Modo grafico Solido dinamico viene visualizzata la struttura riportata nell immagine. Premere il tasto x per uscire.

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1 Esercitazione n. 7 di progettazione con PRO_SAP: Analisi dell interazione terreno-struttura In questa esercitazione guidata sono illustrate alcune semplici procedure che permettono di sperimentare direttamente la verifica con PRO_SAP dell interazione terreno-struttura. Si utilizza allo scopo una struttura in c.a. formata da un telaio tridimensionale composto da travi (anche di fondazione), pilastri e solai di piano, con progettazione sismica eseguita secondo l Ordinanza P.C.M. n. 3274/2003 agli Stati Limite Ultimi. Nell esempio di seguito riportato le unità di misura utilizzate sono dan e cm. Per aprire l archivio predisposto è necessario utilizzare i seguenti comandi: Start Programmi PRO_SAP PROfessional SAP Esempi Esempio7.psp Viene visualizzata la finestra Informazioni su PRO_SAP in cui premere OK. Il comando eseguito consente di accedere alla sessione di PRO_SAP per lo svolgimento dell esempio guida. Per visualizzare in modalità solida la struttura attivare: Modo grafico Solido dinamico viene visualizzata la struttura riportata nell immagine. Premere il tasto x per uscire. Definizione del terreno di fondazione Di seguito è riportata la procedura per la definizione della stratigrafia del terreno di fondazione, attingendo dall archivio predisposto in modo automatico. Per eseguire l analisi della relazione terreno-struttura è necessario disporre della stratigrafia del terreno di fondazione, e delle proprietà dei terreni che compongono la stratigrafia. Per l apertura del Modulo geotecnico e l importazione automatica delle strutture di fondazione, è necessario eseguire i seguenti comandi: Dati struttura Analisi geotecnica Parametri strutturali L immagine riportata di seguito rappresenta la finestra principale di lavoro con lo schema delle fondazioni della struttura. (Definizione della stratigrafia di terreni) Per definire la stratigrafia del terreno è necessario attivare il seguente comando: Stratigrafia Il comando consente di accedere alla finestra Stratigrafia terreno per la definizione di una o più stratigrafie di terreno. Esempio guidato 7 Pag. 1

2 Nella pagina seguente è riportata l immagine della finestra Stratigrafia terreno, che contiene i comandi necessari alla creazione della stratigrafia di interesse. Nella finestra, all atto dell ingresso, non è presente alcuna stratigrafia. Per la definizione della stratigrafia di terreno, è necessario disporre dell archivio dei terreni. Nel presente esempio, per semplicità, viene utilizzato l archivio dei terreni predisposto in PRO_SAP. Per introdurre una stratigrafia è sufficiente attivare il seguente comando: Nuovo archivio stratigrafia Il comando consente di creare un nuovo archivio, che può essere composto da una o più stratigrafie archiviabili e recuperabili in successive sessioni di lavoro. Esempio guidato 7 Pag. 2

3 Nel presente esempio, non essendo presente alcun database di terreni, il comando Nuovo archivio stratigrafia carica in modo automatico il database di prototipo contenuto nella cartella Programmi PRO_SAP PROfessional SAP Data. Salvando i propri terreni nel database di prototipo è possibile, ad ogni nuova sessione, caricarli in modo automatico. Di seguito è riportata l immagine della finestra Stratigrafia terreno dopo aver attivato il comando Nuovo archivio stratigrafia. Per la creazione della stratigrafia da utilizzare nell esempio è necessario creare l archivio dei terreni. Per la creazione dell archivio dei terreni è sufficiente trascinare con il mouse i terreni dal database all archivio; eseguire il trascinamento dei seguenti terreni: 002) Sabbia compatta; 006) Ghiaia e sabbia compatta; 008) Limo argilloso; Per l inserimento del secondo strato di terreno, premere il comando: Inserisci strato inferiore Per la creazione del terzo strato di terreno, premere il comando: Inserisci strato inferiore. La mappatura degli strati si presenta come riportato nell immagine a lato. Per assegnare lo spessore e il terreno al primo strato (a partire dal piano di campagna) è necessario eseguire i seguenti comandi: fare clic con il mouse sul primo strato e assegnare nella casella di testo Spessore (cm) il valore 300 (spessore dello strato 300 cm), immediatamente verrà aggiornato lo spessore dello strato. Per associare al primo strato il terreno 002) Sabbia compatta, è sufficiente trascinare con il mouse il terreno prelevato dall ARCHIVIO TERRENI, sullo strato di interesse; lo strato di terreno si colora e si riempie di retino. Per assegnare lo spessore e il terreno al secondo strato (a partire dal piano di campagna) è necessario eseguire i seguenti comandi: Esempio guidato 7 Pag. 3

