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Analisi per Fasi Costruttive

Analisi per Fasi Costruttive(16.06.2015) PCM 2015 presenta l'Analisi per Fasi Costruttive, disponibile a partire dal prossimo 6 luglio.
Siamo molto lieti di presentare questa importante innovazione, consistente in funzionalità esclusive proposte da PCM ai fini di una valutazione sempre più appropriata del comportamento statico e sismico degli edifici in muratura.

L'analisi degli edifici in muratura presenta ancora oggi molti aspetti in evoluzione, oggetto di studi ed approfondimenti.
Una delle problematiche più diffuse riguarda l'idoneità del modello strutturale sottoposto alle azioni di progetto, verticali (i pesi propri ed i carichi di esercizio) e orizzontali (vento, sisma).
Sia lo schema a telaio equivalente, sia altri tipi di modellazioni più evolute (FEM ad elementi 2D o 3D) operano definendo uno scheletro strutturale a cui si applicano i vari tipi di carico, trascurando in genere i diversi parametri meccanici e vincolari  che caratterizzano la risposta reale sotto diverse tipologie di azioni.
Ciò comporta una serie di approssimazioni, legate soprattutto a stati tensionali statici parzialmente rappresentativi della realtà, sotto l'azione dei carichi verticali.
Per  effetto dell'elasticità strutturale, possono nascere sollecitazioni di taglio e momento nel piano delle pareti, sia nei maschi che nelle fasce, in generale poco rispondenti all'assetto reale.
L'entità di tali azioni viene inoltre amplificata dalle irregolarità strutturali (maschi che non si corrispondono tra piani, variazioni della geometria resistente in elevazione, dissimmetrie varie).

Operando con software specifici quali PCM è possibile intervenire sui vincolamenti interni per ridurre gli effetti di queste sollecitazioni indesiderate.
Resta tuttavia aperta la problematica del corretto schema statico.
Di fatto, una delle maggiori critiche rivolte al telaio equivalente consiste nelle sollecitazioni statiche in parte inattendibili, ma è opportuno evidenziare che questa problematica esiste in tutti gli approcci (anche FEM 2D shell e 3D brick) che operano su uno schema fisso per le diverse azioni: la presunta raffinatezza del modello non aumenta affatto la sicurezza nella valutazione del comportamento statico.

E' necessario quindi indagare sulle possibilità offerte da un'analisi strutturale che possa tener conto in modo chiaro ed appropriato del diverso comportamento strutturale sotto diversi tipi di azioni.
Si apre così l'argomento delle Fasi Costruttive, particolarmente importante per gli edifici in muratura. Infatti, l'edificio viene costruito nel campo gravitazionale: ciò significa che il telaio elastico completo non si attiva finché la costruzione non è ultimata.
Pertanto:
sul telaio finale agiscono i carichi di esercizio (i variabili Q) e quelli eventuali possibili nella vita della struttura (vento, sisma),
• mentre i pesi propri e i permanenti strutturali (G1, G2) vengono applicati progressivamente durante la costruzione provocandone l'assestamento.
La schematizzazione della struttura verrà quindi modificata opportunamente per descrivere l'assetto generato dai carichi verticali in fase costruttiva, prevalentemente consistente in sforzi normali nei maschi e in comportamenti ad arco delle fasce.
In tal modo, tagli e flessioni complanari sia nei maschi sia nelle fasce saranno sostanzialmente determinati dalle azioni orizzontali (vento, sisma) e non dai carichi verticali.
Ovviamente la modellazione deve in ogni caso rispettare le azioni flessionali presenti in campo statico: si pensi ai momenti ortogonali dovuti ai disassamenti in elevazione.
Analisi per Fasi Costruttive: edifici costruiti in due epoche diverseNell'aggiornamento 2015.03 di PCM, disponibile dal 6 luglio, tutte le modifiche previste rispetto al telaio definito dall'Utente sono state studiate per rispettare il comportamento reale dell'edificio, o comunque per definire un comportamento ragionevolmente vicino a quello reale. Non si tratta quindi di artifici per evitare verifiche non soddisfatte, ma di ipotesi meccaniche e vincolari idonee per descrivere l'assetto statico delle strutture, nel rispetto della storia costruttiva.

Oltre alle fasi costruttive applicate al singolo edificio costruito in modo unitario, per PCM sono state studiate apposite procedure per fabbricati costruiti in due epoche diverse.
Un esempio riguarda la sopraelevazione, dove la parte edificata successivamente viene costruita su una struttura sottostante già assestata: nel corso dell'analisi per fasi costruttive, è quindi necessario diversificare il comportamento della parte originaria da quella edificata successivamente.

