muratura armata: confronto

Muratura armata – Confronto fra i metodi

Muratura armata – Confronto fra i metodi

Le Norme Tecniche per le Costruzioni prevedono diversi metodi di verifica per la muratura armata. Al di là delle verifiche di edificio semplice, che non richiedono la modellazione della struttura, sono disponibili analisi lineari o non lineari.

In questo articolo avevamo già introdotto la muratura armata, ora è possibile scendere più in dettaglio analizzando lo stesso edificio con diverse metodologie di analisi e confrontando i risultati.

In particolare si può notare che le analisi lineari senza progettazione in capacità e le analisi di pushover con PRO_SAM forniscono risultati confrontabili. Le analisi lineari con progettazione in capacità si discostano molto.

Infatti come spiegato nell’articolo di approfondimento, per le analisi con progettazione in capacità anziché il taglio che deriva dall’analisi è necessario usare il taglio che deriva dalla gerarchia delle resistenze amplificato di 1.5.

Per pareti con una lunghezza significativa porta a momenti resistenti elevati di conseguenza sollecitazioni di taglio elevate  e quindi quantità di armature orizzontali elevate se non addirittura verifiche non soddisfatte.

muratura armata metodi di analisi

Confronto tra i metodi: il video

In questo video è modellata una struttura in muratura armata, poi sono eseguite verifiche con analisi non lineari con PRO_SAM e con analisi lineari (comprese nel modulo 10 di PRO_SAP), con e senza progettazione in capacità.

Per il video è stato utilizzato PRO_SAP 20.7.0 disponibile cliccando QUI.

Sono poi generati gli esecutivi automatici e sono confrontati i risultati della progettazione con i diversi strumenti messi a disposizione dalla normativa.

 

>> Clicca qui per scaricare le dispense e i modelli usati nel video <<

 

Muratura armata

Le verifiche sulla muratura armata

La muratura armata è una tecnologia che sta suscitando molto interesse perché coniuga la sicurezza strutturale alle alte prestazioni termiche. Se confrontata con altre tecnologie la muratura armata è caratterizzata da ottima durabilità, inoltre non presenta le note problematiche di verifica dei nodi dei telai in CA che sono sorte con le recenti NTC 2018.

Un recente ciclo di Webinar organizzato da Danesi Laterizi (che ringrazio per avermi permesso di utilizzare le immagini del loro manuale della muratura armata https://www.danesilaterizi.it/area-tecnica/) ha riscosso un enorme successo, a dimostrazione dell’interesse dei progettisti verso questa tecnologia.

CLICCA QUI per vedere il video del webinar.

muratura armata angolo

A differenza della muratura tradizionale, caratterizzata da verifiche che escludono la resistenza a trazione, l’inserimento di armature nella muratura permette di tenerne in conto e consente di realizzare strutture con pareti più snelle e con minore area resistente rispetto alla muratura non armata.

Naturalmente questa tecnologia non è da intendersi come la panacea per tutte le strutture, è bene ricordare che per alcune tipologie strutturali non è adatta: ad esempio strutture fortemente irregolari, con massa muraria ridotta, con pareti in falso o con “piano soffice”.

Cerchiamo di conoscere meglio questa tecnologia, le cui verifiche sono trattate nelle NTC ai paragrafi 4.5.7 e 7.8.3.

Cos’è la muratura armata?

Come accennato nell’introduzione, è una muratura in laterizi (pieni e semipieni), che presenta armature verticali e orizzontali annegate nella malta o nel conglomerato cementizio di riempimento. La quantità di armatura richiesta è modesta: le armature orizzontali minime sono Ф5 ogni 60 cm e barre verticali Ф16 in corrispondenza delle estremità di ogni maschio murario. In dettaglio le NTC prevedono:

Armature orizzontali, se usate per incrementare la resistenza nel piano:

  • diametro minimo Ф 5mm
  • 0.04% < Afo / Alorda < 0.5%
  • Interasse barre orizzontali < 60 cm

Armature verticali:

1 Ф16 all’inizio e alla fine di ogni parete, all’intersezione con pareti ortogonali, in corrispondenza di ogni apertura

0.05% < Afv / Alorda < 1%

Interasse barre verticali < 4 m

Dove Afo è l’armatura orizzontale, Afv è l’armatura verticale e Alorda è l’area lorda della parete (lunghezza x spessore parete per l’armatura verticale, altezza x spessore parete per l’armatura orizzontale).

minimi muratura armata

Analisi sulla muratura armata

La normativa prevede analisi semplificate, analisi lineari o non lineari, prevede inoltre progettazione in capacità o meno. Nell’immagine seguente uno schema riassuntivo delle possibilità offerte dalla norma.

Con PRO_SAP è possibile realizzare un unico modello ed analizzarlo con diversi tipi di analisi: il modello a telaio equivalente di PRO_SAM consente di eseguire analisi statiche non lineari, è inoltre possibile convertire automaticamente il modello a telaio in un modello plate-shell per eseguire analisi lineari  sia statiche che dinamiche, con o senza progettazione in capacità e confrontare i risultati delle analisi.

muratura armata metodi di analisi

PRO_SAP fa analisi statiche lineari o dinamiche lineari sia su modelli a telaio equivalente che su modelli con elementi plate-shell. Nei modelli con plate-shell PRO_SAP fa una integrazione automatica delle tensioni locali per ottenere le azioni risultanti di ogni maschio e di ogni trave, poi una volta ottenute le azioni macro esegue la progettazione automatica delle armature. In particolare la progettazione della muratura armata è compresa nel modulo 10 di PRO_SAP.

PRO_SAM fa analisi statiche non lineari su modelli a telaio equivalente, in fase di input è necessario inserire le armature di maschi e fasce, in maniera tale da costruire la curva di capacità tenendo conto direttamente di resistenze e spostamenti ultimi previsti dalla normativa per la muratura armata.

PRO_SAP tipi di analisi muratura armata

La progettazione

Innanzi tutto è richiesto un comportamento di tipo globale, quindi i sistemi resistenti verticali e orizzontali devono essere collegati tra loro in modo da resistere alle azioni orizzontali e verticali in maniera “scatolare”.

Analogamente alla muratura tradizionale sono previste verifiche di pressoflessione nel piano e fuori piano e verifiche a taglio, i meccanismi di rottura prevedono però un contributo dell’armatura che incrementa notevolmente le resistenze ed introduce la resistenza a trazione, in particolare le verifiche a:

Pressoflessione nel piano e fuori piano sono analoghe a quelle delle sezioni in cemento armato con un diagramma delle compressioni della muratura rettangolare con profondità pari a 0,8 la profondità dell’asse neutro e tensione pari a 0,85 fd. Le deformazioni massime da considerare sono pari a εm = 0,0035 per la muratura compressa e εs = 0,01 per l’acciaio teso. In caso di analisi statica non lineare si adottano come valori di progetto le resistenze medie dei materiali e lo spostamento ultimo può essere assunto pari all’1,6% dell’altezza del pannello.

Taglio tengono conto dei contributi della muratura (Vt,M) e dell’armatura (Vt,S), qualora sia presente almeno l’area minima prevista, secondo le relazioni indicate al paragrafo 7.8.3.2.2

Per quanto riguarda la progettazione in capacità, il principio fondamentale è finalizzato ad evitare il collasso per taglio, assicurandosi che sia preceduto dal collasso per flessione. Tale principio è rispettato quando ciascun pannello murario è verificato a flessione rispetto alle azioni agenti ed è verificato a taglio rispetto alle azioni risultanti dalla resistenza a collasso per flessione, amplificate del fattore 1.5.

Confronto tra i metodi

Vale la pena fare qualche considerazione relativamente alla progettazione in capacità: il fattore di comportamento q non varia molto adottando la progettazione tradizionale o quella in capacità: per edifici regolari in pianta ed in elevazione vale q = 2,5·1,5 = 3,75 per muratura armata e q =  3·1,3 = 3,9 per muratura armata con progettazione in capacità, quindi varia del 4%.

Fare una progettazione in capacità comporta quindi di avere uno “sconto” del 4% sulle azioni e quindi sulle verifiche a pressoflessione e taglio, comporta però un incremento del 50% delle sollecitazioni che derivano dalla gerarchia delle resistenza per le verifiche a taglio, quindi un notevole incremento di armatura orizzontale.

Sicuramente l’edificio si comporterà meglio e non avrà collassi per taglio, ma relative verifiche saranno penalizzate.

PRO_SAP consente di fare le verifiche con entrambi i metodi e confrontare i risultati della progettazione sia in relazione di calcolo che nei disegni esecutivi.

