La modellazione delle strutture in muratura con FaTA Next

FaTA Next Murature rappresenta oggi uno strumento estremamente versatile in grado di conciliare la facilità di utilizzo con l’accuratezza della modellazione, fornendo svariate soluzioni per quel che riguarda le tecniche di consolidamento di edifici in muratura.  


Ridurre le vulnerabilità degli edifici in muratura attraverso un software semplice ma accurato nella modellazione 

La mitigazione del rischio sismico delle costruzioni esistenti oggi in Italia, ed in particolar modo di strutture in muratura che rappresentano la stragrande maggioranza del patrimonio edilizio storico esistente, è un problema più che mai attuale. La pratica ingegneristica, negli ultimi anni, si è molto evoluta affrontando quelle che sono le principali vulnerabilità degli edifici in muratura e le tecniche di modellazione in grado di mettere in condizioni il progettista di eseguire una stima quantitativa del livello di sicurezza della costruzione esistente e dell’efficacia degli interventi di consolidamento previsti.  

Tuttavia, le scarse risorse disponibili e la necessità di intervenire repentinamente, con soluzioni strutturali in continua evoluzione, può mettere a dura prova le capacità dello strutturista, il quale ha la necessità di avvalersi di strumenti sempre più all’avanguardia che gli consentano di ottenere risultati affidabili in tempi brevi.

FaTA Next Murature rappresenta oggi uno strumento estremamente versatile in grado di conciliare la facilità di utilizzo con l’accuratezza della modellazione, fornendo svariate soluzioni, sempre al passo con i tempi, per quel che riguarda le tecniche di consolidamento.  

Il modulo Murature, disponibile all’interno di FaTA Next va ad arricchire un applicativo già estremamente completo; infatti, il software consente di affrontare diverse problematiche strutturali, che vanno da semplici analisi di tipo lineare a quelle più complesse come non lineari e persino gli effetti del degrado strutturale. L’utente ha quindi la possibilità, all’interno di un unico applicativo di analizzare strutture miste, oltre che verificare e progettare tutte le parti strutturali accessorie come: plinti, pali, collegamenti tra elementi in acciaio e legno, tamponature, solai (c.a., legno, acciaio, predalle), scale, isolatori sismici, dissipatori, ecc. 

In questo lavoro, oltre ad illustrare gli aspetti maggiormente rilevanti dell’applicativo per quel che riguarda le costruzioni in muratura e l’interazione tra questa e gli altri materiali strutturali, si accenna alla tecnica di modellazione del macro-elemento 3D implementata nel solutore che consente di eseguire analisi non lineare degli elementi in muratura. Tale tecnica, sviluppata all’Università di Catania (I. Caliò, M. Marletta, B. Pantò), rappresenta una valida alternativa alla nota tecnica a telaio equivalente laddove le ipotesi di struttura regolare e con comportamento a prevalente risposta nel piano non sono rispettate. 

 

L’analisi strutturale in FaTA Next

Nei prossimi paragrafi vengono riportate alcune delle peculiarità dell’applicativo FaTA Next concentrando soprattutto l’attenzione sulla modellazione di strutture in muratura; questo ha l’obiettivo di trasmettere a chi legge l’approccio da seguire in fase di analisi strutturale mediante l’uso di questo potente strumento di calcolo

Tecnica di modellazione per gli elementi in muratura

Come già visto, la tecnica di modellazione implementata all’interno del solutore non lineare è quella del macro-elemento 3D; questa, nell’ambito della macro-modellazione e specialmente nel caso di strutture irregolari, consente di ottenere una risposta strutturale più realistica rispetto ai classici metodi che utilizzano elementi monodimensionali (metodo SAM).

Tale macro-elemento viene utilizzato per discretizzare un pannello murario secondo le sue reali dimensioni nel piano ed il suo spessore. Il suo comportamento meccanico riproduce i tre principali meccanismi di rottura dell’elemento strutturale, ovvero presso-flessione, taglio e scorrimento dei giunti.
 