Queste nuove funzioni pongono ancora una volta PCM all'avanguardia nel campo dell'analisi strutturale degli edifici in muratura in ambito professionale.
Gli algoritmi applicativi sono stati studiati e testati dal Gruppo di Ricerca composto dagli Ingegneri strutturisti (è in corso di pubblicazione l'articolo scientifico dedicato):
Ing. Francesco Pugi, responsabile del settore Ricerca e Sviluppo Aedes,
Ing. Alessio Francioso, MSc in Analisi e Progettazione di Strutture Antisismiche, National Technical University of Athens,
Ing. Giacomo Sevieri, Dipartimento di Ingegneria, Università di Pisa.
Alla nuova analisi per Fasi Costruttive AEDES dedica un workshop, destinato agli Utenti di PCM 2015, che si terrà a Firenze il 7 luglio (gli Utenti di PCM 2015 riceveranno via mail la proposta di partecipazione).
La versione 2015.03 di PCM sarà subito operativa per tutti gli Utenti in regola con l'annualità 2015: come al solito, sarà sufficiente eseguire il download e l'installazione.

Buon lavoro con PCM 2015!

Analisi di ponte ferroviario

Analisi di ponte ferroviario con PCM(13.05.2015) Proponiamo un'interessante applicazione di Aedes.PCM con l'estensione ECS, dedicata agli elementi costruttivi storici e monumentali.

Recentemente è stata sottoposta ad Aedes la richiesta di esaminare con PCM, incluso il modulo ECS dedicato alle strutture ad arco, un ponte ferroviario in muratura.

La struttura era stata già analizzata con altro software FEM che utilizza elementi solidi, rilevando un notevole onere relativo alla definizione dei dati e alle elaborazioni di calcolo.

I risultati ricavati con PCM in termini di analisi modale e curve pushover hanno dimostrato le notevoli potenzialità del metodo adottato nel software Aedes, che per questo tipo di strutture coniuga la semplicità operativa con un'attendibile stima del comportamento statico e dinamico.

Senza niente togliere a modellazioni più raffinate, l'utilizzo di PCM è sempre consigliato, in quanto consente di cogliere in modo molto agevole l'ordine di grandezza dei risultati:

• rispetto a metodi molto onerosi, PCM costituisce quindi un'efficace alternativa nei casi dove non si rilevano particolari criticità,
• mentre per le situazioni più problematiche PCM crea un riferimento di base e aiuta ad inquadrare correttamente il primo approccio, che sarà poi eventualmente seguito da indagini FEM più approfondite.

Nel documento allegato, elaborato a cura dell'Ing. Francesco Pugi, oltre alla relazione generale, vengono riportate inoltre alcune considerazioni relative alle strutture massicce e alla calibrazione delle condizioni vincolari.
PCM si rivela uno strumento idoneo per cogliere la sensibilità del risultato in dipendenza dalle variazioni sulle condizioni al contorno (vincoli interni ed esterni, ma anche: carichi, materiali, geometrie, resistenze a trazione, comportamenti di stabilità secondo Heyman ed anche per resistenze ad attrito e a compressione).

 

Aggiornamento PCM 2015.02

Aggiornamento PCM 2015.02(30.04.2015) Nuovo aggiornamento per PCM: è da oggi disponibile la versione 2015.02.

Principali novità (illustrate nel documento pdf reperibile a questo link):

Interfaccia grafica
• Miglioramenti per la visualizzazione di ID (aste e nodi) e valori dei diagrammi (carichi, sollecitazioni)
• Visualizzazione del coefficiente di sicurezza delle aste come etichetta
• Introduzione del comando Preferenze accessibile dal menu File, per impostazioni legate alla visualizzazione delle etichette (forma, dimensione, sfondo)
• Esportazione delle immagini su file jpg in alta risoluzione (600 dpi) per stampe di qualità elevata

• Possibilità di disattivare le librerie OpenGL per superare problemi di compatibilità con i driver di alcune schede video integrate. Sono a disposizione i comandi:
opengl_off e opengl_on da digitare nella riga di comando all’apertura del programma. Le modifiche hanno effetto all’apertura di un nuovo file

• Nella griglia del comando “Trova” sono nascosti gli elementi non visibili nel modello per effetto dei comandi “Risalta” e “Isola” 
• Miglioramenti per la visualizzazione delle sollecitazioni nella scheda Risultati della griglia delle proprietà. Sono ora poste in evidenza le sollecitazioni di sforzo normale, taglio e momento utilizzate per le verifiche, distinte per i maschi murari fra piano complanare e piano ortogonale. In caso di più elementi selezionati, passando nella griglia delle proprietà da uno ad un altro, si mantiene la visualizzazione delle sollecitazioni senza dover riaprire il gruppo ad ogni cambio di asta. Oltre agli estremi della luce deformabile, si possono visualizzare anche le sollecitazioni ai vertici dell'asta (estremi della luce totale, considerando anche le zone rigide)

