3DMacro STANDARD Documento di approfondimento

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1 3DMacro STANDARD Documento di approfondimento vai allo store e seguici su www. grupposismica.it G R U P P O S I S M I C A S. R. L. 1

2 3DMacro è prodotto da: Gruppo Sismica s.r.l. Viale Andrea Doria, Catania Telefono: 095/ Web: Supporto tecnico: Proprietà letteraria riservata Gruppo Sismica s.r.l. Ottobre

3 3DMacro - STARTUP - Documento di approfondimento 3DMacro il Software per le murature 3DMacro è l'innovativo strumento specifico per l'analisi e la stima della vulnerabilità sismica degli edifici in muratura ordinaria, a struttura mista e muratura confinata. Consente la modellazione, in modo semplice ed intuitivo, di edifici nuovi ed esistenti di qualunque geometria e complessità, e dispone di librerie e tipologie murarie, materiali e carichi conformi alle vigenti Norme Tecniche per le Costruzioni e agli Eurocodici. Inoltre, 3DMacro può anche essere utilizzato per la valutazione della vulnerabilità sismica degli edifici intelaiati, in presenza di setti in c.a., considerando anche il contributo delle tamponature sulla risposta sismica globale. Vengono eseguite automaticamente le verifiche locali e globali di vulnerabilità sismica e viene generata automaticamente una dettagliata Relazione di Calcolo ed i Tabulati. Tra la varia reportistica sono presenti anche i dati necessari per la compilazione delle schede previste dalla Protezione Civile (schede di livello 1 e 2). Il motore di calcolo su cui è basato 3DMacro è basato su un modello numerico sviluppato in ambito accademico, a partire dal 2004, presso l'università di Catania ed ha ricevuto una importante validazione mediante la pubblicazione su diverse riviste internazionali, specializzate nel settore. Per ulteriori approfondimenti è possibile visitare la sezione ricerca del sito Il modello si calcolo su cui si basa 3DMacro è estremamente semplice ed intuitivo, pur sfruttando appieno le più innovative tecniche di modellazione e di analisi non lineare, sviluppate nell ambito della ricerca scientifica. 3DMacro, infatti, schematizza le pareti in muratura mediante un macro-elemento piano. Tale elemento simula i principali meccanismi di rottura nel piano dei pannelli murari e consente di modellare l`interazione tra muratura e telai in calcestruzzo armato. 3DMacro è, pertanto, il giusto "compromesso" tra la complessità dei metodi di modellazione agli elementi finiti nonlineari, accurati ma computazionalmente onerosi e difficili da interpretare, e l eccessiva approssimazione degli approcci semplificati (metodo POR, modelli a telaio, ecc.). 3

4 3DMacro STARTUP 3DMacro STARTUP è la versione completa di 3DMacro, per la modellazione di edifici con un massimo di 800 mq di orizzontamenti e 15 m di altezza totale, che include tutte le funzionalità presenti nei seguenti moduli: 3DM-B - Versione Base e Vulnerabilità 3DM-FP - Verifica dei Cinematismi Fuori Piano 3DM-SMCA - Strutture Miste Muratura-c.a. 3DM-GEO - Geotecnica 3DM-RST - Rinforzi Strutturali 3DM-CFD - Cedimenti fondali o differenziali 3DM-3D - Comportamento tridimensionale dei pannelli murari 3DM-B - Versione Base e Vulnerabilità: Il modulo che consente la modellazione, l'analisi e la stima di vulnerabilità sismica dell'edificio in muratura ordinaria. Il modello concepito per simulare il comportamento delle murature è rappresentato da un modello meccanico equivalente, in cui una porzione di muratura viene schematizzata mediante un quadrilatero articolato. I vertici sono collegati da molle diagonali non lineari mentre i lati rigidi interagiscono con i lati degli altri macro-elementi mediante delle interfacce discrete con limitata resistenza a trazione. Il modello dell edificio viene immesso mediante editor piani di pianta e di parete, in maniera semplice, intuitiva ed efficace. Durante la costruzione del modello è possibile controllarne le proprietà geometriche e meccaniche mediante la visualizzazione tridimensionale fotorealistica. La pianta dell`edificio viene costruita nell`editor di pianta introducendo le pareti in muratura portante tramite mouse o immissione delle coordinate numeriche. In alternativa è possibile importare una pianta di riferimento da file con formato DXF, compatibile con i software CAD più diffusi. 4

5 Le pareti, definite nell`editor di pianta, potranno essere quindi modificate nell`editor di parete per introdurre la presenza di aperture, fori, brecce, aste, regioni di muratura, architravi, archi, ecc, in qualunque posizione e orientamento. 3DMacro provvede in automatico al calcolo delle accelerazione di riferimento attesa per il sito di costruzione nonché all individuazione automatica degli stati limite da considerare nelle verifiche in funzione della tipologia strutturale e della normativa impiegata. L utente può comunque modificare gli stati limite personalizzando i corrispondenti criteri di individuazione. 3DMacro supporta l OPCM 3431, il Testo Unico 2005 e il Nuovo Testo Unico per le Costruzioni del 14 Gennaio