Una volta completata la progettazione, PRO_Marm, compreso nel modulo 10, fa la relazione di calcolo e gli esecutivi automatici.

PRO_Marm

Ing. Gennj Venturini

Responsabile ricerca e sviluppo – 2S.I. Software e Servizi per l’Ingegneria S.r.l.

venturini@2si.it

Novità PRO_SAM 2020

Questa settimana l’Università di Ferrara ha ospitato due seminari su PRO_SAM.

Nel primo l’ing. Venturini di 2S.I. ha fatto una applicazione pratica mostrando le novità su PRO_SAM tra le quali:

  • Nuove distribuzioni di forza multimodali e corrispondenti all’andamento delle forze.
  • Esportazione automatica dei cinematismi di piano verso PRO_CineM.
  • Generazione automatica del modello D3 con plate-shell per l’analisi delle fondazioni o per fare analisi lineari multimodali.

Nel secondo l’Ing. Paolo Morandi, uno degli autori di SAM II, ha approfondito gli aspetti teorici. Ha inoltre fornito utili strumenti per l’interpretazione dei risultati e il controllo delle curve.

Esempio miglioramento sismico: Confronto tra metodi – Parte 2

Si procede con lo studio dell’edificio introdotto nell’articolo precedente. In questo caso si analizzerà la struttura attraverso l’uso di analisi dinamiche lineari e successivamente si presenta un esempio di miglioramento sismico mediante l’utilizzo di FRCM.

Analisi lineare dinamica e miglioramento sismico

Verifica della condizione Ante-Opera

Oltre ai carichi di natura statica, definiti durante la verifica ai soli carichi verticali eseguita in precedenza, è necessario definire all’interno del programma l’azione dinamica associata al sisma.

In questo modo all’interno del programma sono presenti casi di carico sia statici che dinamici. 

Nello specifico i carichi definiti sono i seguenti:

  • Gγk: Peso proprio della struttura;
  • Gsk: Permanenti solai copertura;
  • Qsk: Variabili solai;
  • Qnk: Variabile da neve;
  • Edk: Azione dinamica.

Si procede con la definizione dell’intensità dell’azione sismica all’interno del menù “Casi di carico: sismica “.

Come illustrato in precedenza l’edificio è di categoria d’uso B1 ed il livello di conoscenza raggiunto dalle indagine è LC3.

Le NTC18 prevedono tre tipologie di analisi lineari:

  • Analisi lineare con spettro elastico;
  • Analisi lineare con spettro elastico e comportamento Non Dissipativo;
  • Analisi lineare con fattore di comportamento q;

Si illustra brevemente il funzionamento delle due tipologie di analisi:

Analisi  con spettro elastico: lo spettro di risposta da impiegare è quello elastico definito al § 3.2.3 delle NTC18 eseguendo l’analisi e verifica secondo quanto previsto dal § C8.7.2.3 (verifiche duttili in termini di rotazione rispetto alla corda e verifiche fragili) oppure § 7 per le costruzioni non dissipative.

Analisi con fattore di comportamento q: si utilizza lo spettro di progetto, assumendo il fattore di comportamento q nel campo fra 1.5 e 3 sulla base della regolarità della costruzione in esame e delle sollecitazioni delle membrature dovute ai carichi verticali. Le verifiche vanno fatte in termini di resistenza, controllando che la domanda in termini di sollecitazioni sia inferiore o uguale alla corrispondente capacità. La domanda sugli elementi strutturali si ottiene dall’analisi con spettro di risposta elastico ridotto, rispettivamente, per gli elementi/meccanismi duttili del fattore del comportamento attribuito alla struttura, per gli elementi/meccanismi fragili del fattore di comportamento q=1.5.

La scelta del fattore di comportamento q è fondamentale perché modifica sia lo spettro di progetto sia il metodo con il quale verranno eseguite le verifiche. Tale fattore dipende dalla regolarità della costruzione, dalla tipologia strutturale e dalla capacità dissipativa del materiale.

PRO_SAP è in grado di capire autonomamente la tipologia di analisi da utilizzare in funzione del valore di q introdotto.

In questo caso si assume un fattore di comportamento q=1.5 per gli elementi/meccanismi duttili.

Si procede con la definizione delle combinazioni previste dalla normativa, attraverso il comando “Combinazioni“.

Verifica degli elementi

Anche  in questo caso, per svolgere le verifiche è necessario eseguire prima la “Verifica schemi armatura” e poi la “Verifica edificio esistente”.

Come era prevedibile, le verifiche svolte rispetto i carichi sismici non risultano soddisfatte per buona parte delle travi e dei pilastri.

Nello specifico entrambe le tipologie di elementi vanno in crisi sia per flessione/pressoflessione che per taglio lato acciaio, come si può vedere dal risultato delle verifiche.

Seguendo le indicazioni contenute nelle NTC18, una prima valutazione speditiva del fattore di sicurezza della struttura è fatta attraverso il parametro di riferimento ξE, definito come il rapporto tra l’accelerazione massima sopportabile dalla struttura e l’accelerazione massima associata ad un edificio nuovo.

All’interno di PRO_SAP il parametro di riferimento ξE si ricava riducendo gradualmente il “Livello di sicurezza per esistenti %”, fino a quando si ottiene il soddisfacimento delle verifiche.

Inoltre si ricava in automatico anche l’accelerazione massima per l’esistente legata al livello di sicurezza prescelto.

Allo stato attuale si ottiene un valore del livello di sicurezza ξE pari a 0.40.

Proposta d’intervento di miglioramento sismico e verifica situazione Post-Opera

Le nuove NTC18 al § 8.3 prevedono la valutazione di ξE sia nelle condizioni Ante Opera che Post Opera, a seguito di un intervento di miglioramento, allo scopo di verificare un incremento di ξE di almeno 0.10.

L’intervento di miglioramento sismico, di minima, proposto consiste nel rinforzare i tramezzi in laterizio esistenti posizionando su entrambi i paramenti del panello una maglia di materiale FRCM in fibre di PBO immersa tra due strati di matrice inorganica dello spessore complessivo di 2.0 cm su ogni paramento.

L’esempio di miglioramento sismico viene modellato mediante una schematizzazione alla Stafford-Smith & Carter dei tramezzi, cioè mediante l’utilizzo di bielle equivalenti, definite in PRO_SAP come elementi aste compresse. Dal calcolo si è ottiene una sezione rettangolare pari a 0.24×0.35m. 

L’intervento sarà svolto lungo tutto lo sviluppo verticale dell’edificio in modo da non generare variazione di peso e rigidezza e quindi irregolarità strutturali.

Le proprietà meccaniche dei pannelli, data l’assenza di informazioni negli elaborati originali, sono ricavate dalla Tab. C8A.2.1 della Circolare 617/2009.

La buona realizzazione delle tramezzature consente di utilizzare i massimi valori indicati.

Come prescritto all’interno delle CNR DT215 del 2018, il contributo di confinamento introdotto dal rinforzo consente di incrementare le proprietà del materiale di un fattore γ=1.30.

L’intervento è implementato spuntando la voce “Muratura consolidata”, in “Tecnica di intervento”, definendo così il valore del fattore γ.

Al momento le NTC18 non prevedono tipologie d’interventi mediante FRCM,  in questo caso si spunta la voce “Intonaco armato” in quanto restituisce il medesimo fattore di incremento γ.

Modellazione del miglioramento sismico

La disposizione dei rinforzi sugli elementi posti lungo la direzione trasversale è stata valutata in modo da ottenere il miglior risultato al minimo costo.

Ipotizzando un miglioramento sismico di minima, quindi un incremento del parametro di sicurezza ξE di almeno 0.1, si eseguono le verifiche post intervento considerando un livello di sicurezza di ξE=0.5.

Dall’intervento svolto risulta che tutti gli elementi soddisfano le verifiche previste dalla norma anche per un sisma relativo a ξE=0.5.

Si illustrano i risultati ottenuti dalle verifiche dopo l’intervento.

 

In questo modello abbiamo utilizzato l’analisi dinamica per una facilità di lettura dei risultati e per illustrare l’applicazione delle analisi dinamiche nelle verifiche degli edifici esistenti.

Dal momento che l’intervento scelto in questo caso specifico prevede la collaborazione tra muratura e cemento armato ricordiamo che il paragrafo 7.8.5 delle NTC 2018 dice:

In casi in cui si ritenesse necessario considerare la collaborazione delle pareti in muratura e dei sistemi di diversa tecnologia nella resistenza al sisma, quest’ultima deve essere verificata utilizzando i metodi di analisi non lineare.