4 Fare clic con il mouse sul secondo strato e assegnare nella casella di testo Spessore (cm) il valore 200 (spessore dello strato 200 cm), immediatamente verrà aggiornato lo spessore dello strato. Per associare al secondo strato il terreno 006) Ghiaia e sabbia compatta, è sufficiente trascinare con il mouse il terreno prelevato dall ARCHIVIO TERRENI, sullo strato di interesse; lo strato di terreno si colora e si riempie di retino. Per assegnare lo spessore e il terreno al terzo strato (a partire dal piano di campagna) è necessario eseguire i seguenti comandi: Fare clic con il mouse sul terzo strato e assegnare nella casella di testo Spessore (cm) il valore 300 (spessore dello strato 300 cm), immediatamente verrà aggiornato lo spessore dello strato. Per associare al terzo strato il terreno 008) Limo argilloso, è sufficiente trascinare con il mouse il terreno prelevato dall ARCHIVIO TERRENI, sullo strato di interesse; lo strato di terreno si colora e si riempie di retino. Per modificare il nome della stratigrafia, fare clic con il mouse all interno della casella di testo, modificare il testo contenuto in stratigrafia 1 e premere Invio. Per assegnare la presenza della falda alla profondità di 150 cm dal piano di campagna, è sufficiente attivare l opzione Quota falda (cm) ed assegnare nella relativa casella il valore 150 e premere Invio. La mappatura degli strati si presenta come riportato nell immagine precedente. Premere il comando Salva archivio stratigrafia per memorizzare l archivio di stratigrafie generato, ed assegnare al file Esempio7.str il percorso Programmi PRO_SAP PROfessional SAP Esempi; premere il comando Salva. Premere il comando Esci per uscire dalla finestra Stratigrafia terreno, assegnare la stratigrafia agli elementi strutturali e rientrare nella finestra principale di lavoro del Modulo geotecnico. Per eseguire l interrogazione di un elemento è necessario attivare il comando Modifica proprietà elemento e fare clic con il mouse sull elemento di interesse. Fare clic sull elemento trave numero 60, per visualizzare i dati geometrici e la stratigrafia assegnata; la finestra principale si presenterà come l immagine riportata nella pagina seguente. Per eseguire l interrogazione di altri elementi della fondazione è sufficiente fare clic sugli elementi di interesse. Calcolo della costante elastica di winkler Per eseguire il calcolo della costante elastica di winkler è necessario definire i parametri di calcolo attivando il comando Impostazioni di calcolo Fondazioni superficiali. Il comando consente di visualizzare la finestre di definizione dei parametri di calcolo delle fondazioni superficiali. Nella cartella Cedimenti e Costanti di Winkler sono riportati i parametri di calcolo della costante elastica di Winkler, in particolare: Moltiplicatore base fondazione Coefficiente moltiplicativo della larghezza della fondazione per la determinazione dell altezza dello strato di terreno deformabile da analizzare nella determinazione del cedimento netto, tale valore viene fissato pari a 5. Esempio guidato 7 Pag. 4

