Dalle NTC 2008 alle NTC 2018 | Ingegneri.info

Dalle NTC 2008 alle NTC 2018

Le modifiche normative e procedurali in merito alla progettazione statica e antisismica delle costruzioni in acciaio: un approccio comparativo tra le NTC 2008 e le Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni 2018

NTC2018-VS-NTC2008
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Sono trascorsi dieci lunghi anni dal quel lontano 14 gennaio 2008 che dette i natali alle cosiddette Norme Tecniche per le Costruzioni, “affettuosamente” definite NTC08. A distanza di dieci anni, a seguito di numerose vicissitudini ed avvicendamenti burocratici, ma soprattutto presa coscienza della pericolosità sismica che vessa, ahimè costantemente, il nostro territorio (anche in zone a cosiddetto “basso rischio sismico”), sono state definitivamente sottoscritte le Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (D.M. 14 gennaio 2018), d’ora in avanti definite NTC18.

Una riflessione è doveroso farla: non sarebbe stato più efficacie introdurre definitivamente il Corpo Normativo Europeo, ovvero gli Eurocodici, piuttosto che rivisitare una norma già in essere, cercando di farla “collimare” in modo sempre più aderente, al quadro normativo europeo?

Personalmente sono stato da sempre un fautore degli Eurocodici, trovandoli più esaustivi, completi ed innovativi, rispetto alle numerose Norme che si sono avvicendate in Italia dall’emissione dell’O.P.C.M. 3274/2003, tuttavia, in questo caso specifico, approvo la scelta Ministeriale di emettere un testo di “transizione” che assimili i dettami dei vigenti Eurocodici, ma che, al contempo, prepari il progettista all’avvento dei Nuovi Codici Europei, ad oggi in fase di revisione, e che dovrebbero vedere la luce entro il 2020.

Progettazione statica delle strutture in acciaio – §4.2 – NTC18

La progettazione in campo statico delle strutture in acciaio, aveva già subito una notevole rivisitazione con l’introduzione delle NTC08, passando dal metodo di verifica sostanzialmente elastico riportato nelle CNR – UNI10011, a criteri di resistenza più raffinati, figli della classificazione delle sezioni trasversali delle membrature, ed in completo accordo con l’Eurocodice 3. Sebbene l’approccio elastico, sia sempre consentito, ed in taluni casi vivamente consigliato, le verifiche di resistenza in campo plastico, per sezioni trasversali compatte (Classe 1 e Classe 2), risultano maggiormente coerenti dal punto di vista dello sfruttamento delle risorse ultime del materiale e conseguentemente: economicamente competitive.

Le NTC018 non riportano modifiche sostanziali per quanto concerne la progettazione statica delle strutture in acciaio, ricalcando i dettami del D.M. 14 gennai 2008, salvo limitate differenze di minor conto. Si nota al paragrafo §4.2.4.1.4 una più esaustiva trattazione dei fenomeni legati alla fatica dei dettagli costruttivi; parimenti al paragrafo §4.2.8.11 si riscontra un più ampio approfondimento riguardante il precarico da assegnare ai bulloni ad attrito. Resta ahimè incompleta la verifica nei confronti della torsione secondaria (ovvero da ingobbamento impedito), in sostanziale accordo con le limitate prescrizioni che gli Eurocodici stessi, forniscono in materia.

Progettazione antisismica: novità delle NTC18

Va subito premesso che le Nuove Norme Tecniche appaiono, già a una prima lettura, più chiare ed esaustive in materia antisismica, rispetto alle NTC08. Definizioni come “domanda” e “capacità’” di una membratura (o di una struttura nel suo complesso), sono sapientemente introdotte già nei paragrafi introduttivi ed ampiamente descritte via via che ci si addentra nello specifico contesto della progettazione antisismica delle differenti tipologie strutturali. La prima grande novità delle NTC18, riguarda la possibilità di progettare qualsiasi struttura, con un comportamentodissipativo” o “non dissipativo”, specificando in quest’ultimo caso, che la “domanda” derivante dall’azione sismica non dovrà tener conto in alcun modo, delle non linearità del materiale.

