Software per il calcolo strutturale di edifici esistenti in muratura: riflessioni, ricerche, confronti

Negli ultimi anni il calcolo delle strutture esistenti è diventato uno dei temi più importanti in articoli e pubblicazioni, se non il più importante.

È già stato scritto molto, ma, a vedere l’interesse dei progettisti, forse non ancora abbastanza, soprattutto su temi che non hanno soluzioni definitive e convincenti, temi che ancora oggi sono problemi aperti come il software per il calcolo delle strutture esistenti.

Di questo vorremmo parlare.

Il software: sappiamo esattamente cosa sia?

A cosa serva il software non ci sono dubbi, quale sia invece la sua vera natura, è materia poco chiara.

È un prodotto? 

No, il prodotto non è il software, è la conoscenza contenuta nel software. Possiamo considerare lo sviluppo del software come una trascrizione della conoscenza nella forma eseguibile. Questo è il codice. 

Tuttavia, la scrittura del codice è solo una piccola parte dell'attività di sviluppo del software e sta diventando sempre più piccola, soprattutto su materie così specialistiche e sempre più complesse come il calcolo strutturale.

Possiamo quindi affermare che se abbiamo già la conoscenza, trascriverla non richiede molto sforzo. Il vero lavoro, quindi, non è scrivere il software, è l’acquisizione della conoscenza contenuta nel software. L'attività si trasforma quindi rapidamente in una ricerca della conoscenza corretta. Si potrebbe dire la stessa cosa per i libri: anche i libri sono un mezzo per trasmettere la conoscenza, ma è trasmessa in modo inerte. 

La specificità del software è che la conoscenza contenuta è attiva. Conoscenza resa attiva, in grado di produrre risultati. Conoscenza resa operativa.

La trasformazione da conoscenza inerte a conoscenza attiva è lo specifico del software (e dei suoi problemi). L’acquisizione della conoscenza è quindi “la” questione principale.

La tecnologia informatica offre strumenti efficaci ed efficienti per la scrittura del codice, ma la valutazione della conoscenza contenuta nel codice è difficilmente automatizzabile.

Per questo è ancora necessario procedere ad analisi parallele, confrontandosi con software di comprovata validità.

Confronto con test di validazione accademici

In questa sessione faremo riferimento a quanto diffuso nella pubblicazione: Uso dei software di calcolo nella verifica sismica degli edifici in muratura v1.0 - Validazione/confronto strumenti software per l’applicazione dei metodi di verifica da norma (Progetto ReLUIS, accordo quadro con il Dipartimento della Protezione Civile 2019-2021).

Il documento fornisce strumenti pratici e operativi sulla modellazione di strutture in muratura finalizzata alla loro analisi sismica.

Questo documento illustra i risultati delle attività svolte in sinergia da varie Unità di Ricerca, esperte di modellazione e analisi della risposta del costruito in muratura, coinvolte nei progetti promossi dal Consorzio Interuniversitario ReLUIS (Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica) e finanziati dal Dipartimento di Protezione Civile (Accordo Quadro DPC-ReLUIS 2014-2018 e 2019-2021). L’attività di ricerca è stata avviata a partire dal 2014 e ha come oggetto l’analisi di strutture benchmark per la valutazione dell’affidabilità di codici di calcolo mirati all’analisi sismica delle costruzioni esistenti in muratura. 

Le Unità di Ricerca coinvolte sono state:

• UniGE (Università di Genova) – Responsabile Scientifico: Prof.sa S. Cattari, Collaboratori: S. Degli Abbati, D. Ottonelli; 
• UniPV (Università di Pavia) – Responsabile Scientifico: Prof. G. Magenes, Collaboratori: C.F. Manzini, P. Morandi; 
• UniCH (Università di Chieti-Pescara) – Responsabile Scientifico: Prof. G. Camata; Collaboratori: Prof. E. Spacone, C. Marano; 
• UniCT-a (Università di Catania) – Responsabile Scientifico: Prof. I. Caliò; Collaboratori: B. Pantò, F. Canizzaro, G. Occhipinti; 
• UniNA-d (Università di Napoli) – Responsabile Scientifico: Prof. B. Calderoni; Collaboratori: A.E. Cordasco; 
• UniBO (Università di Bologna) – Responsabile Scientifico: Prof. S. de Miranda; Collaboratori: G. Castellazzi, A.M. D’Altri; 
• IUAV (Università di Venezia) – Responsabile Scientifico: Prof. A. Saetta; Collaboratori: L. Berto, A. Doria, D. Talledo

Prendendo quindi spunto dai risultati ottenuti da ReLUIS si riportano alcune analisi effettuate sul software 3Muri e il relativo confronto con i risultati ottenuti. 

PER APPROFONDIRE

Verifica sismica degli edifici in muratura: come usare consapevolmente i software di calcolo

L’articolo illustra gli obiettivi e il contenuto delle Linee Guida “Uso dei software di calcolo nella verifica sismica degli edifici in muratura v1.0”, redatte da un gruppo di otto università italiane nell’ambito del progetto “Benchmark-Muratura” promosso dal Consorzio ReLUIS con il supporto del Dip. della Protezione Civile. Leggi l'articolo.

Struttura benchmark n° 2 – Trilite

“Struttura benchmark n° 2 – Trilite” è uno degli esempi di validazione contenuti nel Documento ReLUIS.