Analisi e Verifiche
• Introduzione della “Combinazione sismica” nell’elenco delle Combinazioni di Carico. Tale combinazione equivale alla combinazione di carico prevista al passo iniziale dell’analisi Pushover
• Nelle verifiche sono ora riportate le descrizioni per particolari tipologie di elementi strutturali, quali: bielle di controvento, elementi di archi (blocchi, giunti), conci di pilastri murari
• I percorsi (cartelle di Windows) delle Relazioni di calcolo sono stati riorganizzati in modo da ottimizzare l'archiviazione delle relazioni. Il nome del file di relazione proposto per default contiene ora la data e l'ora di generazione, in modo da non sovrascriversi a relazioni prodotte precedentemente
• Nel caso che l'analisi modale iniziale della pushover non possa essere eseguita a causa dei degradi 'statici', PCM ora seleziona automaticamente le aste degradate al passo statico iniziale in modo da poterle studiare (p.es. per accertarsi se effettivamente queste situazioni si possono considerare corrispondenti al comportamento reale, eventualmente intervenendo sulla scelta delle verifiche da effettuate oppure modificando dati in input ad es. sui vincolamenti interni)

La versione 2015.02 di PCM è subito operativa per tutti gli Utenti in regola con l'annualità 2015: è sufficiente eseguire il download e l'installazione.

Buon lavoro con PCM 2015!

Di ritorno da Made Expo 2015

(24.03.2015, a cura di Ing. Francesco Pugi) La scorsa settimana abbiamo partecipato a Made Expo 2015, Fiera di Milano.
Ecco a voi il video con la presentazione di PCM proposta a Made Expo (tratto dal canale Aedes di YouTube):

Come sempre, queste occasioni sono preziose per incontrare i Progettisti, dialogare insieme, ascoltare le loro opinioni sul software e più in generale sull'attività professionale.
Lo staff tecnico della Aedes presente in Fiera, composto, oltre che dal sottoscritto, dagli Ingegneri Alessio Francioso e Giacomo Sevieri e dall'Architetto Giuseppe Basile, ha accolto nello stand tanti colleghi, e l'occasione è stata davvero importante per presentare le novità di PCM e proporre approfondimenti sulle funzionalità più recenti.

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Molto interesse è stato rivolto ad archi e volte e ai modelli di edifici rurali con pilastri in muratura.
Per questi ultimi, un breve cenno sull'origine delle nuove funzionalità implementate in PCM.
Lo scorso novembre, modificando temporaneamente il programma di sviluppo del software, abbiamo raccolto un'esigenza molto sentita da parte degli Utenti dell'Emilia Romagna impegnati attivamente nel consolidamento post-sisma. I pilastri murari infatti costituiscono un elemento a sé stante, nettamente distinto dai pannelli (maschi e fasce).

La Normativa non dà indicazioni dettagliate in merito, col risultato che in molti casi si è costretti a modellarli come bielle, in modo che non assumano forza sismica.
Ma sappiamo che questo può non corrispondere alla realtà: l'azione sismica va dove sono le masse, e non sempre le masse che insistono sui pilastri possono essere ricondotte ai pannelli perimetrali, anzi: in certi casi, le murature perimetrali non sono neppure presenti.
Da qui l'impegno per affrontare le verifiche di sicurezza di questi elementi attraverso sia la stabilità secondo Heyman, sia criteri di resistenza con corrispondenti domini tridimensionali.
E siamo molto soddisfatti dei risultati raggiunti, non solo per la funzionalità in sé, ma proprio per aver risposto ad un'esigenza reale dei Progettisti.

In modo generalizzato è stato inoltre manifestato l'apprezzamento per la nuova interfaccia di PCM, continuamente migliorata in base ai vostri suggerimenti: grazie davvero a tutti, e appuntamento alle altre novità in arrivo nel corso del 2015.

Buon lavoro e a presto!

Edifici esistenti e nuove NTC

Edifici esistenti e nuove NTC(29.01.2015, Ing. Francesco Pugi) Edifici esistenti e nuove Norme Tecniche per le Costruzioni: segnalo su questo argomento un interessante contributo, pubblicato su Ingenio, a firma del Prof. Ing. Antonio Borri e del Dott. Ing. Alessandro De Maria (Università di Perugia). L'articolo si intitola: "Edifici esistenti e nuove NTC: pericolosità sismica e responsabilità", e contiene varie considerazioni relative alle possibili modifiche introdotte dalla revisione normativa.

Mentre il nuovo testo normativo completa l'iter burocratico, nel testo della bozza sono già rilevabili alcune novità riguardanti gli edifici esistenti; novità che meritano approfondimenti.

Per gli edifici in muratura, lo scrivente propone alcune osservazioni, con l'intento di fornire un contributo costruttivo alla discussione in corso.