In altre parole, se le NTC08 consentivano la progettazione antisismica in campo elastico unicamente per le strutture in acciaio, le NTC18 estendono questa possibilità anche alle strutture in calcestruzzo e miste acciaio – calcestruzzo. Sarà quindi discrezione del progettista accorto, avvalersi o meno di questa “ghiotta” possibilità, tenendo sempre presente che una progettazione elastica, sebbene indubbiamente “sicura” se correttamente eseguita, può risultare antieconomica in siti ove l’intensità sismica di progetto sia ascrivibile alle cosiddette Zone I e II (e sovente III).

Qualora si opti per una progettazione strutturale “dissipativa”, le non linearità del materiale potranno essere prese in considerazione attraverso un modello elastico lineare con riferimento ad un fattore di comportamento “q” maggiore dell’unità, oppure attraverso modelli non lineari attraverso adeguate leggi costitutive. La progettazione in duttilità (che sia alta CDA o media CDB), dovrà essere necessariamente governata da criteri di “gerarchia delle resistenze” al fine di salvaguardare le rotture ed i meccanismi fragili e convogliando la dissipazione energetica in zone specifiche degli elementi duttili.

La salvaguardia degli elementi fragili si raggiunge progettando gli stessi in modo da risultare “sovraresistenti” rispetto ai relativi elementi duttili. Tale requisito risulta soddisfatto qualora si progettino gli elementi fragili in modo da equilibrale le azioni ad essi trasmesse all’atto del raggiungimento delle capacità ultime degli elementi duttili, moltiplicate per un adeguato coefficiente di sovraresistenza γov, volto a modellare forfettariamente il tratto incrudente della curva di capacità, che fa seguito alla formazione della prima cerniera plastica.

In merito ai valori del coefficiente di sovraresistenza per le Strutture in Acciaio γov, le Nuove Norme Tecniche risultano più stringenti rispetto alle NTC08:

  • γov = 1.25 per gli acciai tipo S235, S275 e S355
  • γov = 1.15 per gli acciai tipo S420 e S460

Le NTC18 specificano altresì che la domanda calcolata con criteri di gerarchia non dovrebbe in ogni caso eccedere la domanda calcolata in caso di comportamento non dissipativo, definendo quindi una sorta di “elastic upper bound” oltre il quale non avrebbe senso spingersi con le sollecitazioni di progetto. In altre parole, se la progettazione secondo i criteri di gerarchia, conducesse alla definizione di un campo di sollecitazioni agenti sugli elementi fragili, maggiore di quello che si sarebbe ricavato applicando uno spettro elastico allo Stato Limite di Salvaguardia della Vita (SLV), si verificherà la resistenza delle suddette membrature, con riferimento alle sollecitazioni riferite allo spettro elastico SLV, ovvero a quelle desunte dall’analisi, moltiplicate per i valore del fattore di comportamento “q”.

Un importante spunto di riflessione viene offerto dall’interpretazione della Tabella 7.3.I, nella quale vengono definiti i fattori di comportamento “minimi” da utilizzarsi sia in caso di progettazione con comportamento dissipativo, sia nel caso di progettazione non dissipativa.

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Differentemente dalle NTC08, nelle quali la progettazione non dissipativa implicava inderogabilmente l’utilizzo di un fattore di comportamento unitario, le NTC18 conferiscono la possibilità di utilizzare un fattore “q” maggiore dell’unità (ma in ogni caso minore di 1.5) anche nel caso di progettazione non dissipativa, con riferimento agli spettri SLD ed SLV. Le Nuove Norme Tecniche ammettono in altre parole un “limitato” grado di danneggiamento (e quindi di dissipazione energetica), anche per strutture progettate in campo sostanzialmente elastico e per le quali “non siano necessari particolari accorgimenti costruttivi”. Questa importante novità, se riferita in particolar modo alle strutture in acciaio, potrebbe condurre ad un notevole risparmio in termini di peso.

