AEDES PCM 2019. Riduzione della vulnerabilità sismica: modellazione, calcolo, esempi applicativi

AEDES Software partecipa alle date di: Firenze, La Spezia, Roma, Viterbo, Pavia del tour 2019 di Ingenio con Massimo Mariani: Studio e progettazione del miglioramento delle strutture esistenti in fase di quiete sismica e in fase sismica.
Nella tappa di La Spezia del 12 aprile l'Ing. Francesco Pugi della AEDES ha tenuto una relazione distinta in due parti:
i) la modellazione ed il calcolo degli interventi
ii) esempi concreti di interventi di riduzione della vulnerabilità sismica, relazione di cui è disponibile la videoregistrazione al link

Nel testo completo dell'articolo (disponibile nell'allegato scaricabile in pdf) si riporta, con minime modifiche, la trascrizione letterale dell'intervento, corredato dalle corrispondenti immagini.

Aedes presenta la versione 2019 del software "PCM"

aedes pcm 2019Le principali novità di PCM 2019 consistono in: aggiornamento alla nuova Circolare, analisi pushover multidirezionale con componente sismica verticale, analisi con risposta sismica locale. Nel Manuale di aggiornamento disponibile a questo link sono descritte in dettaglio le nuove funzionalità di PCM.
Nel seguito, presentiamo un estratto dal'articolo completo (disponibile in pdf) relativo all'intervento dell'Ing. Francesco Pugi a La Spezia. In tale occasione sono stati illustrati i concetti fondamentali alla base delle attività di ricerca e sviluppo condotte dagli ingegneri della AEDES, oltre ad alcuni esempi applicativi.
Particolarmente interessanti sono le considerazioni relative alla componente sismica verticale in analisi pushover, e alle questioni riguardanti la duttilità delle pareti murarie, ossia la loro capacità di spostamento.
Per gli esempi applicativi, si è fatto riferimento ad una unità strutturale di testata di un aggregato edilizio. Si tratta di un caso interessante in quanto richiede alcune specifiche considerazioni ai fini di una corretta modellazione con un software di analisi strutturale.
Utilizzando PCM, si mostrano ad esempio gli effetti instabilizzanti prodotti dalle masse dell'unità adiacente e i moti di ribaltamento verso l'esterno che possono riguardare sistemi variamente articolati, anche con rotazioni intorno ad assi obliqui.
Nell'ambito delle analisi sia locali sia globali è possibile includere gli effetti negativi della componente sismica verticale. Valutandone l'influenza, si osserva che in alcune ipotesi di consolidamento la componente verticale può segnare il passaggio da verifica soddisfatta a non: ciò richiede quindi un'idonea progettazione degli interventi per garantire la sicurezza della costruzione, resa possibile dalle funzionalità di PCM 2019. 

La modellazione ed il calcolo degli interventi 

La finalità del software è soprattutto darci la possibilità di sperimentare e di comprendere in via analitica ciò che osserviamo nella realtà.
MODELLO STRUTTURALE
Quando creiamo un modello strutturale normalmente ci basiamo su alcuni aspetti fondamentali che sono: geometria, materiali, vincoli, carichi, tutti aspetti che ovviamente vanno conosciuti in dettaglio e vanno anche saputi applicare perché quando abbiamo un rilievo non si tratta semplicemente di lucidare un disegno ma dobbiamo anche interpretare quali sono le murature veramente portanti, quali sono i tramezzi, quali sono i muri aggiunti oppure i tamponamenti che sono intervenuti nel corso del tempo.
Però ci sono diversi altri punti che normalmente vengono trascurati.
Il problema della disgregazione: è diventato un punto fondamentale valutare la qualità delle murature, perché quando siamo di fronte a possibili fenomeni disgregativi tutti i modelli tradizionali vengono a cadere o diventano non realistici.
In effetti noi possiamo fare delle bellissime mappe colorate con metodi agli elementi finiti, piuttosto che con i telai equivalenti, o con qualunque programma si utilizzi, ma se non ci sono i presupposti alla base perché questo abbia un senso è chiaro che diventa una costruzione puramente teorica. Quindi: aldilà di tutto, ogni progetto e ogni valutazione strutturale dovrà essere preceduta da indagini sulla reale natura e qualità della muratura.

