5 cose da sapere PRIMA di analizzare i cinematismi locali nella muratura

PRO_CineM consente il calcolo automatizzato dei cinematismi locali nella muratura, sia con analisi cinematiche lineari che cinematiche non lineari.

Prima di fare l’analisi dei cinematismi è però bene avere le idee chiare sulla struttura, perché l’inserimento di taluni dettagli costruttivi può impedire l’attivazione di meccanismi.

1 Il comportamento monolitico

L’analisi dei cinematismi ha significato se è garantita una certa monoliticità della parete muraria, tale da impedire collassi puntuali per disgregazione della muratura.

Il rilievo e la determinazione della qualità muraria è fondamentale importanza: una muratura di scarsa qualità potrebbe attivare fenomeni di disgregazione PRIMA dell’attivazione dei cinematismi.

2 Meccanismi di I modo e di II modo

Si definiscono danni di I modo per azioni ortogonali al piano del muro, danni di II modo per azioni appartenenti al piano del muro. I meccanismi di I modo sono anche detti cinematismi locali.
Di nuovo il rilievo strutturale è fondamentale per la corretta descrizione del comportamento: la presenza di cordoli, catene e buon ammorsamento può impedire l’attivazione di cinematismi di I modo e quindi condurre verso un comportamento globale della struttura.

3 I dettagli costruttivi e il rilievo strutturale

Si può quindi identificare una gerarchia di attivazione dei meccanismi, a seconda della qualità muraria e della cura dei dettagli costruttivi.

Disgregazione -> Cinematismi locali -> Comportamento globale

4 La normativa

L’analisi dei cinematismi è prevista dalla Circolare 2 febbraio 2009 n. 617, al Punto C8.7.1.1:

“Quando la costruzione non manifesta un chiaro comportamento d’insieme, ma piuttosto tende a reagire al sisma come un insieme di sottosistemi (meccanismi locali), la verifica su un modello globale non ha rispondenza rispetto al suo effettivo comportamento sismico… In tali casi la verifica globale può essere effettuata attraverso un insieme esaustivo di verifiche locali.”

Anche la normativa pone l’accento sul fatto che deve essere il progettista ad identificare la costruzione per capire quale comportamento, se la costruzione non manifesta un chiaro comportamento d’insieme, quella dei cinematismi è l’analisi più adatta.

Tipicamente si affianca un’analisi globale ad esempio un’analisi di pushover a telaio equivalente che identifica i meccanismi globali alle analisi dei cinematismi locali che identificano i collassi fuori dal piano. In questo modo, per una muratura di buona qualità, si ottengono le verifiche sia locali che globali.

5 Quali meccanismi si attiveranno?

Una volta deciso di indagare i cinematismi locali è importante capire quali cinematismi si attiveranno.

In letteratura sono ampiamente descritti i cinematismi possibili: ribaltamento semplice, ribaltamento composto, flessione verticale, …

Naturalmente la presenza di cordoli, catene e buon ammorsamento con le pareti trasversali modifica il comportamento della struttura impedendo l’attivazione di alcuni cinematismi.

È importare prestare attenzione in fase di input dei modelli nei software di calcolo perché la scelta di assegnare tiranti, buon ammorsamento con le pareti ortogonali o cordoli modifica il risultato dell’analisi.

Ad esempio, la presenza di un cordolo in C.A. efficacemente ammorsato al piano rigido del solaio impedisce l’attivazione dei meccanismi di ribaltamento semplice, di seguito alcune immagini esplicative tratte dal software PRO_CineM.

In questa presentazione tenuta al Ministero della Difesa dal Professor G. Milani del Politecnico di Milano è illustrata una trattazione delle verifiche dei cinematismi, con anche esempi pratici.

Ing. Gennj venturini

venturini@2si.it

Muratura: criticità e ottimizzazione dei modelli lineari

Muratura: analisi lineariLe strutture in muratura possono essere verificate con analisi lineari oppure non lineari (paragrafo 4.5.5, NTC 2018), in questo post ci occuperemo di analisi lineari, in particolare della individuazione delle criticità e ottimizzazione dei modelli realizzati con elementi plate-shell (D3, in PRO_SAP).

Nei modelli con elementi D3 è importante prestare attenzione alla geometria.

