Influenza dei criteri di progettazione sull'affidabilità sismica dei controventi concentrici

Abstract

Nell'ottica del Performance Based Seismic Design verifica e progettazione di strutture in zona sismica vanno condotte definendo una serie di stati corrispondenti a situazioni di malfunzionamento e controllando che le strutture possiedano un adeguato livello di protezione nei riguardi del superamento di detti stati. Riconoscendo, tuttavia, la natura probabilistica delle variabili che intervengono nei problemi di ingegneria strutturale (es. entità dei carichi e proprietà meccaniche dei materiali) il livello di protezione strutturale va inteso in termini di probabilità di superamento di un certo stato di malfunzionamento. Risulta pertanto necessario il ricorso a procedure su base probabilistica che consentano di portare in conto tutte le fonti di incertezza nella valutazione delle prestazioni sismiche, quali le incertezze di carattere naturale (connesse alla natura dell'input sismico o record-to record variability) ed epistemologico (connesse alle conoscene limitate). In linea teorica i criteri di progettazione forniti dalle normative dovrebbero condurre al dimensionamento di strutture in grado di esibire un adeguato livello di affidabilità strutturale. Con riferimento ai controventi concentrici, tuttavia, analisi preliminari condotte dal punto di vista deterministico hanno evidenziato un collasso prematuro delle colonne per instabilità fuori piano per le strutture dimensionate secondo gli attuali codici sismici (Eurocodice 8 e Norme Tecniche per le Costruzioni di cui al D.M. 14 gennaio 2008). Tale fenomeno è legato essenzialmente al criterio di progettazione previsto per gli elementi non dissipativi (travi e colonne) che non tiene conto dell'effettiva sovraesistenza delle diagonali. L'obiettivo della tesi è stato quello di analizzare le prestazioni sismiche esibite da controventi dimensionati secondo metodologie di progettazione tradizionali, ossia prescritte dalle vigenti normative in materia di progettazione sismica, ed innovative. In particolare è stata analizzata la metodologia di progettazione a collasso controllato basata sulla rigorosa applicazione dei principi del capacity design. Tale metodologia è finalizzata al dimensionamento di controventi che esibiscano al collasso meccanismi di tipo globale, caratterizzati cioè dalla plasticizzazione di tutte le diagonali tese e dell'instabilizzazione di quelle compresse, allo scopo di conseguire un adeguato livello di duttilità globale. Le prestazioni sismiche delle strutture analizzate sono state valutate dal punto di vista probabilistico. A questo scopo sono stati impiegati: il metodo di Jalayer e Cornell, finalizzato alla stima della frequenza annua media di superamento di un dato stato limite (nell'approccio che considera le sole incertezze di carattere naturale), e le disposizioni delle direttive FEMA 350, finalizzate alla stima del livello di confidenza con il quale una struttura è in grado di esibire le prestazioni connesse ad un dato stato limite (che considerano sia le incertezze di carattere naturale che epistemologico). In aggiunta viene riportato uno studio relativo all'influenza dell'ipotesi di omoschedasticità (dispersione costante della demand al variare della misura dell'intensità dell'azione sismica) nell'approccio di Jalayer e Cornell. I risultati delle analisi di affidabilità hanno evidenziato che le strutture dimensionate secondo normativa esibiscono prestazioni non soddisfacenti, mentre un notevole miglioramento dell'affidabilità sismica può essere conseguito attraverso l'applicazione dell'innovativa metodologia di progettazione a collasso controllato. [a cura dell'autore]