La memoria del Danno: i fenomeni di fatica 

La memoria del danno è qualcosa di cui Massimo Mariani ha cominciato a parlare già da tempo, ed è la fatica, cioè quello che è l’accumulo in una struttura della sua stessa storia di sollecitazione. D’altra parte, l’analisi storico-critica è comunque il primo punto che deve essere affrontato quando dobbiamo analizzare un edificio esistente.
Il punto 8.5.1 ci dice che "ai fini di una corretta individuazione del sistema strutturale e del suo stato di sollecitazione è importante ricostruire il processo di realizzazione" (come la costruzione l’edificio è stata edificata, e poi eventualmente ampliata o modificata) "e le successive modificazioni subite nel tempo dalla costruzione, nonché gli eventi che l'hanno interessata".
L’idea che fatta una verifica sotto l’azione sismica attuale, che magari ci può dare anche un risultato abbastanza buono, la struttura poi ritorni, dopo aver subito questo ipotetico sisma, a una situazione iniziale come se questo non si fosse manifestato è sicuramente sbagliata.
Questo concetto ha una conseguenza importante di fronte all’analisi della vulnerabilità degli edifici apparentemente integri dopo un evento sismico perché comunque il fatto di averlo subito non può passare inosservato: è impossibile far conto su un’elasticità che non esiste per pensare che la struttura ritorni completamente ad uno stato pre-evento.

Da qui inizia l’illustrazione di quello che è stato il percorso compiuto con Massimo Mariani sullacomponente sismica verticale.
Abbiamo individuato un percorso usando dei componenti già presenti all’interno della Normativa perché, ripeto, il nostro intento è stato comunque quello di muoversi all’interno della Normativa e non di introdurre in questa dei concetti che ne fossero estranei, per dare subito delle risposte.
Segnaliamo qui il link all'articolo che mostra le modalità di modellazione e analisi in ambito professionale sugli edifici esistenti in muratura.

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Gli esempi applicativi ci mostrano che tutti i  nostri risultati sono fortemente condizionati dalla duttilità, cioè dalla capacità di spostamento. E, contemporaneamente alle ricerche sul modo più opportuno con cui rappresentare il sisma verticale, dovremmo ricercare la corretta rappresentazione della duttilità, che diventa fondamentale.
I coefficienti moltiplicativi per gli interventi di consolidamento che attualmente ci sono nella Circolare fanno riferimento alla rigidezza e alla resistenza, non si dice nulla invece su quali siano i valori da applicare allo spostamento massimo. Questo anche in peggioramento, nel senso che qualora la qualità fosse peggiore bisognerebbe anche ridurlo, quindi c'è un campo di variabilità dello spostamento che dovrebbe essere considerato.
Oltretutto noi non facciamo oggi più le verifiche come ai tempi del POR con un confronto fra resistenze: allora si controllava se la forza sismica era in grado di distribuirsi fra le pareti e quindi si trattava di un confronto limitato ad un coefficiente di sicurezza di questo tipo. Oggi facciamo delle analisi pushover che alla fine sono analisi sugli spostamenti perché ci richiedono un confronto fra capacità e domanda in termini di spostamento.
Se questo spostamento non si valuta nella maniera più appropriata, cade un po’ tutta la sicurezza relativa sul risultato raggiunto: questo è un punto a nostro avviso fondamentale.

Esempi concreti di intervento di riduzione della vulnerabilità

Un esempio concreto illustrato in questo articolo riguarda una unità di testata di un aggregato edilizio.

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Per una unità di testata l'analisi cinematica è quella che permette di valutare il ribaltamento verso l'esterno e può essere facilmente stabilizzata attraverso il ricollegamento alle unità precedenti.

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In figura è rappresentato un meccanismo di collasso, con rotazione intorno ad un asse obliquo, che viene modellato con il software PCM.
In PCM infatti è possibile tagliare variamente il modello architettonico e cercare quindi di ricostruire un corpo che sta ribaltando oppure sta muovendosi in maniera il più possibile aderente a quella che è la modellazione dell'edificio.

L'analisi globale dell'unità di testata è in genere condotta come quella di un edificio isolato di cui possiamo evitare lo studio verso il resto dell'aggregato perché il comportamento più pericoloso è sicuramente quello che non trova il contrasto dell'unità successiva.
Sarà molto importante modellare la massa aggiuntiva con effetto instabilizzante.

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In queste immagini sono rappresentate le masse: secondo X, direzione trasversale dell'edificio, non vi sono particolari rilievi da fare; invece secondo Y (direzione di sviluppo longitudinale dell'aggregato) ci sono i contributi agli spigoli di alcune masse aggiuntive che rappresentano gli effetti dell'edificio adiacente, edificio che nel caso specifico non è stato considerato ai fini della resistenza ma solo di un aggravamento della massa, che determinerà, così come ci attendiamo, un peggioramento della risposta.