NTC

2. Sicurezza e prestazioni attese

 

2.1 Principi fondamentali

 

Le opere e le componenti strutturali devono essere progettate, eseguite, collaudate e soggette a manutenzione in  modo tale da consentirne la prevista utilizzazione, in forma economicamente sostenibile e con il livello di sicurezza previsto dalle presenti norme.

La sicurezza e le prestazioni di un’opera o di una parte di essa devono essere valutate in relazione agli stati limite  che  si possono verificare durante la vita nominale. Stato limite è la condizione superata la quale l’opera non soddisfa più le esigenze per le quali è stata progettata.

In particolare, secondo quanto stabilito nei capitoli specifici, le opere e le varie tipologie strutturali devono possedere i seguenti requisiti:

- sicurezza nei confronti di stati limite ultimi (SLU): capacità di evitare crolli, perdite di equilibrio e dissesti gravi, totali o parziali, che possano compromettere l’incolumità delle persone ovvero comportare la perdita di beni, ovvero provocare gravi danni ambientali e sociali, ovvero mettere fuori servizio l’opera;

- sicurezza nei confronti di stati limite di esercizio (SLE): capacità di garantire le prestazioni previste per le condizioni di esercizio;

- robustezza nei confronti di azioni eccezionali: capacità di evitare danni sproporzionati rispetto all’entità delle cause innescanti quali incendio, esplosioni, urti.
 
Il superamento di uno stato limite ultimo ha carattere irreversibile e si definisce collasso.

Il superamento di uno stato limite di esercizio può avere carattere reversibile o irreversibile.

Per le opere esistenti è possibile fare riferimento a livelli di sicurezza diversi da quelli delle nuove opere ed è anche possibile considerare solo gli stati limite ultimi. Maggiori dettagli sono dati al Cap. 8.
La durabilità, definita come conservazione delle caratteristiche fisiche e meccaniche dei materiali e delle strutture, proprietà essenziale affinché i livelli di sicurezza vengano mantenuti durante tutta la vita dell’opera, deve essere garantita attraverso una opportuna scelta dei materiali e un opportuno dimensionamento delle strutture, comprese le  eventuali misure di protezione e manutenzione. I prodotti ed i componenti utilizzati per le opere strutturali devono essere chiaramente identificati in termini di caratteristiche meccanico-fisico-chimiche indispensabili alla valutazione della sicurezza e dotati di idonea qualificazione, così come specificato al Cap. 11.

I materiali ed i prodotti, per poter essere utilizzati nelle opere previste dalle presenti norme, devono essere sottoposti a  procedure e prove sperimentali di accettazione. Le prove e le procedure di accettazione sono definite nelle parti specifiche delle presenti norme riguardanti i materiali.

La  fornitura  di  componenti,  sistemi  o  prodotti,  impiegati  per  fini  strutturali,  deve  essere accompagnata da un manuale di installazione e di manutenzione da allegare alla documentazione dell’opera. I componenti, sistemi e prodotti, edili od impiantistici, non facenti parte del complesso strutturale, ma che svolgono funzione statica  autonoma, devono essere progettati ed installati nel rispetto dei livelli di sicurezza e delle prestazioni di seguito prescritti.

Le azioni da prendere in conto devono essere assunte in accordo con quanto stabilito nei relativi capitoli  delle  presenti  norme.  In  mancanza  di  specifiche  indicazioni, si  dovrà fare  ricorso  ad opportune indagini, eventualmente anche sperimentali, o a normative di comprovata validità.


