DOLMEN: soluzioni vere progetti veri

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1 ISSN Numero Speciale /// DOLMEN: soluzioni vere progetti veri

2 Direttore responsabile Paolo Maggioli Redazione Federica Argelli, Mauro Ferrarini, Giacomo Sacchetti Progetto grafico Christian Rodero È vietata la riproduzione, anche parziale, degli articoli pubblicati, senza l autorizzazione dell autore. Le opinioni espresse negli articoli appartengono ai singoli autori, dei quali si rispetta la libertà di giudizio, lasciandoli responsabili dei loro scritti. L autore garantisce la paternità dei contenuti inviati all editore manlevando quest ultimo da ogni eventuale richiesta di risarcimento danni proveniente da terzi che dovessero rivendicare diritti su tali contenuti. Le immagini pubblicate sono tratte da siti internet privi di copyright. Registrazione n. 23/2008 del Tribunale di Rimini Pubblicità Publimaggioli Concessionaria di pubblicità del Gruppo Maggioli Via del Carpino, Santarcangelo di Romagna (RN) Tel Fax publimaggioli@maggioli.it Amministrazione e diffusione: Maggioli Editore presso c.p.o. Rimini via Coriano, Rimini tel fax Maggioli Editore è un marchio Maggioli Spa Filiali: Milano via F. Albani, Milano tel fax Bologna via Volto Santo, Bologna tel fax Roma via Volturno, 2/c Roma tel fax Napoli via A. Diaz, Napoli tel fax Maggioli s.p.a. Azienda con Sistema Qualità certificato ISO 9001:2000 Iscritta al registro operatori della comunicazione Registrazione presso il Tribunale di Rimini - redazionetecnica@maggioli.it

3 Intervista DOLMEN software di calcolo strutturale e servizio di progettazione consapevole A colloquio con il vertice aziendale di CDM DOLMEN e omnia IS a cura della Redazione Nel panorama delle case produttrici di software per il calcolo strutturale, la piemontese CDM DOLMEN non ha bisogno di presentazioni. Oggi l azienda offre un prodotto completo, che copre tutte le esigenze del progettista strutturale e geotecnico, accompagnandolo lungo l intero percorso della progettazione partendo dall analisi del modello fino alla stampa dell esecutivo di cantiere. Abbiamo incontrato i vertici di CDM DOLMEN per discutere su diversi aspetti tecnici e operativi relativi al settore del software tecnico. Ingegneri. Il progettista strutturale, probabilmente poiché a lui è affidata la sicurezza delle persone, è spesso molto legato alla consuetudine operativa, si pensi ad esempio alla lentissima transizione dalle tensioni ammissibili agli stati limite. Come DOLMEN aiuta i tecnici nell affrontare le nuove sfide che le sempre maggiori richieste di norma pongono? CDM DOLMEN. In effetti il passaggio dalle tensioni ammissibili agli stati limite non è stato indolore, per questo CDM DOLMEN ha offerto e offre supporto tecnico e consulenza agli utenti, credendo fortemente che prima di tutto un software di calcolo strutturale significhi non solo un prodotto, ma un servizio per una progettazione consapevole. Il nostro staff tecnico fornisce un costante aggiornamento del software e aiuta i clienti offrendo un adeguata assistenza tecnica non solo sull uso del programma, ma anche sulla comprensione e sull interpretazione della norma alla luce della scienza delle costruzioni, al fine di una corretta modellazione strutturale e geotecnica. Nel 2009, con l entrata in vigore del d.m. 14 gennaio 2008, è stato sancito e reso obbligatorio un nuovo metodo di progettare, che ha evidenziato come tutta l Italia sia sismica e, di conseguenza, non si possa più progettare senza tener conto dell azione del sisma. 3

4 L approccio semiprobabilistico agli stati limite con i coefficienti di sicurezza, le numerose combinazioni di carico, le tante verifiche e le prove da svolgere sul terreno hanno modificato il modus operandi del progettista e hanno reso l uso di uno strumento di calcolo assolutamente indispensabile. Per CDM DOLMEN è indispensabile fornire ai professionisti il giusto strumento per progettare in sicurezza secondo quanto richiesto dalla legislatura italiana e, quindi, le Norme Tecniche per le Costruzioni sono il riferimento del software DOLMEN, distribuito principalmente sul territorio nazionale. Il 14 novembre 2014 il Ministero delle infrastrutture ha approvato a maggioranza l aggiornamento delle NTC 2008, che presto diventerà legge effettiva; come già in passato CDM DOLMEN adeguerà il software nel minor tempo possibile alla nuova normativa e fornirà il consueto supporto ai professionisti. Per venire incontro agli utenti stranieri e a quelli che operano all estero e per rendere più completo l ambito di applicabilità molti moduli DOLMEN consentono di effettuare i calcoli usando anche gli Eurocodici. Ingegneri. In un approccio sempre più integrato e condiviso alla progettazione, l interoperabilità e la condivisione dei dati sono imprescindibili per un software. Che approccio ha CDM DOLMEN verso il mondo del BIM (Building Information Modelling), inteso come la possibilità di condividere il modello strutturale, integrandolo con quello impiantistico e architettonico? CDM DOLMEN. Il calcolo strutturale coinvolge la sicurezza delle costruzioni al punto che essere troppo scontato nella fase di acquisizione dati può indurre a superficialità nell affrontare la corretta modellazione, per cui BIM sì, ma cum grano salis. Uno strumento che fornisce un modello 3D strutturale, rendering ed impianti può essere valido ed utile, ma non è sufficiente in quanto non può prescindere da una corretta e non automatica interpretazione strutturale e dal mondo geologico/geotecnico e del terreno. Per noi è fondamentale la possibilità di importare il disegno da CAD, anche esterni, e far sì che questo diventi un supporto per eseguire la modellazione strutturale in modo più veloce e facile; è altresì importante l esportazione dei risultati ottenuti, in particolare gli esecutivi di travi, di pilastri, di fondazioni, e la comunicazione con database geotecnici di terreni e di prove. Ingegneri. DOLMEN affronta problematiche connesse ancorché differenti come la progettazione delle strutture, la progettazione geotecnica e la progettazione della sicurezza al fuoco, ci sono altri ambiti in cui preventivate di espandere il vostro supporto ai progettisti? CDM DOLMEN. Per il momento vogliamo restare nell ambito del calcolo strutturale a tutto tondo per poter fare al meglio quello che sappiamo fare bene. Il calcolo strutturale eseguito con DOLMEN, consentendo di trattare numerosi materiali edili quali il cemento armato, il cemento armato precompresso, l acciaio, la muratura, il legno e di simularne di particolari (ad 4

