ANNO LVII

GENNAIO

FEBBRAIO

2005

1COSTRUZIONIMETALLICHEA R I RRCHITETTURA EALIZZAZIONI NGEGNERIA ICERCA OSTRUIRE IN UROPAC E

Rivista

bimestrale

dei Tecnici

dell’Acciaio

AC

S

ACAI SERVIZI SRL

Poste Italiane spaspedizione inabbonamento postaleD.L. 353/2003(conv. in L. 27/02/04 n.46)art 1, comma1DCB VeneziaContiene I.P.

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Raffaele Landolfo

L'evoluzionedella normativa sismica

The evolution of seismic design codes

1. IL RISCHIO SISMICO ED ILQUADRO NORMATIVO

Tra le molteplici azioni che con accertata proba-bilità sollecitano un sistema strutturale duran-te la sua vita di progetto, i terremoti rappresen-tano senza dubbio gli eventi più pericolosi edevastanti per numero di vittime e danni arre-cati (fig. 1).

Le azioni sismiche, che possono essenzialmen-te essere considerate come forze d'inerzia gene-rate da una storia di accelerazioni trasmesse at-traverso l'interfaccia terreno-fondazione, deter-minano infatti nelle costruzioni, normalmenteprogettate e concepite per resistere ad azionigravitazionali di tipo statico, regimi di solleci-tazioni di tipo dinamico. Tali sollecitazioni, perterremoti particolarmente intensi, possono por-tare al collasso i manufatti, causando purtrop-po la perdita di numerose vite umane (fig. 2).I terremoti interessano gran parte del territoriomondiale; anche l'Italia non sfugge alla violen-za degli eventi sismici che, per la loro frequen-za, sono ormai diventati una vera e propriaemergenza nazionale, tanto da far parlare aper-tamente di "Rischio Sismico".Per far fronte al quadro catastrofico che si è de-lineato negli ultimi decenni e tentare quindi diridurre in modo significativo il rischio sismico,si è concordi nel ritenere che una moderna stra-tegia di prevenzione debba necessariamenteessere basata su un approccio unitario che con-templi rispettivamente:1. La classificazione sismica del territorio;2. La progettazione antisismica delle nuove co-struzioni;3. L’adeguamento degli edifici esistenti.La prima procedura è volta a stimare, su basiprobabilistiche, le azioni sismiche e la loro di-stribuzione sul territorio nazionale (macro-zo-nazione), ovvero la pericolosità associata a cia-scuna zona sismica. La progettazione di nuovestrutture e l'adeguamento del patrimonio edili-zio esistente sono invece rivolte alla riduzionedella vulnerabilità del costruito nei confrontidell'azione sismica.È evidente che un siffatto approccio, anche inrelazione alle sue ricadute in termini sociali edeconomici, non può essere lasciato al libero ar-bitrio dei progettisti ma debba necessariamen-te essere inquadrato in specifici ambiti norma-tivi.D'altra parte, il legame funzionale tra eventosismico e normativa è testimoniato dall'analisistorica, che dimostra inequivocabilmente comele norme di progettazione antisismica sono qua-

L'aggiornamento della normativa per laprogettazione delle strutture in zonasismica è un tema di grande attualità. Percomprendere le motivazioni alla basedelle recenti proposte di modifica, puòessere utile inquadrare lo stato attualedella normativa italiana sia all'internodel suo sviluppo storico sia nel contestointernazionale.In tale spirito, nella presente nota vienefornita una sintesi generalesull'evoluzione dei codici sismici conriferimento in particolare alle strutturemetalliche, per le quali solorecentemente sono state proposte, in

ambito nazionale, regole diprogettazione specifiche.

The updating of seismic design codes is anin-fashion topic. In order to understand thereasons which the recent revision proposalare based on, it can be useful to outline thesituation of the Italian seismic codificationin its historical and internationaldevelopment. In this perspective a generalframework of the evolution of seismiccodes is presented in this paper withparticular regard to steel structures, forwhich specific national design rules havebeen only recently introduced.

Memoria presentata in occasione del con-vegno “L’acciaio nelle costruzioni in zonasismica”. Napoli, 6 giugno 2003.

Fig. 1 - Percentuale di vittime dovute a disastri

naturali nel XX sec

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si sempre scaturite e si sono progres-sivamente evolute a seguito di terre-moti particolarmente devastanti, in-staurando una palese relazione cau-sa-effetto tra evento sismico e normacorrispondente (fig. 3). In relazione a tale processo evoluti-vo ed alla natura stessa delle indica-zioni contenute nei codici che si sonovia via susseguiti, si può stabilire unaclassificazione convenzionale, e perquanto possibile cronologica, dellenorme di progettazione antisismicacosì articolata:• Norme di I generazione (fino al 1960):norme puramente prescrittive;• Norme di II generazione (dal 1960 al1980): norme prestazionali a singololivello;• Norme di III generazione (dal 1980 al2000): norme prestazionali a doppiolivello;• Norme di IV generazione (successiveal 2000): norme prestazionali multi-livello.I codici appartenenti alle prime duegenerazioni, la cui importanza è so-prattutto relegata a considerazioni ditipo storico, sono caratterizzati dallacontemporanea presenza di indica-zioni di natura prescrittiva associatea raccomandazioni di natura presta-zionale a singolo livello. In pratica sicerca di controllare unicamente laprestazione al collasso del sistemaper terremoti particolarmente violen-ti (terremoti rari), valutando conven-zionalmente la resistenza con il Me-todo delle Tensioni Ammissibili (MTA).Lo stato attuale della codificazione èinvece rappresentato dalle norme diterza generazione, basate su un ap-proccio prestazionale a doppio livel-lo e nelle quali la sicurezza struttura-le è valutata attraverso il Metodo Se-miprobabilistico agli Stati Limite (MSSL).Le norme di quarta generazione rap-presentano la naturale evoluzionedella filosofia di progetto agli statilimite e costituiscono la punta piùavanzata nel panorama della proget-tazione antisismica. Esse si basano suun approccio multilivello implemen-tato attraverso una metodologia notacome Performance Based Design (PBD).Il metodo consiste nella scelta di unappropriato criterio di progetto taleda garantire, per uno specifico livel-lo d'intensità sismica, che con asse-gnate probabilità il sistema non risul-ti danneggiato oltre certi valori limi-te, rappresentativi di opportuni livel-li prestazionali.

