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Art. 86 D.P.R. 380/2001 (TUE) – Verifica delle strutture
In vigore dal 30/06/2003
1974, n. 64, art. 10) 1. L’analisi delle sollecitazioni dovute alle azioni sismiche di cui all’articolo 85 è effettuata tenendo conto della ripartizione di queste fra gli elementi resistenti dell’intera struttura. 2. Si devono verificare detti elementi resistenti per le possibili combinazioni degli effetti sismici con tutte le altre azioni esterne, senza alcuna riduzione dei sovraccarichi, ma con l’esclusione dell’azione del vento.
Avvertenza: il testo è pubblicato a fini informativi e divulgativi. Per casi specifici è sempre consigliato rivolgersi a un professionista abilitato.
In sintesi
L’art. 86 del D.P.R. 380/2001 disciplina la verifica delle strutture in zona sismica, definendo i principi di analisi delle sollecitazioni e di combinazione delle azioni. La disposizione, sintetica nel testo ma di grande rilievo tecnico, fornisce il quadro concettuale per l’esecuzione dell’analisi strutturale e delle verifiche di sicurezza. Le NTC 2018 (D.M. 17 gennaio 2018) hanno articolato in modo molto dettagliato gli aspetti dell’art. 86, ma il principio cardine della ripartizione tra elementi resistenti e della combinazione con le altre azioni rimane attuale.
Il principio della ripartizione tra elementi resistenti
Il primo comma stabilisce che l’analisi delle sollecitazioni dovute alle azioni sismiche deve essere effettuata tenendo conto della ripartizione di queste fra gli elementi resistenti dell’intera struttura. Si tratta del principio fondamentale dell’analisi globale: la struttura non può essere analizzata elemento per elemento, ma deve essere considerata nel suo insieme, valutando come le forze sismiche si distribuiscono tra i vari elementi resistenti (pilastri, setti, controventi, fondazioni). La ripartizione dipende dalle rigidezze relative degli elementi: gli elementi più rigidi assorbono una maggiore quota delle forze sismiche, gli elementi meno rigidi una quota minore. Le NTC 2018 hanno sviluppato il principio attraverso metodi di analisi modale, statica non lineare e dinamica non lineare, che consentono di rappresentare in modo accurato la ripartizione effettiva.
L’analisi globale: tipologie e metodi
Le NTC 2018 prevedono diversi metodi per l’analisi globale della struttura. L’analisi statica lineare (forze statiche equivalenti) è ammessa per edifici regolari di limitate dimensioni, con periodo proprio fondamentale entro determinati limiti. L’analisi modale con spettro di risposta è il metodo standard per la maggior parte degli edifici regolari, perché tiene conto della partecipazione dei diversi modi propri di vibrazione della struttura. L’analisi statica non lineare (pushover) consente di valutare il comportamento della struttura oltre il limite elastico, evidenziando i meccanismi di crisi e la capacità di dissipazione energetica. L’analisi dinamica non lineare (timehistory) è il metodo più sofisticato, utilizzato per edifici di particolare importanza o per studi avanzati. La scelta del metodo dipende dalla regolarità della struttura, dalla classe d'uso e dalle finalità dello studio.
La combinazione con le altre azioni: comma 2
Il secondo comma stabilisce che gli elementi resistenti devono essere verificati per le possibili combinazioni degli effetti sismici con tutte le altre azioni esterne. Le altre azioni esterne includono: peso proprio dei materiali strutturali e non strutturali; sovraccarichi permanenti (impianti, finiture); sovraccarichi accidentali (carichi di esercizio dovuti a persone, mobili, attrezzature); azioni climatiche (neve, temperatura). La combinazione con le azioni sismiche segue regole specifiche delle NTC 2018: si applicano coefficienti di combinazione (psi 0, psi 1, psi 2) che riducono la quota delle azioni accidentali considerata in concomitanza con il sisma, riflettendo la probabilità di simultaneità.
