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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. 

Sulla CNR-DT 212/2013

CNR-DT 212/2013(22.01.2015) Sulle "Istruzioni per la Valutazione Affidabilistica della Sicurezza Sismica di Edifici Esistenti", CNR-DT212/2013, documento CNR del 14 maggio 2014.

L'argomento interessa i Professionisti che operano nel campo del consolidamento strutturale antisismico.
Sui contenuti del documento sono sorte varie perplessità, sia sul metodo che nel merito, che intendiamo condividere con Voi attraverso il contributo illuminante del Dott. Ing. Fausto Giovannardi, Direttore responsabile della rivista Ingegneria Sismica.
Francesco Pugi

Basta una cifra decimale
 

La recente presentazione della CNR-DT 212/2013 -Istruzioni per la Valutazione Affidabilistica della Sicurezza Sismica di Edifici Esistenti- ha riacceso la discussione che si era solo assopita con l’entrata in vigore delle NTC 2008, dopo il polverone provocato dalla originale vicenda iniziata con l’ordinanza 3274 della Protezione civile di Bertolaso.

Chiariamo subito che la CNR-DT 212/2013 non è legge e neppure una linea guida. E’ solo un contributo di un gruppo di studiosi ad un tema importantissimo soprattutto per il nostro paese. Questa premessa è doverosa perché in passato le pubblicazioni del CNR hanno spesso svolto un ruolo “ufficioso” di norma.

Scopo dichiarato della  CNR-DT 212/2013 è quello di riuscire a determinare “l’effettivo livello di protezione  della struttura,  misurato  in  termini  di  probabilità  di  superamento  di  ogni stato limite considerato”.
Il gruppo di studiosi che ha elaborato il documento, ritiene inoltre che “… lo sviluppo della normativa tecnica sulle strutture esistenti debba porsi quale obiettivo centrale la messa a punto di procedure idonee a valutare il  riflesso sul risultato finale di tutte le incertezze a valle dell’azione sismica di verifica, in termini di probabilità di superamento dello stato limite.” “Le presenti Istruzioni costituiscono quindi un approccio di livello superiore rispetto a quello previsto dalla Normativa vigente, ed è da ritenere che ad esse verrà fatto ricorso in casi di  particolare rilevanza economica e/o sociale. È anche prevedibile ed augurabile che dei concetti e delle procedure in esse contenuti possano giovarsi le future revisioni delle Norme attuali.”  

Il messaggio trasmesso è chiaro: lo stato dell’arte consente non solo di progettare la sicurezza degli edifici esistenti di fronte al sisma ma anche di determinare la quantità di questa sicurezza.  

Ci sia permesso di dubitare senza produrre calcoli, formule o teorie varie.
E’ patrimonio comune condiviso che l’analisi del comportamento sismico degli edifici esistenti in muratura è caratterizzato da una grande incertezza, sia per la scarsa conoscenza delle caratteristiche meccaniche della muratura, nonché dell’effettiva organizzazione delle strutture (ammorsature, connessioni, rigidezza solai, etc.).
Se poi dall’edificio singolo passiamo agli aggregati edilizi, casomai dei centri storici, la cosa si complica ancora e di molto.

Dalla osservazione dei danni a seguito dei recenti terremoti è stato riscontrato come la vulnerabilità di molti edifici in muratura dipende prioritariamente da carenze costruttive e dai dettagli costruttivi.
Il sisma non disintegra in modo disordinato le case in buono stato di manutenzione, ma seleziona le parti strutturali e le soluzioni tecnologiche più deboli, attivando meccanismi in molti casi facilmente prevedibili e già da tempo catalogati, a partire dal magistrale insegnamento di Antonino Giuffrè (Letture sulla meccanica delle murature storiche del 1991), nelle due grandi categorie del primo e secondo modo di danno.

Gli interventi per ridurre le carenze sono sufficientemente conosciuti e condivisi. Rileviamo, perplessi, come lo spirito che guida il tecnico-normatore è invece la certezza a tre cifre decimali. Ogni stanza di ogni casa del territorio italiano, ha un suo valore dell’accelerazione attesa a tre cifre decimali ed ora con la CNR-DT 212/2013 nella valutazione della vulnerabilità degli edifici esistenti entra in gioco “l’ipercubo ad N variabili aleatorie”.  

Eppure abbiamo sperimentato sulla pelle la differenza tra il “sisma atteso” dalle Norme in Emilia Romagna e quello arrivato nella tragica realtà.
Sappiamo da tempo che la complessità del patrimonio esistente la si semplifica solo con il paziente lavoro di conoscenza e che il pericolo e la vulnerabilità del nostro enorme e meraviglioso patrimonio di edilizia storica la si contrasta con interventi anche modesti ma diffusi e compatibili con la nostra economia.
Ma la nostra intelligenza non va in quella direzione, si muove alla ricerca di percorsi complicati, a tre cifre decimali, realizzabili da pochi e con tanto dispendio economico.

E l’Aquila è ancora li in rovina.  

