L'azione sismica secondo le NTC 2018 e Circolare 2019

Gli spettri di risposta vengono utilizzati per simulare l’azione sismica nel caso in cui l’equilibrio di una struttura è trattato dinamicamente, ad esempio attraverso l’analisi modale.

Pericolosità sismica di base

Le azioni sismiche di progetto si definiscono a partire dalla “pericolosità sismica di base” del sito di costruzione.
Dalla pericolosità sismica di base si ricava la risposta sismica locale in funzione delle caratteristiche morfologiche e stratigrafiche.
Le forme spettrali, sono definite per ciascuna probabilità di superamento P_VR nel periodo di riferimento V_R, a partire dai valori dei seguenti parametri su sito di riferimento rigido (vedi Fig.-1):

• a_gaccelerazione orizzontale massima al sito;
• F_o valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale;
• T*_C valore di riferimento per la determinazione del periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale. Per i valori di a_g, F_o e T*_C si fa riferimento agli Allegati A e B al Decreto del Ministro delle Infrastrutture 14 gennaio 2008, pubblicato nel S.O. alla Gazzetta Ufficiale del 4 febbraio 2008, n.29.

Per poter definire la pericolosità sismica di base le NTC08 si rifanno ad una procedura basata sui risultati disponibili anche sul sito dell’ INGV , nella sezione “Mappe interattive della pericolosità sismica”.
Vengono forniti, per 10751 punti del reticolo di riferimento e per 9 valori del periodo di ritorno T_R (30 anni, 50 anni, 72 anni, 101 anni, 140 anni, 201 anni, 475 anni, 975 anni, 2475 anni), i valori dei parametri a_g, F_o e T*_C da utilizzare per definire l’azione sismica. I punti del reticolo di riferimento sono definiti in termini di Latitudine e Longitudine. L’accelerazione al sito a_g è espressa in g/10; F_o è adimensionale, T*_C è espresso in secondi.

azione sismica — **Fig. 1-** Schema logico per ricavare le forme spettrali dalla pericolosità sismica di sito

La pericolosità sismica del territorio nazionale è definita convenzionalmente facendo riferimento alle seguenti condizioni:
• sito rigido (categoria A);
• superficie topografica orizzontale (T1);
• assenza di manufatti, campo libero.
Nella maggior parte dei casi, le situazioni reali si discostano dalle ipotesi precedenti, pertanto alle forme spettrali verranno apportate delle modifiche.

Stati limite e relative probabilità di superamento

La normativa individua quattro stati limite e li raggruppa in due categorie, ad ogni stato limite viene associata una probabilità di superamento P_VR come riportato in Tabella 1.

Stati limite ntc 2018 — **Tab. 1 –** Probabilità di superamento PVR in funzione dello stato limite considerato (Tab. 3.2.I-NTC 2018)

* SLO=stato limite di operatività, SLD=stato limite di danno, SLV=stato limite di salvaguardia della vita, SLC=stato limite di collasso

Come si ricava il periodo di ritorno T_R

Le azioni sismiche sulle costruzioni vengono valutate in relazione ad un periodo di riferimento VR che si ricava, per ciascun tipo di costruzione, moltiplicandone la vita nominale di progetto V_N (dipende dal tipo di costruzione, cfr. par. 2.4.1 NTC 2018) per il coefficiente d’uso C_U (dipende della classe d’uso, cfr. par. 2.4.2 NTC 2018):

Dove:
• V_R = periodo di riferimento per l’azione sismica;
• V_N = vita nominale della costruzione, vedi tab;
• C_U = coefficiente d’uso, vedi Fig. 2.
Si ricava poi, per ciascuno stato limite e relativa probabilità di eccedenza P_VR nel periodo di riferimento, il periodo di ritorno del sisma dalla formula:

T_R=-V_R/ln(1-P_VR)=-C_U∙V_N/ ln(1-P_VR)

**Fig. 2-** Tabelle di Normativa: classi d’uso, vita nominale, periodo di ritorno

Noto il valore di T_Re i parametri geografici di localizzazione del sito è possibile, attraverso gli allegati A e B del D.M. 14/1/2008, ricavare i parametri della pericolosità sismica a_g, F_o e T*_C.