2.2.1 Stati limite ultimi (SLU)


I principali Stati Limite Ultimi, di cui al § 2.1, sono elencati nel seguito:

    a)  perdita di equilibrio della struttura o di una sua parte;

    b)  spostamenti o deformazioni eccessive;

    c)  raggiungimento  della  massima  capacità  di  resistenza  di  parti  di  strutture,  collegamenti, fondazioni;

    d)  raggiungimento della massima capacità di resistenza della struttura nel suo insieme;

    e)  raggiungimento di meccanismi di collasso nei terreni;

    f)   rottura di membrature e collegamenti per fatica;

    g)  rottura di membrature e collegamenti per altri effetti dipendenti dal tempo;

    h)  instabilità di parti della struttura o del suo insieme;

Altri stati limite ultimi sono considerati in relazione alle specificità delle singole opere; in presenza di azioni sismiche, gli Stati Limite Ultimi sono quelli precisati nel § 3.2.1.


2.2.2 Stati limite di esercizio (SLE)


I principali Stati Limite di Esercizio, di cui al § 2.1, sono elencati nel seguito:

    a)  danneggiamenti locali (ad es. eccessiva fessurazione del calcestruzzo) che possano ridurre la durabilità della struttura, la sua efficienza o il suo aspetto;

    b)  spostamenti e deformazioni che possano limitare l’uso della costruzione, la sua efficienza e il suo aspetto;

    c)  spostamenti e deformazioni che possano compromettere l’efficienza e l’aspetto di elementi non strutturali, impianti, macchinari;

    d)  vibrazioni che possano compromettere l’uso della costruzione;

    e)  danni per fatica che possano compromettere la durabilità;

    f)   corrosione e/o eccessivo degrado dei materiali in funzione dell’ambiente di esposizione;

Altri stati limite sono considerati in relazione alle specificità delle singole opere; in presenza di azioni sismiche, gli Stati Limite di Esercizio sono quelli precisati nel § 3.2.1.


2.2.3 Verifiche


Le opere strutturali devono essere verificate:

    a)  per gli stati limite ultimi che possono presentarsi, in conseguenza alle diverse combinazioni delle azioni;

    b)  per gli stati limite di esercizio definiti in relazione alle prestazioni attese.
 
Le verifiche di sicurezza delle opere devono essere contenute nei documenti di progetto, con riferimento  alle   prescritte  caratteristiche  meccaniche  dei  materiali  e  alla  caratterizzazione geotecnica del terreno, dedotta in base a specifiche indagini. La struttura deve essere verificata nelle fasi intermedie, tenuto conto del processo costruttivo; le verifiche per queste situazioni transitorie sono generalmente condotte nei confronti dei soli stati limite ultimi.

Per le opere per le quali nel corso dei lavori si manifestino situazioni significativamente difformi da quelle di progetto occorre effettuare le relative necessarie verifiche.

 

2.3 Valutazione della sicurezza 


Per  la  valutazione  della  sicurezza  delle  costruzioni  si  devono  adottare  criteri  probabilistici scientificamente comprovati. Nel seguito sono normati i criteri del metodo semiprobabilistico agli stati limite basati sull’impiego dei coefficienti parziali di sicurezza, applicabili nella generalità dei casi; tale metodo è detto di primo livello. Per opere di particolare importanza si possono adottare metodi di livello superiore, tratti da documentazione tecnica di comprovata validità.

Nel metodo semiprobabilistico agli stati limite, la sicurezza strutturale deve essere verificata tramite il confronto tra la  resistenza e l’effetto delle azioni. Per la sicurezza strutturale, la resistenza dei materiali e le azioni sono rappresentate dai valori caratteristici, Rki   e Fkj definiti, rispettivamente, come  il  frattile  inferiore  delle  resistenze  e  il  frattile  (superiore  o  inferiore)  delle  azioni  che minimizzano la sicurezza. In genere, i frattili sono assunti pari al 5%. Per le grandezze con piccoli coefficienti di  variazione, ovvero per grandezze che non riguardino univocamente resistenze o azioni, si possono considerare frattili al 50% (valori mediani).

