Uso dei codici di calcolo per l’analisi sismica nonlineare di edifici in muratura: confronto tra diversi software

15/11/2019 4535

Confronto dei risultati ottenuti con diversi software su un caso studio reale 

L’articolo presenta il confronto dei risultati ottenuti su un edificio in muratura da analisi statiche nonlineari utilizzando diversi software, disponibili anche a livello professionale, che operano nell’ambito di vari approcci di modellazione. La struttura esaminata è ispirata ad un edificio reale, la scuola “P. Capuzi” di Visso (MC), gravemente danneggiata a seguito degli eventi sismici che hanno interessato il Centro Italia nel 2016/2017.

L’attività descritta si inquadra in un più ampio programma di ricerca svolto in sinergia da varie unità coinvolte nel progetto ReLUIS 2017/2018 – Linea Strutture in Muratura e avente come oggetto l’analisi di strutture benchmark per la valutazione dell’affidabilità di codici di calcolo. Obiettivi più generali dell’attività sono quelli di sensibilizzare i professionisti ad un uso più consapevole dei software e fornire loro strumenti utili ad analizzare criticamente qualità e correttezza delle soluzioni ottenute. I dati di input e alcune scelte di modellazione sono stati condivisi al fine di limitare la potenziale dispersione dei risultati e renderne meno problematico il confronto.

Quest’ultima finalità è guidata dalla volontà di ottimizzare la fase di controllo dei risultati, per la quale sono state individuate precise modalità operative. Il confronto delle analisi è stato svolto in relazione a parametri: globali (inerenti le proprietà dinamiche, le curve di capacità globale e le relative curve bilineari equivalenti), sintetici della sicurezza strutturale (quale, ad esempio, l’accelerazione massima compatibile con lo stato limite di salvaguardia della vita) e interpretativi della risposta complessiva (relativi al quadro di danno simulato). I risultati presentati consentono di eseguire delle riflessioni sull’utilizzo dei software, sulla dispersione dei risultati ottenibili e sulle potenziali ricadute in ambito professionale.


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L’articolo presenta l’attività svolta in sinergia da varie unità di ricerca coinvolte nel progetto ReLUIS 2017/2018 – Linea Strutture in Muratura, attinente l’analisi di strutture benchmark per la valutazione dell’affidabilità di codici di calcolo mirati all’analisi sismica delle costruzioni in muratura. Il tema trattato è molto attuale, anche tenuto conto delle potenziali ricadute che le valutazioni di sicurezza sismica hanno non solo alla scala dei singoli edifici ma anche a scala territoriale, nella pianificazione delle politiche di mitigazione operate dalle amministrazioni. Al riguardo, vari studi hanno già messo in evidenza come la dispersione dei risultati ottenibili al variare di diverse strategie di modellazione e/o analisi eseguite da diversi analisti o con diversi software possa essere anche molto significativa (ad esempio si veda Marques e Lourenco 2014, Calderoni et al. 2015, De Falco et al. 2017, Esposito et al. 2019).

La sensibilità al tema è crescente anche in ambito normativo, come ad esempio dimostrato dal paragrafo 2 (“Analisi e verifiche svolte con l’ausilio di codici di calcolo”) delle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018) che precisa come siano responsabilità del progettista il “controllo dell’affidabilità dei codici utilizzati; il riesame della documentazione a corredo del software per valutarne l’affidabilità e l‘idoneità al caso specifico; il giudizio motivato dell’accettabilità dei risultati forniti dai software”.

Obiettivi ultimi dell’attività di ricerca sono la sensibilizzazione dei professionisti ad un utilizzo più consapevole dei software commerciali e la produzione di strumenti (report scientifici e documenti di linee guida fruibili da terzi) utili per la valutazione critica della correttezza delle soluzioni ottenute dai codici di calcolo. L’attività presentata nell’articolo rientra in un più ampio programma di ricerca, avviato a partire dal 2014 dapprima attraverso la definizione di strutture benchmark ideali di crescente complessità (Cattari et al. 2017, Cattari et al. 2018a) fino ad arrivare a strutture più complesse rappresentative di edifici reali (Cattari et al. 2018b).