Nel prossimo articolo si analizzerà la struttura mediante analisi non lineari statiche (Pushover) con il  modulo PRO_SAM, in modo da poter confrontare i risultati appena ottenuti.

Dott. Ing. Dylan Susat

susat@2si.it

Esempio di miglioramento sismico: Confronto tra metodi – Parte 1

In questo articolo svilupperemo un esempio miglioramento sismico: la valutazione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti è ormai pratica comune, tanto che il D.M. 2018 illustra al suo interno quattro diverse tipologie di analisi a seconda del livello di approfondimento che il progettista vuole raggiungere. 

Si analizzerà una struttura esistente, realizzata a meta degli anni ’70, caratterizzata da una struttura portante a telaio, multipiano a più campate, in cemento armato con elementi di tamponamento in laterizio. 

Inizialmente si descriveranno i primi passi svolti al fine di ottenere una conoscenza preliminare della struttura sia dal punto di vista geometrico che dei materiali così da definire il livello di conoscenza e il conseguente fattore di comportamento come richiesto dalla normativa. Successivamente si studierà il comportamento della struttura attraverso l’uso di analisi lineari dinamiche svolte in PRO_SAP e da analisi non lineari statiche attraverso il nuovo modulo PRO_SAM.

Per concludere, si confronteranno i risultati ottenuti dalle due analisi a seguito di un intervento di miglioramento sismico.

Il fabbricato si sviluppa su un’altezza di 5 piani, 4 fuori terra e uno seminterrato.

esempio di miglioramento sismico

L’edificio ha destinazione d’uso B1, cioè uffici non aperti al pubblico e risulta essere di classe d’uso III, non scolastico, in quanto non sono presenti aule studio, ma solo studi dei docenti e laboratori di ricerca.

La modellazione di una struttura esistente è analoga a quella di una struttura nuova, si rimanda al videocorso “primi passi” per un esempio di modellazione, in questo caso però cambia la definizione dei materiali, che dipendono dalle indagini in sito, e delle armature che possono essere calcolate automaticamente da PRO_SAP con il progetto simulato, oppure possono derivare dal rilievo, in questo caso essere date in input attraverso l’assegnazione degli schemi armatura.

Vediamo in dettaglio come.

Input della struttura: esempio miglioramento sismico

Indagine storico-critica

La geometria degli elementi strutturali, le armature presenti e i carichi agenti su di essi sono desunti dalla documentazione originale di progetto reperita presso gli archivi cittadini.

Si riportano alcuni stralci significativi del progetto strutturale.

Indagini conoscitive dei materiali e delle geometrie

La stima delle proprietà meccaniche del materiale esistente per questo esempio miglioramento sismico è ottenuta dallo svolgimento di un’estesa campagna d’indagini, progettata al fine di raggiungere un livello di conoscenza (LC3) e di conseguenza, come definito all’interno della Circolare 2019 al § C8.5.4, ottenere il corrispondente fattore di confidenza FC=1.00. Tale fattore di confidenza sarà applicato nella valutazione delle verifiche fragili e duttili per materiali esistenti.

L’indagine è stata fatta svolgendo sia prove in-situ di tipo non distruttivo sia attività di laboratorio di tipo distruttivo su provini ottenuti mediante carotaggio ad umido.

Mediante indagini di natura non distruttiva di tipo pacometrico e mettendo a nudo porzioni di armatura, rimuovendo lo strato superficiale d’intonaco,si è definita la posizione, il numero e il diametro delle barre d’armatura.

Carotaggi cemento armato

Le prove distruttive eseguite in laboratorio (rottura per compressione) sono state svolte su provini cilindrici, con snellezza unitaria, ottenuti da campioni prelevati da alcuni elementi portanti della struttura.

Interpolando i risultati ottenuti da entrambe le prove, si ottiene una classe di resistenza del calcestruzzo esistente equivalente ad un C16/19, caratterizzato dalle seguenti proprietà medie

Rcm = 19.40 MPa
fcm = 0.83 · Rcm = 16.10 MPa
fctm = 0.30 · fcm2/3 = 1.91 MPa
fcfm = 1.20 · fctm = 2.30 MPa
Ecm = 22.000 · [fcm/10]0.3 = 25378.76 MPa
mv=2141 kg/m3

All’interno di PRO_SAP le proprietà meccaniche del calcestruzzo esistente sono definite attraverso il menù “Dati struttura”>>“Materiali”. Attivando l’opzione “Materiale esistente” il programma esegue le verifiche per edifici esistenti.

Definizione elementi

Per illustrare l’esempio miglioramento sismico non si descriverà la modellazione dell’edificio, in quanto si  vogliono confrontare i risultati ottenuti da analisi dinamiche lineari e statiche non lineari, quest’ultime sviluppate dal modulo PRO_SAM, per edifici esistenti in cemento armato. Per completezza si indica come sono state definite le sezioni resistenti degli elementi strutturali all’interno del programma.

Al fine della modellazione all’interno del programma si è deciso di considerare solamente la sezione rettangolare resistente degli elementi dato che la modellazione delle sezioni reali non avrebbe apportato nessun beneficio dal punto di vista dei risultati, ma solo allungato i tempi computazionali.

La geometria di travi e pilastri è inserita all’interno del programma dal menù “Dati struttura”>>“Sezioni”.

Terminata la modellazione è necessario inserire manualmente l’armatura longitudinale e trasversale di ogni elemento, mediante il comando “Edita proprietà” , in modo da poter eseguire le verifiche per edifici esistenti.

La struttura progettata per sostenere principalmente carichi verticali non presenta gli accorgimenti, indicati all’interno del D.M.18, riguardanti le zone critiche degli elementi. In particolare, primo fra tutti, si è notato che le staffe non presentano un’adeguata chiusura tale da consentire il confinamento della sezione e di conseguenza incrementarne la duttilità.

All’interno del programma si tiene conto di ciò nei “Criteri di Progetto”, di travi e pilastri, dove si impone di trascurare il confinamento della sezione.

Conclusa la definizione della geometria, delle armature degli elementi e la loro modellazione si passa all’inserimento dei carichi agenti.

Analisi dei carichi

Le azioni agenti sugli elementi di bordo e sugli orizzontamenti sono stati reperiti dagli elaborati originali considerando le sezioni reali degli elementi e le relative caratteristiche meccaniche dei materiali di cui sono composti, oltre ai sovraccarichi indicati all’interno della normativa al § 3.1.4.

Solai

I solai presenti nella struttura sono di tipo alleggerito con singolo travetto precompresso, caratterizzati da soletta in c.a., la quale assicura un comportamento di piano rigido dell’orizzontamento.

Si illustra sinteticamente l’analisi dei carichi dei solai ed una sezione tipo.

  • TP55H24+4

  •  TP55H20+3

In questo caso, oltre al peso proprio del solaio, si considera il contributo al mq dei muretti di sostegno della copertura, della copertura stessa e del carico neve in quanto non si considera necessario modellare tali elementi ed azioni.

  •  TP55H16+4

Tamponamenti

L’elemento pannello di PRO_SAP consente di considerare automaticamente il carico dei tamponamenti, si è scelto di modellare il carico manualmente per mostrare una applicazione dei carichi generici.

I tamponamenti sono costituiti da due pannelli in muratura semipiena  accostati di spessore 0.14m e 0.10m, con un relativo peso per unità di volume pari a 16kN/m3 e 11kN/m3 e sviluppo verticale di 3.10m. Il carico distribuito per unità di lunghezza così ottenuto è pari a

Qtamp = 10.02 kN/m

Inoltre, è presente un’eccentricità dell’asse medio dei tamponamenti rispetto all’asse baricentrico delle travi di bordo in media pari a 0.50m; tale condizione comporta la presenza di momento torcente su detti elementi.

L’azione torcente agente in modo distribuito lungo lo sviluppo delle travi di bordo risulta essere pari a

Qtorc = 7.11 kNm/m

Si conclude questa prima fase introduttiva, eseguendo la verifica della struttura per i soli carichi gravitazionali al fine di accertare la sicurezza dell’edificio nella condizione attuale.

Per fare ciò, all’interno di PRO_SAP, si definiscono i soli carichi verticali attraverso il comando “Casi di carico: aiuto per la gestione” e successivamente si determinano le combinazioni di carico.

Definite le armature degli elementi, come illustrato in precedenza, è possibile eseguire le verifiche controllando prima la “Verifica schema armatura” e poi la “Verifica edificio esistente“.