Fausto Giovannardi

 

Combinazioni sismiche

Combinazioni sismiche(13.01.2015) In questo documento vengono pubblicati alcuni approfondimenti sulle Combinazioni di Carico Sismiche in PCM.
Il documento, prodotto dal Servizio di Supporto Aedes, è utile per tutti coloro che richiedono maggiori dettagli sulle modalità seguite da PCM per la gestione delle combinazioni sismiche.

Si considerino tutte le configurazioni previste dalla Normativa vigente:
- carichi verticali agenti in fase sismica: G + (psi)Q (1)
- azione sismica principale in direzione X o Y (2)
- verso delle forze sismiche positivo o negativo (2)
- eccentricità accidentale positiva o negativa (2)
- forze nella direzione di analisi +/- 30% forze nell'altra direzione (2)
- eccentricità nell'altra direzione: positiva o negativa (2)
Risultano in definitiva: 1*2^5 = 32 combinazioni sismiche.

Anziché riportare tutti i risultati per tutte le 32 combinazioni, generando una mole enorme di dati numerici dei quali interessa di fatto solo una parte, quella cioè che corrisponde alle sollecitazioni più sfavorevoli da utilizzare nelle verifiche di sicurezza, PCM razionalizza questa operazione determinando durante le elaborazioni i massimi effetti sismici e componendoli con quelli statici.

Ne deriva una maggior chiarezza degli output dei risultati, più comprensibili e direttamente relazionabili alle verifiche svolte.
Inoltre, in alcune situazioni potrebbero non essere presenti tutte le 32 combinazioni: si pensi ad esempio ai casi di analisi intermedie, dove si desideri esaminare il comportamento sismico in una sola direzione X o Y (tali fasi intermedie semplificano molto la messa a punto del modello strutturale, soprattutto in relazione alle analisi più onerose dal punto di vista del calcolo, come la pushover).
Seguendo il percorso proposto da PCM, l'Utente è libero di creare tutte le schematizzazioni che desidera, e trovare negli output i risultati che effettivamente interessano ai fini delle verifiche di sicurezza.

Pilastri e colonne in muratura

(16.12.2014) Nuovi sviluppi di PCM con ECS per pilastri in muratura: valutazione della vulnerabilità e consolidamento.

Alcune tipologie di edifici in muratura, tipicamente gli edifici rurali, presentano pilastri che sostengono una parte considerevole di carichi verticali e la cui capacità antisismica deve essere valutata con particolare attenzione nei confronti delle resistenze a compressione e a flessione.

Edificio rurale con pilastri in muraturaAbbiamo quindi approfondito il comportamento strutturale degli elementi murari verticali monodimensionali, le cui verifiche di sicurezza non possono essere assimilate a quelle svolte per i maschi murari, tipicamente calibrate per 'pannelli' murari.
Dalla Ricerca Aedes sono derivate nuove funzionalità del software, e siamo molto lieti di renderle disponibili agli Utenti di PCM con ECS.

Siamo partiti da una considerazione semplice: non è sufficiente ipotizzare che i pilastri lavorino a solo sforzo normale.
Con gli eventi sismici, infatti, se i collegamenti alle strutture murarie limitrofe sono assenti o scarsamente efficaci, i pilastri sono sottoposti anche ad effetti dovuti alle azioni orizzontali. Inoltre, anche per soli carichi statici vi sono casi di colonne in pietra o in muratura sottoposte a spinte non controbilanciate provenienti da archi e volte su di esse impostati.

Le stesse Norme sismiche (Circ. 617/2009, §C8A.5.7) indicano che i pilastri murari sono elementi destinati a sostenere prevalentemente carichi verticali, cioè sforzo normale, con limitati momenti flettenti (modeste eccentricità). Sotto azione sismica, però, come già osservato, questo requisito richiede che il pilastro sia collegato in modo molto efficace a strutture dotate di maggiore rigidezza, alle quali vengano trasferiti gli effetti inerziali delle masse eccitate.
Si tratta di una configurazione non sempre rispettata dai casi reali, e anche se fosse conseguita allo Stato di Progetto, in genere negli Stati di fatto si riscontrano collegamenti strutturali di dubbia efficienza.
Per lo studio del miglioramento statico e sismico della generalità dei casi è quindi necessario disporre di modelli dove i pilastri murari possono contribuire in misura più o meno significativa alla resistenza antisismica.
Modellazione e verifica di sicurezza con PCM + ECSSia allo Stato Attuale, che allo Stato di Progetto, occorre quindi esaminare le loro capacità a pressoflessione, sotto l'azione cioè di uno sforzo normale derivante dai carichi sovrastanti e di momenti flettenti prodotti dalle azioni sismiche, momenti che peraltro possono agire contemporaneamente sui due piani di flessione.

Lo studio della pressoflessione deviata viene condotto in PCM, con ECS, mediante la generazione del dominio di resistenza 3D (N-My-Mz) che evidenzia la verifica di sicurezza attraverso la posizione dei punti di sollecitazione rappresentativi delle varie analisi (statica non sismica, sismica statica o dinamica, sismica: statica non lineare pushover).