Fig. 2 - L'azione sismica ed i suoi effetti

Evento: Reggio Calabria,

Feb-Mar. 1783

Norma: Istr. per la ricostr.

di Reggio 20 Marzo 1784

Evento: Messina, 28 Dicembre 1908

Norma: R. D. del 18 Aprile 1909

Evento: Umbria-Marche,

26 settembre 1997

Norma: Delibera Regionale

del 14 Settembre 1998

Fig. 3 - Esempi di relazione causa-effetto tra evento sismico

e norma corrispondente

Evento: Ischia, 28 Luglio 1883

Norma: Legge n. 1985

del 5 Marzo 1884

Evento: Irpinia, 23 Novembre 1980

Norma: D.M. del 2 Luglio 1981

Evento: Molise 31 ottobre 2002

Norma: Ordin. Protezione Civile

n. 3274 del 20 Marzo 2003

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1.1 LA CLASSIFICAZIONESISMICA DEL TERRITORIOPrima di entrare nel merito dei con-tenuti delle diverse norme, apparequanto mai opportuno un breve cen-no alla problematica della classifica-zione sismica del territorio, anche inconsiderazione delle sue ricadutesulla progettazione. È ben noto cheun evento sismico, non essendo pre-vedibile con precisione nei tempi enei modi, solleva un problema di tu-tela della pubblica incolumità cui loStato deve farsi carico. In una taleprospettiva, come già precedente-mente sottolineato, il primo passo dacompiere è capire bene dove il feno-meno si può manifestare e con qualelivello di pericolosità. Tale riconosci-mento, in Italia come in altri Paesi,avviene mediante una classificazionedel territorio adottata dallo Stato edinserita in un documento avente ca-

rattere normativo.L'analisi storica evidenzia come laclassificazione sismica del territorioin Italia sia stata, fino al 1980, episo-dica. Infatti a partire dal 1909, in se-guito al terremoto catastrofico diMessina, iniziarono di volta in voltaad essere inseriti in zona sismica icomuni che subivano danni signifi-cativi per effetto degli eventi sismiciche si susseguivano.Solo a seguito del terremoto del Friu-li del 1976 furono attivati studi siste-matici per la valutazione della peri-colosità sismica del territorio italia-no, basati su un catalogo di terremo-ti relativo a diversi secoli addietro esu un approccio probabilistico scien-tificamente valido. Fu così che il ter-ritorio italiano classificato in zonasismica, che nel 1980 copriva circa il25% dell'intero territorio italiano, conla riclassificazione del 1981 arrivò al

45 % circa (fig. 4a).Nel frattempo si sono ulteriormentesviluppati gli studi sulla sismicitàstorica e sulla conoscenza delle zonesismogenetiche italiane, così che re-centemente si è proceduto alla clas-sificazione dell'intero territorio na-zionale che ha comportato un nuovoincremento delle zone a maggior ri-schio sismico (fig. 4b). In pratica, sesi escludono le zone a bassissima si-smicità, definite come zone di IV ca-tegoria, è stato dichiarato sismico benil 67% del territorio nazionale, con unincremento di oltre il 22% rispettoalla precedente classificazione.

2. LE NORME DI IGENERAZIONESono convenzionalmente considera-te norme di prima generazione quelleemanate fino al 1962. Con riferimen-to alla normativa sismica nazionalerientrano ad esempio in questa cate-goria:· le Istruzioni per la ricostruzione diReggio Calabria del 1784;· il R.D. n.193 del 1909;· tutte le norme intermedie tra il 1909ed il 1962, come il D.L.L. n.1526 del1916 ed il R.D. n. 431 del 1927;· la Legge n. 1684 del 1962.Tali norme erano principalmente ba-sate su un approccio di tipo prescrit-tivo, ovvero sulla definizione di unaserie di indicazioni progettuali darispettare per ridurre la vulnerabili-tà delle costruzioni. Le azioni che ri-producevano convenzionalmentel'effetto del sisma venivano simulateesclusivamente attraverso forze sta-

Fig. 5 - Modello qualitativo e quantitativo delle azioni sismiche, secondo il R.D.

n. 193 del 18 aprile 1909 (a) ed il D.L.L. n. 1526 del 1916 (b)

Fig. 4 - Classificazione del territorio sismico nazionale

a) Classificazione del 1981 b) Classificazione attuale

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tiche equivalenti, determinabili sul-la base di una classificazione in ma-crozone sismiche del territorio italia-no che, come già precedentementesottolineato, fu avviata proprio inquesto periodo.Le direttive contenute nei codici diprima generazione erano rivolteprincipalmente agli edifici in mura-tura, che costituivano la stragrandemaggioranza del patrimonio edilizio.Ad esempio, nelle Istruzioni per laricostruzione di Reggio Calabria aseguito del terremoto del 1783 si for-nivano alcune norme di edificazionenecessarie a garantire: la regolaritàstrutturale (aspetto dell'edificio sempli-ce ed elegante), la riduzione delle sol-lecitazioni e delle spinte (altezza limi-tata a due piani fuori terra e divieto dibalconi e cupole), un comportamentoscatolare (fasciatura di ferro) e la ridu-zione delle eccentricità tra baricen-tro delle masse e rigidezze (scala cen-trale).Un'interessante applicazione dellesuddette indicazioni progettuali èrappresentata dalla Casa Asteroida-le di Francesco Ruffolo, per la qualefu anche realizzato una sorta di "iso-lamento sismico", poggiando le fon-dazioni su un'ampia e solidissimaplatea fortemente levigata, in mododa favorirne gli slittamenti in caso diterremoto.Il R.D. n.193 del 18 aprile 1909, ema-nato a seguito del terremoto di Mes-sina del 1908, può essere considera-to a tutti gli effetti come la primanormativa sismica in Italia. In talecodice, infatti, venne per la primavolta introdotta una modellazionequalitativa delle azioni sismiche, co-stituita da un sistema di forze verti-cali ed orizzontali che simulavano,rispettivamente, la componente sus-sultoria ed ondulatoria dei terremo-ti (fig. 5a).Le azioni presentavano la stessa in-tensità a tutti i piani ed erano espres-se in funzione dei carichi verticaliattraverso due coefficienti, definiticome C