  La struttura soddisfa le verifiche per carichi gravitazionali, a questo punto è possibile procedere con le analisi sismiche dell’esempio miglioramento sismico.

Dott. Ing. Dylan Susat

susat@2si.it

Sismabonus 2020

Sismabonus 2020: quali sono le novità?

Che cos’è il simabonus? I contribuenti che eseguono interventi per l’adozione di misure antisismiche sugli edifici possono detrarre una parte delle spese sostenute dalle imposte sui redditi. La detrazione può essere richiesta per le somme spese nel corso dell’anno e può essere ceduta se relativa a interventi effettuati su parti comuni di edifici condominiali. La percentuale di detrazione e le regole per poterne fruire sono diverse a seconda dell’anno in cui la spesa viene effettuata. Sono concesse detrazioni più elevate quando alla realizzazione degli interventi consegua una riduzione del rischio sismico.

Il 9 gennaio 2020 è stato pubblicato l’aggiornamento delle linee guida per la classificazione del rischio sismico delle costruzioni (simabonus) nonché le modalità per l’attestazione, da parte di professionisti abilitati, dell’efficacia degli interventi effettuati. (D.M. n. 24 del 9/1/2020)

Il testo integra il D.M. n. 58 del 28/2/2017, vediamo in questo articolo approfondimento quali sono le principali modifiche e come sono state recepite dal modulo PRO_SMB che si collega a PRO_SAP.

1)    Allegato A – PAM

Corretta la formulazione per il calcolo della PAM, inserito CR al posto di RC%.

PAM sismabonus

2)    Allegato A – Classe IS-V

Corretta la formulazione per l’attribuzione della classe IS-V in funzione dell’entità dell’indice di sicurezza all’interno della tabella 2 (inversione della disuguaglianza);

classe rischio sismico simbabonus

3)    Allegato A – riferimento

Corretto il riferimento della tabella per il calcolo del metodo semplificato degli edifici in Muratura (tabella 6 invece di tabella 7)

metodo semplificato simabonus

4)    Allegato A – Passaggio di classe

Modificato all’interno della tabella 6 il passaggio della classe di vulnerabilità per le murature in mattoni o pietra lavorata a fronte degli interventi di rafforzamento locale con metodo semplificato (da V5 a V4 invece che da V4 a V3));

sismabonus passaggio di classe


Come possiamo vedere le modifiche relative all’allegato A non sono sostanziali in quanto trattandosi principalmente di correzione di errori di sintassi o di battitura nella stesura del testo erano già stati implementati correttamente da PRO_SMB nella prima versione del 2017.

5)    Allegato B

Modificato il sistema di riferimento delle coordinate dei due spigoli opposti della costruzione da utilizzare (ETRF2000 invece di WGS84)

Rimane comunque la possibilità di utilizzare le precedenti coordinate indicandolo nella casella a fianco.

allegato B sismabonus 2020

6)    Applicabilità del sismabonus 2020

La principale novità riguarda l’applicabilità delle agevolazioni previste estendendole anche al caso di demolizione e ricostruzione di immobili, a seguito delle intervenute disposizioni regionali in materia edilizia, nonché alle disposizioni legislative nazionali e provvedimenti dell’Agenzia delle Entrate.

sismabonus demolizione


Queste novità riguardano anche il modulo PRO_SMB di PRO_SAP: CLICCA QUI per scaricare la versione aggiornata di PRO_SMB al D.M. n. 24 del 9/1/2020.

La nuova versione di PRO_SMB ha i riferimenti aggiornati l’allegato B viene stampato automaticamente insieme alla relazione che attesta la classificazione del rischio sismico.

Tutorial

Ecco alcuni vidocorsi della serie PRO_SAP Tips sull’uso di PRO_SMB.

Progetto cerchiature

INTERVENTI LOCALI SU EDIFICI ESISTENTI: LE CERCHIATURE

³Nel precedente articolo abbiamo dato la definizione di intervento locale ed abbiamo descritto le caratteristiche e gli obiettivi di questo tipo di intervento.

In questo articolo ci concentreremo su un particolare tipo di intervento locale: l’apertura di un vano in una parete.

Inquadramento normativo

La circolare 7/2019 stabilisce che l’apertura di un vano in una parete accompagnata da opportuni rinforzi si può considerare un intervento locale a condizione che “si dimostri che l’insieme degli interventi non modifichi significativamente rigidezza, resistenza nei confronti delle azioni orizzontali e capacità di deformazione della struttura”.

Come progettare una cerchiatura

L’intervento di apertura di vani in una parete in muratura, o di modifica dei vani esistenti, prevede la valutazione della variazione di rigidezza e di resistenza tra ante operam e post operam. Se necessario, si dovranno prevedere interventi di rinforzo per ripristinare la rigidezza e/o la resistenza perdute con l’intervento. Il classico intervento di rinforzo è l’inserimento di un telaio metallico o in cemento armato all’interno dei vani.

Uno dei limiti del D.M.2018 e della circolare, come anche dei loro predecessori, è che prescrivono che rigidezza e resistenza non cambino in modo significativo a seguito dell’intervento, senza però definire quando una variazione sia significativa.

Un utile riferimento per colmare questa lacuna può essere il documento “Orientamenti interpretativi in merito a interventi locali o di riparazione in edifici esistenti” emesso dalla Regione Toscana nel 2012 che riguardo gli interventi sulle murature in elevazione riporta:

Regione Toscana orientamenti interpretativi interventi locali. Variazione rigidezza significativa.

Paragrafo 1.2 del documento “Orientamenti interpretativi in merito a interventi locali o di riparazione in edifici esistenti” della Regione Toscana.

In accordo con il parere del comitato tecnico-scientifico della Regione Toscana si può assumere che la variazione di rigidezza non è significativa se la rigidezza cala o aumenta meno del 15%.

Il calcolo della variazione di rigidezza e le verifiche sul telaio di rinforzo

La valutazione della variazione di rigidezza non è particolarmente complessa. Per calcolare la rigidezza ante operam e quella post operam si applicano le classiche formule di scienza delle costruzioni:

Calcolo delle rigidezze dei maschi murari di cui è composta la parete

Calcolo delle rigidezze dei maschi murari di cui è composta la parete

Se la variazione di rigidezza non è significativa l’intervento si può eseguire anche senza prevedere la cerchiatura. Ma attenzione alla variazione di resistenza: il D.M.2018 dice che l’intervento locale non deve comportare una riduzione dei livelli di sicurezza preesistenti. Questo significa che, se una riduzione non significativa di rigidezza può essere accettabile, una riduzione di resistenza non lo è mai. Tuttavia anche nel caso di variazione di resistenza potrebbe non essere necessario inserire una cerchiatura nel vano, ci sono altri modi di risolvere il problema. Per esempio, una soluzione potrebbe essere l’intonaco armato, anche se è certamente un intervento più costoso del telaio metallico.

Invece quando la variazione di rigidezza è significativa deve per forza essere previsto un intervento di rinforzo per ripristinare la situazione ante operam.

Quando si prevede di inserire un telaio metallico o in c.a. all’interno dei vani la rigidezza del telaio viene calcolata con il classico nEJ/H³ dove n può essere 3 o 12 a seconda del vincolo alla base del telaio che viene scelto. E bisogna moltiplicare la rigidezza per due, in quanto ci sono due montanti. Nel post operam la rigidezza dei due montanti del telaio, o dei telai nel caso di più aperture, viene sommata a quella dei maschi murari residui. In accordo con il documento della regione Toscana, la rigidezza dei maschi murari residui sommata a quella dei montanti dei telai non deve variare di più del 15% rispetto alla rigidezza ante operam.

Una volta dimensionato opportunamente il telaio per ripristinare la perdita di rigidezza e di resistenza si può procedere con le verifiche di resistenza dello stesso con i metodi descritti al capitolo 4 del D.M.2018.

Aspetti critici delle verifiche della variazione di rigidezza

Né il D.M. né la circolare forniscono particolari dettagli sul calcolo della rigidezza, lasciando al progettista l’onere di alcune scelte progettuali che hanno molta influenza sul risultato finale.

