Come risolvere le criticità della progettazione di edifici in c.a. in zona sismica con strumenti software Midas

Quali strumenti hanno a disposizione gli ingegneri per un’efficace e performante progettazione di edifici in calcestruzzo armato in zona sismica? In questo articolo scopriamo quali possono essere le criticità che insorgono durante questo tipo di progettazione e come risolvere e superarle al meglio.

I progetti di strutture in cemento armato sono sempre in continua evoluzione in quanto, nel corso degli anni, vengono introdotte normative sempre più evolute soprattutto a livello sismico.

Questo ha portato a metodi completamente diversi di costruire tanto che se pensassimo ora di progettare come si faceva qualche decennio fa, le strutture molto probabilmente necessiterebbero di quantità di armatura talmente elevata da non poter poi essere effettivamente realizzate in cantiere.

Molte di queste problematiche sono legate all’introduzione delle recenti norme sismiche che inaspriscono di molto le precedenti norme. Le recenti normative sismiche hanno introdotto nelle strutture in cemento armato concetti come la gerarchia delle resistenze e dei nuovi dettagli costruttivi per il rispetto della duttilità che hanno reso molto complesso la progettazione a telaio nelle zone sismiche. Questo metodo di progettare è definito come dissipativo in quanto si rende la struttura abbastanza duttile da poter evolvere in campo plastico.

La criticità della progettazione dei nodi tra travi e pilastri 

In particolar modo, ad essere problematica è la progettazione dei nodi tra travi e pilastri che devono essere concepiti rispettando la gerarchia. La verifica dei nodi per le strutture a telaio in cemento armato che è stata introdotta dalle NTC2018 anche per strutture progettate in classe di duttilità bassa, risulta in effetti particolarmente restrittiva e deve essere applicata a tutte le strutture. In particolare, è la verifica del diagonale teso che ha una richiesta di armatura solitamente molto alta, andando, quindi, a generare dei particolari costruttivi molto complessi o addirittura non realizzabili. 

Nelle NTC2018 è stata introdotta anche un’altra classe sismica definita come non dissipativa che permette di progettare senza considerare né la gerarchia delle resistenze, né tutti i dettagli costruttivi relativi al capitolo sismico utilizzando un fattore di struttura tra 1 e 1.5.

Per le strutture in zona di bassa sismicità, questo metodo può risultare molto vantaggioso in quanto permette anche di evitare la verifica ai nodi. Ecco che se per strutture in zona di bassa sismicità è ancora possibile progettare a telaio mediante l’utilizzo del metodo non dissipativo, nelle zone a media ed alta sismicità dove questo metodo è più di difficile utilizzo, i problemi continuano a rimanere. In queste casistiche si rendono necessari nuovi metodi di progettazione che in qualche modo eludano il problema della gerarchia trave-colonna e della verifica dei nodi. 

Per far questo sarà necessario progettare non più a telaio ma con un sistema a pareti, che potrebbe essere composto da un insieme di setti, singoli o accoppiati, oppure da un unico getto che va a comporre l’intera struttura verticale. I telai se presenti saranno retrocessi ad elementi secondari per cui tutta l’azione sismica verrà gestita dai setti sismici. Con questo tipo di modellazione la gerarchia trave-pilastro non sarà più necessaria e di conseguenza anche nodi si potranno non verificare. 

Quale software è più performante per la verifica del cemento armato?

Con il software Midas Gen è possibile progettare e verificare il cemento armato potendo considerare tutte queste metodologie precedentemente discusse. Le NTC18 con relativa Circolare sono state in poco tempo implementate all’interno del software in maniera esaustiva. Il software permette di verificare travi, pilastri e setti sismici sia con le classi dissipative A e B sia con la classe non dissipativa. 

Nelle classi dissipative vengono considerate, oltre alla gerarchia trave-pilastro con i fattori di sovra resistenza, anche tutte le amplificazioni delle sollecitazioni con tutti i dettagli costruttivi richiesti dal capitolo 7 NTC, compresi anche quelli per la duttilità. 

