Strutture in muratura: come affrontarle correttamente?

Le strutture in muratura esistenti rappresentano la maggior parte del patrimonio edilizio italiano e per valutarne le prestazioni sismiche esistono diverse procedure di calcolo, dalle più semplici alle più avanzate.

CSPFea mette a disposizione del professionista software e formazione dedicata alla tipologia di opera da risolvere.

Tra le procedure più usate nel calcolo delle strutture esistenti in muratura, troviamo il metodo a telaio equivalente, dove setti e fasce murarie vengono schematizzate con elementi 1D e la non linearità è considerata tramite cerniere plastiche concentrate. Questo metodo permette una speditiva soluzione del problema ma ha diversi limiti di applicabilità a causa della irregolarità tipica di molte strutture in muratura. Questo metodo trova un buon utilizzo in casi semplici come case in muratura tipiche dell’edilizia privata.

Modellazione FEM al continuo di strutture in muratura

Quando il metodo a telaio equivalente non è applicabile, si decide di utilizzare una mesh ad elementi plate 2D che meglio rappresenta lo schema strutturale più complesso. Questi modelli numerici si ottengono con l’ausilio di meshatori automatici, mentre la non linearità è affidata a legami costitutivi numerici.

L’utilizzo di analisi non lineari non è sempre applicabile poiché bisogna che la struttura abbia un comportamento dinamico regolare. Inoltre, l’analisi non lineare viene dopo aver assicurato la mancata formazione di cinematismi di collasso locale: ribaltamento, espulsione fuori piano di pareti o parti di struttura.

Con Midas Gen è possibile affrontare modelli numerici al continuo utilizzando legami costitutivi di semplice entità come il Masonry Model.

La procedura di modellazione al continuo ha avuto un forte incremento nell’ultimo periodo, complice l’evoluzione dei software moderni che aiutano il professionista nella creazione del modello, gestione dell’analisi e grazie alla presenza di aziende specializzate quale CSPFea nella formazione e affiancamento del lavoro.

La vulnerabilità sismica delle strutture monumentali

Le strutture in muratura come le opere monumentali spiccano per la loro complessità: basiliche, ponti, statue. Fino a poco tempo fa erano risolvibili con estreme semplificazioni, oggi invece le affrontiamo con metodi provenienti dal settore dell’ingegneria meccanica, dove per creare un componente di forma complessa in poco tempo, ci si basa sulla modellazione geometria solida, in grado di rappresentare dettagliatamente qualsiasi forma, per poi con l’ausilio di meshatori automatici 3D trasformare la geometria in un modello numerico affidabile.

Questo metodo ha trovato successo nell’affrontare strutture monumentali voltate o a paramenti muraii curvi, dove spesso possono essere presenti anche nicchie per statue o diverse altre irregolarità.

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Sempre nel tema monumentale, di rilievo sono le statue antiche, presenti nel nostro patrimonio culturale e che spesso fanno parte di un processo di valutazione di sicurezza nei confronti di eventi sismici.

Opere infrastrutturali in muratura

Troviamo opere in muratura anche nel patrimonio infrastrutturale esistente, come ponti e viadotti, ancora utilizzati per il traffico stradale e ferroviario. Da anni RFI si sta occupando di valutare e consolidare le opere infrastrutturali esistenti, tra queste i ponti in muratura sono stati affrontati con questa metodologia. Il modello di modellazione solida meglio rappresenta la parte strutturale massiva di pile, spalle ed archi, anche il rinfianco è diventato una componente strutturale rilevante da considerare nello schema strutturale. 

Legami costitutivi numerici

Esistono parecchi legami costitutivi rappresentanti la muratura dal punto di vista numerico. Dalla teoria sappiamo che la muratura ha un comportamento elasto-fragile sia a trazione che a compressione: dal punto di vista numerico rappresentare fedelmente il comportamento reale della muratura non è scontato. CSPFea propone soluzioni software, dalle più semplici alle più avanzate, proprio per dare possibilità al professionista di scegliere come affrontare il lavoro. 

In alcune problematiche, come appunto quelle storico-monumentali, si tende ad utilizzare legami costitutivi di ultima generazione a comportamento elasto-fragile come lo smeared crack model o il concrete damage plasticity: questi sono entrambi legami numerici sviluppati per il calcestruzzo non armato ma che con le giuste ipotesi di partenza si possono adattare alla muratura. 

Trattamento dei risultati di un’analisi non lineare

L’ultimo problema da affrontare nel caso di strutture in muratura di qualsiasi tipo, nel caso si affrontasse il problema con analisi non lineari, è il trattamento della curva di capacità, cioè confrontare la prestazione plastica della struttura alla domanda sismica della zona in cui è collocata.

Alcuni software Midas posseggono già un trattamento automatizzato ma nei casi più generali CSPFea mette a disposizione un software di trattamento di risultati per qualsiasi curva di capacità. Questo software si chiama si chiama MC Masonry Check, che con un excel aggiuntivo si può ottenere classificazione della struttura PAM e ISV.

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Chi è CSPFea

CSPFea, fondata nel 2005, si è da subito occupata di commercializzare software di calcolo strutturale per il settore AEC. Inizialmente la mission di CSPFea fu quella di localizzare, co-sviluppare e distribuire i prodotti MIDAS in Italia ed oggi è partner esclusivo di tutta la suite dei software MIDAS in Italia e Ticino (CH). Successivamente, il portafoglio prodotti è cresciuto in tutti i campi di applicazione del settore AEC e nei nuovi settori della simulazione della dinamica delle folle (software Oasys MassMotion) e analisi fluidodinamica (software Vento).

La mission di CSPFea 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: siamo i vostri partners per incrementare le vostre prestazioni, migliorare il processo di design e l’affidabilità dei vostri servizi. “Progettazione sismica affidabile”, “Simulazione della costruzione”, “Interoperabilità” sono alcuni dei paradigmi nei quali crediamo con professionalità, entusiasmo, passione e ciò che la nostra storia aziendale testimonia, sempre in prima fila nel Computer Aided Engineering (CAE), CAD, BIM, collaborando con alcune delle più prestigiose istituzioni di R&S in tutto il mondo. Spieghiamo ai nostri clienti come integrare le migliori soluzioni software nel settore Computer-Aided-Engineering (CAE) al fine di aggiungere valore ad ogni passo del processo di design e di costruzione; ciò significa spesso confezionare soluzioni su misura del cliente partendo dalle applicazioni software sulle quali il cliente stesso ha costruito le proprie capacità e la propria reputazione.