Un problema con cui ci si deve confrontare molto di frequente è la valutazione dell’altezza dei maschi murari. Consideriamo per esempio la situazione nell’immagine seguente:

Apertura vani in parete in muratura con cerchiatura

All’ante operam non ci sono aperture quindi nemmeno fasce di piano. In questo caso, senza dubbio, l’altezza del maschio murario coincide con l’altezza di interpiano. Nel post operam viene creata una porta perciò ci sarà una fascia di piano. Considerando la presenza della fascia di piano, l’altezza del maschio murario dovrebbe essere pari all’altezza dell’apertura adiacente. Ma questo vorrebbe dire considerare un’altezza diversa dei maschi murari rispetto all’ante operam. Il problema è che potrebbe risultare che inserendo l’apertura si ha un aumento di rigidezza della parete.

Bisogna anche tenere presente che non è detto che basti la presenza della fascia di piano per considerare l’altezza del maschio murario pari a quella delle aperture adiacenti. Pensiamo per esempio al caso della finestra: la muratura sotto l’apertura potrebbe non avere funzione portante ed in questo caso l’altezza del maschio murario non sarebbe coincidente con l’altezza della finestra ma andrebbe dalla base della parete fino all’estremo superiore dell’apertura, in pratica come se ci fosse una porta.

Poiché la normativa non si esprime, sono tutte valutazioni di competenza del progettista.

Aspetti critici del progetto e delle verifiche del telaio di rinforzo

Anche per le verifiche del telaio di rinforzo la norma non scende nei dettagli, di conseguenza anche in questo caso è il progettista che deve valutare come è più opportuno procedere per il caso che sta studiando.

In questo caso la domanda a cui rispondere è: quali sollecitazioni è necessario considerare per eseguire la progettazione del telaio?

Se si considerasse l’apertura di un solo vano nella parete si potrebbe pensare di progettare il telaio perché abbia una resistenza oppure una rigidezza pari a quella della muratura che viene rimossa. Ed il calcolo per determinare il profilo da utilizzare o la sezione dei montanti in c.a. sarebbe piuttosto semplice.

Purtroppo però questa via non è percorribile nel caso i vani da aprire o modificare siano più di uno. Infatti si calcola una variazione globale di resistenza o di rigidezza tra ante operam e post operam. In altre parole, date le due o più aperture, possiamo sapere che sulla parete oggetto di studio c’è stata una certa variazione di rigidezza o resistenza. Ma non è così immediato ripartire questa variazione di rigidezza globale della parete tra i due o più telai necessari per il ripristino della situazione ante operam.

Anche qui la normativa non è d’aiuto, è il progettista che deve decidere come determinare le sollecitazioni di progetto del telaio.

E bisogna anche fare attenzione a non sovradimensionare il telaio. Non si può avere un telaio troppo rigido altrimenti la rigidezza e la resistenza della parete aumenta troppo. Un telaio rigido va in crisi per spostamenti molto inferiori a quelli della muratura. L’ideale sarebbe avere un telaio che abbia una deformabilità confrontabile con quella della muratura. Può essere utile accettare una riduzione di rigidezza rispetto allo stato di fatto, purché si resti all’interno del 15% proposto dalla regione Toscana.

PRO_CAD progetto cerchiature

PRO_SAP dispone di un modulo che automatizza le verifiche degli interventi di apertura o di modifica dei vani in una parete esistente in muratura: il modulo PRO_CAD progetto cerchiature. Inoltre il modulo esegue le verifiche automatiche dei telai di rinforzo, sia in acciaio che in cemento armato.

PRO_CAD calcolo cerchiature

La finestra principale di PRO_CAD calcolo cerchiature

Il funzionamento del modulo è molto intuitivo. La maggior parte della finestra principale del programma è occupata dalla finestra grafica. Nella parte destra ci sono i comandi per la definizione della geometra della parete e delle aperture, sia ante operam che post operam, e delle caratteristiche dei materiali.

L’archivio dei materiali

Il programma ha in memoria la tabella C8.5.I della circolare 7/2019, così l’utente deve semplicemente richiamare il materiale di cui è composta la parete su cui si deve intervenire, non è richiesto l’inserimento manuale di dati riguardanti le caratteristiche meccaniche della muratura. È anche possibile applicare automaticamente al materiale i coefficienti correttivi della tabella C8.5.II della circolare. Dal momento che le tipologie di muratura previste dalla tabella C8.5.I sono piuttosto limitate il programma consente anche la definizione di un materiale da utente, funzionalità utile anche nel caso in cui siano state eseguite le prove in sito e si abbiano a disposizione informazioni più precise di quelle fornite dalla circolare.

L'archivio dei materiali di PRO_CAD calcolo cerchiature

L’archivio dei materiali di PRO_CAD calcolo cerchiature

I criteri di progetto

L’apertura di un vano in una parete esistente è un intervento apparentemente semplice. Tuttavia ci sono alcuni aspetti da valutare con particolare attenzione, come detto nei precedenti paragrafi relativi alle criticità.

Dal momento che la norma non obbliga ad utilizzare un certo metodo di verifica, e nemmeno dà suggerimenti, molte scelte spettano al progettista.

Per questo motivo il modulo PRO_CAD progetto cerchiature mette a disposizione un buon numero di criteri di progetto in modo che l’utente possa trovare la soluzione più adatta al caso che sta studiando.

I criteri di progetto di PRO_CAD calcolo cerchiature

I criteri di progetto di PRO_CAD calcolo cerchiature

La prima scelta da fare riguarda il calcolo dell’altezza dei maschi murari. Sono possibili tre opzioni diverse:

  • Fasce non rigide: maschi murari con altezza pari all’altezza di interpiano
  • Fasce rigide: maschi murari con altezza pari all’altezza delle aperture adiacenti
  • Fasce semirigide: il metodo proposto da Dolce, con il quale si costruisce anche il telaio equivalente per le analisi di pushover.

Come già detto in precedenza, nel caso di parete senza aperture allo stato di fatto, considerando le fasce rigide c’è il rischio di ottenere un aumento di rigidezza in seguito alla creazione delle aperture. Per questo motivo il programma consente al progettista di considerare la stessa altezza dei maschi murari sia allo stato di fatto che allo stato di progetto.

Una seconda scelta da fare riguarda lo schema statico dei maschi murari. Il programma consente di indicare se è presente un cordolo o meno in modo da considerare l’opportuno moltiplicatore di EJ/H³. Analogamente è possibile personalizzare anche lo schema statico del telaio di rinforzo considerando una cerniera od un incastro alla base. Questa scelta va fatta in funzione del materiale, della presenza di un elemento sotto l’apertura e, per l’acciaio, del tipo di piastra di base che verrà realizzata.

Nei criteri di progetto è possibile personalizzare anche il metodo per il calcolo dello spostamento ultimo. Sono disponibili due diversi metodi previsti in letteratura:

  • Coefficiente di duttilità: lo spostamento ultimo si ottiene moltiplicando lo spostamento elastico per un coefficiente µ detto coefficiente o fattore di duttilità. Il valore di questo parametro varia tra 1.5 e 2.0 in funzione del tipo di muratura ed è stato determinato sperimentalmente da Turnsek e Cacovic nel 1977. Il programma assume automaticamente il valore opportuno in funzione del tipo di materiale selezionato dall’utente.
  • Derivante dalle NTC. Lo spostamento ultimo per rottura a pressoflessione è assunto dal §7.8.2.2.1 del D.M.2018, mentre quello a taglio dal §7.8.2.2.2.

Il programma consente comunque di indicare un valore da utente.

Le ultime scelte da fare nei criteri di progetto sono quelle relative al progetto del telaio.

Come detto in precedenza, anche per le verifiche del telaio la norma e la circolare non danno particolari prescrizioni o suggerimenti quindi è il progettista che deve valutare come è più opportuno procedere.

PRO_CAD progetto cerchiature non progetta il telaio perché abbia la rigidezza o la resistenza della muratura che viene rimossa. Come detto in precedenza è un metodo che funziona solamente se si considera una sola apertura, non ha validità generale. Per questo motivo sono stati pensate due diverse strategie per determinare le sollecitazioni agenti sul telaio:

  • Forza in sommità al telaio. Il telaio è verificato per resistere alle sollecitazioni dovute ad una forza applicata in sommità pari al momento ultimo dell’elemento verticale diviso la sua altezza. Nel caso di colonna in acciaio il momento ultimo si calcola con le formule del capitolo 4 del D.M.2018, Mu = Wpl*fyk/gammaM0 per profili in classe 1 o 2 o Wel*fyk/gammaM0 per profili in classe 3. Allo scopo di non sovradimensionare il telaio non si considera mai una forza maggiore del taglio ultimo dei maschi murari.
  • Spostamento in sommità. Il telaio è verificato per resistere alle sollecitazioni che si ottengono applicando in sommità lo spostamento elastico. Tuttavia non si considera uno spostamento maggiore dello spostamento ultimo della muratura. Considerare uno spostamento maggiore dello spostamento ultimo della muratura vorrebbe dire sovradimensionare il telaio.