Per le verifiche PRO_SAP integra le tensioni locali fino a ottenere le AZIONI MACRO con le quali fa le verifiche, le azioni macro sono ottenute per sezioni orizzontali, quindi la geometria deve essere meno distorta possibile

Sono da considerarsi mesh distorte quelle con angoli molto acuti (ad esempio < 30°) o molto ottusi (ad esempio > 150°), queste hanno una minore accuratezza e PRO_SAP avverte durante il check della loro eventuale presenza: meglio utilizzare mesh più quadrate possibile e con nodi allineati in orizzontale, anche per agevolare l’operazione di integrazione.

Geometria: la mesh

La geometria:

  1. Non deve avere mesh distorte
  2. Deve avere i nodi per quanto possibile allineati in orizzontale
  3. È possibile modellare solo i maschi murari oppure anche le travi di accoppiamento dei maschi
  4. Le pareti in falso sono da evitare
Geometria: le eccentricità

eccentricità

La normativa dice di considerare per la muratura 3 eccentricità, vediamole nel dettaglio.

es1 data dall’eccentricità dei piani superiori –> FILO FISSO di tipo allineamento nel caso ci siano variazioni di spessore. I fili fissi sui D3 hanno effetto sulle azioni.

es2 data dall’eccentricità dell’appoggio del solaio à si può modellare assegnando un momento d’incastro dei solai (si veda documentazione di affidabilità, Test 113 VERIFICA NON SISMICA DELLE MURATURE)

ea dovuta alle tolleranze di esecuzione, PRO_SAP la considera in automatico

ev dovuta alle azioni orizzontali è ottenuta in automatico da PRO_SAP utilizzando le azioni macro (e=Mo/N)

Geometria: gli svincoli

Può essere utile inserire degli svincoli:

SVINCOLI su elementi D2: simulano il fatto che le travi sono incernierate alle pareti

SVINCOLI su elementi D3: simulano un comportamento a cerniera fuori dal piano delle pareti, che lavoreranno prevalentemente per sollecitazioni complanari (ad esempio un cerniera al piede della parete).

Geometria: i solai

PRO_SAP consente di assegnare ai solai la proprietà “piano rigido”, che viene modellato con elementi membrana e aiuta a conferire comportamento scatolare alla struttura.

La bidirezionalità dei solai serve invece a simulare il fatto che in alcune condizioni (ade esempio presenza di soletta con rete) i solai non sono perfettamente monodirezionali, ma una certa percentuale del carico viene assegnata anche alle pareti parallele alla direzione di orditura.

Riassumendo:
  • Modellare, se necessario, tutte le eccentricità
  • Assegnare, se necessario, gli svincoli agli elementi D2 e D3
  • Assegnare, se presente, il piano rigido ai solai
  • Assegnare, se possibile, la bidirezionalità ai solai

Una attenzione particolare va dedicata ai criteri di progetto che consentono di personalizzare -tra l’altro-  le altezze d’interpiano, le snellezze limite e il fattore di vincolo laterale.

E se le verifiche non risultano soddisfatte?

Può capitare che anche applicando tutte le accortezze di modellazione le verifiche non risultino soddisfatte. Questo perché, specialmente negli edifici esistenti, le pareti resistenti sono poche o sono molto sollecitate. La muratura lavora bene quando è caricata sufficientemente da carichi verticali e quando la struttura ha un comportamento scatolare. Inoltre le verifiche delle travi di collegamento tra i maschi tipicamente sono molto severe. Un controllo dei risultati della progettazione fornisce le indicazioni al progettista sulle criticità della struttura.

 

 

Controllo dei risultati e giudizio motivato di accettabilità per strutture in muratura

Grazie a tutti gli amici che hanno partecipato all’evento parallelo dell’International Masonry Conference dedicato ai software di calcolo.

È stata una bella occasione di incontro tra il mondo dell’università e quello della professione.

In questa presentazione abbiamo dedicato particolare attenzione al controllo dei risultati e al giudizio motivato di accettabilità, riteniamo infatti importante chiarire quale è il ruolo del progettista e quale è il ruolo del software. I programmi di calcolo non devono e non vogliono sostituirsi al progettista, che deve sempre avere strumenti per il controllo e la valutazione dei risultati.

Per chi non è potuto passare a trovarci, ecco il video della presentazione.