Per la sicurezza di opere e sistemi geotecnici, i valori caratteristici dei parametri fisico-meccanici dei terreni sono definiti nel § 6.2.2.
La verifica della sicurezza nei riguardi degli stati limite ultimi di resistenza si effettua con il “metodo dei coefficienti parziali” di sicurezza espresso dalla equazione formale:

Rd ≥ Ed

dove

Rd  è la resistenza di progetto, valutata in base ai valori di progetto della resistenza dei materiali e ai valori nominali delle grandezze geometriche interessate;

Ed  è il valore di progetto dell’effetto delle azioni, valutato in base ai valori di progetto Fdj = Fkj · γFj delle azioni come indicato nel § 2.5.3, o direttamente Edj = Ekj · γEj.

I coefficienti parziali di sicurezza, γMi e γFj , associati rispettivamente al  materiale  i-esimo e all’azione j-esima, tengono in conto la variabilità delle rispettive grandezze e le incertezze relative alle tolleranze geometriche e alla affidabilità del modello di calcolo.
La verifica della sicurezza nei riguardi degli stati limite di esercizio si esprime controllando aspetti di funzionalità e stato tensionale.


2.5.1.1 Classificazione delle azioni in base al modo di esplicarsi


a)  dirette:
forze concentrate, carichi distribuiti, fissi o mobili;

b)  indirette:
spostamenti impressi, variazioni di temperatura e di umidità, ritiro, precompressione, cedimenti di vincolo, ecc.

c)  degrado:

    - endogeno: alterazione naturale del materiale di cui è composta l’opera strutturale;

    - esogeno: alterazione delle caratteristiche dei materiali costituenti l’opera strutturale, a seguito di agenti esterni.


2.5.1.2 Classificazione delle azioni secondo la risposta strutturale


a) statiche: azioni applicate alla struttura che non provocano accelerazioni significative della stessa o di alcune sue parti;

b) pseudo statiche: azioni dinamiche rappresentabili mediante un’azione statica equivalente;

c) dinamiche: azioni che causano significative accelerazioni della struttura o dei suoi componenti.


2.5.1.3 Classificazione delle azioni secondo la variazione della loro intensità nel tempo


a)  permanenti ( G ): azioni che agiscono durante tutta la vita nominale della costruzione, la cui variazione di  intensità nel tempo è così piccola e lenta da poterle considerare con sufficiente approssimazione costanti nel tempo:   

    - peso proprio di tutti gli elementi strutturali; peso proprio del terreno, quando pertinente; forze indotte dal  terreno (esclusi gli effetti di     carichi variabili applicati al terreno); forze risultanti dalla pressione dell’acqua (quando si configurino costanti nel tempo) ( G1 );   

    - peso proprio di tutti gli elementi non strutturali ( G2 );   

    - spostamenti  e  deformazioni  imposti,  previsti  dal  progetto  e  realizzati  all’atto  della costruzione;   

    - pretensione e precompressione ( P );   

    - ritiro e viscosità;   

    - spostamenti differenziali;

b)  variabili ( Q ): azioni sulla struttura o sull’elemento strutturale con valori istantanei che possono risultare sensibilmente diversi fra loro nel tempo:   

    - di lunga durata: agiscono con un’intensità significativa, anche non continuativamente, per un tempo non trascurabile rispetto alla vita     nominale della struttura;   

    - di  breve  durata:  azioni  che  agiscono  per  un  periodo  di  tempo  breve  rispetto  alla  vita nominale della struttura;

c)  eccezionali ( A ): azioni che si verificano solo eccezionalmente nel corso della vita nominale della struttura;   

    - incendi;   

    - esplosioni;   

    - urti ed impatti;

d)  sismiche ( E ): azioni derivanti dai terremoti.