Con entrambi i metodi si considerano applicati sull’architrave i carichi permanenti e variabili dati dalla muratura e dai solai sopra la parete oggetto dell’intervento.

Le verifiche

Tutte le verifiche sono automatizzate. Il programma valuta prima la variazione di rigidezza. Se questa è compresa nel limite del più o meno 15% rispetto allo stato di fatto PRO_CAD calcolo cerchiature procede anche con le verifiche del telaio di rinforzo. Infatti non avrebbe senso verificare il telaio se la variazione di rigidezza fosse eccessiva.

Nelle verifiche vengono automaticamente trascurati gli elementi che non hanno i requisiti richiesti dal D.M. 2018 per poter essere considerati elementi portanti. Per questo motivo è molto importante fare attenzione a dove si posiziona l’apertura ed alle dimensioni che avrà: è necessario che al post operam ci sia comunque un numero sufficiente di elementi in muratura portanti. Se la maggior parte della muratura viene sostituita da un telaio metallico o in c.a. non si tratta di intervento locale.

Una volta eseguite le verifiche si apre automaticamente la finestra con la relazione di calcolo che riporta riferimenti normativi, metodo di calcolo e risultati delle verifiche:

La relazione di calcolo di PRO_CAD calcolo cerchiature

La relazione di calcolo di PRO_CAD calcolo cerchiature

Nodi acciaio nelle cerchiature

È possibile salvare la relazione in formato .rtf per poterla rielaborare o stampare.

⚠️ La nuova versione di PRO_CAD calcolo cerchiature ha una importante novità.

Nel caso sia stato utilizzato un telaio metallico, all’interno della finestra della relazione di calcolo, è possibile utilizzare il comando “esportare nodi acciaio” per generare e verificare in automatico i nodi del telaio con il modulo PRO_CAD nodi acciaio.

Riassumendo:

⇒ L’apertura di vani in pareti in muratura esistenti:

  • Può essere considerata intervento locale se la rigidezza non cambia in modo significativo
  • La circolare non esplicita quando la variazione di rigidezza diventa significativa, ma si può fare riferimento al parere della Regione Toscana

⇒ È un intervento solo in apparenza semplice, in realtà bisogna fare attenzione:

  • Nella scelta del metodo per il calcolo dell’altezza dei maschi murari
  • Nella scelta delle sollecitazioni di progetto degli elementi metallici

PRO_CAD disegno cerchiature:

  • Ha un interfaccia semplice ed intuitiva
  • Ha in memoria i materiali previsti dalla circolare 7/2019
  • Ha un ampio archivio di criteri di progetto per consentire all’utente la massima libertà nel progetto dell’intervento
  • Esegue automaticamente le verifiche dell’intervento e degli elementi di rinforzo
  • Scrive automaticamente la relazione di calcolo
  • Genera automaticamente i disegni esecutivi dell’intervento
  • Esporta i dati per le verifiche dei collegamenti degli elementi metallici con PRO_CAD nodi acciaio

Ing. Alberto Marin (marin@2si.it)

interventi locali

Interventi locali su edifici esistenti: le novità che potrebbero esserti sfuggite

interventi localiMolti degli interventi che si eseguono sugli edifici esistenti, in particolar modo su quelli in muratura, ricadono nella categoria degli “interventi locali”.  In questo articolo vedremo come la normativa definisce questo tipo di interventi e quali sono i principali interventi locali.

Moduli PRO_SAP

Moduli PRO_SAP

Inquadramento normativo

Il D.M. 2018 definisce le categorie di intervento che si possono eseguire sugli edifici esistenti al §8.4. La circolare 7/2019 fa qualche puntualizzazione sulla definizione al §C8.4.

Secondo la norma gli interventi locali sono “interventi che interessino singoli elementi strutturali e che, comunque, non riducano le condizioni di sicurezza preesistenti”.

Nello specifico un intervento locale dovrebbe avere uno o anche più di uno dei seguenti obiettivi:

  • Ripristinare, rispetto alla configurazione precedente al danno, le caratteristiche iniziali di elementi o parti danneggiate
  • Migliorare le caratteristiche di resistenza e/o duttilità di elementi o parti, anche non danneggiati
  • Impedire meccanismi di collasso locale
  • Modificare un elemento o una porzione limitata della struttura

PRO_VLIM fibrorinforzi sul cemento armato

Cosa è cambiato rispetto al passato per gli interventi locali

Il vecchio D.M.2008 parlava degli interventi locali al §8.4 ed al §8.4.3. Inoltre c’erano alcune precisazioni nel §C8.4.3 della circolare del 617/2009 del C.S.LL.PP.

Rispetto al passato la nuova normativa non ha apportato modifiche sostanziali alla definizione di intervento locale o alle finalità di questa categoria di interventi. Però ci sono alcune differenze significative.

Per prima cosa il vecchio D.M. prevedeva che l’intervento locale fosse sempre migliorativo rispetto alle condizioni di sicurezza preesistenti. Come detto sopra invece, la nuova norma stabilisce che l’intervento non deve ridurre le condizioni di sicurezza preesistenti. Questo facilita la vita al progettista.

Inoltre nella nuova normativa, D.M. e circolare, è stato cambiato l’ordine di presentazione degli interventi: la trattazione degli interventi sugli edifici esistenti comincia proprio dagli interventi locali.

Non si tratta di un aspetto puramente formale, come riportato dalla circolare 7/2019 questo è stato fatto per suggerire al progettista una certa logica nell’approccio agli interventi sugli edifici esistenti.

Infatti la circolare auspica che il progettista consideri per prima cosa gli interventi locali. Sono sicuramente meno invasivi e più economici di un intervento di miglioramento o di adeguamento che in genere riguardano parti estese della struttura. Inoltre, pur non alterando in maniera sostanziale il comportamento della struttura, gli interventi locali consentono in molti casi di ottenere un significativo aumento della sicurezza della struttura.

In quest’ottica di dare maggiore importanza agli interventi locali, nella nuova normativa sono stati ampliati i paragrafi dove vengono descritti gli obiettivi da conseguire e le procedure per ottenerli.

PRO_CINEM calcolo cinematismi locali nella muratura

Come progettare un intervento locale

Le modalità di progettazione di un intervento locale sono descritte sempre dal D.M.2018 al §8.4.1 e dalla circolare 7/2019 al §C8.4.1

La circolare dice esplicitamente che “per questa categoria di intervento non è richiesta la valutazione della sicurezza globale dell’opera”.

Quindi, se si considera un intervento locale è possibile limitarsi a studiare la parte di struttura o gli elementi strutturali interessati dall’intervento. La valutazione della sicurezza è necessaria solo per le parti strutturali su cui si va ad intervenire.

Però, anche se vengono studiati singoli elementi strutturali o porzioni limitate della struttura, il D.M.2018 chiede che venga quantificato l’incremento della sicurezza qualora l’intervento abbia come fine il miglioramento della resistenza o della duttilità di un elemento strutturale oppure l’impedimento di meccanismi di collasso locale. Un’altra cosa che non era prevista dalle vecchie norme.

Avendo studiato solo alcune parti della struttura, la norma concede che la relazione illustrativa sia relativa solamente alle parti di struttura oggetto di intervento. Tuttavia richiede che, qualora sia necessario, il progettista dimostri che “l’intervento non ha modificato in senso negativo il comportamento degli altri elementi della costruzione e di tutta la costruzione nel suo insieme”.

PRO_SAFE rinforzi capannoni industriali

Un aspetto degli interventi locali a cui fare attenzione

Un’osservazione importante da fare è che se le verifiche globali non tornano, non torneranno nemmeno in seguito all’intervento locale. Con questo tipo di interventi si va ad agire solamente su determinati elementi strutturali e, per definizione, non cambia il comportamento globale della struttura. In pratica, questo vuol dire che con l’intervento locale non si può dimostrare un aumento della sicurezza in termini di PGA. Ma aumentare la PGA non è lo scopo di questo tipo di interventi, come ricorda anche la norma al §8.4.1.

I moduli PRO_CAD per il progetto degli interventi locali

Dal momento che la circolare non richiede la valutazione della sicurezza globale dell’opera, in molti casi per questo tipo di interventi non è necessario fare un modello con PRO_SAP.