5 esempio vetro, alluminio, ), unito a quello geotecnico e geologico ed infine alla verifica di resistenza al fuoco, coprono già un settore molto ampio dell ingegneria e della progettazione in generale e sono affrontati in modo così dettagliato da poche altre software house italiane. Il nostro obiettivo è, quindi, quello di riuscire a migliorare sempre di più DOLMEN, per renderlo ancora più completo e capace di affrontare tutte le nuove tecnologie costruttive ed i dettami normativi, venendo incontro a tutte le esigenze del progettista strutturale e geotecnico. Ingegneri. In un normale processo di progettazione la capacità di prendere decisioni strategiche sin dalle prime fasi del processo progettuale è fondamentale, è possibile usare i vostri prodotti anche per valutazioni preliminari sulle scelte progettuali? CDM DOLMEN. DOLMEN consente di effettuare diversi livelli di progettazione: si può partire dal predimensionamento e dalle valutazioni preliminari fino ad arrivare alla progettazione completa, il tutto deciso completamente dall utente, a seconda delle sue esigenze lavorative. Trattandosi di un sistema modulare, configurabile in base alle esigenze del professionista, DOLMEN offre molteplici livelli di calcolo, dalla più semplice schematizzazione a trave continua e pilastri, allo schema tridimensionale completo. L utente deve comunque essere consapevole che il software è sì uno strumento essenziale per il calcolo strutturale e geotecnico, ma deve essere utilizzato con consapevolezza e con ottima conoscenza della materia trattata; il progettista deve essere il vero e solo protagonista del calcolo che sta effettuando. Ingegneri. A partire dal 1 gennaio 2014 è entrato in vigore l obbligo formativo per gli Iscritti agli Ordini degli Ingegneri, come sta operando CDM DOLMEN per venire incontro ai professionisti? CDM DOLMEN. CDM DOLMEN si è attivata fin da subito con eventi a cui sono stati attribuiti crediti formativi. In particolare, con la collaborazione di docenti del Politecnico di Torino, sono stati organizzati convegni in Piemonte, Valle d Aosta ed Emilia Romagna dedicati al cemento armato, alla muratura portante, agli edifici esistenti, alla resistenza al fuoco ed alla geotecnica. Tali seminari sono stati organizzati con il patrocinio di Ordini degli Ingegneri e dei Geologi e sono stati svolti anche durante fiere di settore, in modo da venire incontro ad un numero elevato di professionisti. Tutti gli incontri hanno avuto, visto l interesse per gli argomenti trattati, un gran numero di partecipanti, provenienti anche da province limitrofe a quelle che hanno ospitato gli eventi. Dato il carattere prettamente scientifico dei nostri seminari molti professionisti ci stanno chiedendo di andare anche nella loro città; faremo tutto il possibile per accogliere queste richieste e nel 2015 CDM DOLMEN terrà numerosi convegni in tutta Italia, per cui vi invitiamo a visitare il nostro sito alla pagina Incontri in cui troverete tutte le informazioni. 5

6 PROGETTO La Torre dei Moro a Milano Analisi di un progetto in calcestruzzo armato a cura dell'ing. Federico Formica Il progetto riguarda un intervento di nuova edificazione a carattere misto (3.100 m 2 di superficie produttiva, m 2 di superficie commerciale, 420 m 2 di superficie terziaria e m 2 di superficie residenziale) in attuazione di un Piano di Recupero di via Antonini 32/34 a Milano; è costituito da un complesso destinato ad uso privato e da un edificio residenziale, da cedere al Comune di Milano. Il complesso è costituito da due piani interrati, adibiti ad autorimesse, posti auto, cantine e locali tecnici, da un piano fuori terra adibito ad attività commerciale, da una parte superiore in cui sono state realizzate unità immobiliari disposte su due livelli e, infine, da un edificio a torre. Il progetto della Torre dei Moro si presenta come un complesso architettonico caratterizzato da un accentuato dinamismo e da una morfologia particolarmente studiata: al di sopra di un impianto ad andamento orizzontale costituito da edifici con copertura a volta si innalza la torre residenziale di 16 piani che raggiunge i 60 metri di altezza. La forma dell edificio richiama la metafora della nave (fra tutte le cose in movimento quella più vicina a un palazzo) che con due grandi vele asimmetriche e dinamiche sembra innalzarsi sul moto ondoso delle volte dei laboratori; la sezione ellittica e disassata delle logge dà dinamicità all intero intervento. Il complesso è comunque legato all ambiente ed alla storia di Milano seguendo il caratteristico orientamento nord-ovest/sud-est e le coperture tradizionali a volta. Le forme, i materiali ed i colori della torre invitano al dialogo e la piazza interna elevata riprende la vecchia corte, luogo di incontro e di socialità. L articolazione delle forme rivela con immediatezza le diverse funzioni interne e, contemporaneamente, accentua l illusione della sospensione nell aria, minimizzando l attacco a terra. Per realizzare uno spazio commerciale a doppia altezza, il più possibile libero da elementi strutturali, si è optato per una soluzione in falso delle strutture previste al di sopra del piano terra. Il solaio di copertura di quest ultimo, dello spessore di 80 cm, raccoglie 6