2.5.2 Caratterizzazione delle azioni elementari


Si definisce valore caratteristico Qk di un’azione variabile il valore corrispondente ad un frattile pari al 95 % della popolazione dei massimi, in relazione al periodo di riferimento dell’azione variabile stessa.
Nella definizione delle combinazioni delle azioni che possono agire contemporaneamente, i termini Qkj rappresentano le azioni variabili della combinazione, con Qk1 azione variabile dominante e Qk2, Qk3, … azioni variabili che  possono agire contemporaneamente a quella dominante. Le azioni variabili Qkj vengono combinate con i coefficienti di combinazione ψ0j, ψ1j e ψ2j, i cui valori sono forniti nel § 2.5.3, Tab. 2.5.I, per edifici civili e industriali correnti.

Con  riferimento  alla  durata  percentuale  relativa  ai  livelli  di  intensità  dell’azione  variabile,  si definiscono:

- valore quasi permanente ψ2j · Qkj: la media della distribuzione temporale dell’intensità;

- valore frequente ψ1j · Qkj: il valore corrispondente al frattile 95 % della distribuzione temporale dell’intensità e cioè che è superato per una limitata frazione del periodo di riferimento;

- valore raro (o di combinazione) ψ0j · Qkj: il valore di durata breve ma ancora significativa nei riguardi della possibile concomitanza con altre azioni variabili.
 
Nel caso in cui la caratterizzazione stocastica dell’azione considerata non sia disponibile, si può assumere il valore  nominale. Nel seguito sono indicati con pedice  k  i valori caratteristici; senza pedice k i valori nominali.


2.5.3 Combinazione delle azioni


Ai fini delle verifiche degli stati limite si definiscono le seguenti combinazioni delle azioni.
 
- Combinazione fondamentale, generalmente impiegata per gli stati limite ultimi (SLU):
    γG1 · G1 +  γG2 · G2 +  γP · P  +  γQ1 · Qk1 +  γQ2 · ψ02 · Qk2 +  γQ3 · ψ03 · Qk3 + …    (2.5.1)

- Combinazione caratteristica (rara), generalmente impiegata per gli stati limite di esercizio (SLE) irreversibili, da utilizzarsi nelle verifiche alle tensioni ammissibili di cui al § 2.7:
    G1 +  G2 +  P  +  Qk1 +  ψ02 · Qk2 +  ψ03 · Qk3 + …    (2.5.2)

- Combinazione  frequente,  generalmente  impiegata  per  gli  stati  limite  di  esercizio  (SLE) reversibili:
    G1 +  G2 +  P  +  ψ11 · Qk1 +  ψ22 · Qk2 +  ψ23 · Qk3 + …    (2.5.3)

- Combinazione  quasi  permanente  (SLE),  generalmente  impiegata  per  gli  effetti  a  lungo termine:
    G1 +  G2 +  P  +  ψ21 · Qk1 +  ψ22 · Qk2 +  ψ23 · Qk3 + …    (2.5.4)

- Combinazione sismica, impiegata per gli stati limite ultimi e di esercizio connessi all’azione sismica E (v. § 3.2):
    E  +  G1 +  G2 +  P  +  ψ21 · Qk1 +  ψ22 · Qk2 + …    (2.5.5)

- Combinazione  eccezionale,  impiegata  per  gli  stati  limite  ultimi  connessi  alle  azioni eccezionali di progetto Ad (v. § 3.6):
    G1 + G2 + P + Ad + ψ21 · Qk1  + ψ22 · Qk2 + …         (2.5.6)

Nelle combinazioni per SLE, si intende che vengono omessi i carichi Qkj che danno un contributo favorevole ai fini delle verifiche e, se del caso, i carichi G2. Altre combinazioni sono da considerare in funzione di specifici aspetti (p. es. fatica, ecc.). Nelle formule sopra riportate il simbolo + vuol dire combinato con.

I valori dei coefficienti parziali di sicurezza γGi e γQj sono dati in § 2.6.1, Tab. 2.6.I

 

Tabella 2.5.I – Valori dei coefficienti di combinazione

 

NTC Progettazione 1


2.5.4 Degrado


La struttura deve essere progettata così che il degrado nel corso della sua vita nominale, purché si adotti la normale manutenzione ordinaria, non pregiudichi le sue prestazioni in termini di resistenza, stabilità e funzionalità, portandole al di sotto del livello richiesto dalle presenti norme.

