Edisis12

Con la versione 10.x il programma Edisis recepisce l'ultimo aggiornamento delle norme tecniche italiane (Ntc18) e nel contempo si arricchisce di funzioni che ne estendono la capacità di modellazione e ne aumentano le prestazioni. Il programma conferma il suo primato in tutti gli interventi riguardanti le strutture multipiano in cemento armato, siano essi di nuova progettazione, di adeguamento o di miglioramento sismico.

Di seguito riportiamo informazioni essenziali sulle novità introdotte nella nuova versione.

1. Nuovi sistemi normativi disponibili

Oltre all'allineamento con le nuove norme tecniche italiane Ntc18, la nuova versione consente di impostare anche contesti normativi internazionali, come gli EuroCodici, e la definizione di azioni sismiche locali come le RPS/2011 del Marocco, che di fatto rendono il programma utilizzabile in tutta Europa e nei paesi vicini di Medio Oriente e Africa.

La scelta del sistema normativo si può effettuare con l'opzione di menù Analisi | Contesto normativo.

2. Generalizzazione degli stati limite di verifica

Per consentire l'utilizzo in differenti contesti normativi, la definizione e la gestione degli stati limite di verifica è stata riorganizzata e resa più efficiente e generale. Sono adesso disponibili due tabelle di definizione: la prima riguardante i fattori di combinazione delle azioni, la seconda i fattori di sicurezza da assumere sui materiali e le opzioni per l'attivazione delle verifiche.

Si tenga presente, che il programma provvede ad impostare i valori e le opzioni secondo le indicazioni della normativa selezionata, per cui non sono in genere richiesti interventi diretti dell'utente nelle due griglie riportate in figura. Eventuali impostazioni autonome sono riservate per un uso esperto, per definire contesti normativi non ancora contemplati esplicitamente nel programma o per trattare casi particolari: ad esempio per considerare fattori più restrittivi o per attivare una particolare verifica su stati limiti in cui, secondo norma, non sia strettamente necessaria.

3. Confronto per gli interventi di adeguamento o miglioramento sismico

Nella nuova tabella delle Opzioni di verifica, è stato inserito un riquadro nel quale si danno informazioni su:

Stato strutturale di analisi, che può essere impostato su: Nuova costruzione, Stato esistente, Stato rinforzato,

Analisi per la capacità sismica, da selezionare fra: Auto, Lineare, Pushover.

Queste due informazioni sono utili nel caso di interventi su strutture esistenti, in quanto consentono di leggere e confrontare i quadri finali delle verifiche fra i due stati strutturali di riferimento:

• lo stato esistente        (ovvero lo stato di fatto, senza rinforzi),
• lo stato rinforzato        (ovvero lo stato finale con gli interventi di rinforzo messi in opera).

Quando si è nelle condizioni di poter leggere il quadro verifiche dello stato di confronto (tipicamente lo stato esistente), il pulsante corrispondente viene abilitato e cliccandolo si potrà selezionare il file dati (.edi) da cui importare i valori delle verifiche.

Procedendo, viene riportata la griglia del Quadro del miglioramento sismico, che permette il confronto sintetico della capacità in Pga fra lo stato attuale (colonna Ca) e lo stato esistente (colonna Ce), quest'ultima ottenuta dall'operazione di lettura eseguita al passo precedente.

Le ultime due colonne riassumono se per lo stato limite sismico della riga è stata raggiunta la condizione richiesta per il miglioramento o per l'adeguamento. Si tenga presente che queste condizioni sono state ridefinite dalle Ntc18 al p. 8.4 e recepite come tali in questa nuova versione.

In particolare, le disposizioni di normativa riguardanti il miglioramento e l'adeguamento sono riassunte nella seguente tabella, in cui sono riportati i fattori di sicurezza da raggiungere per i vari tipi di intervento, al variare della classe d'uso e della normativa di riferimento essendo:

•        ςE                   fattore di sicurezza sismico, dato dal rapporto tra l'azione sismica massima sopportabile              dalla struttura e l’azione sismica di progetto per una nuova costruzione

•        ςE (E)        fattore di sicurezza sismico nello stato ante-operam: esprime il moltiplicatore del sisma di            progetto compatibile con il soddisfacimento delle verifiche agli stati limite sismici

•        ςE (R)        fattore di sicurezza sismico nello stato post-operam: esprime il moltiplicatore del sisma di             progetto compatibile con il soddisfacimento delle verifiche agli stati limite sismici

Modificando la classe d'uso e la normativa di riferimento Il programma provvede a ridefinire i valori dei fattori di sicurezza ςE in accordo con i contenuti della tabella richiesti, ma l'utente ha sempre la possibilità di reimpostarli autonomamente, in casi particolari.

