Analisi statiche non lineari per strutture esistenti: Tematiche e prospettive

Negli ultimi anni l’analisi statica non lineare o, altrimenti detta pushover, ha subito un notevole incremento di utilizzo nell’ambito delle analisi di vulnerabilità sismica di strutture esistenti. Questo tipo di calcolo comprende essenzialmente i seguenti aspetti: la determinazione di relazioni tra taglio totale alla base e spostamento di un punto di controllo (le curve di capacità della struttura), la valutazione dello spostamento massimo o (performance point) raggiunto dalla struttura a fronte di un evento sismico e infine la rielaborazione di questi risultati allo scopo di effettuare confronti in termini di spostamenti o PGA (accelerazioni) arrivando poi a stabilire opportuni indici di rischio sismico dell’intera struttura.
Alla base dell’applicazione dell’analisi pushover, nella sua formulazione standard (metodo N2), risiede la condizione di regolarità strutturale, sia in pianta che in altezza. Esiste tuttavia la possibilità di estendere questo approccio anche a strutture che violano questa ipotesi. Numerose varianti sono state proposte in questo senso. Altro punto critico è l’ipotesi di piano rigido, aspetto fortemente correlato all’analisi statica non lineare. Questa condizione è generalmente garantita nelle strutture nuove, meno in quelle esistenti.
L’analisi statica non lineare viene soprattutto utilizzata su due tipologie strutturali molto diffuse: edifici in muratura ed edifici in c.a..
Con riferimento ad una struttura prevalentemente in muratura, è ormai consolidato il metodo che consiste nel “trasformare” un modello composto da elementi bidimensionali (ad esempio i maschi murari) in uno schema a “telaio equivalente” (TEQ). La struttura che il Progettista si appresta ad analizzare, però, deve essere “veramente” assimilabile a telaio equivalente.
Nei casi invece delle strutture in cemento armato a telaio il problema non si pone in termini di modellazione. Infatti, la struttura presenta già una configurazione naturale a colonne e travi.
All’interno della categoria degli edifici in c.a. sono senz’altro da citare gli edifici prefabbricati industriali, in particolare la tipologia monopiano. Essa merita considerazioni specifiche sulle tecniche di modellazione ed analisi ai fini di coglierne correttamente la risposta sismica.
Strutture che fanno parte del nostro patrimonio storico caratterizzate da volte, archi ed aperture non sempre si prestano ad una trasformazione in un modello a telaio equivalente. In alcuni casi utilizzare il TEQ potrebbe far perdere importanti indicazioni sui comportamenti locali della struttura. In questo ambito è necessario adottare modellazioni ad elementi finiti bi- o tri-dimensionali. Questa categoria di edifici è indicata col termine “monumentali”. Anche su di essa è opportuno sviluppare approcci nell’ambito della statica non lineare.
Per tutte le tipologie strutturali sopra menzionate l’analisi statica non lineare è un metodo sofisticato e fornisce certamente indicazioni ulteriori rispetto alle classiche analisi svolte in campo lineare. Tuttavia, l’analisi statica non lineare manifesta anch’essa alcune restrizioni. Per ovviare a tali limitazioni si può ricorrere all’analisi dinamica non lineare (o Time History). Questo approccio, sicuramente caratterizzato da difficoltà quali la rappresentazione dei dati di input e la lettura ed interpretazione della risposta strutturale, non presenta particolari limitazioni nelle tipologie strutturali esaminabili, consente di descrivere in modo più realistico la forzante sismica ed il comportamento del materiale, tenendo conto del progressivo danneggiamento e conseguente degrado della rigidezza.

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