Si ritiene che nella bozza delle nuove norme tecniche si continui a trascurare un aspetto fondamentale. E cioè che tutto l'impianto sui livelli di sicurezza (zE = 0.1, ...) si basa sul presupposto che i metodi di calcolo previsti dalle Norme siano totalmente affidabili, con livello di sicurezza perfettamente e univocamente stimabile.

Lasciamo da parte in questa sede la complessa questione sulla zonazione sismica, supponendo che i parametri sismici di riferimento (periodi, accelerazione, metodologia probabilistica) siano corretti.

Ora: i metodi di analisi proposti dalle norme già suscitano alcuni dubbi per i nuovi edifici (ad es.: scarsa coerenza delle Norme fra parte statica e parte sismica), ma è per gli edifici esistenti che le analisi lineari dinamiche e non lineari pushover presentano indiscutibili criticità.
Sappiamo che i risultati raggiunti, pur importanti da considerare, possono essere una fotografia sfuocata della realtà, e soprattutto sono diversi usando: software e algoritmi e/o dati in input sui parametri meccanici diversi (resistenze di normativa o da prove sperimentali; sinceramente non sembra sufficiente il solo fattore di confidenza FC - così come attualmente formulato - per dare maggiore credibilità alle verifiche di sicurezza).

Invece è noto che le analisi per meccanismi di collasso sono molto più stabili, e fortunatamente anche più significative (basta guardare i reali danni sismici subiti dagli edifici).
Poiché in tale ambito si privilegiano la geometria e i particolari costruttivi rispetto alle resistenze, pur utilizzando software diversi si registra una dispersione dei risultati molto minore rispetto alle analisi dinamiche e pushover.

Allora: se per le analisi per meccanismi una quantificazione del livello di sicurezza appare proponibile (e oltretutto ci conforta il fatto che con una serie di interventi di base si riesce a ridurre decisamente la vulnerabilità degli edifici), così non è per le analisi dinamiche e pushover: sui livelli di sicurezza ottenuti con queste ultime occorrerebbe applicare un fattore di incertezza, relativo sia ai metodi di analisi sia ai parametri utilizzati.
Una convalida della bontà dei risultati ottenuti con queste analisi può venire dall'utilizzo di un Indice di Qualità Muraria per la definizione di resistenze e parametri meccanici, non più scelti quindi in modo approssimativo ma calibrati sulla reale natura dell'edificio.

In definitiva: il valore di zE (ma non 0.1: perché non proprio lo 0.65 di recente memoria?) potrebbe essere applicato senza ulteriori correttivi all'analisi per meccanismi; mentre per le analisi dinamiche e pushover si potrebbe consentire per zE un margine di incertezza (es. +/- 0.2) legato alla eterogeneità dei modelli di calcolo.
Contemporaneamente si dovrebbe tener conto della aleatorietà dei dati in input ripensando il fattore di confidenza FC almeno sotto due aspetti:
i) calibrandolo meglio su valutazioni come l'indice di qualità muraria, soprattutto quando non è possibile eseguire adeguate indagini sperimentali;
ii) differenziandolo fra le singole parti dell'edificio.

Infine, la Norma dovrebbe, in relazione alla tipologia di intervento previsto, imporre la realizzazione di un "pacchetto di interventi minimi", cioè un presidio di base (catene, collegamenti solai, ecc.) strettamente indispensabile, la cui progettazione, fondata sulle esperienze del passato, dovrebbe precedere qualsiasi elaborazione di calcolo.
Questo ridurrebbe drasticamente i rischi associati all'adozione di un particolare valore numerico di riferimento per il livello di sicurezza.
E proprio per gli edifici pubblici (scuole, Comuni, ospedali, ecc.) ciò sarebbe molto vantaggioso; dal punto di vista del calcolo, peraltro, sarebbe implicito il miglioramento nell'analisi per meccanismi di collasso.
Sugli sviluppi normativi, occorre sempre sottolineare che la complicazione eccessiva dei metodi di calcolo previsti dalle nuove normative fa peggiorare tutto il processo di progettazione, rischiando di vanificare lo scopo di maggior sicurezza che le stesse normative si propongono di raggiungere.

Il diagramma di flusso allegato a quest'articolo illustra sinteticamente le considerazioni esposte.
L'analisi strutturale con il software è collocata nella seconda fase del processo di progettazione e deve essere preceduta da una generale corretta impostazione del progetto.
Inoltre, l'elaborazione di calcolo deve essere condotta con metodologie appropriate e con un adeguato senso critico.
E comunque in un progetto di miglioramento sismico nessun calcolo può sostituire il già citato "pacchetto minimo di interventi": va bene usare il software - e qui il nostro impegno per fornire un idoneo strumento è massimo -, ma si deve sempre mantenere l'aderenza alla realtà mettendo a frutto le esperienze del passato. 

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