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Metro di Copenhagen: la stazione Nørrebros Runddel

Applicazione del concetto di robustezza al progetto strutturale

Il concetto di robustezza, riferito a opere di Ingegneria Civile, è legato alla capacità di una struttura di resistere a eventi quali incendi, esplosioni, impatti o conseguenze di errori umani: mentre le comuni tipologie di carichi sono trattate nell’ambito degli stati limite ordinari – SLU (Stato limite ultimo), SLS (Stato limite di servizio) – i requisiti di robustezza sono generalmente legati ad azioni accidentali o anomale e prevedono che le strutture siano in grado di sopportare eventi non comuni o imprevisti senza subire conseguenze inaccettabili, di entità sproporzionata rispetto alle cause che li hanno originati o di comportare livelli di rischio intollerabili.

Inquadramento generale

La necessità di tenere conto della robustezza strutturale in sede progettuale è sorta a seguito dell’analisi delle conseguenze subite da alcune opere, sottoposte ad azioni o configurazioni statiche non preventivate: lo studio degli effetti di tali eventi, principalmente con riferimento a edifici, ha portato al tentativo – tuttora in corso – di integrazione in ambito normativo di approcci progettuali tali da consentire la realizzazione di strutture robuste, proprio al fine di evitare situazioni già viste. Questo requisito di robustezza è stato uno degli aspetti peculiari della progettazione delle strutture della metropolitana di Copenaghen (Cityringen): infatti, al di là delle prescrizioni normative, tale capacità dell’opera è stata una precisa richiesta del Committente.

Concetto di robustezza secondo le NTC 2008, Eurocodici ed Annesso Danese

Nelle NTC – DM2008 si trovano i seguenti riferimenti alla robustezza:

  • (§2.1) in merito ai requisiti che devono avere le varie opere strutturali, viene richiesta la “robustezza nei confronti di azioni eccezionali” intesa come la “capacità di evitare danni sproporzionati rispetto all’entità delle cause innescanti quali incendio, esplosioni e urti”;
  • (§3.1.1) in merito alla fase di progetto, viene richiesta la verifica della robustezza “imponendo azioni nominali convenzionali, in aggiunta alle altre azioni esplicite (escluse le sismiche e quelle indotte dal vento) applicate secondo due direzioni ortogonali e consistenti in una frazione dei carichi pari all’1% al fine di verificare il comportamento complessivo”.

Al fine di garantire e verificare la robustezza strutturale è necessario che la progettazione si basi su certi principi, quali:

  • l’identificazione delle condizioni di progetto accidentali;
  • la specificazione nel progetto delle azioni accidentali quali, ad esempio, incendi, esplosioni e urti;
  • la verifica della sufficiente rigidezza della struttura;
  • la verifica dei dettagli strutturali potenzialmente più vulnerabili.

  • I puntoni metallici
    I puntoni metallici di contrasto provvisorio
    I puntoni metallici di contrasto provvisorio
  • Un dettaglio dell’armatura della soletta di copertura
    Un dettaglio dell’armatura della soletta di copertura
    Un dettaglio dell’armatura della soletta di copertura
  • Un dettaglio dell’armatura del solettone di fondo
    Un dettaglio dell’armatura del solettone di fondo
    Un dettaglio dell’armatura del solettone di fondo
  • Le strategie di progettazione
    Le strategie di progettazione
    Le strategie di progettazione
  • Le sezioni trasversali
    Le sezioni trasversali della stazione Nørrebros Runddel
    Le sezioni trasversali della stazione Nørrebros Runddel
  • Le sezioni trasversali
    Le sezioni trasversali della stazione Nørrebros Runddel
    Le sezioni trasversali della stazione Nørrebros Runddel
  • La sezione longitudinale
    La sezione longitudinale in asse della stazione Nørrebros Runddel
    La sezione longitudinale in asse della stazione Nørrebros Runddel
  • La sezione longitudinale
    La sezione longitudinale in asse della trave principale della stazione Nørrebros Runddel
    La sezione longitudinale in asse della trave principale della stazione Nørrebros Runddel
  • Approcci per progettare in base a requisiti di robustezza
    Approcci per progettare in base a requisiti di robustezza
  • Vista prospettica laterale
    Vista prospettica laterale del modello utilizzato per verificare la robustezza della struttura nel caso di cedimento dei muri verticali principali (gli elementi eliminati sono cerchiati in rosso)
    Vista prospettica laterale del modello utilizzato per verificare la robustezza della struttura nel caso di cedimento dei muri verticali principali (gli elementi eliminati sono cerchiati in rosso)
  • Le travi parete
    Le travi parete del modello utilizzato per verificare la robustezza
    Le travi parete del modello utilizzato per verificare la robustezza
  • Vista prospettica frontale del modello utilizzato per verificare la robustezza della struttura nel caso di cedimento dei muri verticali principali (gli elementi eliminati sono cerchiati in rosso)
    Vista prospettica frontale del modello utilizzato per verificare la robustezza della struttura nel caso di cedimento dei muri verticali principali (gli elementi eliminati sono cerchiati in rosso)

Inoltre, la concezione strutturale, i dettagli costruttivi e i materiali usati devono essere tali da evitare che la struttura possa essere danneggiata in misura sproporzionata rispetto alla causa. Nel caso in cui si eseguano specifiche verifiche nei confronti delle azioni eccezionali si considererà la combinazione eccezionale di azioni riportata al punto §2.5.3 delle NTC. Per situazioni eccezionali, il progetto deve dimostrare la robustezza della costruzione mediante procedure di scenari di danno per i quali i fattori parziali γM sui materiali possono essere assunti pari all’unità. La nozione di robustezza viene discussa con maggiore dettaglio negli Eurocodici EN1990 (anche se non viene definita esplicitamente), EN1991-1-7 e, in particolare, nell’Annesso Nazionale Danese e nell’appendice E al documento EN 1990 (“Regole addizionali per la verifica di robustezza”), dove sono indicate regole aggiuntive da applicare alla progettazione delle strutture robuste.

Secondo tale documento una struttura si può definire robusta se soddisfa almeno una delle seguenti condizioni:

  • le porzioni della struttura che sono determinanti per la sicurezza complessiva dell’opera sono poco sensibili a effetti imprevisti, per cui l’opera non è stata progettata, a difetti e a rischi non identificati al momento della progettazione;
  • non si verifica un collasso generalizzato della struttura nel caso di rotture in porzioni limitate della stessa.

Possibili effetti e difetti imprevisti nella struttura sono:

  • effetti inattesi dovuti alle azioni;
  • discrepanze impreviste tra il reale comportamento della struttura e il modello utilizzato per la progettazione;
  • difformità non previste tra il progetto redatto e quello effettivamente realizzato;
  • imperfezioni geometriche non volute;
  • cedimenti imprevisti;
  • degrado imprevisto.

Due importanti aspetti, citati sia nelle NTC sia, principalmente, negli Eurocodici, sono utili alla definizione del concetto e del significato del concetto di robustezza:

  • collasso “sproporzionato”;
  • collasso “progressivo”.

Un collasso “sproporzionato” può essere definito come una condizione in cui il danno finale prodotto da un’azione e quindi le conseguenze dell’azione iniziale sono molto maggiori, quindi sproporzionate, rispetto alla causa iniziale che l’ha originato. Un collasso “progressivo” è tale se si sviluppa con le modalità di un “effetto domino” e porta, generalmente, al collasso “sproporzionato” della struttura, come definito in precedenza.