Confronto fra analisi lineare e pushover in Edisis
L’analisi lineare e l’analisi pushover sono oggi i due metodi di analisi sismica più utilizzati, che sebbene siano sostanzialmente equiparati nel target di applicabilità, presentano sfaccettature proprie che cercheremo qui di discutere per apprezzarne al meglio le potenzialità.
L’analisi lineare è un metodo che si basa sull’ipotesi di comportante elastico-lineare della struttura e nella sua forma più utilizzata è rappresentata dall’analisi dinamica modale con fattore q. Attualmente è il metodo più diffuso di verifica sismica e sicuramente quello che ha avuto una più lunga ed estesa validazione attraverso riscontri con gli esiti in terremoti reali. Eccezionale nella sua capacità di descrivere le componenti del moto, trova però un limite nella sua restrizione al campo elastico, quando invece le strutture colpite da forti terremoti lo superano abbondantemente. Per ovviare a questo inconveniente si ricorre all’espediente del fattore di comportamento, col quale si intendono recuperare (almeno in parte) gli effetti collegati ai fenomeni anelastici che altrimenti sarebbero del tutto ignorati, quali l’allungamento dei periodi per l’accumulo delle deformazioni plastiche o lo sviluppo di cinematiche torsionali. Ma nella maggior parte dei casi il fattore viene stimato con metodi euristici non realmente collegati al comportamento plastico della struttura che pongono dubbi sulla sua reale affidabilità.
L’analisi pushover, propriamente nominata analisi statica non lineare, è invece una istituzione più recente, grande novità dell’Ordinanza 3274 del 2003 è stata poi confermata nelle Norme del 2008 e del 2018. Allo stato attuale è applicabile a tutti gli edifici soggetti ad azione sismica, sia nelle nuove progettazioni, sia nell’analisi di edifici esistenti, come metodo autonomo per la valutazione della sicurezza sismica, quindi equiparata all’analisi lineare.
Il metodo da un lato presenta aspetti molto semplificati, come ad esempio nell’assunzione di una forzante di tipo statico, distribuita sull’altezza e orientata in una direzione predefinita, ma dall’altro prevede una modellazione degli elementi più vicina al comportamento reale, definita mediante legami elastoplastici differenziati in base ai meccanismi di crisi. Abbiamo quindi il legame per meccanismi duttili, quali il collasso a pressoflessione, che mette in relazione la capacità di resistenza a momento con la corrispondente capacità di deformazione (duttilità rotazionale) e il legame per i meccanismi fragili quali il collasso per taglio in elementi e nodi nel quale la duttilità si suppone nulla.
Per la sua applicabilità la norma richiede un livello di conoscenza LC2 o superiore e il rispetto delle disposizioni sulla distribuzione delle forze date al §7.3.4.1, riguardanti la forma delle distribuzioni e e le partecipazioni di massa, queste ultime limitatamente alle distribuzioni di tipo lineare.
In realtà, l’analisi lineare e l’analisi pushover pushover non devono essere viste in contrapposizione, ma come analisi complementari perchè in qualche modo si completano a vicenda, come possiamo arguire dalle seguenti osservazioni.
- Abbiamo osservato prima che l’affidabilità dell’analisi lineare dipende direttamente dall’affidabilità con cui viene valutato il fattore chiave q; la stessa normativa riconosce questo problema ed espressamente prevede l’utilizzo dell’analisi pushover per valutare i rapporti αu/α1 che intervengono nella valutazione del fattore di comportamento. Sotto questo aspetto l’analisi pushover si affianca all’analisi lineare per aumentarne l’affidabilità.
- Un secondo aspetto riguarda il progetto delle armature: l’analisi lineare permette di tirar fuori sollecitazioni di verifica nella forma più adatta per il progetto delle armature, ovvero mediante casi di inviluppo, pochi e rappresentativi delle azioni più gravose in punti localizzati della struttura. L’analisi pushover invece non permette una fase di progetto così diretta, perché deve essere applicata su una struttura già dimensionata nelle armature ed eventualmente nei rinforzi. Per le nuove progettazioni tale aspetto va a favore dell’analisi lineare e si mantiene anche nelle strutture esistenti, quando mancano gli esecutivi originari e le armature si otterranno da un progetto presunto, ovvero dall’analisi lineare secondo le direttive dell’epoca.
- Un terzo aspetto riguarda la prevenzione di meccanismi di collasso non visibili dall’analisi lineare, come ad esempio il piano soffice in cui il collasso investe tutti i pilastri di un livello che arrivano in crisi pressocchè contemporaneamente. Queste casistiche sono invece molto bene riconosciute dall’analisi pushover e quindi è vantaggioso applicarla in aggiunta all’analisi lineare per scongiurare tale comportamento. In questo caso l’analisi pushover va a comare una lacuna lasciata aperta dall’analisi lineare.
Tabella di confronto fra analisi lineare e pushover
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Analisi lineare con fattore q
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Analisi pushover
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Ipotesi strutturale
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Campo elastico
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Campo elasto-plastico
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Validazione storica
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Estesa
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Ristretta
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Limiti di resistenza degli elementi
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Considerati
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Considerati
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Limiti di deformabilità degli elementi
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Ignorati
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Considerati
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Utilizzabile in progetto
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Si
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No
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Dipendenza da fattori esterni
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Si, dal fattore q
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No, nessuna dipendenza
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Sensibilità ai meccanismi di piano
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No
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Si
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Applicabilità in edifici nuovi
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Nessuna
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Per d.lineari ma≥75%
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Applicabilità in edifici esistenti
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Nessuna
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LC medio o alto
Per d.lineari ma≥75%
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