 

Condizioni per la verifica del miglioramento e dell'adeguamento in strutture esistenti

4. Migliorata la caratterizzazione meccanica degli elementi

Nella precedente versione i materiali delle travi e dei pilastri potevano essere diversificati solo per livelli. Se questa impostazione poteva ritenersi soddisfacente nel progetto del nuovo, risultava invece troppo limitativa nella verifica dell'esistente, dove è abbastanza frequente riscontrare all'interno di uno stesso piano singoli elementi molto degradati, che necessiterebbero pertanto di una caratterizzazione più aderente.

In particolare, il calcestruzzo contiene al suo interno la classe del ferro, diversificata fra ferri lunghi e staffe.

Nella nuova versione, l'assegnazione della classe di calcestruzzo è effettuata direttamente all'interno delle griglie delle Sezioni Travi, Pilastri, Pareti, Plinti e Tipi di Impalcato. Le sezioni vengono quindi tipizzate con l'informazione relativa al calcestruzzo e si configurano come “tipologie” che permettono una più accurata definizione delle caratteristiche meccaniche degli elementi.

In figura vediamo la griglia delle sezioni tipo per le travi, ma il discorso è analogo anche per quelle di pilastri, pareti, plinti ed impalcati.

In questa direzione, vanno anche altri interventi:

• le specifiche di progetto (che prima erano parametri di livello) sono adesso parametri riferiti alla sezione tipo,
• i parametri di modellazione solai (che prima erano dati globali per tutto l'edificio) si definiscono adesso nelle tipologie dei solai e possono pertanto essere calibrati solaio per solaio,
• i parametri di carenza confinamento e dettagli sismici che intervengono nell'analisi pushover nella versione precedente non potevano essere diversificati per elemento, ma adesso sono anch'essi di pertinenza della tipologia (vedi colonne frli e frco della griglia Sezioni Travi riportata nella figura precedente).

5. Parametri geotecnici per i livelli di fondazione e stima della portanza

Nel foglio dei Livelli è adesso possibile definire i parametri geotecnici delle fondazioni presenti: coesione, angolo di attrito e peso specifico del terreno.

Inoltre, c'è la possibilità di selezionare un metodo di letteratura per la stima del carico limite, selezionandolo fra:

• Vesic,
• Hansen,
• Terzaghi,
• Meyerhof.

In questo caso, fornendo alcuni parametri morfologici della fondazione: profondità, larghezza, lunghezza e la quota della falda, si può ottenere un valore stimato per la capacità portante in condizioni statiche e in condizioni sismiche, nonché del fattore di sottofondo di Winkler.

In alternativa, impostando l'opzione:

• Autonomo

l'utente può impostare direttamente i valori geotecnici, senza sfruttare le correlazioni automatiche.

6. Verifiche geotecniche su cedimenti e scorrimento in fondazione

La nuova versione si arricchisce anche sotto l'aspetto delle verifiche geotecniche. Se nella versione precedente le verifiche riguardanti il terreno di fondazione si limitavano al controllo della capacità portante, adesso il quadro si amplia considerevolmente con la predisposizione delle:

• verifiche dei cedimenti e delle distorsioni in fondazione,
• verifiche dello scorrimento in fondazione.

Verifiche di cedimenti e distorsioni in fondazione

La normativa dispone che per gli stati limite di esercizio vengano valutati i cedimenti e le distorsioni angolari in fondazione dovuti all'assestamento del terreno per effetto dei carichi trasmessi dalle fondazioni. I valori delle deformazioni così valutate devono risultare compatibili con la fruibilità dell'opera e con la sicurezza strutturale.

Il controllo presuppone da un lato la definizione dei valori ammessi per il cedimento e la distorsione angolare, per i quali si può fare riferimento a tabelle euristiche di letteratura. Dall'altro lato, si procede con il calcolo dei cedimenti nei nodi indicati dal progettista, utilizzando il metodo proposto da Burland e Burbridge, basato sui risultati di una indagine statistica di oltre 200 casi reali e correlato ai risultati ottenuti da prove penetrometriche dinamiche SPT (Standard Penetration Test). Per la sua semplicità ed economicità la prova SPT è una tecnica di sito molto utilizzata nella pratica professionale, che consente la stima dei principali parametri meccanici del terreno e di altre quantità di interesse, mediante un ricco assortimento di correlazioni sperimentali proposte da vari autori.

