Calcolo sismico di strutture in muratura

3Muri nasce frutto del lavoro del team scientifico e di ricerca STA Data in collaborazione con il Prof. Sergio Lagomarsino dell’Università di Genova.
Come tutti i software STA Data nasce come soluzione ai problemi reali di studio degli ingegneri italiani, come strumento irrinunciabile per operare presto e bene.
Perché l’utente STA Data non è un semplice tecnico, ma un professionista che sceglie gli strumenti informatici che rispecchiano il proprio modo di lavorare e di vivere la professione.
Ovvero la mission ed il codice etico di STA Data, che impongono alla nostra azienda di sviluppare e proporre solo strumenti in grado di fornire la risposta adeguata alle sfide professionali, in modo da operare bene, in tempi ragionevoli e soprattutto in sicurezza.
L’universo del software sembra ormai costellato da programmi per il calcolo sismico di strutture in muratura.
Dall’analisi di quanto i membri i team scientifico S.T.A. Data, fra i quali anche gli autori del motore di calcolo di 3Muri, hanno potuto riscontrare, 3Muri si conferma la soluzione vincente per i tecnici italiani. Ecco perché.

Frame by Macro Element Analysis (FME)
La versione 3.0 di 3Muri si arricchisce di nuove funzioni che consentono la generazione automatica del modello a telaio equivalente attraverso l’algoritmo FME (Frame by Macro Element).
La Frame by Macro Element Analysis rappresenta l’implementazione più avanzata dei concetti di modellazione a telaio equivalente contenuti nell’Ordinanza 3274/03. Gli edifici esistenti in muratura sono caratterizzati da moltissime irregolarità che rendono problematica l’individuazione del telaio equivalente (disposizione delle aperture, intersezione tra pareti portanti, sfalsamento dei solai, deformabilità dei solai).
L’algoritmo FME individua il modello in modo chiaro e coerente con il reale comportamento, consentendo una corretta simulazione della risposta, a vantaggio di un progetto degli interventi efficace e, al tempo stesso, conservativo dell’eventuale valore storico del manufatto.
L’analisi statica non lineare con un modello a telaio equivalente rappresenta oggi l’unico vero strumento per valutare la risposta di un edificio in muratura allo stato limite ultimo, ovvero nei riguardi di un terremoto con periodo di ritorno dell’ordine dei 500 anni.
Nelle pareti murarie vengono individuati maschi murari verticali, che oltre a portare i carichi resistono alle azioni sismiche orizzontali, e fasce orizzontali di muratura, che realizzano un accoppiamento tra i maschi murari; questi elementi vengono modellati attraverso travi non lineari, di rigidezza e resistenza opportuna (secondo quanto esplicitamente indicato nell’Ordinanza).
Gli eventuali elementi in c.a. (pilastri, travi, cordoli, setti) vengono modellati come travi non lineari con cerniere plastiche concentrate negli estremi (tali elementi risultano fragili rispetto alla rottura per taglio).
L’utente deve identificare il reticolo delle strutture portanti (pareti murarie, telai, setti) e quindi definire, aiutato da un’interfaccia grafica molto funzionale, la geometria dei vari elementi (spessori murari, bucature, sezioni degli elementi in c.a., ecc.).
L’algoritmo FME individua automaticamente il modello, in modo da ridurre al massimo il numero di gradi di libertà, a vantaggio di un’analisi rapida e numericamente stabile.
L’utente mantiene comunque un completo controllo del modello strutturale, che può essere eventualmente modificato localmente.

Più funzioni per una modellazione sempre più aderente alla realtà
Le nuove funzioni di 3Muri permettono di inserire le volte (a botte, a botte con teste di padiglione, a padiglione, a crociera, a vela), di controllare le sollecitazioni in fondazione, oltre ad introdurre nuovi strumenti per il controllo dell’evoluzione del danneggiamento della struttura. Inoltre la nuova versione consente il calcolo di carichi lineari, puntuali sui solai e lungo le pareti e di prevedere nuove procedure di supporto alle correzioni del modello, il tutto in un ambiente grafico ancora più facile e gradevole.

Analisi pushover: il controllo della capacità di spostamento
L’Ordinanza 3274/03 richiede di verificare che la struttura non crolli in occasione di un terremoto violento. Per le costruzioni in muratura, specie quelle esistenti, il ricorso ad un’analisi lineare, riducendo l’azione attraverso il fattore di struttura, risulta problematico, in quanto alcuni elementi della costruzione si fessurano già per valori modesti dell’azione sismica.
L’analisi pushover consente invece di simulare il comportamento della costruzione fino al collasso e di verificare le sue reali capacità di spostamento (ovvero la sua duttilità).
I modelli POR, previsti dalle precedenti normative, eseguivano anch’essi un’analisi statica non lineare a collasso, ma la verifica veniva effettuata in termini di forze, assumendo quindi implicitamente un fattore di struttura.
Inoltre il POR imponeva l’infinita rigidezza delle fasce di muratura a livello dei piani e non rispettava l’equilibrio globale della struttura.
Nonostante questi limiti, con l’adozione del metodo POR si riconosceva implicitamente che l’analisi sismica lineare di una struttura in muratura è poco significativa.
A seguito dell’emanazione dell’Ordinanza, molti software di calcolo propongono invece una tradizionale modellazione ad elementi finiti tramite shell; la parete con le sue aperture viene suddivisa in una fitta maglia di elementi piani ed analizzata in campo elastico lineare.
Questo approccio, apparentemente sofisticato perché consente visivamente una dettagliata rappresentazione delle situazioni irregolari, non è assolutamente contemplato dall’Ordinanza.
I risultati possono, al massimo, essere utilizzati come base di partenza per un’analisi statica lineare, con la necessità di definire comunque a posteriori maschi, fasce e sezioni significative nelle quali effettuare le verifiche.
Anche in occasione dell’ultimo convegno europeo di ingegneria sismica, svoltosi a Ginevra nel settembre 2006, è emerso come la ricerca scientifica in questo settore sia ancora rivolta verso l’analisi pushover su modelli a macroelementi. Una relazione generale sull’analisi sismica degli edifici in muratura ha posto l’accento sulla criticità dell’analisi statica lineare e non ha neppure preso in considerazione la possibilità di un’analisi ad elementi finiti con modelli continui delle pareti suddivise in shell.

Per ulteriori informazioni
www.stadata.com

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