L’inseparabilità della modellazione geotecnica e strutturale nelle opere di fondazione

Il problema geotecnico spesso viene gestito separatamente dalla modellazione strutturale, soprattutto in ambito dell’interazione terreno-struttura. Le tecnologie che oggi sono a disposizione degli ingegneri sono sempre più performanti e innovative ed anche grazie a questi strumenti, la modellazione geotecnica deve essere integrata e correlata alla modellazione strutturale. Questo si può fare grazie al software Midas FEANX.

Midas FEANX analizza tutte le interazioni terreno-struttura con una modellazione avanzata sia in 2D che in 3D

Negli ultimi anni la modellazione numerica di opere geotecniche si è evoluta notevolmente grazie anche alla disponibilità via via maggiore di pc sempre più performanti. La possibilità di eseguire modelli con milioni di elementi finiti con tempi di attesa non particolarmente lunghi ha spinto gli ingegneri a modellazioni molto avanzate specie in ambito geotecnico. Solitamente il problema geotecnico viene gestito separatamente da quello strutturale anche in caso di problemi di interazione terreno-struttura molto complessi.

Nel modello strutturale il terreno viene modellato mediante molle alla Winkler o similari, mentre nel modello geotecnico la struttura viene modellata spesso solo come carico. Queste approssimazioni in molti casi, soprattutto nei più semplici, possono essere accettabili ma in casi più articolati la modellazione dell’interazione terreno-struttura al completo può essere determinante per valutare bene tutti gli aspetti dell’opera.

Il software Midas FEANX è in grado di analizzare in maniera efficace e completa tutte le casistiche di interazione terreno-struttura attraverso una modellazione avanzata agli elementi finiti sia 2D che 3D; inoltre è possibile modellare sia la parte strutturale del modello che quella geotecnica. Il software, infatti, è dotato oltre che di una vasta libreria di elementi finiti, anche di legami costitutivi non lineari che permettono di valutare tutti gli aspetti geotecnici e strutturali. Non solo, FEANX è poi connesso ai software strutturali Midas Gen e Civil per poter procedere, al termine delle analisi di interazione terreno-struttura, alle verifiche secondo NTC18 e principali normative internazionali di tutte le strutture (edifici e ponti) analizzate.

I casi studio per approfondire le potenzialità del software

Opere di fondazione superficiali e profonde

Attraverso l’uso di Midas FEANX è possibile analizzare strutture aventi fondazioni superficiali a travi rovesce o platea e fondazioni profonde a pali di fondazione o strutture interrate.

Dopo aver importato l’edificio dai software strutturali o averlo creato direttamente in FEANX si procede con l’inserimento delle fondazioni e con la modellazione del terreno sottostante. Per modellare il terreno FEANX dispone di strumenti all’avanguardia che permettono di creare geometrie molto dettagliate in grado di simulare le superfici topografiche e la stratigrafia.

Per la modellazione delle fondazioni superficiali invece si procede semplicemente generando elementi beam (trave rovescia) o plate (platea) a partire dalla mesh solida del terreno. Per i pali invece ci sono due metodi per implementarli. Il primo metodo è basato su elementi solidi che prevede la modellazione completa del palo e l’utilizzo di un’interfaccia di tipo attritivo per la valutazione dell’interazione palo-terreno. Questo tipo di modellazione è molto raffinata ma allo stesso tempo molto laboriosa e comporta un incremento del numero di elementi finiti con un relativo aumento del tempo di calcolo.

Molto utile per simulare prove di carico in sito risulta però troppo onerosa quando invece si tratta di realizzare palificate con un numero elevato di pali. In questo caso, infatti, sarà molto più utile il secondo metodo che prevede l’utilizzo di pali modellati a “beam” che si autoconnetteranno alla mesh del terreno mediante un’interfaccia specifica chiamata “Pile” che richiede come parametri principali la capacità di punta e laterale del palo.

Questo secondo metodo, una volta calibrati i parametri attraverso una prova di carico sul palo, permetterà all’utente di fare palificate estese con un onere di calcolo molto basso; risulterà molto utile anche quando si vorrà modificare la distribuzione dei pali in quanto non sarà necessario rifare la mesh del terreno.