h e C

v. Tra le principali indica-

zioni di carattere prescrittivo intro-dotte dal R.D. del 1909 al fine di ga-rantire una maggiore resistenza del-le costruzioni nei confronti dei ter-remoti, vi erano poi limitazioni sullealtezze (10 m) e sul numero di pianidegli edifici (due piani; un solo pia-no per gli edifici in muratura di pie-tra listata).La quantificazione delle azioni sismi-

che avvenne ad opera del D.L.L.n.1526 nel 1916. Le azioni sussulto-rie verticali venivano infatti model-late incrementando il peso sismicodel 50%, mentre le forze orizzontali,da introdurre nei calcoli per simula-re le sollecitazioni prodotte dal motoondulatorio, erano pari ad un ottavoe ad un sesto del peso, rispettivamen-te per il piano terreno e per il pianosuperiore degli edifici (fig. 5b).Con il Regio Decreto n.431 del 1927venne invece introdotto il concetto dizona sismica ovvero di macrozona-zione del territorio nazionale, suddi-viso in modo empirico in due zone(prima e seconda categoria) a ciascu-na delle quali competevano diverseforze sismiche di progetto.Le leggi che seguirono apportaronotutta una serie di modifiche e prescri-zioni aggiuntive, tra le quali le piùsignificative furono quelle sui limitiin altezza delle costruzioni e quellesul valore delle azioni sismiche oriz-

zontali. In particolare il R.D. n. 640del 1935, con riferimento al primoaspetto, stabiliva i seguenti nuovi li-miti di altezza: 16 m - 4 piani (oltre ilcantinato) in prima categoria; 20 m -5 piani in seconda categoria. Per ilcalcolo delle forze orizzontali veni-va invece fornito un coefficiente diintensità sismica pari a 0.1 e 0.07, ri-spettivamente in prima e secondacategoria, da considerarsi costante sututta l'altezza dell'edificio. Inoltre,per il calcolo del peso sismico, veni-va introdotto un fattore riduttivo,pari ad un terzo, da applicarsi ai ca-richi accidentali e legato a conside-razioni di tipo probabilistico.La legge n. 1684 del 1962 non alteròsostanzialmente il quadro normati-vo precedente, ma introdusse l'obbli-go di calcolare le strutture per forzeorizzontali comunque dirette, da ri-partirsi in funzione della rigidezzadei diversi elementi. Inoltre eliminòle azioni sismiche verticali nello stu-

Fig. 7 - DM 24 Gennaio 1986: alcune prescrizioni di progetto generali

Fig. 6 - Esempio di uno spettro di risposta elastico, introdotto per la prima

volta in Italia nel Decreto del 3 Marzo 1975

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dio del comportamento globale del-l'edificio, sebbene i recenti avveni-menti sismici abbiano dimostratocome la componente sussultoria delsisma, soprattutto per gli edifici co-struiti in prossimità di faglie, sia tut-t'altro che trascurabile.

3. LE NORME DI IIGENERAZIONELe norme di seconda generazionenascono in Italia con la legge n. 64del 2 febbraio 1974.Sono norme prestazionali a singololivello, nel senso che si focalizza l'at-tenzione esclusivamente sulla rispo-sta della struttura nei confronti diterremoti particolarmente violenti(terremoti rari, ovvero con periodi diritorno dell'ordine dei 500 anni) e sirichiede come "prestazione" la salva-guardia delle vite umane (ovveroevitare il crollo). Le verifiche di resi-stenza sono generalmente condottein conformità al metodo delle tensio-ni ammissibili, studiando la rispostadi sistemi equivalenti in regime ela-stico. Non viene invece consideratala possibilità di verificare la conser-vazione delle funzionalità della co-struzione in occasione di eventi si-smici meno gravosi, ma più proba-bili.La legge n. 64, ancora in vigore, rap-presenta la legge quadro della nor-

mativa sismica italiana e, a differen-za del regolamento del 1962, defini-sce esclusivamente le linee guida inmateria di progettazione antisismi-ca, demandando al Ministero deiLavori Pubblici il compito di emana-re con specifici decreti le norme tec-niche contenenti le indicazioni pro-gettuali. Ai vari Decreti Ministerialiche si sono susseguiti nel tempo,sono generalmente corrisposte Circo-lari Ministeriali, con funzione essen-zialmente esplicativa dei contenutidelle norme tecniche.Alla legge n. 64 va inoltre attribuitoil merito di aver determinato unasvolta importante in materia di clas-sificazione sismica del territorio ita-liano, avendo stabilito la necessità diprocedere, sulla base di comprovatemotivazioni tecnico-scientifiche, allasuddivisione del territorio naziona-le in macrozone con valori differen-ziati del grado di sismicità.Ulteriori innovazioni, conseguentialla legge quadro italiana del 1974,sono state l'introduzione di una mi-crozonazione di I livello, per tenerconto degli effetti amplificativi delterreno di fondazione sulle onde ela-stiche prodotte dal terremoto, e lapossibilità di studiare la risposta del-la struttura in regime dinamico attra-verso l'analisi modale, in alternativaall'analisi statica equivalente.

