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Aniella Ricci
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2 PECULIARITA DELL EDIFICIO L edificio oggetto di studio è stato colpito dai sismi che hanno interessato l Emilia Romagna il 20 e 29 maggio del Il comune in cui sorge appartiene all elenco dell allegato 1 del D.L. 74/2012. Il manufatto, di natura produttiva e sede della Andreoli Engineering sita a Novi di Modena, dovrà pertanto essere oggetto di interventi che ne permettano il miglioramento della risposta sismica fino al superamento di almeno il 60% di quanto richiesto per gli edifici nuovi. Il manufatto rappresenta una unità strutturale indipendente contigua ad altri edifici di caratteristiche tipologiche e dimensionali diverse da quella analizzata Il fabbricato è caratterizzato da una copertura ad arco realizzato con travi tipo Varese centinate poste ad un interasse di circa 100cm con interposto doppio tavellonato privo di soletta di completamento. Ogni arco è dotato alla base di tirante metallico ad eliminazione delle spinte orizzontali. La peculiarità del manufatto è definita, oltre che dalla luce importante di tali archi (13.8m circa) anche dalla totale mancanza di elementi di trattenuta dei timpani di facciata. Infatti, oltre il piano di imposta della copertura, ove esiste un cordolo in c.a. a coronamento di tutto il piano, non vi sono altri sistemi atti ad impedire il ribaltamento fuori dal piano di tali paramenti. Non a caso, oltre i danni subiti dal fabbricato, questa carenza ha originato crolli del tavellonato di copertura accentuati proprio in prossimità della sua porzione più alta. La muratura del timpano ha inoltre manifestato una chiara lesione orizzontale all estradosso del cordolo di imposta copertura a manifestazione di un meccanismo di ribaltamento dell intero timpano. PROGETTISTI Progettista strutturale: Ing. Francesco Segato Molinella (BO) Figura 1: vista laterale del fabbricato Figura 2: vista frontale del fabbricato Figura 3: sezione della copertura Figura 4: vista interna della copertura Progettista architettonico : Ing. Lucio Vascotto Bologna (BO)

3 DESCRIZIONE DEL LAVORO L intervento prevede la demolizione della copertura attuale mantenendo intatte le facciate esistenti dando corso successivamente alla realizzazione di una nuova struttura interna metallica. Il progetto contempla la realizzazione di idonei sistemi di trattenuta delle facciate esistenti al nuovo organismo strutturale in acciaio. Le attività di studio si sono quindi dapprima concentrate sulla definizione della vulnerabilità del fabbricato nelle condizioni attuali e poi sulla comprensione del comportamento delle facciate in presenza del nuovo fabbricato in carpenteria metallica. Figura 5 modello con solaio equivalente infinitamente rigido nel suo piano DEFINIZIONE DELLA VULNERABILITA DEL FABBRICATO NELLO STATO ANTE SISMA Obiettivo primario era quello di poter comprendere come simulare correttamente il comportamento dell impalcato di copertura in quanto, per la presenza dei tavelloni semplicemente appoggiati e privo di altri sistemi di legatura, risultava infinitamente deformabile lungo al direzione ortogonale agli archi. Al fine di analizzare adeguatamente il reale comportamento della struttura si è inizialmente modellato il fabbricato con due tipologie di copertura piana simulanti il comportamento limite della stessa. Una prima modellazione è stata sviluppata con una copertura piana di peso equivalente a quella reale dalla rigidezza infinita nel suo piano. Un secondo modello è stato realizzato con una copertura piana infinitamente deformabile nel suo piano. A questo ultimo modello si sono poi aggiunti i tiranti allo stesso passo di quelli reali a simulazione della loro compartecipazione. Definiti i modelli rappresentativi del range entro cui andare a ricercare i risultati si è proceduto con la redazione di un ulteriore modello riportante la reale geometria del fabbricato riproducendo gli archi, le catene e le pareti con la massima precisione possibile. Figura 6 modello con solaio equivalente infinitamente deformabile nel suo piano e tiranti Figura 7 modello completo di archi e tiranti disposti come nella realtà

ANALISI SU MODELLI CON ASSEMBLAGGIO DI PARETI PIANE Le analisi condotte sui modelli con copertura piana ben simulavano il comportamento piano delle pareti resistenti ma non erano in grado di fornire