Infatti PRO_SAP ha diversi moduli che permettono lo studio di interventi locali, come:

  • PRO_CAD calcolo cerchiature per l’apertura di vani in pareti in muratura
  • PRO_CAD solai e tetti in legno per la sostituzione o il rinforzo di coperture o solai
  • PRO_CINEm per lo studio degli interventi volti ad eliminare meccanismi di collasso locale
  • PRO_SAFE per gli interventi locali su edifici industriali
  • PRO_VLIM per il rinforzo di sezioni in c.a. o c.a.p. con FRP

Calcolo solai e tetti in legno con connettori

Riassumendo:

⇒ Gli interventi locali:

  • Interessano porzioni limitate della struttura
  • Non modificano in modo sostanziale il comportamento
  • Non riducono la sicurezza preesistente

⇒ Le novità del D.M.2018 e della circolare 7/2019:

  • La norma suggerisce al progettista di cambiare approccio: dare la precedenza agli interventi locali più economici, meno invasivi ma comunque in grado di aumentare notevolmente la sicurezza della struttura
  • È necessaria una valutazione locale della variazione di sicurezza degli elementi strutturali oggetto di intervento

⇒ Si possono conseguire i seguenti obiettivi:

  • Ripristinare parti strutturali danneggiate
  • Aumentare la resistenza di elementi strutturali carenti (anche non danneggiati)
  • Impedire meccanismi locali

⇒ In PRO_SAP:

  • Generalmente non occorre fare un modello globale della struttura
  • Si possono usare i tanti moduli per le verifiche delle cerchiature, dei solai in legno, dei cinematismi, degli interventi su edifici industriali, ecc…

Ing. Alberto Marin (marin@2si.it)

Verifiche Geotecniche con NTC 2018 e Circolare 2019: le 5 novità principali

 

Con l’entrata in vigore della NTC 2018 si riscontrano alcuni cambiamenti significativi; vediamo quali sono le principali novità sulle verifiche geotecniche rispetto alla precedente normativa.

1)   Categorie di sottosuolo: spariscono S1 e S2

La prima differenza si riscontra nel capitolo 3; in particolare, per le categorie di sottosuolo, sono state eliminale le categorie S1 e S2

Categorie di Sottosuolo che permettono l'utilizzo dell'approccio semplificato

NTC 2018 – Tab. 3.2.II

specificando che nel caso di sottosuolo non appartenente alle categorie presenti in Tab. 3.2.II è necessario predisporre di specifiche analisi di risposta sismica locale per la definizione delle azioni sismiche. Inoltre, non è più consentita la classificazione del sottosuolo in base ai valori di NSPT (per terreni a grana grossa) e Cu (per terreni a grana fine), ma viene lasciata al progettista la possibilità di utilizzare correlazioni empiriche per la valutazione della velocità delle onde di taglio Vs.

In PRO_SAP è possibile specificare la categoria di sottosuolo dal contesto di Assegnazione carichi al passo 2 dei casi di carico sismici

Passo 2-Casi di carico: sismica

PRO_SAP – Finestra Categorie di sottosuolo Ss

mentre in PRO_MST la categoria di sottosuolo viene specificata al passo 2 della finestra Parametri sismici

Parametri sismici (DM 17/1/2018) - Passo 2

PRO_MST – Finestra Categorie di sottosuolo Ss

 

 

 

2)    Verifiche SLV: cambiano i coefficienti parziali

Il cambiamento maggiore riguarda l’utilizzo dei coefficienti parziali; con l’NTC 2018 le verifiche agli stati limiti ultimi in presenza di sisma vengono condotte ponendo pari ad 1 sia i coefficienti parziali sulle azioni che i coefficienti parziali sui parametri geotecnici

C7.11.1 Requisiti nei confronti degli stati limite

Circ. 2019 – C7.11.1

 

3)   Fondazioni superficiali: l’Approccio 2 e il valore di γR

Nel capitolo 6 della NTC 2018, si dà indicazione della tipologia di approccio da seguire in base al tipo di opera geotecnica ed in base al tipo di verifica.

Nel caso di fondazioni superficiali, fondazioni su pali, muri di sostegno, la verifica a stabilità globale deve essere eseguita con riferimento all’ Approccio 1 Combinazione 2 (A2+M2+R2), mentre tutte le altre verifiche devono essere eseguite secondo l’ Approccio 2 (A1+M1+R3).

In PRO_SAP l’ Approccio 2 viene proposto di default quando si generano le combinazioni quindi il progettista non deve specificare nulla se desidera le verifiche di portanza e scorrimento. Nel caso si imposti l’ Approccio 1, con l’utilizzo della NTC 2018,  il programma genera un avviso nel quale viene specificato che per le verifiche geotecniche è previsto il solo utilizzo dell’Approccio 2; dunque, pur definendo l’Approccio 1 in PRO_SAP, nel Modulo geotecnico sarà comunque impostato di default l’Approccio 2 come previsto dalla normativa tecnica 2018

Per le fondazioni superficiali, nel caso si consideri l’azione inerziale nel calcolo del carico limite, è possibile fare riferimento ad un coefficiente parziale R3 ridotto passando da un valore di γR=2.3 ad un valore di γR=1.8

Stato Limite Ultimo (SLV) per carico limite

NTC 2018 – PAR. 7.11.5.3.1 – Fondazioni superficiali

mentre, nel caso di verifica a scorrimento, viene posto un valore di percentuale limite di resistenza passiva considerabile (non superiore al 50%) e, in aggiunta, viene introdotto l’utilizzo di un coefficiente di resistenza passiva

Coefficienti parziali gR per le verifiche degli stati limite (SLV) per fondazioni superficiali con azioni sismiche

NTC 2018 – Tab. 7.11.II

In PRO_SAP è possibile definire la fondazione superficiale dall’ archivio delle fondazioni

Archivio delle Fondazioni

PRO_SAP – Archivio Fondazioni

oppure utilizzando elementi D2 (per travi di fondazione) ed elementi D3 (per le platee) assegnando la proprietà di fondazione

Nel modulo geotecnico tutti i coefficienti sono già impostati secondo la normativa corrente.

Impostazioni fondazioni superficiali - Approccio 2

Modulo Geotecnico – Impostazioni fondazioni superficiali

Le verifiche geotecniche obbligatorie previste dalla normativa per le fondazioni superficiali sono quindi:

  • Collasso per carico limite dell’insieme fondazione-terreno;
  • Collasso per scorrimento sul piano di posa;
  • Stabilità globale

4)   Fondazioni profonde: l’Approccio 2

Le verifiche geotecniche previste dalla normativa sono:

  • Collasso per carico limite assiale;
  • Collasso per carico limite trasversale;
  • Collasso per carico limite di sfilamento nei riguardi dei carichi assiali di trazione
  • Stabilità globale

In PRO_SAP la definizione delle fondazioni profonde avviene tramite l’archivio delle fondazioni. Una volta definita la tipologia di fondazione profonda, i dati vengono passati in automatico al Modulo geotecnico dove verranno eseguite le verifiche di tipo geotecnico.

Nel modulo geotecnico tutti i coefficienti sono già impostati secondo la normativa corrente.

Impostazioni fondazioni su pali

Modulo Geotecnico – Impostazioni fondazioni profonde

5)   Muri di sostegno e paratie: il coefficiente βm e i diversi approcci

Come già detto, nel caso di fondazioni superficiali, fondazioni su pali, muri di sostegno, la verifica a stabilità globale deve essere eseguita con riferimento all’ Approccio 1 Combinazione 2 (A2+M2+R2), mentre tutte le altre verifiche devono essere eseguite secondo l’ Approccio 2 (A1+M1+R3).

Per i muri di sostegno, la verifica a ribaltamento non deve essere più condotta con riferimento allo stato limite di equilibrio ma, anche essa deve seguire l’ Approccio 2 (A1+M1+R3). Ciò è confermato anche all’ interno della nuova Circolare 2019

Approccio 2

Circ. 2019 – C6.5.3.1.1 – Muri di sostegno

Per le paratie, la verifica di stabilità globale deve essere effettuata considerando l’ Approccio 1 Combinazione 2 (A2+M2+R2), mentre le rimanenti verifiche devono essere effettuate secondo l’ Approccio 1 considerando le due tipologie di combinazione:

  • Combinazione 1: A1+M1+R1
  • Combinazione 2: A2+M2+R1

Nella nuova Circolare 2019 si entra più nel dettaglio circa l’utilizzo della Combinazione 1 e della Combinazione 2; la combinazione 1 si utilizza nel caso di stati limite ultimi di tipo strutturale, mentre si segue la combinazione 2  nel caso di stati limiti ultimi di tipo geotecnici (in particolare, si potrebbe pensare al calcolo della profondità di infissione della paratia) [C6.5.3.1.2 – Paratie].