Una volta completata la modellazione della struttura con le fondazioni sarà possibile procedere con varie tipologie di analisi di interazione terreno-struttura come la valutazione degli effetti indotti da scavi limitrofi, la valutazione di cedimenti differenziali nel tempo causati da stratigrafie non omogenee, la valutazione della risposta sismica locale in siti speciali, la valutazione del rischio di liquefazione del terreno e la valutazione della stabilità del complesso struttura-fondazioni in pendii franosi.

Opere di contenimento del terreno: tutto più facile grazie alla modellazione 3D

Midas FEANX è in grado di gestire qualsiasi problema legato ad opere di contenimento di terreni dovuto sia a scavi di vario genere che a problemi di instabilità di pendii. Per quanto molto comunemente si proceda con modellazioni bidimensionali, la modellazione di scavi tridimensionali permette di considerare degli effetti che il 2D non sarebbe in grado di valutare correttamente. Per esempio, in opere di scavo con paratia in ambito urbano, in presenza di edifici limitrofi che potrebbero essere danneggiati, l’analisi 3D è in grado non solo di dare una lettura del cedimento del terreno ma può anche determinare il danno sugli edifici sia in termini di sollecitazioni per edifici a telaio, sia in termini di apertura delle fessure per edifici in muratura; l’analisi di fessurazione è possibile grazie ad uno specifico legame costitutivo elasto-fragile, lo smeared cracked implementato nel software.

Lo studio delle paratie tirantate può essere valutato in casi complessi anche in ambiente tridimensionale utilizzando nel caso delle berlinesi elementi beam con interfaccia“pile”. Sarà possibile gestire ogni aspetto dello scavo, dalla sequenza delle fasi costruttive, all’inserimento dei tiranti alla possibilità di consolidare alcune porzioni del terreno in esame. Nel caso delle paratie o dei muri di sostegno sarà possibile considerare nel modello gli elementi interfaccia molto utili per valutare l’interazione terreno-struttura in queste opere. In Midas FEANX è possibile, inoltre, valutare strutture interamente o parzialmente interrate che, a seguito dell’analisi, saranno verificabili anch’esse con il software Midas GEN grazie al modulo di verifica SLAB/WALL SHELL Design.

Tunnel: grazie a strumenti specifici è più facile gestire il modello

Un altro importante ambito di utilizzo del software è la progettazione e verifica di tunnel come la TBM, i tunnel con scavo tradizionale anche in curva e le connessioni tra gallerie con particolare attenzione agli effetti indotti dallo scavo sugli edifici adiacenti. In particolare, sono presenti tool specifici per tunnel che consentono di semplificare ulteriormente la gestione del modello, creando centinaia di fasi di scavo in automatico e in pochi minuti o nel caso della TBM simulando fase per fase la procedura di scavo della macchina considerando anche la fase di inserimento del rivestimento. Il wizard presente nel software permette di costruire interamente la sezione del tunnel in automatico considerando anche l’inserimento degli ancoraggi.

Dighe: con Midas FEANX è possibile analizzare tutti i fenomeni in ambito strutturale

La notevole complessità dei fenomeni presenti in ogni aspetto progettuale legato alle dighe, ha spinto Midas FEANX ad avere un ruolo da protagonista in questo specifico campo di applicazione. Infatti, è possibile gestire l’opera non solo dal punto di vista geotecnico ma anche dal punto di vista strutturale. In Midas FEANX, infatti, è possibile modellare il corpo diga e analizzare tutti i fenomeni in ambito strutturale quali la fessurazione, il trasferimento del calore e il calore d’idratazione. Contemporaneamente, sarà possibile gestire tutti gli aspetti geotecnici quali capacità portante, stabilità dei terreni e della struttura, analisi di filtrazione e sismica, arrivando anche a considerare nel caso l’accoppiamento completo tra i fenomeni strutturali e geotecnici. Sarà possibile in questo modo progettare qualsiasi tipologia di diga in particolare dighe a gravità in RCC, a contrafforti, ad arco, di terra (earth-fill) e di pietrame (rock-fill).

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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.