7 e distribuisce sui pochi pilastri sottostanti l intero carico, portandolo fino in fondazione. I professionisti che si sono occupati del progetto e della direzione delle opere strutturali sono gli ingegneri Orio Delpiano di Biella e Michele Motta di Torino; per la modellazione ed il calcolo hanno utilizzato il software DOLMEN di CDM DOLMEN, che gli ha consentito di progettare e verificare tutti gli elementi strutturali dalle fondazioni al tetto. Le fondazioni, in corrispondenza dei pilastri della torre, sono costituite da una piastra in c.a. avente uno spessore di 120 cm che poggia su un terreno consolidato mediante colonne jet-grouting a grande diametro, realizzate da Ditta specializzata. Le opere di fondazione degli altri pilastri sono costituite da travi rovesce e da plinti isolati; quelle dei muri perimetrali, dei setti intermedi, dei vani scala ed ascensori e della vasca di riserva acqua antincendio sono costituite da plinti continui, anch essi in cemento armato. La struttura verticale è costituita da muri perimetrali, pilastri e setti intermedi in c.a. ai piani interrati, da pilastri e da setti intermedi in c.a. ai piani fuori terra. Per le unità immobiliari al di sopra del locale commerciale sono stati utilizzati muri perimetrali ed intermedi in laterizio portante e pilastri in c.a. I primi cinque orizzontamenti sono realizzati mediante l utilizzo di lastre prefabbricate tralicciate, alleggerite con blocchi in polistirolo, con getti di completamento in opera, travi e cordoli in c.a.; i successivi presentano pannelli in latero-cemento prefabbricati con getti di completamento in opera. I due orizzontamenti delle unità immobiliari poste al di sopra del locale commerciale, sono eseguiti mediante l utilizzo di lastre prefabbricate in polistirene autoportanti, armate in fase di produzione con tralicci in acciaio, con getti di completamento in opera. Le rampe scale sono in conglomerato cementizio armato a solette piene, dimensionate per i sovraccarichi di Legge. La copertura delle unità immobiliari poste al di sopra del locale commerciale è piana, quella della torre è realizzata mediante l utilizzo di travetti prefabbricati con blocchi di alleggerimento in laterizio. 7

8 Intervista Recupero funzionale di rustico: il Castello di Verrone A colloquio con il progettista: l ing. Francesco Ravizza a cura della Redazione Di origine medievale, il Castello di Verrone in provincia di Biella è un complesso in muratura dalla tipica conformazione quadrangolare con sviluppo attorno ad una corte centrale a seguito della trasformazione di fortificazioni preesistenti. Recentemente il complesso è stato soggetto a un intervento di recupero funzionale di rustico in muratura portante da adibire a museo per il Comune di Verrone. Abbiamo analizzato l opera, parlando con il progettista: l ing. Francesco Ravizza. Ingegneri. Ingegner Ravizza, in che occasione è stato chiamato ad intervenire per questo lavoro? Francesco Ravizza. Il proprietario, il comune, ha incaricato la società STECI s.r.l. di seguire il progetto dell intervento di ristrutturazione, che prevede la realizzazione di un museo all interno di una serie di locali del castello; i lavori sono stati eseguiti per lotti. Al momento in cui sono intervenuto era già stato eseguito il lotto 1 che riguardava la ristrutturazione dei locali al piano terreno, in cui erano state eseguite le sottomurazioni e i vespai. Il progetto del lotto 2 è stato preparato nella primavera del 2011 e presentato in Soprintendenza; quest ultima ha richiesto la verifica sismica delle strutture, che non era stata fatta; la STECI, non avendo la competenza specifica, mi ha quindi contattato per eseguire la verifica sismica del fabbricato. Francesco Ravizza. In data 14 ottobre 2011 è stata incaricata la ditta, che per questioni di privacy chiameremo ditta A, per l esecuzione delle prove, che sono state svolte in data 19 ottobre Come prassi la ditta A ha arrestato le prove quando sono comparse delle lesioni, per evitare eccessivi danneggiamenti nella muratura, e le ha condotte usando un doppio martinetto piatto per definire il modulo elastico del materiale; i risultati misurati sono stati i seguenti: - Prova n. 1: 17.5 bar Deformazione complessiva: 5211 με - Prova n. 2: 8 bar (prova interrotta) - Prova n. 3: 25.0 bar Deformazione complessiva: με - Prova n. 4: 30.0 bar Deformazione complessiva: με a dare valori che si avvicinano a quelli attesi per le murature in oggetto. Le prove andavano però spinte fino alla rottura della muratura e non solo fino al raggiungimento di grandi deformazioni, in quanto lo scopo finale era quello di verificare la resistenza ultima della struttura; per questo motivo in data 15 dicembre 2011 è stata consegnata una relazione di contestazione delle prove sulle murature e il 2 marzo 2012 ho deciso di richiedere due ulteriori prove, che sono state svolte Figura 1 Fotografia del Castello di Verrone Ingegneri. Sono state eseguite delle prove sulle murature? Solo la prova 4 è stata spinta fino alla comparsa delle crepe e difatti è stata l unica Figura 2 Risultati prove ditta A 8

