Fattore R non più uniforme: lo studio che smonta l’approccio monotipologico dei codici sismici
Il fattore di modifica della risposta R rappresenta un pilastro della progettazione sismica: consente di ridurre le azioni elastiche attese in caso di terremoto forte, sulla base della capacità della struttura di dissipare energia attraverso un comportamento anelastico stabile. I codici internazionali lo assegnano come valore unico per tipologia strutturale. Ma le evidenze analitiche indicano ormai da tempo che il parametro varia in modo sistematico con la configurazione dell’edificio, non soltanto con la classe di materiali o il sistema resistente.
Una ricerca pubblicata su Buildings (Vol. 16, pag. 2752) ha scomposto il fattore R nelle sue componenti fondamentali, applicando il metodo a dodici telai in cemento armato progettati secondo i regolamenti nordamericani ACI 318-19 e ASCE/SEI 7-22. Il quadro che emerge mostra variazioni talmente ampie da rendere difficilmente difendibile l’attuale pratica normativa basata su valori tabellari indifferenziati.
Configurazioni analizzate e criteri di progetto
I ricercatori hanno sviluppato archeti di telaio momento-resistente combinando tre altezze (4, 8 e 14 piani) con quattro configurazioni di campata, da 1 a 4 luci, su una lunghezza totale costante in pianta di 12 metri. Tutti i modelli sono stati dimensionati per la pericolosità sismica di zona di subduzione di Pedernales, in Ecuador, utilizzando le prescrizioni ACI 318-19 per i dettagli costruttivi e ASCE/SEI 7-22 per i carichi sismici.
Il cuore della ricerca consiste nella scomposizione del fattore R in quattro sottoparametri:
- la duttilità di capacità μc;
- la duttilità di domanda μd;
- il coefficiente di sovrarresistenza Ω;
- l’indice di ridondanza geometrica ρg.
La valutazione è stata condotta tramite analisi pushover bilinearizzate. La verifica dinamica è stata limitata, come controllo di coerenza, alla classe dei telai bassi (4 piani) mediante analisi non lineari al passo con undici registri sismici spettro-compatibili. Per le strutture di 8 e 14 piani i risultati si basano esclusivamente sulle curve di capacità statiche non lineari.
Campo di variazione e relazioni meccaniche
I valori misurati coprono un intervallo difficilmente compatibile con l’uso di un singolo valore normativo. Per il fattore R l’escursione va da 3,80 a 14,56, mentre il fattore complementare orientato alla domanda R* varia tra 1,82 e 7,63. Analizzando le singole componenti si registra:
- μc da 6,04 a 11,50: la duttilità di capacità tende a saturarsi nei telai più alti, con una variazione contenuta intorno al 12% tra i diversi schemi di campata;
- μd da 3,04 a 5,98;
- Ω da 1,19 a 1,38;
- ρg da 0,485 a 1,000.
Uno degli aspetti più significativi per il progettista riguarda la relazione tra sovrarresistenza e ridondanza. I dati mostrano un trade-off meccanico tra Ω e ρg che mette in discussione il presupposto di indipendenza delle componenti implicito nella decomposizione moltiplicativa che i codici adottano.
Implicazioni per la pratica professionale e la normativa futura
La ricerca non si limita a documentare la variabilità del fattore R. La conferma dinamica limitata ai soli telai bassi impedisce di estrapolare automaticamente i risultati alle strutture di media e alta altezza. Tuttavia, la sistematicità delle variazioni osservate suggerisce che la calibrazione analitica in funzione della configurazione dovrebbe diventare un prerequisito per qualsiasi futura discussione normativa sul fattore R.
Per il progettista strutturale le implicazioni sono chiare. Utilizzare un valore unico di R per tutti i telai di una data tipologia può portare a sottostimare le azioni sismiche di progetto in alcune configurazioni o, al contrario, a sovradimensionare in modo antieconomico l’armatura. La ricerca supporta l’adozione di approcci che tengano conto di altezza, numero di campate e ridondanza geometrica nella definizione del fattore di modifica della risposta, in linea con una progettazione sismica basata sulle prestazioni effettive della struttura e non su catalogazioni tipologiche sommarie.
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