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Nella Tabella 7.3.II sono riportati i valori minimi di base del fattore di comportamento q0, differenti in ragione della tipologia strutturale adottata.

In merito alla scelta del corretto fattore di comportamento “q”, le NTC18 suggeriscono che: “qualora la domanda in resistenza allo SLV risulti inferiore a quella allo SLD, si può decidere di progettare la capacità in resistenza sulla base della domanda allo SLD in luogo di quella allo SLV”. Ovvero, nel rispetto del carattere “prestazionale” tipico delle Norme Tecniche, si lascia al progettista la scelta (ahimè ardua), di progettare o con le ordinate spettrali allo SLV o con quelle allo SLD qualora queste ultime risultino superiori a quelle allo SLV. In quest’ultimo caso il progettista potrà optare per utilizzare un fattore di comportamento “q” che scali le ordinate spettrali elastiche allo SLV, fino ad ottenere valori di Sd(T) analoghi a quelli ricavati per lo spettro SLD.

Il paragrafo §7.3.6 offre al progettista un’ulteriore novità rispetto alle NTC08, ovvero la possibilità di progettare strutture non dissipative, senza applicare né i criteri tipici della progettazione secondo la capacità (Capacity Design = Gerarchia delle Resistenze), né le regole specifiche dei dettagli costruttivi tipici della progettazione antisismica. Quanto riportato nel suddetto paragrafo, rappresenta forse la novità di maggior peso rispetto alle NTC08, per le quali anche le strutture progettate in modo non dissipativo dovevano rispettare i dettagli costruttivi propri della Classe di Duttilità Bassa.

Progettazione antisismica delle strutture in acciaio – §7.5 – NTC18

Il paragrafo §7.5 delle NTC18, è interamente dedicato alla progettazione delle strutture in Acciaio e sostanzialmente ricalca quanto già riportato nelle NTC08, con alcune modifiche non trascurabili.
Si è già precedentemente parlato delle modifiche inerenti il coefficiente di sovraresistenza γov che, nel nuovo testo assume valori maggiori rispetto a quelli riportati nelle NTC08, andando pertanto a penalizzare la domanda in termini di resistenza delle membrature fragili cui si applicano i criteri di Gerarchia delle Resistenze.

Il paragrafo §7.5.3.2 introduce in modo esplicito le verifiche di duttilità, da attuarsi unicamente nel caso di progettazione dissipativa, analizzando la misura della deformazione per i diversi meccanismi duttili previsti per le diverse tipologie strutturali considerate:
• elementi inflessi o presso inflessi di strutture intelaiate: rotazione alla corda;
• elementi prevalentemente tesi e compressi di strutture controventate: allungamento complessivo della diagonale;
• elementi sottoposti a taglio e flessione di strutture con controventi eccentrici (elementi di collegamento): rotazione tra l’elemento di connessione e l’elemento contiguo.

Si rendono espliciti i criteri per l’individuazione della domanda in termini di duttilità e la relativa capacità delle membrature. In particolare, quando si desideri individuare la domanda in termini di spostamento eseguendo un’analisi lineare con fattore di struttura, vengono fornite, al paragrafo §7.3.3.3, le indicazioni per la valutazione degli spostamenti ultimi. In analogia con le NTC08, il progettista può tuttavia evitare la verifica esplicita della duttilità strutturale purché si attenga alle prescrizioni riportate nella tabella 7.5.I, relativa alle classi delle sezioni trasversali in ragione del fattore di comportamento e all’applicazione delle regole di dettaglio per ciascuna tipologia strutturale.