9 da parte della ditta, che qui chiameremo ditta B, il 17 maggio I risultati ottenuti in questa occasione sono stati i seguenti: - Prova n. 1: 1.76 MPa Deformazione complessiva: 2259 µε - Prova n. 2: 1.64 MPa Deformazione complessiva: 7857 µε Oltre non si è riusciti a dare ulteriore pressione ai martinetti, ma i risultati erano confrontabili con la prova ritenuta più significativa svolta dalla ditta A. Ingegneri. Come avete modellato la struttura tramite software? Francesco Ravizza. Abbiamo scelto di modellare il fabbricato in due modi diversi con il software DOLMEN modulo DW12 Murature portanti di CDM DOLMEN, in particolare abbiamo usato il metodo a telaio equivalente per le parti da verificare, per le parti non oggetto di verifica e per la torre cilindrica abbiamo usato il modello a gusci, in modo da velocizzare la modellazione. Il calcolo in questione è stato elaborato in due differenti fasi: a settembre 2011 e, in seguito, a giugno Ingegneri. Perché queste due fasi di calcolo e che differenza c era tra le due fasi? Francesco Ravizza. Le differenze tra le due fasi sono riconducibili all estensione della porzione oggetto di intervento (aumentata nel secondo calcolo), agli esiti delle prove in situ di caratterizzazione delle murature (svolti dalle due ditte) e alle indicazioni ricevute sull elaborazione con il software. Molto importante è stata la semplificazione apportata alla modellazione al fine di rendere più snella la procedura di calcolo. Ingegneri. Che esito hanno dato le verifiche sulle murature schematizzate con il metodo del telaio equivalente? Francesco Ravizza. Le verifiche dei maschi murari (pressoflessione nel piano, taglio nel piano, pressoflessione fuori dal piano e sismica fuori dal piano) e delle fasce di piano (pressoflessione nel piano e taglio nel piano), condotte secondo il metodo del telaio equivalente, hanno avuto esito positivo, tenendo ovviamente conto della resistenza di progetto considerata per le murature. Figura 5 Maschi murari: taglio nel piano (con redistribuzione) Figura 3 Estensione della porzione soggetta a recupero funzionale - settembre 2011 Figura 4 Estensione della porzione soggetta a recupero funzionale - Giugno 2012 Figura 6 Fasce di piano pressoflessione 9

10 SOFTWARE Strumento di calcolo per murature portanti, adeguamento, consolidamento e FRP a cura della Redazione Le murature portanti presentano, a causa della loro natura intrinseca di materiale composito, anisotropo, non linearmente elastico e molto spesso già esistente, un comportamento non facilmente schematizzabile dal punto di vista meccanico. DOLMEN, nell offrire gli strumenti per il calcolo di questa tipologia strutturale, ha scelto, tra i numerosi studi per il calcolo della risposta sismica delle strutture in muratura, la modellazione a telaio equivalente, in linea con le Norme Tecniche per le Costruzioni del 2008 [NTC ]; DOLMEN consente, inoltre, la possibilità di modellare e verificare elementi di dettaglio tramite i gusci. Figura 1 Modelli in muratura caricato in modo del tutto generale da tutte le varie tipologie di carico definite nell ambiente tridimensionale; ciò comporta una grande flessibilità e facilità d uso, ma soprattutto la possibilità di intervenire liberamente. Si può, inoltre, richiedere di ridistribuire il taglio all interno dell interpiano, qualora vi siano delle riserve di resistenza utilizzabili (come consentito delle NTC 08), è possibile modificare le condizione di svincolo dell elemento rappresentativo del maschio Le murature sono completamente gestite e verificate all interno del CAD 3D Struttura; l Input dell utente consiste nella creazione della scatola muraria attraverso entità chiamate Interpiano, rappresentative del tratto di una parete compreso fra due orizzontamenti anche inclinati, con assegnate proprietà di geometria, spessore e materiale: in questi interpiani vanno poi inseriti gli oggetti Apertura, gestiti tramite le corrispondenti schede tipologiche (figura 1). Come ogni altro oggetto dell ambiente tridimensionale gli interpiani, insieme alle aperture in essi praticate, sono traslabili e copiabili. Il disegno della scatola muraria risulta particolarmente veloce nel momento in cui ci si appoggia su una pianta, ad esempio in DXF, importata nel CAD 3D Struttura. Definiti gli interpiani che rappresentano la struttura da calcolare, DOLMEN traduce questo insieme di informazioni in un modello agli elementi finiti a telaio equivalente (figura 2): questo si compone di elementi asta, generati con precise proprietà di svincolo interno ed estremi rigidi (sono reperibili indicazioni di dettaglio nelle pubblicazioni edite dal CNR - Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti). In generale, per esempio, il maschio murario nasce svincolato relativamente ai momenti fuori piano. Al modello creato in automatico si possono aggiungere altre parti di struttura, come un telaio in c.a. o in acciaio, una copertura in legno o le fondazioni; inoltre si possono inserire i solai per l imposizione dei carichi. Il modello, generato in automatico, può essere Figura 2 - Modellazione a telaio equivalente 10