In particolare nel 1975, con decretodel 3 marzo, fu introdotto per la pri-ma volta lo spettro di progetto in ter-mini di accelerazioni, ricavato al va-riare dello smorzamento del sistemaed in funzione del periodo propriodi vibrazione della struttura (fig. 6).A tal proposito, occorre sottolinearecome lo spettro di progetto introdot-to dalle norme di II generazione pre-vede implicitamente la possibilitàche le strutture, in occasione di ter-remoti particolarmente violenti, dis-sipino energia attraverso un compor-tamento isteretico in campo plastico.Le "accelerazioni orizzontali di pro-getto", nell'ordine dei decimi di g,risultano infatti ben al di sotto diquelle che una struttura a comporta-mento lineare potrebbe sperimenta-re a seguito di terremoti molto vio-lenti.Con riferimento all'analisi staticaequivalente venne altresì introdottoil concetto che la forza sismica totaledoveva essere ripartita tra i vari im-palcati in relazione al primo mododi vibrazione.Nei successivi decreti del 24 genna-io 1986 e del 16 gennaio 1996, unita-mente ad ulteriori prescrizioni tecni-che di carattere generale (fig. 7), sonostati definiti per la prima volta deicriteri di progetto specifici per le dif-ferenti tecnologie costruttive (fig. 8).Al riguardo, è significativo notare lamancanza di uno specifico capitoloper le costruzioni in acciaio, a frontedella presenza di analoghi capitolidedicati a tecnologie costruttive cer-tamente meno diffuse delle costru-zioni metalliche.

4. LE NORME DI IIIGENERAZIONESono le normative che in buona so-stanza caratterizzano lo stato attua-le della codificazione antisismica. Inambito nazionale ed europeo, rien-trano tra queste:- le norme CNR-GNDT del 1984;- le norme ECCS n. 54 per le costru-zioni metalliche del 1988;- l'Eurocodice 8, le cui prime versio-ni risalgono agli anni 1988-1994;- l'Ordinanza della Protezione Civi-le n° 3274 del 2003.Trattasi di norme a doppio livelloprestazionale che si contraddistin-guono in primo luogo per l'adozio-ne esclusiva del metodo semiproba-bilistico agli stati limite per la misu-ra della sicurezza. La risposta del si-

Fig. 8 - DM 16 Gennaio 1996: prescrizioni di progetto per le strutture in c.a.

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stema è analizzata con riferimento adue eventi sismici caratterizzati dadifferenti periodi di ritorno T

R: il Ter-

remoto di Servizio (I livello, con TR

pari a circa 100 anni) ed il TerremotoDistruttivo (II livello, con T

R pari a

circa 500 anni).A tali eventi sono associati due di-stinti livelli prestazionali, o obiettividi progetto, noti rispettivamentecome Stato Limite di Esercizio e Sta-to Limite Ultimo.La verifica allo Stato Limite di Eser-cizio consiste nell'accertarsi che il si-stema subisca, per effetto del terre-moto di servizio, un ridotto danneg-giamento alle parti strutturali e non,tale cioè da non compromettere lafunzionalità della costruzione. Il pa-rametro di controllo è costituito ingenere dalla rigidezza del sistema,solitamente quantificata attraverso lospostamento d'interpiano dr chedeve essere contenuto entro determi-nati valori limite.La verifica allo Stato Limite Ultimoconsiste invece nell'accertarsi che ilsistema, in corrispondenza del terre-moto distruttivo, pur subendo dannidi grave entità agli elementi struttu-rali, sia in grado di offrire una resi-dua resistenza e rigidezza nei con-fronti delle azioni orizzontali e l'inte-ra capacità portante nei confronti deicarichi verticali, in modo da salva-guardare la vita umana. Il parametrodi controllo, in un approccio alle for-ze, è generalmente rappresentato dal-la resistenza dell'intero sistema strut-turale, che non deve essere eccedutadalle sollecitazioni di progetto.

Contrariamente a quelle precedenti, lenorme di III generazione - ed in parti-colare quelle più avanzate - conside-rano la capacità ed i modi di dissiparel'energia sismica in ingresso delle va-rie tipologie strutturali, contemplandola possibilità di operare secondo diver-se strategie progettuali.Tali strategie si basano sul concettodi sistema a risposta controllata. Inpratica, in base al modo di assorbiree/o dissipare energia, è possibile in-dividuare differenti metodologie diprogettazione antisismica basate susistemi a controllo attivo, passivo ediper-resistenti.Tralasciando i sistemi a controllo at-tivo, che agiscono sulle caratteristi-che del sistema modificandone la ri-sposta in modo artificiale e che co-munque, allo stato attuale, vengonoutilizzati solo in applicazioni parti-colari, le norme di III generazione di-sciplinano principalmente le strate-gie di progettazione basate sui siste-mi iper-resistenti ed a controllo pas-sivo.I sistemi iper-resistenti, detti anchenon dissipativi, sono progettati perrimanere in campo elastico, senzaquindi subire alcun danneggiamen-to strutturale, anche in occasione delterremoto distruttivo. È questo adesempio il caso delle costruzioni odegli impianti destinati a particolarifunzioni strategiche, per le quali lanon danneggiabilità è un requisitodi progetto, oppure il caso di sistemicostruttivi le cui capacità dissipativein campo plastico sono così esigue danon poterne fare affidamento.

Fig. 9 - Strategia di progettazione antisismica attraverso isolatori alla base

Fig. 10 - Dispositivi speciali di

dissipazione utilizzati nella

progettazione antisismica

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Fig. 12 - Il fattore di riduzione R secondo l'ATC3

Per quanto concerne i sistemi a con-trollo passivo, i codici di III genera-zione prevedono la possibilità di ri-correre sia a sistemi isolati sia a si-stemi dissipativi.Nei sistemi isolati, la strategia di pro-gettazione consiste essenzialmentenel modificare il periodo di vibrazio-ne della struttura inserendo, general-mente in prossimità delle fondazio-ni, opportuni dispositivi, noti comeisolatori (fig. 9). Questi ultimi, fun-gendo da filtro, riducono sensibil-mente le forze d'inerzia del sistema,che subisce un atto di moto rigidocaratterizzato da ampi spostamentialla base. Negli isolatori possonoinoltre essere presenti dispositivi dismorzamento che consentono di dis-sipare parte dell'energia in ingresso.Nei sistemi dissipativi si cerca inve-ce di rispettare l'equazione di bilan-cio energetico incrementando l'ener-

gia dissipata. Questo risultato puòessere raggiunto inserendo nellastruttura opportuni dispositivi spe-ciali (fig. 10) o favorendo la plasti-cizzazione di alcune zone specifichedella struttura (fig. 11). Le zone dis-sipative, ovvero gli organi meccani-ci, devono essere capaci di dissipareenergia senza compromettere il col-lasso locale o globale del sistema.Poiché la capacità di dissipare ener-gia di un sistema è strettamente le-gata alle sue capacità di subire escur-sioni in campo plastico, le norme diIII generazione introducono specifi-che prescrizioni atte a garantire unaccettabile livello di duttilità dellastruttura.Il ruolo della duttilità nella progetta-zione antisismica fu codificato per laprima volta nel 1978, quando appar-ve negli Stati Uniti il documento del-l'Applied Technology Council (ATC3)