Le misure di protezione contro l’eccessivo degrado devono essere stabilite con riferimento alle previste condizioni ambientali.

La protezione contro l’eccessivo degrado deve essere ottenuta attraverso un’opportuna scelta dei dettagli, dei  materiali e delle dimensioni strutturali, con l’eventuale applicazione di sostanze o ricoprimenti protettivi, nonché con l’adozione di altre misure di protezione attiva o passiva.


2.6.1 Stati limite ultimi


Nelle verifiche agli stati limite ultimi si distinguono:

- lo stato limite di equilibrio come corpo rigido:                                                   EQU

- lo stato limite di resistenza della struttura compresi gli elementi di fondazione:    STR

- lo stato limite di resistenza del terreno:                                                            GEO
 
La Tabella 2.6.I, e le successive Tabelle 5.1.V e 5.2.V, forniscono i valori dei coefficienti parziali delle azioni da  assumere per la determinazione degli effetti delle azioni nelle verifiche agli stati limite ultimi, salvo quanto diversamente previsto nei capitoli successivi delle presenti norme.

Per le verifiche nei confronti dello stato limite ultimo di equilibrio come corpo rigido (EQU) si utilizzano i  coefficienti parziali ?F relativi alle azioni riportati nella colonna EQU delle Tabelle sopra citate.

Nelle verifiche nei confronti degli stati limite ultimi strutturali (STR) e geotecnici (GEO) si possono adottare, in alternativa, due diversi approcci progettuali.
 
Nell’Approccio 1  si  impiegano  due  diverse  combinazioni  di  gruppi  di  coefficienti  parziali, rispettivamente definiti per le azioni (A), per la resistenza dei materiali (M)  e, eventualmente, per la resistenza globale del sistema  (R). Nella Combinazione 1 dell’Approccio 1, per le azioni si impiegano i coefficienti γF riportati   nella   colonna   A1  delle   Tabelle   sopra  citate.   Nella Combinazione 2 dell’Approccio 1, si impiegano invece i coefficienti γF  riportati nella colonna A2.

Nell’Approccio 2 si impiega un’unica combinazione dei gruppi di coefficienti parziali definiti per le Azioni (A), per la resistenza dei materiali (M)  e, eventualmente, per la resistenza globale (R). In tale approccio, per le azioni si impiegano i coefficienti  γF riportati nella colonna A1.

I coefficienti parziali γM  per i parametri geotecnici e i coefficienti γR che operano direttamente sulla resistenza globale di opere e sistemi geotecnici sono definiti nel successivo Capitolo 6.


Tabella 2.6.I – Coefficienti parziali per le azioni o per l’effetto delle azioni nelle verifiche SLU

 

 NTC Progettazione 2

 

Nella Tab. 2.6.I il significato dei simboli è il seguente:

γG1    coefficiente parziale del peso proprio della struttura, nonché del peso proprio del terreno e dell’acqua, quando pertinenti;

γG2    coefficiente parziale dei pesi propri degli elementi non strutturali;

γQi    coefficiente parziale delle azioni variabili.
 
Nel caso in cui l’azione sia costituita dalla spinta del terreno, per la scelta dei coefficienti parziali di sicurezza valgono le indicazioni riportate nel Cap. 6.
Il coefficiente parziale della precompressione si assume pari a γP = 1, 0 .

Altri valori di coefficienti parziali sono riportati nei capitoli successivi con riferimento a particolari azioni specifiche.

 

2.6.2 Stati limite di esercizio


Le verifiche agli stati limite di esercizio riguardano le voci riportate al § 2.2.2.
Nel Cap. 4, per le condizioni non sismiche, e nel Cap. 7, per le condizioni sismiche, sono date specifiche indicazioni sulle verifiche in questione, con riferimento ai diversi materiali strutturali.

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