4 ANALISI SU MODELLI CON ASSEMBLAGGIO DI PARETI PIANE Le analisi condotte sui modelli con copertura piana ben simulavano il comportamento piano delle pareti resistenti ma non erano in grado di fornire il reale comportamento fuori dal piano delle pareti di testata. Le analisi pushover del modello con solaio rigido nel suo piano restituivano una buona risposta del fabbricato. Altrettanto però non accadeva per il modello con solaio infinitamente deformabile e tiranti. Come si evince dalle immagini accanto il range di risposta era troppo ampio per permettere una valutazione accurata. Lo studio doveva inoltre coniugare i risultati delle analisi pushover con quelli delle verifiche dei cinematismi fuori dal piano delle pareti dei due modelli con copertura piana. Le verifiche fori dal piano di entrambi i modelli convergevano verso un numero ben preciso (58-60%), esclusivamente dovuto alla metodologia di verifica effettuata da 3DMacro.Tali risultati però non potevano trovare giusta collocazione nell ampio spettro di risposta offerto dalle analisi pushover. SVILUPPO DEL SOFTWARE 3DMACRO Vista la peculiarità del comportamento e la necessità di ridurre al minimo la forbice tra i risultati delle analisi pushover e quelli delle verifiche fuori dal piano gli sviluppatori di 3DMacro si sono attivati per offrire la possibilità di eseguire le analisi pushover considerando anche il comportamento fuori dal piano della parete. Obiettivo: analizzare in maniera corretta ed ampia la risposta fuori dal piano dei timpani frontali già nella fase di pushover. Figura 8 risposta pushover del modello con solaio rigido nel suo piano (val. min:269%) Figura 9 risposta pushover del modello con solaio rigido nel suo piano (val. min:22%) Figura 10 : pushover +Y per il modello con assemblaggio di pareti piane e solaio infinitamente rigido Figura 11 : pushover +Y per il modello con assemblaggio di pareti piane e solaio infinitamente deformabile Figura 12 : pushover +Y per il modello con assemblaggio di pareti piane e archi

IMPLEMENTAZIONE DELLE ANALISI PER MODELLO TRIDIMENSIONALE (ELEMENTI RECT) La collaborazione ottenuta dai programmatori mi ha offerto la possibilità di lavorare su modelli in grado di tener conto

Il percorso di sviluppo è pertanto passato attraverso la implementazione di algoritmi in grado di gestire e valutare le componenti fuori dal piano delle pareti e restituirne la analisi di

5 IMPLEMENTAZIONE DELLE ANALISI PER MODELLO TRIDIMENSIONALE (ELEMENTI RECT) La collaborazione ottenuta dai programmatori mi ha offerto la possibilità di lavorare su modelli in grado di tener conto degli spostamenti fuori dal piano del manufatto già in fase di analisi pushover. Tale possibilità si è concretizzata attraverso la attivazione di una specifica funzionalità del programma. Il percorso di sviluppo è pertanto passato attraverso la implementazione di algoritmi in grado di gestire e valutare le componenti fuori dal piano delle pareti e restituirne la analisi di vulnerabilità per i nodi di controllo a scelta dell utente. L analisi è quindi stata condotta sul modello completo di archi assegnando a nodi significativi dei timpani la funzione di nodi di controllo. Tale impostazione aveva il compito di ricercare il reale comportamento di tali punti della struttura nei confronti dell azione sismica, anche nelle direzioni ortogonali a quelle del piano di parete. Figura 13 : attivazione della nuova funzionalità Figura 14 : definizione dei punti di controllo ai timpani RISULTATI DELLA IMPLEMENTAZIONE DI 3DMACRO I risultati delle modellazioni sono stati da subito confortanti restituendo delle deformate di comportamento conformi alle attese. Le risposte del fabbricato nelle configurazioni deformate evidenziavano chiaramente la componente fuori piano dei paramenti murari ed anche il comportamento delle aste a loro collegati. I risultati ottenuti hanno permesso di valutare con maggior precisione la vulnerabilità del manufatto rispetto ai meccanismi fuori dal piano già in fase di pushover grazie alla analisi dei risultati dei punti di controllo scelti dall utente. Figura 15 : analisi pushover +Y del modello a comportamento tridimensionale Figura 16 : analisi pushover -Y del modello a comportamento tridimensionale

Il lavoro svolto nella implementazione della nuova funzionalità del programma doveva infine trovare riscontro con i risultati dei cinematismi fuori dal piano delle pareti ove si erano scelti i nodi

6 Il lavoro svolto nella implementazione della nuova funzionalità del programma doveva infine trovare riscontro con i risultati dei cinematismi fuori dal piano delle pareti ove si erano scelti i nodi di controllo. Il risultato è stato confortante: i risultati delle verifiche dei cinematismi e quelle delle analisi pushover dei nodi di controllo convergevano. Come è possibile vedere nelle figure 17 e 18 le verifiche dei cinematismi fuori dal piano offrivano valori, relativi a due timpani differenti) che si attestavano al 35 e 40% della richiesta normativa. I risultati delle analisi pushover per le direzioni ortogonali a quelle del piano di tali pareti hanno restituito rispettivamente valori pari al 38 e 40%. Il codice di calcolo così implementato è riuscito a recepire e gestire direttamente all interno delle analisi pushover il comportamento fuori dal piano delle pareti restituendo valori ingegneristicamente paragonabili. Figura 17 : verifica del cinematismo fuori dal piano per il modello tridimensionale (RECT). Timpano 1 Figura 18 : verifica del cinematismo fuori dal piano per RINGRAZIAMENTI Queste mio piccolo documento non può che chiudersi ringraziando tutto lo staff di 3DMACRO per la ampia disponibilità dimostrata e per la professionalità con cui mi hanno aiutato a raggiungere gli obiettivi necessari per gestire commesse come quella qui rappresentata. Ringrazio inoltre l Ing. Lucio Vascotto, l ing. Bega Erika e l Ing. Maddalena Costa per la proficua collaborazione. Ing. Francesco Segato il modello tridimensionale (RECT). Timpano 2 Figura 19 : risultati delle analisi pushover per il modello tridimensionale (RECT).

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