All'utente è richiesta la definizione dei nodi in cui valutare il cedimento e la distorsione, specificando per ognuno di essi alcuni parametri geotecnici, quali la quota di posa rispetto al piano campagna, lo spessore dello strato compressibile, il numero medio di colpi ottenuti dalla prova SPT nello strato d'influenza immediatamente sottostante la fondazione. Questa operazione la si esegue nella griglia seguente che si apre col comando di menù Analisi | Verifiche geotecniche.

 

Sulla scorta di questi dati minimali, il programma valuta lo spessore dello strato d'influenza (utile al progettista per ricavare il numero medio di colpi SPT), i fattori correttivi (dovuti ai rapporti di forma della fondazione, allo spessore dello strato compressibile, agli effetti viscosi), la tensione verticale litostatica al piano di posa, il carico trasmesso dalla fondazione ed infine il cedimento massimo calcolato, che viene mostrato nella colonna wf della griglia.

Una volta noti i cedimenti, il programma procede col calcolo della distorsione massima, per ogni nodo soggetto a verifica. Il procedimento si svolge riconoscendo sequenze di tre nodi allineati, su ognuna delle  quali si valuta:

• la rotazione rigida, data dalla pendenza del diagramma dei cedimenti fra i due nodi più esterni,
• la distorsione angolare in un nodo, valutata come la tangente dell'angolo relativo formato dal diagramma dei cedimenti nel nodo e la retta della rotazione rigida (angoli β in figura).

Si tenga presente che per ogni nodo sono calcolate le distorsioni in tutte le direzioni di allineamento in cui è presente e fra tutti questi valori viene determinata la distorsione massima, riportata nella colonna df della griglia.

La distorsione angolare è un parametro di interesse in quanto direttamente correlabile con problematiche strutturali o con livelli di danno non compatibili con i requisiti prestazionali richiesti al fabbricato.

Verifiche di scorrimento in fondazione

L'attuale normativa dispone che per le fondazioni superficiali vengano presi in considerazione i meccanismi di collasso per scorrimento sul piano di posa per gli stati limiti ultimi (Slu di tipo geotecnico GEO). La verifica viene effettuata secondo la combinazione di fattori parziali indicata simbolicamente come A1+M1+R3 prevista dall'Approccio 2, in cui R3 è il fattore di sicurezza sulla resistenza globale.

Lo scorrimento di una fondazione rispetto al terreno di posa avviene nel momento in cui le componenti delle forze parallele al piano di contatto tra fondazione e terreno vincono l’attrito e l'adesione agente sull'interfaccia terreno-fondazione e, qualora fosse presente, la spinta passiva laterale.

La verifica può essere posta nella seguente forma:

Fa < Frlim/fs

in cui

Fa         è la forza agente orizzontale agente sul piano di posa, che induce lo scorrimento,

Frlim         è la forza resistente orizzontale prodotta dal terreno, che si oppone allo scorrimento

fs        è il fattore di sicurezza sulla resistenza globale (R3),
       (R3=1.1 secondo NTC08 p. 6.4.2.1 o NTC18 p. 6.4.2.1).

La forza agente orizzontale Fa può ottenersi dalla seguente espressione:

Fah = kh W =  βs ag W

in cui

W        è il peso totale dell'edificio [kg].

ag        è l'accelerazione orizzontale massima attesa per il sito per Slv [g],
comprensiva dell'effetto di amplificazione stratigrafica e topografica,

βs         è un coefficiente di riduzione dell'accelerazione orizzontale massima attesa per il sito, definito dalla normativa in funzione della categoria di sottosuolo e dell'accelerazione al suolo attesa, variabile fra 0.20 e 0.30 (vedere p. 7.11.3.5.2, tab 7.11.1 Ntc18/Ntc08).

I risultati della verifica sono ottenibili col comando di menù  Analisi | Verifiche geotecniche.

 

La verifica diviene significativa in presenza dell'azione sismica, che tipicamente mette in gioco forze orizzontali sulla fondazione non trascurabili, proporzionali all'intensità sismica di progetto.