In particolare, nel presente articolo, sono mostrati alcuni risultati delle valutazioni effettuate tramite analisi statiche nonlineari su un caso studio reale, ispirato alla geometria e ai dati tipologici-costruttivi della scuola “P. Capuzi” di Visso (MC). Tale edificio, costruito negli anni ’30, è stato gravemente danneggiato, prevalentemente nel piano delle pareti murarie, a seguito degli eventi sismici che hanno interessato il Centro Italia nel 2016/2017. La struttura è stata modellata con nove programmi di calcolo, disponibili anche a livello professionale, che operano nell’ambito di diversi approcci di modellazione (§2). I dati di input e alcune scelte di modellazione (riassunti in una scheda di sintesi, in modo da poter essere riproducibile anche da terzi, §3) sono stati condivisi in una fase iniziale dai ricercatori coinvolti al fine di limitare la potenziale dispersione dei risultati e renderne meno problematico il confronto. Quest’ultima finalità è guidata dalla volontà di ottimizzare la fase di controllo dei risultati, per la quale sono state individuate precise modalità operative (§2).

La sinergia tra i diversi ricercatori coinvolti ha consentito di attuare un confronto critico e approfondito delle soluzioni adottabili al fine di una modellazione coerente della stessa struttura. Nel §4 sono presentati alcuni dei primi risultati.

Modalità di lavoro e di confronto dei risultati e software impiegati 

Al fine di ridurre le dispersioni nei risultati dovute alle numerose scelte arbitrarie che la fase di modellazione implica, sono state innanzitutto condivise le assunzioni più rilevanti inerenti non solo i dati geometrici, la distribuzione dei carichi e le proprietà dei materiali ma anche, ad esempio, le dimensioni degli elementi strutturali, quali maschi e fasce (per i soli modelli a telaio equivalente, che presuppongono la definizione a priori della loro geometria). Questi dati di input sono stati raccolti in una scheda di sintesi che potrà essere in futuro resa fruibile a terzi per l’analisi della stessa configurazione con altri software anche da parte di altri ricercatori o professionisti. Inoltre, sebbene nei casi più complessi (come quello oggetto del presente articolo) non fosse possibile predisporre una soluzione analitica rigorosa di riferimento per il professionista come per altre strutture benchmark più semplici (Cattari et al. 2017), anche in questo caso sono stati comunque adottati:

  • controlli volti ad evitare errori grossolani, derivanti da un errato inserimento dei parametri del modello nel software di calcolo;
  • un percorso metodologico di interpretazione dei risultati.

Riguardo ai primi, sono stati ad esempio condivisi controlli relativi: alla coerenza della massa totale della struttura (facilmente calcolabile manualmente a partire dai dati di input); all’equilibrio tra i pesi totali e la risultante delle reazioni verticali alla base del modello; al confronto rispetto all’upper bound analitico definito dalla condizione ideale di Shear Type.

Riguardo al secondo, l’esecuzione delle analisi numeriche eseguite sulla struttura attraverso l’utilizzo di un certo numero di software da parte delle diverse unità di ricerca coinvolte nello studio e l’analisi dei dati a valle di un processo di controllo qualificato hanno consentito di definire un intervallo di variazione atteso dei risultati, con il quale anche altri professionisti in futuro potranno confrontarsi per valutare l’affidabilità della soluzione ottenuta con il software da essi impiegato.

Allo stato attuale della ricerca, la struttura qui discussa è stata modellata con nove programmi di calcolo disponibili anche a livello professionale di cui: sei operano nell’ambito della modellazione per elementi strutturali, in particolare secondo l’approccio a telaio equivalente; uno della modellazione ad elementi discreti piani; due della modellazione al continuo ad elementi finiti.

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Di seguito la video-presentazione della memoria da parte della Prof.ssa Serena Cattari dell'Università di Genova 

Articolo tratto dagli Atti del XVIII Convegno ANIDIS