che rappresentò il vero punto di svol-ta rispetto alle norme delle generazio-ni precedenti. Tale documento, desti-nato a costituire di fatto la base dellenorme successivamente sviluppatenegli USA e negli altri Paesi, contieneper la prima volta l'esplicita messa inconto della duttilità della struttura aifini della sua prestazione sismica, sta-bilendo al contempo una sua quanti-ficazione convenzionale ed una suagradazione in relazione alle capacitàdissipative possedute dai diversi si-stemi costruttivi.La procedura proposta è concettual-mente molto semplice e razionale edè illustrata schematicamente in fig.12 per una semplice struttura a tela-io. In pratica il punto di partenza èla resistenza richiesta dal terremotodistruttivo ad un sistema considera-to indefinitamente elastico. Una vol-ta accettato che la struttura subiscaescursioni in campo plastico (e diconseguenza danni), tale resistenzapotrà essere adeguatamente ridottain funzione della duttilità della strut-tura stessa e dei suoi elementi. La ri-duzione delle forze di progetto ri-spetto a quelle elastiche è realizzataattraverso un fattore di riduzione odi struttura, indicato con R nell'ATC3e con q in Europa. Tale fattore, chein senso lato costituisce quindi unamisura quantitativa della capacitàdissipativa della struttura, può esse-re ricavato attraverso condizioni diequivalenza di tipo cinematico oenergetico (fig. 13).In accordo a tale filosofia, la proget-

Fig. 11 - Strategia di progettazione antisismica attraverso dissipazione energetica mediante

plasticizzazione di alcune parti della struttura

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tazione allo SLU di strutture a com-portamento dissipativo deve esserefatta individuando preliminarmenteed opportunamente delle zone dis-sipative e garantendo per esse il sod-disfacimento di opportuni requisitiin relazione al ruolo che sarannochiamate a svolgere nell'organismosismoresistente. Per le rimanenti par-ti della struttura (zone non dissipa-tive), attraverso specifici criteri didimensionamento (criterio di gerar-chia), dovrà essere invece garantitaun'adeguata sovraresistenza rispet-to alle zone dissipative, cosicché que-ste ultime possono esplicare a pienole proprie capacità inelastiche. Sonoevidenti allora i due piani sui qualisi muove la metodologia progettua-le: da un lato essa focalizza l'atten-zione su quelle zone che sono stateindividuate come responsabili delladissipazione isteretica e come talidovranno possedere requisiti di re-sistenza, rigidezza e duttilità inmodo da consentire lo sviluppo diampie escursioni in campo plastico.Parallelamente, attraverso il cosid-detto capacity design, le membraturedella struttura andranno dimensio-nate attraverso una opportuna distri-buzione delle resistenze che rispettideterminati criteri di gerarchia. Insostanza, si cerca di favorire la for-mazione di meccanismi di collassocon elevato numero di zone plasti-cizzate (meccanismi globali) ed ingrado di dissipare la maggiore ener-gia possibile. Nel caso delle struttu-re intelaiate, ad esempio, tale approc-cio consiste nel progettare le colon-ne più resistenti delle travi (princi-

pio trave debole - colonna forte), inmodo da attivare meccanismi di col-lasso globali caratterizzati da cernie-re plastiche nelle sezioni di estremi-tà delle membrature orizzontali(zone dissipative) e nelle sole sezio-ni di base dei pilastri (fig. 14,a). Talimeccanismi consentono infatti disfruttare la duttilità delle membratu-re in modo diffuso ed uniforme, pre-sentando rotazioni plastiche simili intutte le travi, e soprattutto limitandola formazione di cerniere plastichenei pilastri. Queste ultime, infatti, ri-sultano incompatibili con i cinema-tismi di collasso più efficienti sia per-ché possono dar luogo a meccanismidi piano (fig. 14,b), sia in considera-zione della minore capacità dissipa-tiva degli elementi presso-inflessi.Per quanto riguarda invece lo stato

limite di servizio, come già preceden-temente sottolineato, il controllo suldanneggiamento viene generalmen-te eseguito valutando lo spostamen-to d'interpiano dr del sistema (fig. 15)quando lo stesso è sottoposto alle ac-celerazioni prodotte da un evento si-smico di tipo moderatamente fre-quente. Quest'ultimo può essere ca-ratterizzato attraverso lo stesso spet-tro elastico usato per lo SLU, a con-dizione di ridurlo attraverso oppor-tuni coefficienti per tenere conto deldiverso periodo di ritorno, oppure,in alternativa, definendo specificispettri di progetto.

4.1 L'ORDINANZA N.3274 E LAPROGETTAZIONE DELLESTRUTTURE DI ACCIAIOL'Ordinanza n. 3274, con le successi-

Fig. 13 - Il fattore di struttura nell’ipotesi di equivalenza cinematica tra la risposta del sistema

elastico e quella del sistema elasto-plastico

Fig. 14 - Possibili meccanismi di collasso in una struttura a telaio

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ve modifiche ed integrazioni, costi-tuisce il classico esempio di norma-tiva sismica di terza generazione.Rispetto al quadro normativo di ri-ferimento nazionale (D.M.LL.PP. del16/01/96), tale documento ha - tra lealtre cose - introdotto due importantiinnovazioni.La prima, di natura legislativa, è rap-presentata dalla modalità di redazio-ne della norma, emanata per motividi urgenza mediante una Ordinanzadella Protezione Civile che, in dero-ga alla Legge quadro n. 64 del 1974,si è di fatto sostituita al Ministero deiLavori Pubblici. La seconda innova-zione è invece rappresentata dallafilosofia di progetto che, in confor-mità alle norme a doppio livello pre-stazionale, segue un approccio allasicurezza basato unicamente sulMetodo Semiprobabilistico agli StatiLimite. Inoltre, per la prima volta inItalia, sono state fornite regole spe-cifiche per la progettazione dellestrutture di acciaio in zona sismica,colmando così quell'ingiustificatovuoto legislativo da tanti anni de-nunciato dagli studiosi del settore.In modo sostanzialmente analogo aquanto proposto dall'Eurocodice 8,si analizza la risposta del sistemastrutturale sottoposto all'azione didue eventi sismici di diversa magni-tudo, caratterizzati da differenti pe-riodi di ritorno (T

R), pari a 95 anni

per il terremoto di servizio e 475 anniper quello distruttivo.Anche in questo caso, a tali eventisono associati due distinti livelli pre-stazionali, definiti rispettivamentecome Stato Limite di Danno e StatoLimite Ultimo.