5 Percentuale stato tensionale (%) Rappresenta il rapporto Sigm.Z/Car.Netto per la determinazione dell altezza dello strato deformabile su cui viene calcolato il cedimento netto, tale parametro viene lasciato pari a 0. Fattore di sicurezza del Carico Limite per la determinazione del Carico Netto confermare il valore assegnato pari a Premere il tasto Ok. Attivare il comando Fase di calcolo Fondazioni superficiali Costanti di Winkler per eseguire il calcolo e la visualizzazione dei risultati. Fare clic sulla cartella per visualizzare le opzioni di definizione della costante di sottofondo. Al termine della fase di calcolo viene visualizzata la finestra Costante elastica di Winkler fondazioni superficiali che riporta i seguenti parametri relativi alle travi di fondazione: Elemento Riporta la descrizione della tipologia e del numero dell elemento trave; Winkler Vert. (dan/cm3) Riporta il valore della costante di Winkler verticale; Winkler Oriz. (dan/cm3) Riporta il valore della costante di Winkler orizzontale; Carico Netto (dan/cm2) Riporta il valore del carico applicabile alla base della fondazione, al netto della pressione litostatica della colonna di terreno sovrastante la quota di imposta della fondazione. Cedim. Netto (cm) Riporta il valore del cedimento edometrico dovuto all applicazione del carico netto alla quota di imposta della fondazione. Sigm. Z/Car. Netto (%) Riporta il valore del rapporto tra la variazione dello stato tensionale alla quota Z di riferimento al disotto del piano di fondazione, e il valore del carico netto; serve per verificare se la profondità dello strato deformabile presa in Esempio guidato 7 Pag. 5

6 considerazione è sufficiente ai fini del calcolo del cedimento. Per visualizzare i risultati dell analisi in modalità grafica ad istogramma, è sufficiente premere il comando Grafico. (L immagine è riportata nella pagina precedente. Premere il tasto Esci per uscire dalla finestra e ritornare nella finestra principale di lavoro. Per applicare i valori ottenuti della costante elastica di Winkler al modello della struttura in PRO_SAP, è sufficiente utilizzare il comando Esci per uscire dalla sessione corrente di lavoro. Attivando il comando Esci viene visualizzata la finestra ATTENZIONE, che consente il salvataggio dei parametri calcolati nel Modulo geotecnico e l applicazione automatica agli elementi trave di fondazione di PRO_SAP. Premere il tasto Si. N.B. Rientrando in PRO_SAP gli elementi strutturali di fondazione acquisiscono i valori calcolati della costante di Winkler, in modo automatico. Effettuare il salvataggio del modello con le modifiche apportate con il comando: Salva assegnare il nome al modello realizzato. Controllo della modellazione Di seguito si realizza il controllo della modellazione geometrica della struttura. Contesto Check dati struttura Viene visualizzata la finestra pswin in cui è richiesta la conferma della riesecuzione del comando di controllo della struttura, premere il tasto Si. Al termine del controllo appare la finestra Controllo dello stato - report in cui sono riportati i controlli effettuati sulla modellazione geometrica della struttura. Premere il tasto X di uscita. Effettuare il salvataggio del modello con le modifiche apportate con il comando: Salva assegnare il nome al modello realizzato. Assegnazione dei carichi alla struttura Di seguito si realizza l applicazione dei carichi al modello della struttura. Nell esempio sviluppato, sono stati assegnati alla struttura i seguenti carichi: Peso proprio della struttura (carico calcolato e applicato alla struttura in modo automatico); Carico permanente e accidentale dei solai (carico calcolato e applicato alla struttura in modo automatico in base ai coefficienti contenuti nella Tabella dei carichi automatici visualizzabile con il comando Dati di carico Carichi solai e coperture); Carico dei tamponamenti (definito dall utente e successivamente applicato agli elementi di interesse). Sisma allo Stato Limite Ultimo, di tipo statico equivalente, con direzione X (CDC=Esk (statico SLU) alfa=0.0 (ecc. +)). Sisma allo Stato Limite Ultimo, di tipo statico equivalente, con direzione X (CDC=Esk (statico SLU) alfa=0.0 (ecc. -)). Sisma allo Stato Limite Ultimo, di tipo statico equivalente, con direzione Y (CDC=Esk (statico SLU) alfa=90.0 (ecc. +)). Esempio guidato 7 Pag. 6

