Sezioni in cemento armato 2.0

Data: 06/11/2017 / Inserito da: / Categorie: Informazione Tecnica / Commenti: 0

Non è sufficiente conoscere la resistenza ultima delle sezioni per interpretare il comportamento sismico di una struttura; dobbiamo conoscerne il comportamento step-by-step anche e soprattutto oltre i limiti di resistenza, oltre i limiti elastici.

Le riflessioni fatte di seguito, sono correlate con le sezioni in cemento armato 2.0.

Ingegneria civile nell’ultimo decennio

L’ultimo decennio ha portato nell’ingegneria civile novità che modificano (o dovrebbero farlo) il modo di concepire e studiare le strutture. Il cambio di rotta lo ha imposto la normativa; più precisamente il nuovo assetto sismico nazionale. Tutto il territorio è classificato sismico e le nuove strutture devono essere calcolate di conseguenza.

Perché questa azione aggiuntiva (tra le molte che devono essere considerate) impone una nuova concezione delle strutture? Tutte le altre sono principalmente di tipo statico o pseudo-statico (trattate quindi come statiche).

Quella sismica è, al contrario, una azione dinamica.

Trave in semplice appoggio

L’esempio della trave in semplice appoggio è illuminante per iniziare a comprendere le differenze tra comportamento dinamico e statico delle strutture. Sappiamo dal primo corso di scienze delle costruzioni che le sollecitazioni in una struttura isostatica sono indipendenti dalla rigidezza. Il momento in mezzeria è sempre pl2/8; la trave può essere di cemento, di acciaio…di burro: Mmax sarà sempre Pl2/8.

Diverso è per le azioni dinamiche; la rigidezza del sistema è sempre determinante. In che modo e quanto lo sia è materia (complessa) di dinamica delle strutture; qui ed ora, solo una micro infarinatura. Osserviamo alcuni spettri di risposta di un oscillatore ad un grado di libertà (vedi figura sotto). Lo spettro di risposta fornisce l’accelerazione massima registrata sulla massa sottoposta ad una determinata sollecitazione sismica, in funzione del periodo della struttura (nota: il periodo aumenta al diminuire della rigidezza e all’aumentare della massa).




Notate la differenza di accelerazione che il sisma produce nella massa per diversi valori del periodo. Per periodi molto alti (i.e. rigidezze basse/masse alte) l’accelerazione è modesta. Notate anche l’esistenza di un picco (in figura per periodi di circa 0.25s) dovuto a fenomeni di risonanza. Di questo brevissimo sconfinamento nella dinamica delle strutture, fate vostro un solo punto fondamentale: la severità dell’evento sismico dipende dalla rigidezza della struttura.

 

Plasticità e duttilità dei materiali

Fino a qui siamo rimasti nella rassicurante “zona” elastica delle strutture. A complicare le cose, intervengono i fenomeni di plasticità/duttilità dei materiali. Consideriamo una volta ancora la trave in semplice appoggio. Quando il carico statico provoca il momento resistente ultimo, la trave è sul punto di rottura: basta un grammo in più e si rompe.

 

Nei fenomeni di vibrazione non è (sempre) così! Aumentando l’azione sismica, aumenta l’ampiezza delle oscillazione della trave. In corrispondenza della deformazione massima si genera il massimo momento (chiamiamolo Mmax).  Fino a quando Mmax è minore del momento resistente (che qui ipotizziamo come momento elastico resistente), azioni dinamiche ed azioni statiche sono simili: ad un aumento dell’azione corrisponde un momento della sollecitazione.

 

Le differenze le notiamo superata la “linea rossa”. Aumentando l’azione sismica oltre il teorico valore di Mmax, la trave non cede (necessariamente). Se il materiale è duttile, la sezione di mezzeria è in grado di ruotare anche oltre il limite di resistenza ultimo. Sebbene non aumenta la sollecitazione di momento, la trave non si rompe.

 

La duttilità garantisce una riserva di stabilità anche oltre il limite massimo di resistenza. Aumenteranno le deformazioni ma non le sollecitazioni. Questa caratteristica può e deve essere considerata nella progettazione delle strutture soggette ad azioni sismiche.

 

Progettare strutture sismo resistenti

In definitiva, non si può agire solo sulla resistenza massima delle sezioni nel progettare strutture sismo resistenti, ma si deve agire anche (se non soprattutto) sulla riduzione delle sollecitazioni dinamiche di progetto.

 

Il calcolo analitico classico delle sezioni secondo Stati Limite si limita alla valutazione delle resistenze ultime; già di per se complesso per calcolo di Momento Ultimo di sezioni standard (rettangolari, armatura semplice…). Valutarne il comportamento durante tutto il ciclo di carico, e oltre il limite di resistenza ultimo, è l’obiettivo proposto nel testo.

 

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