Dal punto di vista della classificazio-ne sono stati recepiti gli studi piùrecenti in materia (cfr. par.1.1), percui l'intero territorio nazionale è sta-to suddiviso in 4 zone sismiche, ag-giungendo così una categoria a quel-le precedentemente fissate dalle vec-chie norme.L'input sismico è rappresentato dauno spettro di risposta elastico in ter-mini di accelerazione, funzione delperiodo T e di altri parametri qualil'accelerazione di picco al suolo, il fat-tore di smorzamento ed un fattoreche tiene conto del profilo stratigra-fico del terreno di fondazione (fig.16).Allo stato limite ultimo, le azioni si-smiche di progetto possono esserericavate a partire dallo spettro elasti-

co, che viene opportunamente ridot-to attraverso il fattore di struttura q.Nel caso degli edifici in acciaio, lecostruzioni possono essere progetta-te in modo da presentare un compor-tamento strutturale non-dissipativo,nel qual caso q è pari all'unità, oppu-re dissipativo, con q maggiore di uno.Nell'ambito delle strutture con com-portamento strutturale di tipo dissi-pativo è prevista la possibilità di ese-guire il progetto antisismico secon-do due differenti classi di duttilitàstrutturale (bassa ed alta), in funzio-ne dei criteri di dimensionamentoche si adottano e del dettaglio co-struttivo delle zone dissipative.Per le strutture a bassa duttilità siadottano criteri di dimensionamen-to di tipo elastico, cioè le membratu-re strutturali sono dimensionate sullabase dei valori delle caratteristichedella sollecitazione interna ottenutimediante l'analisi globale elastica.Per le strutture ad alta duttilità è in-vece richiesto il rispetto di specificicriteri di dimensionamento per ilcontrollo del meccanismo di collas-so, cioè gli elementi non dissipativisono dimensionati nel rispetto delcriterio di gerarchia delle resistenze.Il fattore di struttura di progetto q èottenuto moltiplicando un valore diriferimento q

0, funzione della tipolo-

gia strutturale e della classe di dutti-lità della struttura scelta (fig. 17), perdue coefficienti k

D e k

R entrambi ≤1.

Il coefficiente kD è associato alla ca-

tegoria di duttilità delle membratu-re costituenti o contenenti le zone

Fig. 15 - Le limitazioni sullo spostamento di interpiano

secondo diverse normative

Fig. 16 - Lo spettro di risposta elastico

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dissipative. Al riguardo viene pro-posto un criterio di classificazionedelle membrature in tre differenticategorie di duttilità, in funzione diun parametro di snellezza s che espri-me il rapporto tra la tensione corri-spondente alla capacità portante ul-tima della sezione e lo snervamentodel materiale (fig. 18). Il coefficienteriduttivo k

R è invece legato al soddi-

sfacimento di determinati requisiti diregolarità in pianta e in elevazione.Alcune regole di progetto - valide pertutte le tipologie strutturali - riguar-danti il materiale (fig. 19), i collega-menti (fig. 20) e la classe delle mem-brature, consentono di garantire unprimo livello di duttilità alle zonedissipative.A queste si aggiungono alcune delleregole di dettaglio specifiche per ognitipologia, che completano i requisitiprogettuali atti a garantire un livellodi prestazione corrispondente allabassa duttilità.Il passaggio dalla bassa alla alta dut-tilità è legato, come già sottolineato,al rispetto del criterio di gerarchiache l'Ordinanza n.3274 fornisce inuna forma semplificata e unificata. Inpratica, indipendentemente dalla ti-pologia strutturale, la resistenza diprogetto degli elementi non dissipa-tivi dovrà essere verificata conside-rando la presenza delle sollecitazio-ni prodotte dai carichi verticali e diquelle sismiche amplificate di un fat-tore a. Quest'ultimo rappresenta ilmoltiplicatore delle azioni sismichedi progetto che induce la condizionedi plasticizzazione corrispondentealla formazione di meccanismo, nel-l'ipotesi di contemporaneità dellaplasticizzazione di tutti gli elementidissipativi.La particolarizzazione di tale crite-rio alle strutture a telaio, per le qualile zone dissipative sono le estremitàdelle travi, è sinteticamente rappre-sentata in fig. 21.La verifica nei confronti dello statolimite di danno si effettua controllan-do che le azioni sismiche "di eserci-zio", ottenute dividendo per un fat-tore pari a 2.5 le ordinate dello spet-tro elastico, inducano spostamenticompatibili con la normale funziona-lità della struttura. Giova ricordareche la ben nota elevata deformabili-tà delle strutture metalliche può ren-dere, per alcune tipologie strutturali(telai), tale verifica condizionante aifini del progetto.

5. LE NORME DI IVGENERAZIONELa necessità di definire, oltre ai duestati limite di danno ed ultimo, unasoglia di danneggiamento ammissi-bile delle parti strutturali e non strut-turali anche per livelli intermedi del-l'intensità sismica, ha determinato lanascita di una nuova generazione dicodici, denominati nel seguito comenorme di IV generazione. Tale neces-sità scaturisce principalmente dal-l'esigenza di combinare considera-zioni di carattere economico a quel-le di sicurezza e salvaguardia dellevite umane. Una corretta valutazio-ne del rischio sismico consente, in-fatti, di quantificare esattamente siai costi iniziali di costruzione che quel-

li legati ad eventuali danneggiamen-ti. In tale ottica è possibile individua-re per ogni sistema strutturale un li-vello o un range di livelli di presta-zione ottimale, ottenuti minimizzan-do il costo totale della struttura (fig.22).Tra le norme di quarta generazione,che si presentano dunque come lepiù avanzate nel panorama della pro-gettazione antisismica mondiale,possono citarsi:

I. Norme per edifici di nuova costru-zione:· SEAOC, 1995

II. Norme per edifici esistenti:· ATC, 1995;

Fig. 17 - Tipologie strutturali e fattori di struttura

Fig. 18 - La classificazione delle membrature

Raffaele Landolfo - L'evoluzione della normativa sismica

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· FEMA, 1995.