Il documento citato contiene tutte le informazioni per riprodurre i modelli mediante il software 3Muri Ver.13.2.

Questo esempio è costituito dal calcolo di una parete singola modellata con 3 ipotesi differenti. I pannelli murari verticali, dello spessore di 0.50 m, sono in muratura di pietra soggetti ad un carico in sommità pari a 160 kN. 

Il trilite è analizzato al variare di diverse configurazioni relative al grado di accoppiamento fornito dall’elemento di collegamento tra i due pannelli verticali che alternativamente è costituito da: 

• Caso A): l’apertura è di geometria prefissata e la fascia è in assenza di elemento resistente a trazione accoppiato; 
• Caso B): l’apertura è di geometria prefissata e la fascia è accoppiata ad una catena; 
• Caso D): l’apertura è a tutta altezza ed è presente una trave di accoppiamento dei maschi (infinitamente rigida sia flessionalmente che assialmente).

[da Documento ReLUIS v1.0, Tabella 1, pag. 9]

Nella seguente tabella sono riportate le caratteristiche geometriche del trilite.

[Da Documento ReLUIS v1.0, SCHEDA BENCHMARK n° 2]

Per il caso B, si assuma che la catena abbia un diametro Φ20 con pretiro di 100N, e sia realizzata in acciaio con classe di resistenza s235 e un valore di FC pari a 1.2 come per la muratura.

Per il caso D, l’elemento di accoppiamento è simulato da una trave infinitamente rigida sia flessionalmente che assialmente, tale da riprodurre idealmente lo schema statico di telaio shear-type.

I parametri meccanici della muratura sono invece riportati nella seguente tabella.

[Da Documento ReLUIS v1.0, SCHEDA BENCHMARK n° 2]

Infine, il testo del benchmark fornisce le seguenti indicazioni:

[Da Documento ReLUIS v1.0, SCHEDA BENCHMARK n° 2]

Coerentemente con le linee guida illustrate nel benchmark, le soglie di drift ultimo sono state assunte pari a 0.6% nel caso della modalità di danno per pressoflessione ed a 0.4% nel caso della modalità di danno a taglio (sia essa conseguenza di una modalità di danno per scorrimento oppure per fessurazione diagonale).

Mediante il programma 3Muri è stato riprodotto un singolo modello dotato di 3 pareti principali in direzione X che riproducono esattamente i 3 casi di cui sopra.

In seguito alla generazione automatica della mesh, si è proceduto all’editing manuale della stessa in modo da renderla identica come ipotesi a quelle del caso di benchmark.

Nelle figure seguenti sono riportate le schermate del software 3muri che forniscono la visione globale dei risultati dell’analisi di ogni parete. 

Nelle finestre presenti in ognuna delle schermate, partendo da quella in basso a sinistra e procedendo in senso antiorario, è riportata: 

• La posizione della parete all’interno del modello. La parete P1 è trilite del caso A, la parete P5 è trilite del caso B, mentre la parete P3 è trilite del caso D. 
• La curva taglio-drift derivante dall’analisi pushover di parete singola. Le due linee verticali rosse tratteggiate indicano rispettivamente il drift massimo e ultimo, mentre la linea verticale blu indica il primo passo della curva pushover nel quale tutti gli elementi del trilite risultano plasticizzati.
• La deformata della parete corrispondente al passo della curva pushover precedentemente indicato. In questo grafico il colore rosa indica che l’elemento si è plasticizzato per pressoflessione, mentre il colore giallo indica che l’elemento si è plasticizzato per taglio. Le linee verdi indicano rispettivamente la posizione della catena (Caso B) e della trave infinitamente rigida (Caso D).
• Tabella con le sollecitazioni agenti sugli elementi in muratura corrispondente al punto della curva pushover precedentemente indicato.

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S.T.A. DATA – Dalla teoria alla pratica

S.T.A. DATA è stata fondata nel 1983 da Adriano Castagnone, ingegnere strutturista e pioniere del software scientifico per l'ingegneria strutturale. 

L'azienda, nata per offrire servizi e consulenza all'ingegneria civile, ha da sempre uno spiccato interesse per il settore IT, intravedendo le grandi opportunità di applicazione nella progettazione e nel calcolo. Prima di focalizzarsi sullo sviluppo del software, S.T.A. DATA ha realizzato importanti progetti con aziende private e pubbliche: questa è la sua forza, perché dietro agli esperti di IT si ha bisogno di professionisti di progettazione strutturale.  

L'azienda è attualmente composta da una ventina di persone, tra dipendenti e consulenti, tutti professionisti altamente qualificati. Grazie a un continuo lavoro di sviluppo e alla collaborazione con il mondo dell'università e dei professionisti, è sempre in grado di offrire soluzioni avanzate e costanti aggiornamenti per i propri clienti. 

Gli applicativi S.T.A. DATA consentono di affrontare il lavoro quotidiano con semplicità ed efficacia. La mission aziendale non si esaurisce però con la ricerca di nuove soluzioni informatiche. L'offerta di S.T.A. DATA include servizi di assistenza, formazione e consulenza, anche su singoli progetti, in modo da rendere i professionisti immediatamente operativi. Grazie alla competenza tecnica e a soluzioni all'avanguardia, S.T.A. DATA è la soluzione ai problemi reali dei progettisti.