Senza riduzione dei sovraccarichi
Il comma 2 specifica che le combinazioni si effettuano «senza alcuna riduzione dei sovraccarichi». Questa formula, ereditata da una tradizione normativa più datata, va interpretata oggi alla luce delle NTC 2018: i sovraccarichi devono essere considerati nelle combinazioni con i loro valori caratteristici (non ridotti rispetto agli scenari di calcolo statico), ma con coefficienti di combinazione che ne riducono l’entità in concomitanza con eventi sismici. La logica è probabilistica: durante un sisma di progetto, i carichi accidentali pieni sono improbabili (es. è improbabile che durante un terremoto tutti i piani di un edificio residenziale siano simultaneamente sovraccarichi di persone alla massima densità). I coefficienti psi 2 (per la combinazione sismica) sono significativamente inferiori a 1 per i sovraccarichi residenziali (tipicamente 0,3) e maggiori per carichi più persistenti.
L’esclusione dell’azione del vento
Il comma 2 conclude escludendo dalla combinazione con il sisma l’azione del vento. La ratio è la bassa probabilità di simultaneità tra un evento sismico significativo e un evento di vento estremo. La giurisprudenza tecnica e le NTC 2018 confermano l’esclusione, anche per ragioni di realismo probabilistico (i tempi di ritorno del sisma di progetto e del vento di progetto sono molto più lunghi della durata di entrambi gli eventi). L’esclusione semplifica significativamente le verifiche, riducendo il numero di combinazioni da considerare. Resta inteso che ogni azione (sisma, vento, neve) deve essere verificata indipendentemente, considerando le combinazioni con i carichi statici.
Le verifiche di sicurezza degli elementi
Le verifiche di sicurezza richieste dall’art. 86 si traducono nelle NTC 2018 in verifiche agli stati limite. Per ogni stato limite (di esercizio, di danno, di salvaguardia della vita, di prevenzione del collasso) sono previste combinazioni specifiche delle azioni e verifiche specifiche degli elementi (resistenza, deformabilità, stabilità). Le verifiche di resistenza considerano il rapporto tra sollecitazioni di calcolo e resistenze di calcolo dei materiali (calcestruzzo, acciaio, muratura, legno). Le verifiche di deformabilità considerano gli spostamenti, le frecce, le rotazioni, per garantire la funzionalità dell’edificio anche dopo eventi sismici di entità contenuta. Le verifiche di stabilità riguardano fenomeni come l’instabilità per carico critico (Eulero), il ribaltamento, lo scorrimento.
Casi pratici
Tizio progetta un edificio residenziale di cinque piani in c.a., in zona sismica 3. L’ingegnere Sempronio modella la struttura in un software di calcolo strutturale, definendo: gli elementi (pilastri, travi, solai, fondazioni) con relative geometrie e materiali; i carichi statici (peso proprio, permanenti portati, accidentali residenziali); le azioni sismiche secondo lo spettro di progetto del sito. Esegue un’analisi modale con spettro di risposta, considerando i primi modi di vibrazione che attivano almeno l'85% della massa partecipante. Verifica la ripartizione delle forze sismiche tra i pilastri e i setti del vano scala, evidenziando la quota di forze assorbita da ciascun elemento. Verifica le combinazioni delle azioni (sisma + carichi statici, con coefficienti di combinazione), evidenziando le sollecitazioni più sfavorevoli per ciascun elemento. Esegue le verifiche agli stati limite (resistenza dei pilastri, dei setti, delle travi, dei solai, delle fondazioni; deformabilità dei piani, con verifica dei drift di interpiano). Tutti gli elementi risultano verificati. Il progetto è completo e conforme alle NTC 2018.
Profili pratici e di responsabilità
Per il professionista incaricato dell’analisi e delle verifiche strutturali in zona sismica, è essenziale: utilizzare software di calcolo strutturale aggiornati e validati per le NTC 2018; modellare correttamente la struttura, includendo tutti gli elementi resistenti e le loro caratteristiche meccaniche; effettuare verifiche di plausibilità sui risultati (controlli manuali su elementi significativi, ordini di grandezza degli spostamenti); documentare le scelte progettuali e i parametri assunti nella relazione di calcolo. La responsabilità professionale per analisi carenti o errori di calcolo è grave: in caso di crisi strutturale, anche di entità limitata, il progettista può essere chiamato a rispondere civilmente e penalmente. La copertura assicurativa professionale, oggi obbligatoria, deve essere adeguata al livello di rischio.