Pericolosità sismica di sito

Come specificato, la pericolosità sismica di base viene determinata facendo riferimento alle ipotesi di sito di riferimento rigido, superficie topografica orizzontale e campo libero (free field).
Le condizioni stratigrafiche del volume di terreno interessato dall’opera e le condizioni topografiche determinano una modifica delle onde sismiche in superficie, vedi Fig. 3, in termini di ampiezza dell’oscillazione, durata e contenuto in frequenza.

Per tenere conto di questo aspetto, la normativa identifica quattro cinque categorie di sottosuolo A, B, C, D, E e quattro categorie topografiche T1, T2, T3, T4.
La categoria di sottosuolo viene determinata in funzione del valore che assume la V_S (velocità delle onde di taglio) nel sottosuolo, mentre la categoria topografica dalla morfologia che assume la superficie topografica (vedi Fig. 4).

categorie sottosuolo ntc2018 — **Fig.4 –** Tabelle di Normativa: categorie stratigrafiche e topografiche

Il parametro correttivo che consente di passare dalle condizioni ideali alle condizioni reali prende il nome di coefficiente S e viene definito come:

S=S_S∙ S_T

S_S = coefficiente di amplificazione stratigrafica, dipende dalla categoria di sottosuolo e dai parametri F0 e ag (cfr. Tab. 3.2.IV NTC 2018);

S_T = coefficiente di amplificazione topografica, dipende dalla categoria topografica (cfr. Tab. 3.2.V NTC 2018).

Forme spettrali di normativa

Lo spettro di risposta elastico in accelerazione è espresso da una forma spettrale riferita ad uno smorzamento convenzionale del 5%.
Gli spettri così definiti possono essere utilizzati per strutture con periodo fondamentale minore o uguale a 4,0 s. Per strutture con periodi fondamentali superiori lo spettro deve essere definito da apposite analisi oppure l’azione sismica deve essere descritta mediante storie temporali del moto del terreno.
Per la costruzione degli spettri la Normativa definisce tre periodi di vibrazioni che hanno il seguente significato:
• T_B è il periodo corrispondente all’inizio del tratto dello spettro ad accelerazione costante;
• T_C è il periodo corrispondente all’inizio del tratto a velocità costante dello spettro;
• T_Dè il periodo corrispondente all’inizio del tratto a spostamento costante dello spettro.

spettro normativa ntc 2018 — **Fig.** 5- Forma spettrale secondo Normativa

Lo spettro di progetto si ricava dallo spettro di risposta elastico riducendo le ordinate attraverso il fattore di comportamento “q” che tiene conto delle capacità dissipative anelastiche della struttura.

spettro azione sismica — **Fig. 6**– Spettro elastico e di progetto

Gli strumenti di calcolo Geostru

Il programma Geostru PS – Advanced consente di redigere automaticamente la relazione sulla pericolosità di base e di sito.

L’applicazione online Geostru PS consente di individuare la pericolosità sismica secondo le NTC di tutte le località italiane compreso le Isole direttamente su mappa geografica.
Geostru PS fornisce oltre ai parametri sismici (a_g, F₀e T_C*) per gli stati limite SLO, SLD, SLV, SLC, tipici del luogo o della costruzione in esame, i coefficienti sismici (k_h, k_v) orizzontali e verticali per: Muri di sostegno flessibili e rigidi, Paratie, Stabilità dei pendii e Fondazioni.
Geostru PS fornisce un file di uscita in formato TXT il quale oltre ad essere importato automaticamente in tutti i software GEOSTRU potrà essere utilizzato come base di relazione tecnica sulla pericolosità sismica di sito.

In molti casi (contrasti di impedenza, inversioni di velocità, depositi di elevato spessore, etc.), la stima degli effetti di sito attraverso il metodo semplificato di normativa risulta affetta da notevoli incertezze e si deve fare riferimento, come del resto prescritto in generale dalle NTC 2018, alla RSL mediante analisi numerica.

Si ricorre alla RSL 1D quando si è in presenza di un sito costituito da un deposito orizzontalmente stratificato, con giacitura del substrato orizzontale, lontano da bordi con spessore notevolmente inferiore rispetto alle due dimensioni (RSL III 1D).

Per tenere conto degli effetti di valle e della topografia si ricorre ad un’analisi di RSL 2D; per tale scopo il software sviluppato da Geostru è RSLIII 2D.