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Comportamento nel piano dei macro-elementi

In Figura 1 vengono schematizzati i tre comportamenti dell’elemento strutturale nel suo piano ed il rispettivo approccio utilizzato nella modellazione. La risposta a pressoflessione viene ottenuta mediante integrazione delle tensioni fornite da un letto di molle normali ai lati del pannello, quella a taglio mediante le forze fornite da una coppia di molle diagonali e quella a scorrimento grazie alla presenza di molle trasversali poste in interfaccia.

 

Principali meccanismi di comportamento e tecnica di modellazione del singolo pannello di muratura.

Figura 1. Principali meccanismi di comportamento e tecnica di modellazione del singolo pannello di muratura.


L’interazione tra i vari elementi pannello che discretizzano la struttura nel suo complesso avviene mediante delle superfici di contatto dette interfacce la cui risposta a pressoflessione e scorrimento viene ottenuta mediante integrazione della risposta di una serie di molle non lineari ripartite lungo tutta la superficie di contatto. Il legame costitutivo adottato per le molle normali di contatto viene riportato in Figura 2.

 

Legame costitutivo delle molle normali di interfaccia.

Figura 2. Legame costitutivo delle molle normali di interfaccia.


La scarsa resistenza a trazione delle molle di interfaccia consente di cogliere il comportamento non lineare delle pareti e di valutare la reale rigidezza fessurata degli elementi (con altri metodi di modellazione difficilmente si riesce a tenere conto della fessurazione degli elementi, tanto da indurre le normative a valutare le suddette fessurazioni forfettariamente secondo percentuali stabilite a priori). 

Comportamento fuori piano 

Il comportamento fuori piano del macro-elemento viene ottenuto mediante l’estensione tridimensionale di quanto già visto nella risposta di interfaccia. 

 Comportamento fuori piano delle murature

Figura 3. Comportamento fuori piano.


In particolare, vengono disposte diverse file di molle normali in grado di cogliere la risposta a pressoflessione deviata in interfaccia ed un’ulteriore coppia di molle a scorrimento anch’esse in interfaccia disposte secondo la direzione ortogonale al pannello.

All’interno del software ed in particolare nell’ambiente di visualizzazione dei risultati delle analisi, l’utente ha la possibilità di controllare lo stato elastoplastico del singolo elemento pannello; è infatti possibile, attraverso un ambiente di visualizzazione dedicato (vedi Figura 5), visualizzare lo stato in cui si trova ogni singolo elemento per ogni passo di spinta dell’analisi. 

Modello a macro-elementi su singola parete di muratura.

Figura 4. Modello a macro-elementi su singola parete di muratura.

 

Ambiente di visualizzazione dei risultati sul singolo pannello.

Figura 5. Ambiente di visualizzazione dei risultati sul singolo pannello.


Nello specifico l’utente ha la possibilità di controllare lo stato tensionale del singolo modello; per la singola interfaccia è poi possibile visualizzare la risposta e lo stato elastoplastico della singola fibra mediante un grafico forza spostamento ed una colormaps specifica, la risposta integrale di interfaccia (ad esempio come momento flettente nel piano vs rotazione) nonché la risposta diagonale del pannello mediante un diagramma.

...CONTINUA.

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Chi è Stacec

La STACEC è un’Azienda che occupa un posto di primo piano nel mercato italiano del software per l’edilizia e, grazie alla qualità dei prodotti e dei servizi offerti, si è guadagnata la fiducia di migliaia di Clienti. I suoi prodotti sono, inoltre, utilizzati da Enti Pubblici, quali ad esempio il Ministero dei Lavori Pubblici (oggi Infrastrutture) – Sez. Antisismica, Geni Civili, Università , Regioni , Istituti Professionali, Enti di ricerca, ecc.

I software sviluppati dalla Stacec affrontano le diverse tematiche dell’ingegneria e della geotecnica, ed in particolar modo il calcolo strutturale con avanzate soluzioni, talvolta sviluppate in collaborazione con le Università.