11 murario, al fine di graduarne la collaborazione strutturale. Figura 3 - Muratura armata Il DW12 consente anche il progetto e la verifica della muratura armata (figura 3): l armatura viene assegnata ai pannelli murari tramite schede di disposizione che definiscono le modalità con le quali si vuole posizionata l armatura stessa: DOLMEN provvede poi a disporla secondo queste indicazioni, a controllarne la rispondenza ai massimi e minimi di normativa (NTC 2008), ad effettuarne le verifiche e visualizzarle per mappe colorimetriche, rendendo con ciò semplice e veloce la progettazione interattiva della struttura. Una volta terminate l analisi e la verifica degli elementi costituenti la scatola muraria, alcuni elementi potrebbero risultare non verificati: DOLMEN consente di intervenire inserendo diverse tipologie di rinforzo. In generale l intervento deve essere mirato, tale cioè da colmare le carenze strutturali dell elemento murario. Il programma prevede l applicazione di rinforzi in materiali compositi o in reti elettrosaldate (è disponibile un ampia libreria con i materiali di diversi produttori), e fornisce tutte le informazioni utili per una scelta progettuale ragionata della tipologia di intervento (figura 4). In automatico vengono generati dei diagrammi di interazione muratura - FRP che consentono di avere una visione chiara delle modifiche alle resistenze apportate dal rinforzo, facilitando così il progetto dell intervento. Il modulo murature esegue l analisi statica non lineare (pushover) per lo studio dei meccanismi di risposta sismica globale dell edificio; questa analisi condivide con l impostazione globale le caratteristiche di semplicità e flessibilità del modello. Con DOLMEN è possibile modellare volte in muratura di sagoma complessa, generando mesh a doppia curvatura nel CAD 3D Struttura; ciò consente di completare la verifica di edifici storici. Sia la fase di creazione del modello che le successive verifiche sono completamente automatizzate e la lettura dello stato tensionale e dei fattori di sicurezza viene fatta tramite mappature colorate ed all interno della relazione di calcolo. Un comando specifico è dedicato alla valutazione degli interventi locali (principalmente aperture di vani, ma anche riparazioni o piccole modifiche locali): questo comando effettua un confronto fra le caratteristiche di rigidezza, resistenza e duttilità di due interpiani, rappresentativi rispettivamente di uno stato pre e postintervento. I risultati dell analisi sono costituiti da una relazione di calcolo, contenente le verifiche richieste dalle NTC 08 e dalle rappresentazioni grafiche a mappatura di colore. Si può ad esempio visualizzare la mappatura dei coefficienti di sicurezza, nella quale possono essere messi in evidenza i maschi non verificati. FRP (Fiber Reinforced Polymer) L utilizzo di FRP (Fiber Reinforced Polymer) viene sempre più considerato per il rinforzo e la riparazione di elementi murari portanti (muri, volte, pilastri) in edifici esistenti. L intervento si basa sull incollaggio di tessuti costituiti da materiali fibrosi ad elevata resistenza meccanica, applicati sul supporto murario mediante resine di varia natura. La facilità esecutiva della tecnica e l efficacia del tipo di rinforzo nel sopperire alla carente resistenza a trazione della muratura consentono di realizzare sistemi caratterizzati da limiti di resistenza molto più elevati della muratura tradizionale e da un comportamento a rottura meno fragile. Il sistema proposto consiste nell applicazione di strisce di FRP di determinata larghezza mediante apposite resine (nella fattispecie di tipo epossidico), con diverse finalità (regolarizzazione della superficie del supporto, adesione e protezione del fibrorinforzato). I materiali componenti il rinforzo vengono disposti per strati successivi, previa livellatura e pulitura superficiale della muratura nell area di applicazione; l efficacia dell intervento è, infatti, strettamente legata all adesione del sistema muratura-fibra, al fine di consentire l attivazione del contributo del rinforzo solidalmente alla muratura. Il meccanismo di risposta alle sollecitazioni esterne del complesso muratura - FRP è un meccanismo di tipo tirante - puntone. Inoltre, dato che il rinforzo FRP ha un comportamento di tipo fragile, ovvero elastico - lineare sino a rottura, occorre cercare che la crisi del complesso muratura - FRP si abbia per plasticizzazione della muratura compressa, e non per rottura dell FRP o per delaminazione, in modo da assicurare duttilità alla struttura. Ne consegue che il tipo di intervento è fortemente dipendente dalla problematica riscontrata sul singolo pannello, dato che questo meccanismo si deve attivare per colmare le lacune specifiche della struttura. Figura 4 Modelli con rinforzi 11

12 SOFTWARE Strumento di calcolo d'avanguardia per volte in muratura portante anche soggette a incendio a cura della Redazione Nell ambiente grafico tridimensionale è possibile modellare volte in qualsiasi materiale tramite la discretizzazione in elementi guscio. Assegnando i lati alla base e definendo 9 punti notevoli viene generata una mesh tridimensionale con una procedura automatica (figura 1). L inserimento dei carichi (peso proprio, permanenti e variabili) avviene come per ogni altro elemento strutturale in DOLMEN, in particolare si utilizzano i carichi su gusci. A questo punto si procede con la creazione del macroguscio e si dà un orientamento uniforme a tutti i gusci che lo costituiscono (figura 2), il tutto con passaggi molto semplici che consentiranno di avere risultati numericamente più corretti e più facilmente leggibili. Una volta effettuato il calcolo delle sollecitazioni e creati i casi di carico (DOLMEN propone in automatico quanto previsto dalle NTC 2008) si può procedere con la verifica della volta in muratura (figura 3). Altre visualizzazioni consentono di leggere le tensioni differenziate fra le fibre al lembo superiore e inferiore e gli spostamenti sempre con mappatura colorata a cui viene affiancata la corrispondente scala graduata (figura 4). Verifica sotto incendio di una volta in muratura Analizziamo il caso di una volta in muratura sottoposta ad incendio di tipo standard sul suo lato inferiore; a tale scopo andiamo ad utilizzare il software IS Fuoco, che esegue le verifiche REI di elementi in c.a., in c.a.p., in acciaio ed in muratura in condizioni di incendio in accordo con gli Eurocodici e le NTC Inseriamo una sezione di forma rettangolare, avente spessore pari a quello della volta e larghezza di 50 cm; a questa assegniamo le caratteristiche termiche (calore specifico, Figura 1 Schematizzazione della volta 12

