Calcolo di un muro di sostegno: metodo semiprobabilistico e soluzioni efficienti
Calcolo di un muro di sostegno: metodo semiprobabilistico e soluzioni efficienti
Elevate competenze e strette logiche di mercato: il calcolo strutturale al giorno d’oggi
Le Norme tecniche per le costruzioni DM 14/01/2008 hanno vincolato il calcolo strutturale all'utilizzo di complessi software commerciali, mentre la difficile situazione economica in cui viviamo ha cambiato il modo di lavorare dei progettisti: da un lato le Leggi richiedono un continuo approfondimento delle tematiche strutturali, una grande competenza in termini di calcolo automatico e l’esecuzione di verifiche sempre più complesse anche per tipologie strutturali apparentemente semplici; dall’altro, il progettista non dispone del tempo necessario per interiorizzare il risultato di strumenti spesso troppo automatizzati.
Mentre il controllo dei risultati mediante calcolo manuale si traduce in una spesa in termini di tempo, l’eccesso di fiducia nei risultati prodotti da strumenti veloci e performanti, ma incapaci di ragionare, comporta il rischio di non accorgersi di errori grossolani. Ne consegue che, per qualsiasi tipologia di progetto, un’attività professionale efficiente e consapevole necessita di strumenti semplici ma, allo stesso tempo, controllabili con facilità e in grado di rispettare le prescrizioni delle normative vigenti.
Tali strumenti sono inoltre necessari a fianco di altri più complessi per l'analisi globale delle costruzioni, sia per la validazione numerica, sia per la soluzione di alcuni problemi ricorrenti.
Si prosegue l’articolo affrontando un caso pratico, cioè il progetto di un muro di sostegno, per il quale lo sviluppo delle verifiche di sicurezza risulta oneroso se rapportato alla semplicità del manufatto. Per tale ragione, si analizzeranno le problematiche di calcolo e le soluzioni da utilizzare per condurre la progettazione in maniera efficiente e consapevole.
Analisi di un muro di sostegno
Si immagini di progettare un muro di sostegno sia dal punto di vista strutturale, sia geotecnico. Definite le condizioni al contorno del problema (geometria del muro, stratigrafie, carichi agenti, etc.), che costituiscono i dati di input, il progetto si configura come un iter che contempla diverse condizioni di carico (statiche, sismiche), diversi meccanismi di rottura (per verifiche strutturali e geotecniche) e diversi stati temporali (breve e lungo termine).
Si può rappresentare graficamente il cammino che porta dai dati di input ai risultati di calcolo con un diagramma come quello di Figura 1, facendo così emergere le due seguenti considerazioni:
• a partire dai dati di input, si delineano N “situazioni” di verifica in parallelo, tutte da considerare ai fini di una trattazione esaustiva del problema;
• la linea rossa definisce il cammino che costituisce la “soluzione finale”, ovvero la casistica che funge da progettante per un certo tipo di meccanismo.
Ne consegue che il professionista che vuole padroneggiare il progetto un muro di sostegno deve necessariamente tenere in considerazione tutte le possibili situazioni di verifica e individuare quella più tassativa.
Figura 1 - diagramma di flusso per la verifica della flessione della parete
Problematiche rispetto al passato: approccio semiprobabilistico e aumento dell’onere computazionale
Si è detto che l’attuale situazione normativa ha reso più oneroso il calcolo delle strutture. Considerando infatti quanto prescritto dalle normative precedenti (DM 1992, DM 11/03/1988) per la verifica del manufatto, risultava evidente una maggior semplicità di calcolo, in quanto:
• era prevista un’unica combinazione per la determinazione dei carichi;
• era prevista un’unica metodologia per la determinazione delle resistenze (fattori di sicurezza);
A fronte di queste due condizioni, il muro poteva essere tranquillamente progettato e verificato nella sua interezza mediante calcolo manuale.
Con l’avvento della normativa attuale (DM 14/01/2008), la situazione cambia notevolmente. La verifica del medesimo manufatto contempla infatti nuove problematiche:
• sono previste verifiche in condizioni statiche e sismiche;
• sono previste diverse tipologie di approcci progettuali, dipendenti dalla tipologia di verifica che si sta affrontando (verifiche geotecniche sul piano di posa, di ribaltamento, verifiche strutturali, etc.);
• si utilizzano diversi coefficienti di combinazione dei carichi, in relazione all’approccio utilizzato (EQU, STR A1, GEO A2): ciò significa che, per ciascun approccio, occorre ricalcolarsi la risultante delle azioni in una certa combinazione di carico;
• si utilizzano diversi coefficienti parziali di sicurezza dei materiali (M1, M2), dai quali dipendono le caratteristiche geotecniche di progetto del terreno: tali valori influenzano sia le resistenze di progetto, sia le azioni sull’opera;
• anche i fattori di sicurezza dipendono dalla tipologia di approccio della verifica corrente (R1, R2, R3);
Di conseguenza, a parità di tipologie di verifica da eseguire (verifiche geotecniche nel breve e nel lungo termine di ribaltamento, di capacità portante, di scorrimento del piano di posa e di stabilità globale, verifiche strutturali della suola e della parete), l’onere computazionale aumenta in maniera considerevole: a titolo esemplificativo, si può assumere un fattore pari a
Aumento dell’onere computazionale rispetto al DM 11/03/1988 (indicativo) = 2 condizioni x (3 gruppi di azioni + 2 gruppi di coefficienti parziali + 2 gruppi di resistenze) = 14 volte!
Questo aumento rende chiare le problematiche citate nel primo paragrafo: nonostante il maggior impegno in termini di calcolo, le tempistiche richieste dalla committenza per lo sviluppo del progetto rimangono invariate e il progettista deve pertanto trovare una soluzione per risultare efficiente pur mantenendo il controllo dei risultati numerici.
Figura 2 - Geometria Muro di sostegno
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