In PCM con ECS proponiamo inoltre vari tipi di consolidamento specifici per questi elementi strutturali: le cerchiature e i rinforzi longitudinali.

Le cerchiature esercitano un'azione di confinamento che incrementa sia il carico limite per sforzo normale sia la duttilità. Nella Normativa vigente (§C8A.5.7) si fa cenno della cerchiatura dei pilastri in muratura; maggiori dettagli vengono forniti dal testo normativo riguardo ai pilastri in calcestruzzo (§C8A.7.2.2). Fra i due casi (muratura e calcestruzzo) esistono peraltro evidenti analogie, in particolare riguardo agli effetti del confinamento intesi come incremento della resistenza a compressione e della duttilità (deformazione ultima nel diagramma di comportamento del materiale non reagente a trazione).
Interventi su pilastri e colonne in muraturaPCM con ECS consente la scelta fra le tre principali tecniche di consolidamento: FRP, CAM, acciaio strutturale.

Con FRP si possono avere sia fasce trasversali (=cerchiatura), sia nastri verticali; la disposizione dei nastri può essere anche tale da riempire la superficie della colonna.
Qualunque sia la disposizione dei nastri, la cerchiatura con FRP ha l'effetto di incrementare la resistenza a compressione e la deformazione ultima della muratura: ciò determina l'espansione del dominio di resistenza nella zona di maggiore compressione.
La presenza dei nastri longitudinali fornisce inoltre alla sezione una capacità resistente a trazione che espande il dominio di resistenza nella zona di scarsa compressione.
Con i nuovi valori di: resistenza a compressione - deformazione ultima della muratura - capacità resistente a trazione delle fibre, viene generato il dominio di resistenza allo Stato di Progetto, che presenterà un incremento dei coefficienti di sicurezza corrispondenti agli stati di sollecitazione previsti.
Si tratta di effetti molto evidenti nei grafici tridimensionali dei domini di resistenza, dove PCM con ECS propone, insieme alla superficie corrispondente al pilastro consolidato, quella del pilastro stesso nella situazione originaria (sola muratura non rinforzata). 

Con il metodo delle Cuciture Attive Murarie (CAM) la colonna può essere cerchiata con nastri in acciaio inox. Anche con questa tecnica, gli effetti ottenuti consistono nell'incremento di resistenza a compressione e di deformazione ultima.
Dominio di resistenza 3D (pressoflessione deviata)
L'intervento più tradizionale viene effettuato con l'Acciaio strutturale.
La cerchiatura viene realizzata con bande in acciaio (calastrelli), che possono essere solidarizzate ad angolari correnti lungo lo sviluppo verticale della colonna (ai 4 spigoli, per sezioni rettangolari). Le modalità di calcolo sono analoghe ai sistemi precedenti, ed anche con questa tecnica gli effetti ottenuti consistono nell'incremento di resistenza a compressione e di deformazione ultima, nonché nella capacità resistente a trazione nel caso di presenza di angolari.

Un'importante considerazione riguarda la forma della sezione trasversale. PCM con ECS consente l'analisi di qualunque sezione: per la rettangolare è possibile intervenire sia con la cerchiatura sia con le armature longitudinali; per sezioni generiche (es. circolare, ottagonale) è possibile applicare le cerchiature. In tutti i casi, il software produce il dominio di resistenza 3D, l'unico in grado di valutare gli effetti della pressoflessione deviata.

In alternativa, sono disponibili verifiche geometriche alla Heyman (tecniche di statica grafica) corrispondenti al controllo che la curva delle pressioni non fuoriesca dal contorno della sezione.
Anche se in tale ambito si prescinde dalla resistenza e dal suo incremento tramite cerchiature o armature longitudinali, si tratta comunque di un approccio interessante.
Infatti, la posizione della curva delle pressioni dipenderà in generale dai carichi e dai vincolamenti. Pertanto, se nello Stato di Progetto vengono migliorati i collegamenti in sommità o modificati i vincolamenti delle strutture, è possibile che la curva delle pressioni si ricentri rispetto allo Stato Attuale, indipendentemente dall'intervento di cerchiatura sul pilastro, e quindi si possa già così dimostrare il miglioramento nei confronti della stabilità.

In definitiva, attraverso PCM con ECS è possibile condurre un ampio spettro di considerazioni sulle capacità statiche e sismiche del fabbricato contenente pilastri e colonne in muratura, conseguendo una progettazione calibrata e correttamente supportata dall'analisi strutturale.

Da giovedì 18 dicembre nella pagina Download è disponibile la nuova versione di PCM con ECS, a completamento dell'annualità 2014, ed un apposito video nel canale Aedes Software di YouTube dedicato all'analisi strutturale di un edificio rurale contenente pilastri in muratura.
E per l'annualità 2015... l'evoluzione di PCM continuerà con nuovi, importanti sviluppi!

Buon lavoro con PCM e la nuova estensione ECS.

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