13 Figura 2 Gusci Figura 3 Fattori di sicurezza Figura 4 Spostamenti massimi lungo l asse Z conducibilità termica e densità relativa) del laterizio secondo quanto indicato dall Eurocodice 6 del Dopo aver creato automaticamente la mesh sulla sezione rettangolare in oggetto si avvia il calcolo termico agli elementi finiti che integra su tutto il dominio e nel tempo l equazione di Fourier (in questo esempio è stato effettuato il calcolo fino a 60 minuti di esposizione). Grazie al software IS Fuoco si ricava la mappatura termica della sezione ed è possibile leggere la temperatura raggiunta in ogni elemento finito. In particolare decidiamo di visualizzare la posizione dell isoterma 500 C poiché riteniamo che le zone di muratura che hanno superato questa temperatura abbiano subito i danneggiamenti più seri (figure 5-6). L isoterma 500 C si trova a 2,4 cm dalla base della sezione, ossia dal lato su cui è applicata l esposizione al fuoco. Applichiamo gli stessi principi previsti per il metodo dell isoterma 500, riportato nella parte 2 dell Eurocodice 2, dedicata all incendio. Decidiamo di adottare questo metodo semplificato poiché nell Eurocodice 6 parte 1-2, che tratta l argomento della muratura sotto incendio, non sono presenti indicazioni per la verifica al fuoco di volte in laterizio e non sono disponibili altre informazioni nemmeno in bibliografia. Entriamo nuovamente nel CAD 3D Struttura di DOLMEN e riapriamo il file con cui avevamo fatto il calcolo della volta a freddo; andiamo a modificare lo spessore dei gusci sottraendo a questi i 2,4 cm che hanno raggiunto una temperatura superiore a 500 C. Non andiamo a modificare null altro, lasciamo infatti i carichi del caso precedente, consideriamo che una parte della sezione, eccessivamente danneggiata, non esista più, ma che le sollecitazioni da sopportare siano quelle iniziali. Per svolgere le verifiche adottiamo il caso di carico Incendio a SLU, previsto dalle NTC 2008, la cui combinazione è: G 1 + G 2 + P + A d + ψ 2,1 Q k1 + ψ 2,,2 Q k Figura 5 Mappatura termica a 60 minuti In cui: G 1 = azioni permanenti dovuti al peso proprio dei materiali strutturali G 2 = azioni permanenti dovuti al peso proprio dei materiali non strutturali P = azione dovuta alla precompressione ed alla pretensione Q k1 = valore caratteristico dell azione variabile considerata come principale Q ki = valore caratteristico delle altre azioni variabili A d = valori di progetto delle azioni derivanti dall esposizione ad incendio ψ 2,1 = coefficiente dell azione variabile considerata come principale ψ 2,2 = coefficiente delle azioni variabili secondarie Figura 6 Isoterme a 60 minuti (quella più spessa indica i 500 C) Questi ultimi due coefficienti sono riportati nella tabella 2.5.I delle NTC I risultati della verifica condotta sulla nuova volta (avente gusci spessore pari a 17,6 cm, ma peso corrispondente ai 20 cm di spessore) danno esito positivo (sono stati impostati una resistenza a compressione di 85 dan/cm 2 e una resistenza a trazione di 2 dan/cm 2 ). Ricordiamo che tale metodo è solo una proposta che noi forniamo per affrontare tale calcolo; non esistono supporti normativi o bibliografici su tale argomento a cui fare riferimento per una procedura. 13

14 SOFTWARE Interazione pali e platea a cura della Redazione Interazione pali - platea In DOLMEN, all interno del CAD 3D Struttura, esiste la possibilità di definire un vincolo di tipo palo caratterizzato dal diametro, dalla lunghezza e dalla rigidezza del palo, dal coefficiente di Poisson, dal modulo di taglio e dalla sua variazione con la profondità del terreno in cui esso è installato (figura 1). Questi dati, permettono di valutare la rigidezza del palo secondo la teoria di Poulos (1971) e Randolph (1981). Questi Autori hanno ipotizzato il comportamento di un palo immerso in un mezzo continuo (semispazio elastico) e Randolph, in particolar modo, ha ricavato le espressioni per valutare la rotazione e lo spostamento della testa di un palo immerso in un mezzo elastico avente modulo di taglio variabile linearmente con la profondità. Nel caso in cui sia da considerare Figura 1 - Modello tridimensionale serbatoio su pali Figura 2 Definizione del vincolo Palo 14