Altra differenza riguarda  il coefficiente di riduzione dell’accelerazione massima attesa al suolo βm dei muri di sostegno; esso può assumere due valori diversi: si pone βm=0.38 per SLV e βm= 0.47 per SLD, a differenza di quanto era riportato nella tabella 7.11.II della NTC 2008. Inoltre, per la verifica a ribaltamento bisogna considerare un valore di βm incrementato del 50% rispetto a quello utilizzato per la verifica a scorrimento.

Parametri sismici (DM 17/1/2018) - Passo 2

PRO_MST- Coeff. di riduzione dell’accelerazione massima attesa al suolo βm

Le verifiche geotecniche obbligatorie previste dalla normativa per i muri di sostegno sono quindi:

  • Scorrimento sul piano di posa;
  • Collasso per carico limite del complesso fondazione-terreno;
  • Ribaltamento;
  • Stabilità globale.

6)   RIASSUMENDO

  • Per fondazioni superficiali, fondazioni su pali, muri di sostegno:
    • A2+M2+R2 verifiche di stabilità globale
    • A1+M1+R3 Tutte le altre verifiche (carico limite, ribaltamento, scorrimento)
  • Per le verifiche agli SLV i coeff. parziali A (azioni) e M (parametri geotecnici) assumono valore unitario (g=1).
  • Per fondazioni superficiali il coeff. gR=1.8 in presenza di effetti inerziali.
  • Per i muri di sostegno
    • βm<1 per muri liberi di traslare o di ruotare intorno al piede in presenza di sisma,
    • βm=1 per muri con traslazione impedita

Ing. Monica Mazza

mazza@2si.it

Strutture deformabili torsionalmente: cosa cambia con la circolare 2019?

Approccio normativo

Le strutture dotate di bassa resistenza e rigidezza torsionale sono definite deformabili torsionalmente, questo significa che la marcata eccentricità tra il baricentro della massa e quello della rigidezza può provocare amplificazioni significative degli effetti legati alle azioni sismiche.

Per queste strutture il comportamento duttile è fortemente penalizzato, per tenere conto di questo aspetto la normativa impone una sensibile riduzione del fattore di comportamento q che si traduce nel conseguente incremento dell’azione sismica di progetto.

Pertanto diventa fondamentale essere in grado di determinare se la struttura possa essere classificata come deformabile torsionalmente o meno, ed eventualmente intervenire modificando la geometria o la disposizione degli elementi strutturali principali.

La progettazione con le NTC 2018 risulta influenzata dalla modifica del criterio per stabilire se la struttura è deformabile torsionalmente rispetto al metodo proposto dalle precedenti NTC08.

Questa condizione viene controllata mediante il rapporto r2/ls2, il cui valore limite deve essere pari almeno ad 1 per evitare che il comportamento sia deformabile torsionalmente (rispetto alla precedente normativa per cui era sufficiente che r/ls > 0.8).

Il calcolo dei fattori r2 ed ls2 è rimasto sostanzialmente invariato, tuttavia facendo qualche confronto ci si rende immediatamente conto di come sia molto più difficile rispettare questa prescrizione, con la conseguenza che diverse strutture che non risultavano deformabili torsionalmente ora potrebbero risultare classificate con questo tipo di comportamento.

Metodo per verificare se una struttura è deformabile torsionalmente o meno. Confronto tra NTC08 e NTC18

Strutture deformabili torsionalmente – Confronto NTC18 / NTC08

La circolare applicativa del 21 Gennaio 2019 modifica parzialmente questo aspetto introducendo un metodo alternativo per la determinazione del comportamento torsionale della struttura, attraverso il rapporto tra i periodi dei modi di vibrare T e Tθ:

Metodo alternativo proposto dalla circolare 21 Gennaio 2019 per verificare se una struttura è deformabile torsionalmente o meno.

Strutture deformabili torsionalmente – Metodo alternativo circolare 21 Gennaio 2019

Attraverso alcuni casi prova è facile verificare come questo metodo alternativo consenta nelle situazioni cosiddette “border line”, ovvero quando il rapporto r2/ls2 è di poco inferiore all’unità, di poter considerare la struttura non deformabile torsionalmente, mentre in casi più estremi i due metodi forniscono risultati concordanti.

Esempi applicativi con PRO_SAP

Vediamo l’applicazione di questi due metodi alternativi proposti dalla normativa attraverso il software di calcolo PRO_SAP.

Esempio 1

Il primo caso di studio è una struttura deformabile torsionalmente con un nucleo ascensore inserito in posizione eccentrica rispetto al baricentro delle masse, come si può osservare sia il rapporto r2/ls2 che T/Tθ indicano un comportamento fortemente torsionale:

Struttura a telaio deformabile torsionalmente con un nucleo ascensore inserito in posizione eccentrica

Esempio 1 – Struttura irregolare

Analizzando il rapporto r2/ls2 = 0.17 < 1, per cui la struttura è fortemente deformabile torsionalmente:

Esempio 1 – Baricentro masse e rigidezze

Il valore indicato è un anteprima che viene viene mostrato prima di lanciare le analisi e viene calcolato sulla base della somma delle rigidezze degli elementi verticali (si veda di seguito uno stralcio estratto dalla documentazione di affidabilità di PRO_SAP)

Determinazione del baricentro delle masse e delle rigidezze. Estratto del manuale di affidabilità di PRO_SAP

Determinazione del baricentro delle masse e delle rigidezze

Al passo 4 dei casi di carico sismici è disponibile il rapporto tra i periodi T/Tθ ottenuto un analisi modale preventiva prima di lanciare le analisi della struttura.

Esempio 1 – Periodi T1

Gli stessi valori sono confermati anche al termine delle analisi in cui vengono mostrati in modo dettagliato anche con le relative % di massa attivata nelle varie direzioni:

Esempio 1 – Analisi dinamiche

TX / Tθ = T2 / T1 = 0.43/0.81 = 0.53

Si può vedere come entrambi I metodi, cioè sia quello della normativa basato sulla valutazione del raggio torsionale, sia quello della circolare basato sulla determinazione dei periodi porpri definiscano la struttura come deformabile torsionalmente (e quindi con un fattore di comportamento q più piccolo e azioni sismiche maggiori).

Esempio 2

Il secondo caso studio è stato ottenuto dal primo inserendo una parete sismica nella posizione opposta al vano ascensore, in modo da riequilibrare la posizione del baricentro delle rigidezze.

Anche in questo caso i due metodi forniscono risultati concordanti, ma vedremo come i risultati ottenuti con il secondo metodo siano molto meno marcati rispetto al caso precedente, mentre il rapporto r2/ls2 indichi che la struttura sia abbondantemente non deformabile torsionalmente.

Struttura a telaio regolare.

Esempio 2 – Struttura regolare

Esempio 2 – Baricentro masse e rigidezze

Esempio 2 – Periodi T1

Esempio 2 – Analisi dinamiche

TX / Tθ =  T1/ T2 = 0.44/0.41 = 1.07

Si può vedere come entrambi I metodi, cioè sia quello della normativa basato sulla valutazione del raggio torsionale, sia quello della circolare basato sulla determinazione dei periodi porpri definiscano la struttura come NON deformabile torsionalmente (e quindi con un fattore di comportamento q più grande e azioni sismiche minori).

 r2/ls2Deform. Torsionalmente (metodo normativa)TX / TθDeform. Torsionalmente (metodo circolare)
Esempio 10.17SI (<1)0.53SI (<1)
Esempio 22.28NO (>1)1.07N0 (>1)

In conclusione:

  • Le NTC18 modificano la formulazione per valutare se la struttura è deformabile torsionalmente o meno, penalizzando di fatto il comportamento strutturale rispetto alla precedente normativa
  • La circolare introduce una formulazione alternativa basata sul rapporto tra il periodo traslazionale ed il periodo torsionale
  • Il metodo fornito dalla normativa è in generale più conservativo rispetto a quello previsto dalla circolare.
  • il limite del metodo indicato dalla normativa è quello di essere applicabile ai singoli livelli della struttura, inoltre si presta bene per edifici con piante di forma regolare, in quanto è fortemente condizionato dalle dimensioni in pianta dell’impalcato
  • Il metodo della circolare è applicabile in modo univoco e dipende dalle proprietà intrinseche della struttura.

Ing. Mirco Basaglia

basaglia@2si.it