Domande frequenti
Cos'è l’analisi modale con spettro di risposta?
L’analisi modale con spettro di risposta è il metodo standard di analisi sismica per la maggior parte degli edifici regolari. Si svolge in tre fasi: identificazione dei modi propri di vibrazione della struttura (forme modali e periodi propri); valutazione delle azioni sismiche per ogni modo, attraverso lo spettro di risposta sismico del sito; combinazione dei contributi modali con metodi statistici (es. SRSS, CQC). Il metodo richiede di considerare un numero sufficiente di modi tale che la massa partecipante sia almeno 85% della massa totale. È più sofisticato del metodo statico equivalente perché tiene conto della distribuzione effettiva delle masse e delle rigidezze, dando risultati più realistici. È il metodo richiesto dalle NTC 2018 per la maggior parte degli edifici di medie dimensioni.
Cosa sono i coefficienti di combinazione (psi 0, psi 1, psi 2)?
I coefficienti di combinazione sono coefficienti probabilistici che riducono i valori dei carichi accidentali nelle combinazioni delle azioni. Tre tipologie: psi 0 (per la combinazione fondamentale agli stati limite ultimi statici), psi 1 (per la combinazione frequente agli stati limite di esercizio), psi 2 (per la combinazione quasi permanente e per la combinazione sismica). Per i carichi residenziali, ad esempio, psi 2 = 0,3, riflettendo la bassa probabilità che durante un sisma tutti i piani siano contemporaneamente sovraccarichi alla densità massima. Per i carichi industriali o pubblici (es. uffici, scuole) i coefficienti sono più elevati. Le NTC 2018 forniscono tabelle complete dei coefficienti per ogni tipologia di carico e di combinazione.
Perché il vento non si combina con il sisma?
Il vento e il sisma sono eventi caratterizzati da bassa probabilità di simultaneità: i tempi di ritorno del sisma di progetto (475 anni per lo SLV ordinario) e del vento di progetto (50 anni) sono molto più lunghi della durata effettiva di entrambi gli eventi. La probabilità che un sisma di progetto si verifichi proprio durante un evento di vento di progetto è quindi praticamente nulla. La normativa esclude la combinazione, semplificando significativamente le verifiche. Ogni azione deve comunque essere verificata indipendentemente, in combinazione con i carichi statici. Per gli edifici alti, dove l’azione del vento può essere significativa, è essenziale verificare separatamente la sicurezza per la sola azione del vento, oltre che per il sisma.
L’analisi statica equivalente è ancora ammessa dalle NTC 2018?
Sì, l’analisi statica equivalente (forze statiche equivalenti applicate ai piani) è ancora ammessa dalle NTC 2018 per gli edifici regolari di limitate dimensioni, con periodo proprio fondamentale T1 inferiore a determinati limiti (es. 2,5 Tc o 4 secondi). Per gli edifici fuori dai limiti di applicabilità, è richiesto il metodo modale con spettro di risposta o metodi più sofisticati. L’analisi statica equivalente è semplice da applicare e fornisce risultati conservativi, ma può essere imprecisa per strutture con periodi propri elevati o con distribuzioni di massa irregolari. Per edifici di particolare importanza (categoria d'uso IV) o di particolare complessità, sono comunque richiesti metodi avanzati, anche quando l’analisi statica equivalente sarebbe formalmente applicabile.
Cosa sono gli «stati limite» nelle verifiche sismiche?
Gli stati limite sono livelli di prestazione attesi della struttura per diversi livelli di azione sismica. Le NTC 2018 considerano quattro stati limite per il sisma: SLO (operatività, l’edificio funziona normalmente, con danni minimi), SLD (danno, l’edificio subisce danni limitati riparabili senza interrompere la funzionalità), SLV (salvaguardia della vita, l’edificio subisce danni significativi ma non collassa, salvaguardando la vita degli occupanti), SLC (prevenzione del collasso, l’edificio è gravemente danneggiato ma non collassa). Per ogni stato limite è associato un periodo di ritorno del sisma di progetto: 30 anni per SLO, 50 anni per SLD, 475 anni per SLV (per edifici di categoria d'uso II), 975 anni per SLC. La verifica deve essere effettuata per ogni stato limite, garantendo le prestazioni attese.