7 Sisma allo Stato Limite Ultimo, di tipo statico equivalente, con direzione Y (CDC=Esk (statico SLU) alfa=90.0 (ecc. -)). Sisma allo Stato Limite di Danno, di tipo statico equivalente, con direzione X (CDC=Esk (statico SLD) alfa=0.0 (ecc. +)). Sisma allo Stato Limite di Danno, di tipo statico equivalente, con direzione X (CDC=Esk (statico SLD) alfa=0.0 (ecc. -)). Sisma allo Stato Limite di Danno, di tipo statico equivalente, con direzione Y (CDC=Esk (statico SLD) alfa=90.0 (ecc. +)). Sisma allo Stato Limite di Danno, di tipo statico equivalente, con direzione Y (CDC=Esk (statico SLD) alfa=90.0 (ecc. -)). Contesto Assegnazione carichi Vengono nascosti i comandi di generazione della struttura e visualizzati i comandi per la gestione dei carichi. Nel contesto di assegnazione dei carichi vengono effettuate le operazioni di assegnazione dei carichi di progetto che vengono gestiti all interno di Casi di carico, cioè archivi di carichi di tipologia omogenea. Per la visualizzazione dei casi di carico è sufficiente attivare il comando Dati di carico Casi di carico per accedere alla Tabella dei casi di carico. Utilizzando i tasti di scorrimento è possibile visualizzare i casi di carico inseriti. Nell esempio corrente non vengono realizzate modifiche dei carichi presenti sulla struttura. Controllo dei carichi applicati e analisi della struttura Di seguito si realizza il controllo dei carichi applicati al modello della struttura. Di seguito viene lanciato, in modo automatico, il solutore che realizza l analisi della struttura. Contesto Check dati di carico Per realizzare il controllo dei carichi applicati e permettere il proseguimento dell analisi. Questo comando non visualizza messaggi. Contesto Salvataggio dati per l analisi Questo comando effettua il controllo generale del modello e la scrittura dei file per l analisi; viene visualizzata la finestra Controllo dello stato - report che riporta i controlli effettuati sulla struttura. Premere il tasto x di chiusura della finestra. Contesto Esecuzione analisi In questa fase si ha l elaborazione dei dati del modello mediante il solutore Algor SUPERSAP. Al termine del processo di elaborazione dei dati, viene visualizzata la finestra Controllo dello stato - report che riporta i controlli effettuati sui dati ottenuti dal solutore. Premere il tasto x di chiusura della finestra. Definizione delle combinazioni Di seguito si realizza la visualizzazione delle combinazioni di carico per l analisi della struttura. La visualizzazione dei risultati può essere effettuata sui casi di carico e sulle combinazioni, mentre la progettazione avviene in base alle combinazioni di carico. Esempio guidato 7 Pag. 7

8 N.B. Nell esempio corrente le combinazioni sono già presenti. Per realizzare la visualizzazione delle combinazioni di carico è sufficiente attivare il comando: Dati di carico Combinazioni La generazione delle combinazioni dei casi di carico predisposti nell esempio corrente, è stata realizzata mediante i seguenti comandi: Impostazioni generali per la definizione dei parametri di combinazione dei casi di carico; S.L.U. strutt. S.L.U. sismica S.L.U. terreno per la generazione automatica delle combinazioni di carico. I moltiplicatori attribuiti in automatico ai casi di carico possono essere modificati facendo clic con il mouse sul numero riportato. Le combinazioni generate in automatico sono riportate nell immagine precedente. Premere il tasto Applica. Visualizzazione e controllo dei risultati dell analisi Di seguito si realizza il controllo dei risultati dell analisi della struttura. Nell esempio corrente, si eseguiranno solamente i controlli dei risultati legati all interazione terrenostruttura. Il risultato visualizzato nel modello corrente è il seguente: Azioni Fondazioni; Contesto Visualizzazione risultati Esempio guidato 7 Pag. 8

9 Per accedere ai comandi di visualizzazione dei risultati. Viene visualizzata la Barra dei risultati che raccoglie i comandi di controllo. Per attivare i comandi di visualizzazione dei risultati è necessario attivare il comando: Vedi combinazione Per la visualizzazione delle pressioni sul terreno generate dagli elementi D2, è necessario eseguire i seguenti comandi: Posizionarsi con i tasti di scorrimento sulla combinazione numero 1 Comb. SLU 1; premere il seguente comando: Azioni fondazioni Press. travi Il comando visualizza con mappa di colore le pressioni trasferite dalla struttura al terreno. L immagine riporta la mappa visualizzata. Per effettuare il controllo dei risultati, sul singolo elemento, è necessario visualizzare una tipologia di risultato e utilizzare il comando: Controlla Esempio guidato 7 Pag. 9