L'approccio multilivello viene imple-mentato attraverso la filosofia di pro-getto nota come Performance BasedDesign (PBD). In sintesi, il metodoconsiste nella scelta di un criterio diprogetto tale da garantire, per unospecifico livello d'intensità sismica,opportuni livelli di prestazione del-la costruzione.La scelta appropriata dei livelli diperformance, associati a diversi gra-di d'intensità sismica, consente digovernare la progettazione, ovverodi definire gli obiettivi di progetto

(fig. 23). Questi ultimi possono a lorovolta essere messi in relazione allaspecificità della costruzione (costru-zioni di base, costruzioni per la pro-tezione civile e costruzioni ad altorischio).Per ogni sistema, definito un livellodi performance associato ad un de-terminato evento sismico, deve esse-re quindi verificata la disequazioneDemand (richiesta) < Capacity (offer-ta).Nell'approccio multilivello general-mente si fa riferimento a quattro li-velli prestazionali distinti. Nel livel-lo definito come Fully Operational ilsistema deve risultare privo di dan-neggiamento alle parti strutturali enon strutturali, in modo da consen-tire alla costruzione di continuare afunzionare senza interruzioni diesercizio; in quello Operational il si-stema può subire danni moderati aglielementi non strutturali e lievi a quel-li strutturali; nel Life Safe sono previ-sti invece danni sensibili sia agli ele-menti strutturali che non strutturali,ma l'edificio deve risultare general-mente riparabile; nel quarto livello(Near Collapse) il sistema, pur suben-do forti danneggiamenti per elevatilivelli di intensità sismica, non devecollassare globalmente, in modo daconsentire la salvaguardia delle vite

umane. In questi casi la struttura èin genere tecnicamente o economica-mente non riparabile.Ad ogni livello prestazionale è asso-ciato un diverso input sismico carat-terizzato da un relativo periodo diritorno (T

R) cui corrisponde, per una

struttura dotata di una assegnata vitadi progetto (T

S), una certa probabili-

tà di accadimento (p).Il bilancio tra richiesta ed offerta chegoverna la progettazione nelle nor-me di ultima generazione può esse-re effettuato secondo diversi approc-ci. Essi possono essere basati sia sulcontrollo delle forze (Force-BasedDesign, FBD), come avviene nel casodelle norme di III generazione, chesul controllo degli spostamenti.L'approccio alla progettazione basa-to sul controllo degli spostamenti(Displacement-Based Design, DBD)è un aspetto caratteristico dei codicidi IV generazione e presenta impor-tanti vantaggi rispetto ai metodiFBD. Un primo vantaggio è quello diconsentire un controllo diretto delladuttilità effettivamente richiesta e diquella disponibile, attraverso l'uso dispettri di spostamento e sistemi equi-valenti non lineari. Ciò consente dievitare nel calcolo delle azioni di pro-getto la mediazione dei fattori distruttura, generalmente utilizzati neicodici di III generazione. Tali fattori,infatti, considerano in modo indiret-to gli effetti della duttilità agendosugli spettri di accelerazione elasti-ca, e dunque sulle azioni di proget-to. Il loro valore, inoltre, è calcolatocon riferimento alle diverse tipologiestrutturali, senza tener conto del fat-to che le capacità duttili dei sistemipossono variare notevolmente all'in-terno di una stessa tipologia. Un se-condo vantaggio è infine quello diprescindere nel calcolo delle richie-ste di duttilità dalle ipotesi di equi-valenza cinematica od energetica,proprie delle norme di III generazio-ne e valide solo per alcuni intervallidel periodo proprio di vibrazione.Esistono in letteratura molteplici pro-cedure per il progetto delle strutturesecondo il metodo DBD, ciascunadelle quali è formulata per diversetecnologie costruttive.L'approccio diretto agli spostamen-ti, implementato ad esempio dalleSEAOC, può essere operativamentescomposto come riportato schemati-camente nel diagramma di flusso difig. 24. La prestazione della struttu-

Fig. 19 - Requisiti sul materiale

Fig. 20 - Regole di dettaglio per i

collegamenti in zone dissipative

Fig. 21 - Applicazione del criterio di gerarchia alle strutture intelaiate

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ra viene studiata attraverso un siste-ma equivalente non lineare ad un solgrado di libertà, la cui risposta puòessere caratterizzata da una rigidez-za secante e da uno smorzamentoviscoso equivalente corrispondentiallo spostamento di progetto. Lo spo-stamento di progetto è determinatoin funzione del livello di prestazio-ne considerato e delle deformazionidei materiali, che definiscono univo-camente il livello di danno dellastruttura. Stabilito lo spostamento diprogetto e lo smorzamento equiva-lente funzione della domanda di dut-tilità attesa, è possibile determinaremediante spettri di spostamento ilperiodo effettivo della struttura, dalquale si ricavano la rigidezza secan-te effettiva e le forze sismiche di pro-getto.Per determinare la curva di rispostadelle strutture, le norme di IV gene-razione prevedono in modo sistema-tico la possibilità di ricorrere ad ana-lisi di tipo push-over, nel caso di edi-fici regolari e plasticizzazioni localiz-zate (fig. 25). Tali analisi consistononel sollecitare sino a rottura il siste-ma con una assegnata distribuzionedi forze o spostamenti d'intensitàprogressivamente crescente. La cur-va di push-over, che può essere rica-vata mediante analisi a rottura ese-guite per via incrementale, è rappre-sentativa delle capacità del sistemae consente quindi di individuare i li-velli prestazionali stabiliti.Merita di essere ricordato, infine, unmetodo alternativo per determinarele prestazioni delle strutture, ossiaquello dello spettro di capacità. Ilmetodo è stato proposto per lo stu-dio della vulnerabilità di edifici esi-

stenti e consente di rappresentaredomanda ed offerta su un unico gra-fico, individuando il punto di perfor-mance della struttura come interse-zione tra lo spettro di capacità e quel-lo di richiesta anelastico. Anche inquesto caso, la procedura di calcolopuò essere scomposta in diversi step,come riportato schematicamente infig. 26.

