Interventi di rinforzo per le strutture in muratura: i vantaggi dell'analisi di sensibilità

Ing. Paolo Palma - S.T.A. DATA

I rinforzi per il miglioramento e l'adeguamento sismico per le strutture in muratura
Lo studio del comportamento sismico delle strutture in muratura è complesso. Il materiale di tipo composito è caratterizzato da forte resistenza a compressione e scarsa resistenza a trazione e manifesta un comportamento elasto-plastico. Il risultato è una risposta della struttura all'azione sismica di tipo non lineare. L'analisi è inoltre resa più complessa dal grado di incertezza che caratterizza spesso questa tipologia di strutture, ad esempio per quanto riguarda le caratteristiche dei materiali o il grado di ammorsamento tra gli elementi strutturali.
Considerando tutto questo, la scelta dei rinforzi da utilizzare per il miglioramento o l’adeguamento sismico è per forza di cose complessa. I fattori da considerare sono numerosi, come i meccanismi di risposta della struttura, la necessità di eliminare le principali debolezze strutturali, e più in generale la comprensione dell'effetto che tali interventi hanno sulla struttura.

In base all'effetto che si vuole ottenere sulla struttura, possiamo individuare diverse tipologie di interventi.

Miglioramento dell'ammorsamento tra elementi strutturali:
- inserimento di catene;
- realizzazione di cordoli in acciaio ancorati con perforazioni armate verticali alla muratura;
- perforazioni armate con barre in vetroresina o fibra di carbonio che collegano pareti ortogonali.

Miglioramento della resistenza delle muratura:
- applicazione di fasciature con frp;
- realizzazione di interventi di cuci e scuci con mattoni pieni o pietra sbozzata o squadrata con caratteristiche meccaniche simili a quella esistente;
- ristilatura dei giunti con malta con miscele a base di calci idrauliche di origine calcarea;
- realizzazione di iniezioni localizzate di malte o di resine.

Miglioramento della distribuzione dei carichi sugli elementi strutturali:
- cerchiature di aperture con profili in acciaio o con elementi in c.a;
- inserimento di nuovi elementi anche di tipologie costruttive differenti (travi in c.a. o in acciaio).

Un valido aiuto per comprendere il comportamento della struttura: il modulo Sensibilità di 3Muri
Parametri come le caratteristiche dei materiali, gli spessori della muratura, la rigidezza dei solai, gli ammorsamenti, sono spesso affetti da grande approssimazione, per questo la loro conoscenza richiede analisi approfondite. In una struttura, però, non tutti i parametri hanno la stessa importanza. In alcuni casi una piccola variazione può incidere significativamente sul risultato finale, in altri variazioni anche notevoli possono non generare alcuna differenza sostanziale. Appare quindi fondamentale riuscire a valutare al meglio quale siano i parametri che incidono maggiormente nel calcolo della struttura presa in esame, per poter focalizzare su di essi gli interventi di miglioramento.
3Muri, il software leader per il calcolo delle strutture in muratura, è dotato di un modulo opzionale appositamente sviluppato per offrire una risposta a queste problematiche: il modulo Sensibilità.
Il primo passo dell'analisi di sensibilità consiste nell’identificazione di gruppi di parametri che si desiderano analizzare. Ognuno di essi è relativo a una data caratteristica strutturale (ad esempio volte, solai, calcestruzzo, acciaio) ed è formato da un insieme di parametri che possono variare all'interno di un certo intervallo. Successivamente, vengono eseguite in modo automatico diverse analisi non lineari che evidenziano quanto la variazione dei suddetti parametri incida nel comportamento globale.
Il risultato è una migliore conoscenza del comportamento strutturale dell'edificio preso in esame.

Utilizzo dell'analisi di sensibilità: un esempio applicativo
Consideriamo la struttura in figura, costituita da diverse tipologie di muratura, elementi in c.a. e solai in c.a. e acciaio.

Fig. 1 – Esempio di calcolo

Prendiamo quindi in considerazione alcune caratteristiche che pensiamo possano incidere nel comportamento globale della struttura:
- le caratteristiche della muratura in pietrame;
- le caratteristiche del cls;
- la geometria e il grado di ammorsamento dei solai.

Dopo aver aperto il modulo Sensibilità, selezioniamo l'analisi pushover su cui effettuare l'analisi. La scelta più conveniente è quella più gravosa, a cui corrisponde l'indice di vulnerabilità più basso. Inseriamo quindi i gruppi di parametri da esaminare e i relativi valori minimi e massimi entro cui far variare i singoli parametri, e lanciamo l'analisi di sensibilità.

Fig. 2 – Finestra di input del modulo sensibilità

Fig. 3 – Risultati dell’analisi di sensibilità

La finestra dei risultati ci mostra l'indice di sensibilità dei differenti gruppi di parametri, permettendoci di capire qual è la caratteristica che incide maggiormente sul comportamento della struttura. Nell'esempio preso in esame risulta essere la muratura in pietrame (G1). Nel caso volessimo applicare un rinforzo ci converrebbe quindi applicarlo su questo materiale.

Grazie all'analisi di sensibilità è stato quindi possibile comprendere meglio il comportamento strutturale dell'edificio e capire agevolmente dove è maggiormente utile posizionare un rinforzo, ottimizzando gli interventi e sfruttando così al meglio le risorse economiche disponibili concentrandosi sulle parti più sensibili della struttura. 

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