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Risulta tuttavia penalizzante l’introduzione della limitazione riguardante il rapporto tra la forza assiale di progetto NEd e la capacità a sforzo normale Npl,Rd (funzione dell’intensità dei momenti flettenti agenti sulla membratura), che deve risultare inferiore a 0.30, per colonne primarie facenti parte di sistemi a telaio, nelle quali si preveda la formazione di zone dissipative.
Riguardo infine l’applicazione dei criteri di gerarchia per la determinazione della domanda in termini di resistenza delle membrature cui sia richiesto un determinato grado di sovraresistenza rispetto agli elementi duttili, si evidenzia uno scostamento sia rispetto alle NTC08, sia rispetto all’attuale testo dell’Eurocodice 8. Tale aspetto riguarda sostanzialmente la definizione del fattore Ωi. Detto fattore, nelle precedenti norme era rappresentato dall’inverso del tasso di sfruttamento a flessione di una determinata membratura, nella quale si attendeva la formazione di una cerniera plastica:

 

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Nella formulazione delle Nuove Norme Tecniche, il fattore Ωi viene definito in modo analogo al fattore αi, riportato al paragrafo §6.1 dell’O.P.C.M. 3274/03:

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Tale formulazione, sebbene decurti il numeratore per effetto del momento dovuto ai soli carichi gravitazionali, decrementa in modo sostanziale anche il denominatore, con un complessivo aumento dei valori di Ωi, rispetto a quelli che si sarebbero ricavati con l’approccio NTC08/EC8 con riferimento ai medesimi valori sollecitanti e resistenti.

Essendo Ωi un fattore che incrementa la sollecitazione sismica derivante dall’analisi [rif. §7.5.4.2], risulta evidente che tanto più il suddetto rapporto tende all’unità, ovvero tanto maggiore è lo sfruttamento flessionale delle membrature duttili, tanto minore sarà la domanda, in termini di sovraresistenza, richiesta alle colonne primarie facenti parte di un telaio. Per contro, tanto maggiore risulterà il rapporto Ωi, (sebbene si debba considerare il minimo tra tutti gli Ωi calcolati), tanto più gravose saranno le sollecitazioni di progetto agenti sulle colonne, che sovente, con la formulazione delle NTC18, risulteranno assoggettate a domande in termini di resistenza superiori a quelle elastiche:

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Quanto sopra conduce inevitabilmente a prediligere la progettazione di strutture in acciaio a comportamento non dissipativo, rispetto a quella a comportamento dissipativo, almeno per siti ove l’intensità sismica non giustifichi determinati accorgimenti atti a garantire i medesimi requisiti in termini di sicurezza a fronte di un considerevole contenimento dei costi.
Le restanti parti del paragrafo §7.5, risultano aderenti a quanto riportato nelle precedenti NTC08.

Conclusioni: punti di svolta e criticità delle NTC18

Le NTC18 rappresentano un punto di svolta rispetto alle precedenti norme, consentendo al progettista una maggior libertà discrezionale e conseguentemente progettuale. L’introduzione della progettazione di strutture non dissipative con un coefficiente di comportamento diverso dall’unità (sebbene limitato al valore 1.50), consentirà di realizzare strutture più snelle ma altrettanto performanti sotto il profilo della sicurezza.

Per contro, la progettazione in duttilità delle strutture in acciaio, appare spesso molto onerosa dal punto di vista computazionale, trovando un collo di bottiglia laddove si riscontrino domande in termini di sovraresistenza maggiori di quelle elastiche e pertanto ci si debba attenere a queste ultime al fine di realizzare una progettazione che non sia fondata su un controsenso logico. Resta inoltre aperto il problema legato alla sovraresistenza delle connessioni, già in essere nelle NTC08 (e nell’attuale versione dell’EC8), che ad oggi sembra non essere superabile a meno dell’introduzione dei cosiddetti “giunti pre qualificati” per i quali si stanno già attuando numerose campagne di sperimentazione in tutta la Comunità Europea.

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