In alternativa, il software permette di verificare gli stessi elementi con la classe non-dissipativa. La particolarità di questa classe è l’utilizzo del momento sostanzialmente elastico per tutte le combinazioni simiche. Il metodo implementato in Midas per il calcolo di quest’ultimo è basato su un sofisticato calcolo del momento curvatura per ogni tratto di ciascun elemento che permette di calcolare con precisione il momento elastico. 
 

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Che cosa è il software Midas Gen

Midas Gen è un software che risolve integralmente tutte le problematiche di analisi e progettazione di qualsiasi tipologia strutturale, dalle più complesse alle più semplici, in zona sismica e non, con qualsiasi materiale. Le molte funzionalità non lineari, sia in termini di carichi, materiali e vincoli, permettono di fare molteplici tipologie analisi con diversi criteri di convergenza.
> Scopri tutte le caratteristiche di Midas Gen 

 

Progettare in c.a. muri, solette e platee: il modulo Slab Wall Design di Midas Gen

Oltre agli elementi beam e wall, la classe non dissipativa è attivabile anche per gli elementi plate/shell che permettono la modellazione di muri estesi in c.a., solette e platee di fondazione.

All’interno del software è presente un modulo chiamato Slab Wall Design (Meshed Design) che permette di progettare e verificare ogni tipo di elemento bidimensionale in cemento armato. 

Il modulo è suddiviso in tre specifici design: 

• SLAB che permette di verificare con il metodo di Wood Armer solette piene in c.a. valutando gli effetti fuori piano delle sollecitazioni; 
• WALL che concerne la verifica nel piano di muri in c.a. valutato con un metodo basato sulle tensioni di Wood Armer; 
• SHELL che permette di progettare e verificare muri in cemento armato soggetti a presso-tenso flessione con un metodo, sempre da eurocodice, definito “pannello sandwich”. 

Inoltre, nelle verifiche SLAB per il calcolo in esercizio della freccia è possibile considerare, previa analisi non lineare, la deformata fessurata della soletta, gli effetti di viscosità e la non linearità delle barre di armatura, che sommati alla freccia elastica determineranno il valore della freccia finale a lungo termine. Nelle travi e nei pilastri è invece possibile valutare la fessurazione in fase di analisi utilizzando i comandi di scalatura delle inerzie che permettono di soddisfare le richieste di normativa. 

Midas Gen è inoltre dotato di un’analisi per fasi costruttive avanzata che permette di tenere in conto degli effetti reologici nel suo complesso: sono presenti le curve di maturazione, di viscosità e ritiro per poter gestire al meglio anche le analisi di edifici alti in cemento armato. 

È, inoltre, possibile considerare grazie alle fasi costruttive tutte le strutture miste autoportanti in acciaio-cemento che necessitano della doppia fase per considerare il cambio di schema statico. Infine, è possibile valutare strutture in cemento armato dotate di isolamento sismico che possono essere analizzate attraverso analisi dinamiche non lineari: a tal fine sono presenti moltissime tipologie di isolatori e smorzatori con cicli isteretici da poter utilizzare nella valutazione della risposta sismica dell’edificio. 

Nonostante le difficoltà dimostrate nel corso degli anni dalle varie tipologie di strutture e nonostante la presenza nel mercato di molte altre tipologie di materiale come l’acciaio ed il legno, ad oggi, il cemento armato rimane ancora protagonista.

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Chi è CSPFea

CSPFea si occupa di commercializzare software di calcolo strutturale per il settore AEC. La mission aziendale è quella di assistere società di ingegneria, professionisti ed aziende impegnate nel vasto settore dell’ingegneria civile, dell’architettura e delle costruzioni (AEC), aiutandoli a migliorare processi e metodi, capacità di analisi e di progettazione mediante la simulazione: CSPFea è il partner per incrementare le vostre prestazioni, migliorare il processo di design e l’affidabilità dei vostri servizi.