15 il contributo della base del palo, il CAD 3D Struttura ricorre alla relazione sviluppata da Timoshenko (1970) che esprime la relazione carico - cedimento di una piastra rigida a contatto con un semispazio elastico. Riguardo alla forza agente lungo l asse, nel caso di un palo immerso in un mezzo elastico, Fleming (1985) ha stabilito un espressione per il calcolo della lunghezza attiva l a, che permette di discriminare fra il caso in cui il carico raggiunge la base e quello in cui viene equilibrato dal solo attrito laterale. La platea, nel caso debba essere interagente con i pali, può essere schematizzata con elementi di tipo guscio poggiante su un letto di molle alla Winkler, la cui rigidezza dipende dalla stratigrafia. Con riferimento alle indicazioni di Bowles (1988), la costante di sottofondo alla Winkler può essere stimata dal rapporto tra il carico ultimo ed il cedimento corrispondente. In DOLMEN, grazie ai moduli IS ProGeo, è possibile stimare questi valori, note le caratteristiche meccaniche del terreno ed almeno una prova penetrometrica che si estenda fino alla profondità significativa (definita secondo le dimensioni della platea). La ripartizione del carico deriva direttamente dall analisi elastica dell intera struttura con la sua fondazione, schematizzata con i modelli sopra descritti. Figura 3 Capacità portante Figura 4 Calcolo del palo in IS Palificate 15

16 GEOTECNICA Problematiche di fondazioni in terreni soggetti a liquefazioni a cura della Redazione In condizioni sismiche il termine liquefazione è lo stato fisico in cui può venire a trovarsi un terreno sabbioso saturo quando la sua resistenza al taglio si riduce drasticamente per effetto dell incremento e dell accumulo delle pressioni interstiziali. In condizioni non drenate si ha che l acqua rimane intrappolata nei vuoti e che la pressione interstiziale varia di u con una conseguente variazione della resistenza al taglio pari a: τ = σ tgφ = (σ - u - u) tgφ In cui: u = pressione interstiziale σ = sforzo normale efficace φ = angolo d attrito efficace Ne deriva che la resistenza al taglio può ridursi drasticamente fino ad annullarsi (per u= σ iniziale) e il terreno può comportarsi, di conseguenza, come un fluido viscoso. La riduzione della resistenza al taglio può essere anche una condizione temporanea a cui segue un recupero successivo, oppure può portare una condizione di collasso definitiva e generalizzata nel terreno. La liquefazione dei depositi e dei pendii durante i terremoti è una delle principali cause di danno ed è perciò uno dei fenomeni più studiati dal punto di vista geotecnico, questa può portare al ribaltamento degli edifici, al ribaltamento e allo spostamento laterale delle opere di sostegno e al verificarsi di movimenti franosi. In condizioni di assenza di manufatti sulla superficie del deposito la liquefazione si manifesta con la formazione di vulcanelli di sabbia, spostamenti laterali nel terreno o rotture, invece in presenza di costruzioni si ha la perdita di capacità portante accompagnata eventualmente da elevati cedimenti e da rotazioni. Se la superficie del piano campagna è orizzontale durante il sisma ci possono essere oscillazioni di grande ampiezza che possono dar luogo a fenomeni di subsidenza al termine della sollecitazione a causa della dissipazione delle pressioni interstiziali e del conseguente riassestamento dei grani. In caso invece di superficie inclinata l evento sismico può procurare uno spostamento permanente o un flusso di terreno che può continuare anche dopo il sisma fino a ritrovare un nuovo equilibrio, questo a causa di strati liquefacibili. Grazie all impulso dato dalle recenti normative per le costruzioni sia a livello italiano che a livello europeo negli ultimi anni è aumentato l interesse nei confronti di studi e di ricerche finalizzate alla zonazione del territorio in base al pericolo di liquefazione, su livello di comune, provincia o anche maggiore. Lo studio è affrontato su diverse scale e con diversi approcci, in particolare l osservazione e l analisi di casi reali hanno evidenziato manifestazioni diverse nei depositi e nei pendii, l esistenza di siti più predisposti di altri e il presentarsi del fenomeno in relazione alla severità del terremoto. Le indagini in sito e di laboratorio hanno consentito di caratterizzare i depositi interessati o meno da fenomeni di liquefazione e di riprodurre il fenomeno in laboratorio mediante prove cicliche. Inoltre le analisi numeriche e teoriche hanno permesso la simulazione numerica con verifica dei modelli e la modellazione teorica del fenomeno. Le conoscenze acquisite hanno evidenziato che il verificarsi di fenomeni di liquefazione è legato alla combinazione di fattori predisponenti (caratterizzazione geotecnica del sottosuolo) e fattori scatenanti (sisma) e che in mancanza di uno di tali fattori non si verifica la liquefazione. Per la caratterizzazione del sito dovranno essere indagate la profondità della falda, le condizioni stratigrafiche e le proprietà fisiche e meccaniche dei terreni. La liquefazione si può avere in prossimità di mari, fiumi, laghi, baie, oceani, spiagge, depositi fluviali, estuari, pianure, aree portuali e depositi sabbiosi olocenici e pleistocenici sciolti con falda molto superficiale. 16