6. CONCLUSIONICon la presente nota si è analizzataper grandi linee l'evoluzione dellanormativa sismica nazionale ed in-ternazionale, focalizzando l'attenzio-ne - per quanto possibile - principal-mente sulle costruzioni metalliche.Ciò è stato fatto anche in considera-zione dei cambiamenti recentemen-te avvenuti in Italia che, nonostante

Fig. 22 - Considerazioni economiche per la scelta delle

prestazioni ottimali

Fig. 23 - Obiettivi di progetto nelle norme

di IV generazione

le tante discussioni sollevate, hannoin pratica introdotto - anche nel no-stro Paese - una filosofia di progetta-zione antisismica ben nota e consoli-data, presente tra l'altro da decenninelle normative di altri paesi e negliEurocodici. Ciò dimostra quindi chein Italia si era creato un forte divariotra lo stato di avanzamento della ri-cerca e della codificazione interna-zionale ed il quadro normativo na-zionale. È doveroso allora interrogar-si, ognuno per i propri ambiti di com-petenza, sui motivi che hanno por-tato all'inspiegabile ritardo della nor-mativa italiana, perché proprio taleritardo ha reso l'impatto con questenuove norme così traumatico. È cer-to, tuttavia, che la nuova norma co-stituisce comunque un salto di qua-lità notevole rispetto a quella prece-

Fig. 24 - L’approccio diretto agli spostamenti: il metodo

dello spettro di spostamento

Raffaele Landolfo - L'evoluzione della normativa sismica

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Bibliografia[1] Applied Technology Council. 1978. Ten-

tative provisions for the development of sei-

smic regulations for buildings. Report No.

ATC 3-06, NSF 78-8; Washington, US.

[2] Applied Technology Council. 1995. Gui-

delines and Commentary for Seismic Reha-

bilitation of Buildings Report No. ATC-

33.03; Redwood City, California.

[3] CEN (European Committee for Standar-

dization). 2003. Eurocode 8: Design Provi-

sions for Earthquake Resistance of Structu-

res, EN 1998-1.

[4] CNR-GNDT (Gruppo Nazionale per la

Difesa dai Terremoti). 1984. Norme Tecni-

che per le costruzioni in zone sismiche.

[5] De Marco R., Martini M.G., Di Pasquale

G., Fralleone A., Pizza G.A., Viola V. 2004.

La classificazione e la normativa sismica ita-

liana dal 1909 al 1984 (In corso di stampa).

Roma: Dipartimento per la Protezione Ci-

vile - Ufficio Servizio Sismico Nazionale.

[6] ECCS (European Convention for Con-

structional Steelwork). 1988. European Re-

commendations for Steel Structures in Sei-

smic Zones. n.54.

[7] Fardis M.N. 2002. Code developments

in earthquake engineering. In Proc. of 12th

European Conference on Earthquake Engi-

neering, 9-12 Settembre 2002, Londra. El-

sevier Science Edizioni.

[8] Federal Emergency Management Agen-

cy. 1997. NEHRP Guidelines for the Seismic

Rehabilitation of Buildings. FEMA 273 (Pro-

visions) and FEMA 274 (Commentary).

Washington, D.C.

[9] Giangreco E. 1983. La normativa sismi-

ca: tappe e prospettive. In E. Giangreco

(Ed.), Fondamenti di Ingegneria Sismica.

Bologna: Edizioni Tipografia Negri.

[10] Gioncu V., Mazzolani F.M. 2002. Duc-

tility of Seismic Resistant Steel Structures.

E&FN Spon, London.

[11] Giuffrè A. 1987. Cento anni di norme

sismiche. Ingegneria Sismica, Anno IV - n.

2. Bologna: Patron Editore.

[12] P.C.M. 2003. Primi elementi in materia

di criteri generali per la classificazione si-

smica del territorio nazionale e di normati-

ve tecniche per le costruzioni in zona sismi-

ca. Ord. n. 3274 del 20 Marzo 2003 e succes-

sive modifiche ed integrazioni.

[13] Priestley M. J. N. 2003. Myths and Fal-

lacies in Earthquake Engineering, Revisited.

Pavia: Edizioni IUSS Press.

[14] SEAOC. 1995. Vision 2000 - A Fra-

mework for Performance Based Design.

Vol. I, II, III. Structural Engineers Associa-

tion of California, Vision 2000 Committee.

Sacramento, California.

Fig. 25 - Curva di push-over e livelli prestazionali

Fig. 26 - Il metodo dello spettro di capacità

dente e contribuirà ad elevare il li-vello di sicurezza delle costruzioninelle zone a rischio sismico.Resta in ogni caso il rammarico didover constatare che l'approccio pro-gettuale oggi in discussione in Italiaè per alcuni versi già superato, essen-do attualmente in vigore, in diversipaesi, codici certamente più avanza-ti, a dimostrazione che il gap italia-no si perpetua nel tempo. Occorredunque operare per correggere que-sta tendenza, senza però mai dimen-ticare il carattere convenzionale chesempre avranno le prescrizioni nor-mative. In conclusione: una buonanormativa può certamente contribu-ire alla riduzione del rischio sismi-co, ma ad essa deve necessariamen-te accompagnarsi una maggiore sen-sibilità sociale attorno al problemadella sicurezza delle costruzioni eduna maggiore consapevolezza delproprio ruolo da parte di tutti glioperatori del processo edilizio.

Prof. dr. ing. Raffaele LandolfoDipartimento di Costruzioni e MetodiMatematici in Architettura,Università degli Studi di Napoli "Fede-rico II"