10 e fare clic con il mouse sull elemento che si desidera controllare (nell immagine riportata si è fatto clic sull elemento corrispondente all asse X); nella finestra visualizzata, sono riportati tutti i risultati del calcolo, il cui valore può essere controllato in varie posizioni dell elemento, impiegando l apposito cursore (scorrimento ascissa). Per visualizzare le pressioni sul terreno fare clic con il mouse sul + riportato nella finestra in corrispondenza dell opzione Stato deformativo Pressioni. Nella pagina precedente è riportata l immagine della finestra di controllo generale. Al termine del controllo premere il tasto di chiusura x. Calcolo della portanza delle fondazioni e definizione del fattore di sicurezza Per eseguire il calcolo della portanza delle fondazioni è necessario attivare i seguenti comandi: Dati di progetto Analisi geotecnica per attivare la sessione di lavoro. Premere il comando: Modifica proprietà elemento e fare clic con il mouse in corrispondenza di una trave di fondazione, ad es. la numero 65; viene visualizzata la tabella delle combinazioni di carico agenti sulla trave selezionata. Premere il comando: Espandi che consente di visualizzare la tabella delle combinazioni di carico con modalità estesa. Nella tabella ogni riga rappresenta una combinazione e sono presenti, tutte le combinazioni agli Stati Limite Ultimi generate in PRO_SAP, relative all analisi del terreno di fondazione. Nella tabella è riportato anche il codice di individuazione delle combinazioni sismiche. Nell esempio in oggetto, viene visualizzata la tabella riportata nell immagine. Premendo i consueti tasti di scorrimento della barra è possibile visualizzare tutte le combinazioni presenti nella tabella. Al termine del controllo premere il comando: Riduci per ridurre le dimensioni della tabella. Attivare il comando: Impostazioni di calcolo Fondazioni superficiali per accedere alle finestre di definizione dei parametri di calcolo delle fondazioni. Lasciare i parametri riportati nella finestra come sono definiti in modo automatico nella immagine della pagina precedente. Premere il tasto OK. Attivare il comando: Fase di calcolo Fondazioni superficiali Portanza per eseguire il calcolo e la visualizzazione dei risultati; al termine del calcolo viene aperta la Esempio guidato 7 Pag. 10

11 finestra Calcolo portanza fondazioni superficiali che riporta la sintesi dei risultati del calcolo di ogni elemento strutturale. Nella finestra sono contenuti i risultati relativi ad ogni singolo elemento; utilizzando la barra di scorrimento è possibile visualizzare i risultati di tutti gli elementi calcolati. Il significato dei coefficienti contenuti nella tabella è descritto nel cap. 23 del manuale di PRO_SAP, Analisi dell interazione terreno struttura: il Modulo geotecnico. Per controllare i risultati della portanza per la trave successiva a quella visualizzata, è sufficiente utilizzare i tasti della barra di scorrimento riportata nella finestra. La visualizzazione dei risultati relativi ad una trave esegue in automatico la visualizzazione, nella tabella delle combinazioni, delle combinazioni relative. Per visualizzare con istogramma i valori massimi di portanza ottenuti dal calcolo, è sufficiente attivare il comando: Grafico Cmb Max Esempio guidato 7 Pag. 11

12 Il significato dei coefficienti contenuti nella finestra è descritto nel cap. 23 del manuale di PRO_SAP, Analisi dell interazione terreno struttura: il Modulo geotecnico. Per ritornare alla visualizzazione precedente premere il comando Tabella. Al termine del controllo dei risultati premere il comando Esci. Assegnazione dei risultati ottenuti a PRO_SAP e calcolo del fattore di sicurezza Per assegnare i risultati di portanza ottenuti al modello strutturale, è sufficiente attivare il comando: Esci per uscire dalla sessione corrente di lavoro e ritornare alla sessione di lavoro di PRO_SAP; nella finestra ATTENZIONE, effettuare il salvataggio dell analisi geotecnica premendo il comando Si. In PRO_SAP attivare il comando di visualizzazione dei risultati per combinazione Vedi combinazione e posizionarsi con i tasti di scorrimento sulla combinazione numero 3 Comb. SLU 3 (con sisma); premere il seguente comando: Azioni fondazioni Sicurezza per valutare il coefficiente di sicurezza del terreno in combinazione 3. Nella tabella a mappa di colore è riportato un coefficiente normalizzato tale che: minore o uguale a 1 VERIFICATO maggiore di 1 NON VERIFICATO. Nell immagine è riportato il fattore di sicurezza in combinazione 3. Esempio guidato 7 Pag. 12