17 In base al d.m. 14 gennaio 2008 la liquefazione si può escludere qualora sia verificata almeno una delle seguenti condizioni: 1. Eventi sismici di magnitudo inferiore a 5 2. Accelerazioni massime al piano campagna in condizioni free-field minori di 0,1 g 3. Profondità media stagionale della falda superiore ai 15 m dal piano campagna (per p.c. suborizzontale e strutture con fondazioni superficiali) 4. Sabbie pulite caratterizzate da (N1) 60 > 30 oppure q c1n > 180, essendo (N1) 60 e q c1n rispettivamente il valore del numero di colpi da SPT e della resistenza di punta da CPT, normalizzati e corretti 5. Distribuzione granulometrica esterna a determinate fasce critiche. Al fine di valutare la possibilità di liquefazione in un sito sono disponibili alcune metodologie che variano per grado di affidabilità e per impegno richiesto, in particolare si hanno tre tipologie: metodi di analisi semplificata, metodi di analisi dinamica semplificata e metodi di analisi dinamica avanzata. I metodi semplificati effettuano la verifica a liquefazione in condizioni di free-field, calcolata come fattore di sicurezza dato dal rapporto tra la resistenza disponibile alla liquefazione e la sollecitazione provocata dall azione sismica. A tal fine occorre definire un rapporto di resistenza ciclica CRR ed un rapporto di tensione ciclica CSR, il primo è valutato mediante abachi in base ai risultati di prove penetrometriche o alla velocità di propagazione delle onde di taglio il secondo termine è calcolato dal valore dell accelerazione massima attesa in superficie per una certa probabilità di eccedenza dell evento sismico e in un periodo di riferimento. I metodi di analisi dinamica semplificata conducono le verifiche in condizioni freefield per un opportuno numero di verticali significative in cui si effettua un analisi di risposta locale per carico sismico. Si distinguono due tipologie, una che esegue l analisi in tensioni totali e una in termini di tensioni efficaci. I metodi di analisi dinamica avanzata sono applicabili il più delle volte in condizioni bi-dimensionali con l utilizzo di codici di calcolo automatico che possano anche prevedere l interazione terreno - struttura. In tale calcolo le condizioni geotecniche del sito e l azione sismica di riferimento devono avere un buon grado di affidabilità; si applicherà questa metodologia solo in caso di opere importanti per le quali si sviluppino indagini e analisi di tipo sofisticato. Sulla base dei risultati ottenuti si possono effettuare delle previsioni affidabili circa il rischio di liquefazione e ripararsi dagli effetti distruttivi derivanti tramite interventi sui terreni e con un opportuna scelta dei siti in cui operare. 17

18 PROGETTO Paratia per parcheggio interrato a Torino Un intervento nel centro cittadino e in uno spazio ridotto a cura della Redazione Il progetto che andiamo ad esaminare è una paratia in micropali realizzata con tecnica top down a sostegno di un parcheggio interrato di due piani di garage a Torino eseguito dall arch. Alberto Garolini di Torino. La peculiarità dell opera è l essere stata eseguita in uno spazio ridotto, nel centro cittadino, in mezzo a palazzi per i quali, all epoca della progettazione, non erano stati previsti dei parcheggi interrati (figura 4). La costruzione si è articolata in varie fasi, partendo con la realizzazione dei micropali. I pali sono alti 9 m, sono costituiti da un tubolare in acciaio avente diametro esterno pari a 14 cm e diametro interno pari a 12 cm, e sono disposti con un interasse di 33 cm (ossia tre per metro). Come secondo step è stata costruita la piastra superiore in cemento armato, avente uno spessore di 40 cm; tale platea è andata ad appoggiarsi sui pali perimetrali e sui pali temporanei posti all interno. In seguito è iniziato lo scavo sotto il solettone, eseguito fino a 3 m di profondità, poi sono stati inseriti, ad una profondità di 2,5 m e con un inclinazione di 10, i tiranti provvisori lunghi 13 m, composti da due trefoli, aventi lunghezza libera di 5 m e lunghezza sigillata di 8 m (figura 2). Nella fase successiva si è proseguito lo scavo fino a raggiungere i 6 m di profondità e si sono così potute realizzare le fondazioni del parcheggio, costituite da una piastra in calcestruzzo spessa 35 cm, ed il piano intermedio del parcheggio, avente uno spessore di 28 cm. Infine si è proceduto con il taglio dei cavi dei tiranti, che erano stati indispensabili per il mantenimento della stabilità del fronte di scavo di 6 m e che, in presenza dei piani intermedi del sotterraneo, non erano più necessari (figura 3). Il terreno è costituito da due strati: il primo terreno, fino ad una profondità di 4,00 m, è una sabbia con un angolo di attrito 34, una Figura 1 La modellazione con il software IS Paratie 18

19 Figura 2 Lo scavo coesione nulla e un peso di volume pari a 19 kn/m 3 ; il secondo terreno è una ghiaia avente angolo di attrito pari a 38, coesione pari a 1kN/m 2 e un peso di volume di 20 kn/m 3. Per il calcolo delle spinte è stato utilizzato il metodo di Coulomb per entrambi gli strati. Per eseguire il calcolo delle paratie e dei tiranti l arch. Alberto Garolini ha utilizzato il software IS Paratie (figura 1) che applica il metodo di calcolo agli elementi finiti con cui schematizza sia l opera di contenimento che il terreno; il procedimento iterativo di risoluzione del modello considera il comportamento non lineare del terreno. Nel programma si è tenuto conto della sequenza degli interventi operati in cantiere per la realizzazione dell opera creando step diversi per separare gli eventi cronologicamente successivi. IS Paratie è uno strumento agile e funzionale e gli ha consentito di eseguire le verifiche in presso-flessione di tutti gli elementi strutturali. L opera nella sua completezza è stata schematizzata all interno del CAD 3D Struttura di DOLMEN (figura 5), in questo ambiente tridimensionale l arch. Garolini ha schematizzato i vari elementi strutturali con elementi finiti bidimensionali, ha eseguito l analisi delle sollecitazioni e, per effettuare la verifica del cemento armato, ha usato il modulo Piastre e Setti. Figura 3 La paratia intirantata Figura 4 I parcheggi interrati Figura 5 Il modello tridimensionale nel CAD 3D Struttura 19