Approccio semplificato (NTC) e approccio rigoroso (RSL): confronto fra spettri di progetto

Nelle NTC 2018 vengono definite le azioni sismiche di progetto partendo dalla pericolosità sismica di base del sito di costruzione e sono funzione delle caratteristiche morfologiche e stratigrafiche che determinano la risposta sismica locale.

Cosa si intende con il termine Risposta Sismica Locale?

Con il termine risposta sismica locale si intende lo studio della risposta del terreno ad una determinata sollecitazione sismica, finalizzato alla previsione del moto sismico atteso in superficie da applicare alle strutture, in termini di:

-ampiezza(picco massimo d’accelerazione);

-timehistory delle accelerazioni;

-contenuto in frequenza(periodo fondamentale, spettro di risposta, ecc.);

-tensioni e deformazioni(per problemi di liquefazione e di instabilità dei pendii e delle opere di sostegno)

Attualmente gli studi di risposta sismica locale constano di tre livelli di approfondimento: Livello I (approccio di tipo qualitativo) basato su considerazioni prettamente qualitative sulle conseguenze di danneggiamento di un eventuale sisma, associato a conoscenze geologiche dell’area; Livello II (approccio di tipo semiquantitativo) basato su vari approcci semplificati tra cui quello attualmente vigente in Italia e dettato dai contenuti delle NTC 2018; Livello III (approccio di tipo quantitativo) basato sulla valutazione numerica a partire da condizioni semplici (monodimensionale 1D), o da condizioni più articolate (bidimensionale 2D, tridimensionale 3D).

Per determinare la risposta sismica locale sono disponibili due approcci:

– un approccio semplificato che si basa sulla classificazione del sottosuolo e l’individuazione, mediante apposite tabelle fornite dalla normativa, del coefficiente di amplificazione stratigrafica S_S, del coefficiente di amplificazione topografica S_T nonché del coefficiente C_C che modifica il periodo T_C e di conseguenza gli altri periodi notevoli dello spettro (NTC 2018, §3.2.2-3)

– un approccio rigoroso che per mezzo di un’analisi della risposta sismica locale fornisce in modo più accurato i valori dei parametri necessari per definire gli spettri di risposta in accelerazione per il sito della costruzione.

Risposta Sismica Locale: La valutazione dell’azione sismica di progetto deve essere svolta in maniera rigorosa…(cfr. NTC)

La Norma, al cap.3.2.2, cita testualmente “Ai fini della definizione dell’azione sismica di progetto, si rende necessario valutare l’effetto della risposta sismica locale mediante specifiche analisi, come indicato nel § 7.11.3 …”.

In assenza di tali analisi, per determinati assetti sismostratigrafici, è possibile stimare l’azione sismica con l’approccio semplificato che si basa sull’individuazione di categorie di sottosuolo di riferimento.

L’esecuzione di una Risposta Sismica Locale consente di ottenere una valutazione dell’amplificazione locale più rigorosa dell’approccio semplificato e richiede alcuni approfondimenti ormai ad un costo accessibile.

I punti fondamentali che entrano in gioco nella stima dell’azione sismica, sulla base di specifiche analisi di RSL, possono essere così schematizzati:

• definizione dell’input sismico rappresentativo dell’azione sismica al tetto del bedrock sismico, da dove si presume che inizi l’amplificazione locale;

• determinazione di un adeguato modello geologico e parametrizzazione degli strati individuati;
•analisi;

• scelta e rappresentazione dei parametri di output.

Data l’attuale facilità di reperire dati accelerometrici dalle molteplici banche dati e visto che, nella progettazione di una struttura strategica e/o rilevante (classe d’uso delle costruzioni 3 e 4), si presume un piano di indagini in situ di buona qualità e quantità, vi sono tutte le condizioni per poter eseguire analisi di Risposta Sismica Locale per la stima diretta dell’azione sismica di progetto, a condizione che si disponga di un software adeguato per tali analisi.

Noi di GoMeeting consigliamo il Software RSL III della GeoSTRU che permette uno studio piu’ rigoroso basato sulla reale amplificazione sismica locale ad un approccio semplificato in cui le costruzioni sono antisismiche per normativa.

Cosa sono l’accelerogramma e lo Spettro di Fourier?

L’accelerogramma è la rappresentazione dello scuotimento sismico nel dominio del tempo (T). I parametri che lo definiscono sono: in ascissa: il tempo (T), espresso generalmente in secondi e legato alla durata della sollecitazione sismica. in ordinata: l’accelerazione, impressa dal sisma al sistema oggetto della sollecitazione, espressa in m/sec², cm/sec², oppure normalizzata rispetto all’accelerazione di gravità g.

La trattazione dei segnali nel dominio del tempo è abbastanza complicata, perciò, si preferisce operare nel dominio della frequenza. Infatti, un segnale, per quanto complicato sia, può essere scomposto come somma di segnali armonici più semplici (serie di Fourier) ed essere rappresentato nel dominio della frequenza tramite una funzione chiamata Spettro di Fourier.

I parametri che descrivono compiutamente un segnale armonico semplice sono: la sua ampiezza (A), il suo periodo (T) o la sua frequenza (F) che è uguale ad (1/T), e la sua fase (Φ).

Da ciò si evince che un segnale qualsiasi può essere rappresentato compiutamente nel dominio della frequenza tramite il suo spettro di Fourier in ampiezza ed in fase, in altre parole ogni punto dello spettro corrisponde al valore della frequenza e dell’ampiezza o fase delle oscillazioni armoniche semplici in cui è scomposto il segnale.

In un accelerogramma  o Spettro di Fourer, il massimo valore assunto dall’ampiezza, sia in senso positivo che negativo, rappresenta il picco di accelerazione raggiunto ed è definito come PGA (peak ground acceleration).

Cosa è lo Spettro di risposta?

Nella pratica ingegneristica, quasi sempre, si usa rappresentare l’azione sismica impressa al sito e quindi trasmessa alle strutture tramite un particolare tipo di spettro e cioè lo Spettro di Risposta. Tale spettro può essere espresso in termini di: accelerazione(Sa), velocità (Sv), spostamento (Sd). Tralasciando la trattazione matematica che sta alla base della sua definizione, si può definire lo spettro di risposta come il luogo matematico in cui, dati tutti i possibili oscillatori semplici aventi uguale rapporto di smorzamento ξ e soggetti allo stesso moto sismico, si ha la risposta massima in termini di accelerazione, velocità, spostamento.

Esso è rappresentato da un grafico in cui, per un dato valore del coefficiente di smorzamento ξ, in ascissa viene riportato il valore del periodo T o della frequenza F ed in ordinata i valori di Sd, Sv, Sa, a seconda del parametro preso in considerazione, ricavati facendo variare la rigidezza del sistema.

Al variare del coefficiente di smorzamento ξ si ottengono, chiaramente, curve differenti, che presentano la caratteristica di avere valori dei parametri Sd, Sv, Sa decrescenti al crescere del parametro ξ. Un particolare spettro di risposta di uso ingegneristico è lo Spettro di Risposta Elastico che si ottiene ponendo il coefficiente di smorzamento ξ pari al 5%. E’ importante sottolineare come lo spettro di risposta sia radicalmente differente dallo spettro di Fourier.

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