti situati nelle zone critiche alle estremità degli elementi prefabbricati, dotati delle necessarie caratteristiche in termini di duttilità e di quantità di energia dissipabile (come struttura monolitica).

Analisi Dinamica Modale su completo modello tridimensionale con effetti del 2° ordine (P-Δ) SLU - SLE

… Dimensioni della sezione resistente Il problema è regolato da tre parametri: la resistenza (verifica allo SLU per carichi agenti) la deformabilità dei pilastri gli effetti del secondo ordine

… La dimensione finale della sezione è quella che soddisfa tutte e tre le verifiche. E’ da notare che: se la verifica della resistenza non è soddisfatta si incrementa l’armatura se le verifiche degli effetti del secondo ordine e della deformabilità dei pilastri non sono verificate si deve incrementare il lato del pilastro L’analisi modale deve essere rifatta !!!!

Punti critici da verificare

Fondazioni # 7.2.5 Per le strutture progettate sia per CD “A”sia per CD “B” il dimensionamento delle strutture di fondazione e la verifica di sicurezza del complesso fondazione-terreno devono essere eseguiti assumendo come azioni in fondazione le resistenze degli elementi strutturali soprastanti. Più precisamente, la forza assiale negli elementi strutturali verticali derivante dalla combinazione delle azioni deve essere associata al concomitante valore resistente del momento flettente e del taglio. si richiede tuttavia che tali azioni risultino non maggiori di quelle trasferite dagli elementi soprastanti (dall’analisi), amplificate con un  Rd = 1,10 per CD”B”, Rd = 1,30 per CD”A”, e comunque non maggiori di quelle derivanti da una analisi elastica della struttura in elevazione eseguita con un fattore di struttura q pari a 1.

Cnt. # 7.2.5.1 Si deve tenere conto della presenza di spostamenti relativi del terreno di fondazione sul piano orizzontale e dei possibili effetti da essi indotti nella sovrastruttura. Il requisito si ritiene soddisfatto se le strutture di fondazione sono collegate tra loro da un reticolo di travi, o da una piastra dimensionata in modo adeguato, in grado di assorbire le forze assiali conseguenti. In assenza di valutazioni più accurate, si possono conservativamente assumere le seguenti azioni assiali: ± 0,3 Nsd amax /g per il profilo stratigrafico di tipo B ± 0,4 Nsd amax /g per il profilo stratigrafico di tipo C ± 0,6 Nsd amax /g per il profilo stratigrafico di tipo D dove Nsd è il valore medio delle forze verticali agenti sugli elementi collegati, e amax è l’accelerazione orizzontale massima attesa al sito.

Cnt. 7.2.5.1 Cnt. Il collegamento tra le strutture di fondazione non è necessario per profili stratigrafici di tipo A e quando, a prescindere dal tipo di profilo stratigrafico, è amax ≤ 0,05g. Travi o piastre di piano possono essere assimilate a elementi di collegamento se realizzate ad una distanza minore o uguale a 1 m dall’intradosso degli elementi di fondazione superficiali o dalla testa dei pali.

… Problemi: Norme pensate per strutture gettate in opera, con campate limitate: - Solo per deformazione elastica un tirante di 30 metri si allunga di 3 centimetri!!!! A compressione occorre considerare i problemi di instabilità del puntone!!!! Soluzione: Considerare gli effetti di spostamenti delle fondazioni sull’edificio (stessa operazione effettuata per i ponti).

Principio di Benedict (già 9° corollario della legge di Murphy) Per quanto nascosta sia una pecca, la natura riuscirà sempre a scovarla.

Antonella Colombo a.colombo@assobeton.it LE STRUTTURE DI CALCESTRUZZO: DALL’EUROCODICE 2 ALLE NORME TECNICHE Grazie! Antonella Colombo a.colombo@assobeton.it