13 Per visualizzare il fattore di sicurezza in altre combinazioni è sufficiente posizionarsi con i tasti di scorrimento su un altra combinazione. Analisi dei cedimenti del terreno Per eseguire il calcolo dei cedimenti del terreno è necessario, nel Contesto di visualizzazione dei risultati, attivare il comando Dati di progetto Analisi geotecnica per attivare la sessione di lavoro. Definire i parametri di calcolo dei cedimenti attivando il comando: Impostazioni di calcolo Fondazioni superficiali attivare la cartella Cedimenti e Costanti di Winkler per accedere alle finestre di definizione dei parametri di calcolo dei cedimenti delle fondazioni superficiali. Lasciare i parametri riportati nella finestra come sono definiti in modo automatico. Il significato dei coefficienti contenuti nella tabella è descritto nel cap. 23 del manuale di PRO_SAP, Analisi dell interazione terreno struttura: il Modulo geotecnico. Premere il tasto OK. Attivare il comando: Fase di calcolo Fondazioni superficiali Cedimenti per eseguire il calcolo e la visualizzazione dei risultati; al termine del calcolo viene aperta la finestra Calcolo cedimenti fondazioni superficiali che riporta la sintesi dei risultati del calcolo di ogni elemento strutturale. Nella finestra sono contenuti i risultati relativi ad ogni singolo elemento; utilizzando la barra di scorrimento è possibile visualizzare i risultati di tutti gli elementi calcolati. Esempio guidato 7 Pag. 13

14 Per controllare i risultati sui cedimenti per la trave o la combinazione successiva a quella visualizzata, è sufficiente utilizzare i tasti della barra di scorrimento riportata nella finestra. Per visualizzare con mappa di colore i valori di cedimento ottenuti dal calcolo, è sufficiente attivare il comando: Grafico a mappa La legenda dello stato tensionale riporta i valori massimo e minimo di cedimento, riferiti agli elementi visualizzati e alla combinazione di carico corrente. La discretizzazione delle travi di fondazione avviene mediante elementi triangolari, su cui è possibile effettuare l interrogazione, per ottenere i risultati in modalità dettagliata. Per eseguire l interrogazione degli elementi è sufficiente fare clic con il mouse, all interno della finestra grafica, sull elemento triangolare di interesse e controllare i valori dei parametri nella finestra di testo. Per interrogare altri elementi è sufficiente operare nel medesimo modo. Esempio guidato 7 Pag. 14

15 Scorrendo mediante la barra riportata a destra della casella di testo, si possono visualizzare i risultati relativi a tutte le combinazioni. Per ritornare alla visualizzazione precedente premere il comando Tabella. Al termine del controllo dei risultati premere il comando Esci. Il significato dei coefficienti contenuti nella tabella è descritto nel cap. 23 del manuale di PRO_SAP, Analisi dell interazione terreno struttura: il Modulo geotecnico. Generazione della relazione di calcolo Al termine dell analisi è possibile generare la relazione di calcolo che contiene i parametri geotecnici e i risultati delle analisi eseguite. Premere il comando Relazione di calcolo Stesura relazione fondazioni superficiali viene visualizzata la finestra che contiene i comandi di modifica e stampa della relazione di calcolo. I comandi riportati consentono la modifica del testo con modalità analoghe ai più diffusi editor di testo. La relazione di calcolo contiene tutti i dati dei terreni inseriti e i risultati in termini di portanza e cedimenti. Per salvare la relazione di calcolo premere il comando: Salva relazione nella finestra Salva, assegnare il nome Relazione geotecnica e premere il comando Salva. Premere il tasto x di chiusura della finestra. Esempio guidato 7 Pag. 15