6 L impostazione delle caratteristiche geometriche e meccaniche degli elementi è immediata e completa. E possibile inserire materiali sia nuovi che esistenti. Le caratteristiche dei materiali possono essere definite in accordo alle tabelle suggerite dalle normative, o essere ampiamente personalizzate. È possibile inserire gli interventi di miglioramento, quali le iniezioni con malta legante, l intonaco armato, la presenza di connessioni trasversali, etc... La definizione delle sezioni consente di gestire sia sezioni di tipo omogeneo (acciaio, legno), sia quelle in c.a. 3DMacro gestisce sezioni di forma anche complessa (circolari, sezioni cave, a T, ad H...), e 6

7 consente l accesso a librerie di sezioni che comprendono la gran parte dei profilati commerciali in acciaio. 3DMacro consente di modellare travi di fondazione su suolo elastico deformabile alla Winkler o non reagente a trazione. Per tali elementi si tiene conto della possibilità di formazione di cerniere plastiche. 1 7

8 3DMacro permette di modellare solai rigidi, deformabili o infinitamente deformabili. Inoltre è possibile scegliere diverse tipologie di solai (solaio in latero cemento, a soletta piena, in legno, in putrelle e voltine, etc...), attraverso specifiche librerie di sezioni. Le caratteristiche meccaniche sono automaticamente determinate in funzione dei parametri richiesti. 3DMacro permette di modellare le più svariate geometrie di coperture inclinate e grazie ai menù in esso integrati è possibile modificare facilmente e in modo del tutto intuitivo qualsiasi geometria. Il livello di mutua connessione tra due o più pareti convergenti è controllabile grazie ad appositi comandi integrati. La definizione dei carichi avviene in accordo alle normative supportate, tenendo in conto le destinazioni d uso dei singoli ambienti, determinandone le entità e i coefficienti di combinazione. 3DMacro calcola automaticamente i pesi propri degli elementi strutturali (pannelli murari, solai, aste), in funzione della geometria e dei materiali assegnati. Il modello geometrico rappresenta una fedele riproduzione della geometria dell edificio compresi gli spessori delle murature, l allineamento di ciascun setto rispetto al filo fisso, i disassamenti tra pareti contigue sia in pianta sia in altezza, ecc. Il modello computazionale viene generato in automatico dal programma a partire da quello geometrico e contiene tutti gli elementi numerici e le informazioni per il calcolo (elementi resistenti, carichi, analisi da eseguire, ecc.). 8

9 Il motore di calcolo consente di eseguire analisi statiche non lineari (push-over) a controllo di forza e di spostamento, come richiesto dalle recenti normative. 3DMacro fornisce i risultati in un formato di facile lettura ed interpretazione: è possibile visualizzare la risposta del modello ad ogni passo dell analisi e cogliere, in tal modo, il danneggiamento della struttura fino alla formazione dei meccanismi di collasso. Ciò può dare importanti informazioni per la scelta degli interventi di rinforzo e adeguamento strutturale. Per ciascuna parete della struttura è possibile visualizzare il meccanismo di collasso nel quale vengono esplicitati gli indicatori di danno per le aste e per i pannelli in muratura e in c.a. 9

10 Sono riportate, per ciascuna analisi, la curva push-over del sistema reale, quella del sistema "ridotto" ad un grado di libertà, equivalente al modello 3D dell'edificio e la bilatera equivalente. Individuata la domanda di spostamento, sulla base delle caratteristiche meccaniche del sistema "ridotto", 3DMacro determina automaticamente la curva di capacità del sistema bilineare equivalente dalla curva push-over del sistema a molti gradi di libertà. Vengono individuati i valori della capacità di spostamento della struttura, determinati in base ai criteri relativi a ciascuno stato limite, ed effettuate le verifiche sia in termini di spostamento che di forze, riportando gli esiti anche graficamente, per ciascuno degli stati limite considerati. Tutte le procedure applicate e i risultati ottenuti vengono automaticamente integrati nella relazione di calcolo prodotta. 10

11 Grazie al potente Registro degli eventi, è possibile controllare tutto ciò che accade nella struttura, per ciascun passo dell'analisi eseguita, visualizzando gli eventi che si sono susseguiti negli elementi asta e pannelli. E' possibile inoltre valutare la stima di vulnerabilità sismica in termini di spostamento per ciascun passo dell analisi. Dopo aver eseguito le analisi push-over, risulta facile e immediato compilare le sezioni della scheda di sintesi della verifica sismica degli edifici (predisposta dalla protezione civile), riportando i valori di PGA, i periodi di ritorno e gli indicatori di rischio, calcolati in automatico dal programma. 11

12 3DM-FP - Verifica dei Cinematismi Fuori Piano: Il modulo 3DM FP consente la verifica dei cinematismi per ribaltamento fuori piano delle pareti murarie ai sensi delle NTC2008. Le verifiche possono essere eseguite sia secondo l approccio dell analisi cinematica lineare, sia attraverso l approccio cinematico non lineare. Nell ambito delle verifiche fuori piano è possibile considerare l effettivo ammorsamento dei solai ed il contributo di catene e cordoli di piano. La geometria della parete, la presenza di eventuali aperture, i pesi propri e gli scarichi dei solai sono valutati automaticamente dal software a partire dal modello tridimensionale. È possibile personalizzare il tipo di ammorsamento tra i solai e le pareti, e risulta altresì semplice la gestione e l inserimento di catene, con la successiva verifica del meccanismo che ne consegue. 12

13 3DM-SMCA - Strutture Miste Muratura-c.a.: Grazie all`ampia versatilità del macroelemento e ad un`interfaccia semplice ed intuitiva, il modulo Strutture Miste di 3DMacro è in grado di modellare, in maniera semplice ed efficace, qualunque tipo di elemento in C.A. o in acciaio, collaborante con il resto della struttura. E' possibile l'inserimento e la gestione di pilastri a comportamento tridimensionale. Gli elementi in calcestruzzo armato vengono rappresentati come elementi asta a plasticità discreta con interazione di tipo PMM. Il modello di calcolo tiene conto in sede di analisi dell`interazione flessionale tra gli elementi asta in cemento armato e la muratura lungo tutta la lunghezza di contatto. Con un solo click del mouse è possibile generare i domini di interazione tra sforzo normale e momenti flettenti delle sezioni in cemento armato dei pilastri, sia in ambiente 2D che 3D. 13

14 Il nuovo ed evoluto ambiente per la definizione e gestione delle armature longitudinale consente di modellare accuratamente i diversi tratti delle aste in C.A., permettendo anche la definizione di staffature con differenti passi. 3DM-GEO - Geotecnica: Mediante il modulo 3DM GEO, è possibile condurre le verifiche geotecniche agli stati limite, ultimo e di esercizio, aggiornate alle prescrizioni delle NTC2008. Il modulo di verifica consente il massimo controllo sulle numerose variabili dei problemi geotecnici. In particolare, è possibile intervenire sulla scelta del tipo di approccio di verifica, sulla definizione del terreno (sia esso in condizioni drenate o non drenate) e sui legami costitutivi. È inoltre possibile definire le varie colonne stratigrafiche presenti al di sotto di ciascuna fondazione. Viene rappresentato, mediante mappe di colore, il carico applicato sul terreno e le tensioni distribuite al di sotto di ciascuna fondazione. 14

15 Immediate e di facile consultazione sono le verifiche geotecniche per ciascuna combinazione di carico. 3DM-RST - Rinforzi Strutturali: E' possibile modellare i rinforzi e gli ammaloramenti presenti nei paramenti murari. Il modulo consente di gestire un'ampia casistica di rinforzi (CAM, fibre, etc.) sia sui pannelli in muratura, che su aste in cemento armato (FRP, calastrellature, etc.) 15

16 3DM-CFD - Cedimenti fondali o differenziali: Mediante questo modulo è possibile assegnare cedimenti imposti, sia fondali che differenziali. Ciò consente di determinare con maggiore accuratezza la condizione dello stato di fatto delle strutture che presentano un evidente quadro fessurativo, determinato da cedimenti. La corretta determinazione dello stato deformativo reale influenza sensibilmente la capacità della struttura. È possibile assegnare i più svariati profili di cedimento in una struttura (cedimento intermedio, di estremità o d angolo). 3DM-CFD consente di riprodurre il quadro fessurativo osservato, mediante analisi statiche non lineari con cedimenti imposti. Sarà possibile pertanto effettuare la verifica sismica a partire dallo stato dissestato. 16

17 3DM-3D - Comportamento tridimensionale dei pannelli murari Il modulo 3D di 3DMacro permette di modellare il comportamento tridimensionale della muratura in modo da cogliere contemporaneamente i meccanismi nel piano e fuori dal piano. Questo modulo di 3DMacro si rivolge prevalentemente a tutti gli edifici che per geometria, o per la mancanza ammorsamenti ed elementi di controventamento, resistono al sisma impegnando in modo considerevole le pareti ortogonalmente al proprio piano. Il modulo 3D è utile per la modellazione di edifici a carattere monumentale, quali chiese o palazzi storici, caratterizzati da notevoli valori di snellezza delle pareti. 17

18 La cinematica piana dei macroelementi (governata da 4 gradi di libertà) viene arricchita da ulteriori tre gradi di libertà necessari per la descrizione della risposta fuori piano e introducendo interfacce tridimensionali in modo da poter descrivere anche in termini costitutivi la risposta fuori-piano. L interazione tra le pareti in corrispondenza degli angoli (cantonali) richiede una modellazione apposita. Il distacco di una parete in corrispondenza di un ammorsamento d angolo può avvenire o mediante un meccanismo di scorrimento (a), oppure per crisi flessionale associata al superamento della resistenza a trazione (b). La modellazione di tali meccanismi di crisi può essere efficacemente simulata attraverso degli elementi ad hoc detti elementi speciali d angolo. 18