La verifica può essere eseguita su fondazioni isolate o più verosimilmente sull'insieme del sistema fondale se questo è assimilabile ad un blocco monolitico, per effetto di collegamenti diffusi ed efficaci fra i singoli elementi della fondazione, come accade solitamente per gli edifici in zona sismica.

La forza resistente orizzontale Fr può ottenersi considerando i contributi di attrito e coesione offerti dal terreno, secondo la seguente espressione:

Fr = W tanδ + ca Afnd

in cui

W        è il peso totale dell'edificio [kg],

δ        è l'angolo di attrito tra fondazione e terreno,

ca        è l'adesione tra fondazione e terreno [kg/cmq]

Afnd        è l'area di impronta della fondazione [cmq]

I valori dell'angolo di attrito δ e l'adesione ca dipendono da aspetti locali, come ad esempio la scabrezza della suola di fondazione e indicazioni al riguardo possono essere reperite nei manuali di geotecnica. Possiamo dire in generale che per fondazioni scabre il valore di δ è molto prossimo al valore dell'angolo di attrito del terreno (δ ≈ 0.9 ϕ) e il valore di ca può essere ottenuto come frazione della coesione (ca ≈ 0.6 c).

7. Redazione della relazione geotecnica di base e della relazione sulle fondazioni

La relazione geotecnica è un elaborato tecnico espressamente richiesto dalla normativa (Ntc08/Ntc18 p. 6.1.2), nel quale devono essere illustrati tutti gli aspetti di tipo geotecnico che intervengono nel progetto: le scelte progettuali, il programma e i risultati delle indagini, la caratterizzazione e la modellazione geotecnica e le analisi per il dimensionamento geotecnico delle opere e la descrizione delle fasi e modalità costruttive. .

Nella nuova versione del programma, la disponibilità di contenuti geotecnici riguardanti la stima della portanza limite, del calcolo dei cedimenti e delle distorsioni in fondazione e della verifica di scorrimento ha reso possibile la redazione della relazione geotecnica, sia pure in una forma suscettibile di conferma ed arricchimento da parte dell'utente, che potrà integrarne i contenuti in base ad informazioni di maggiore dettaglio.  

In aggiunta, viene preparata anche la relazione sulle fondazioni, nella quale viene presentato il modello della fondazione, i criteri seguiti per l'esecuzione dell'analisi strutturale e le modalità di valutazione dello stato tensionale.

8. Ampliata scelta per le classi di duttilità

L'allineamento alle direttive delle Ntc18 e degli Eurocodici ha portato ad ampliare la scelta delle classi di duttilità selezionabili per il progetto, che nella versione 9 erano limitate alle cosiddette classi B (bassa duttilità) ed A (alta duttilità).

Viene adesso introdotta la classe corrispondente alla struttura non dissipativa, scegliendo la quale il progettista dovrà adottare un fattore di struttura abbastanza gravoso (al massimo 1.5), ma che permette però di bypassare le regole di gerarchia delle resistenze e i dettagli per la duttilità.

In definitiva le opzioni ora disponibili sono:

DCL        Ductility Class Low                        bassa duttilità        non dissipativa        qND< 2/3 qDCM ≤1.5

DCM        Ductility Class Medium         (Classe B)        media duttilità        dissipativa                qDCM 

DCH        Ductility Class High         (Classe A)        alta duttilità        dissipativa                qDCH 

9. Verifiche dei nodi

Per le verifiche dei nodi, sia nell'ambito del modello lineare che pushover, si applicano le  formule di verifica indicate per edifici nuovi (Ntc18 p.7.4.4.3.1), che contengono direttamente il termine di resistenza dovuto alla staffatura, abbandonando il riferimento alle formulazioni indicate in Ntc08, C8.7.2.5 per edifici esistenti che presupponevano staffatura nulla nel nodo.

10. Verifica di resistenza nodi per modello lineare

Con le Ntc18 la verifica è adesso necessaria anche per le strutture in con la classe di duttilità B (DCM).

La verifica viene rivista e generalizzata, con criteri analoghi per il modello lineare e pushover.

11. Staffatura nei nodi

Con le Ntc18 cambiano le disposizioni che riguardano la staffatura dei nodi. Con la precedente normativa veniva richiesto il controllo della percentuale meccanica di armatura ωwd ≤ 0.05, limitatamente ai nodi non confinati.

Con le Ntc18 la staffatura nel nodo deve essere invece essere pari a quella delle zone adiacenti del pilastro e quindi ωwd ≤ 0.08 (CDB) oppure ωwd ≤0.12 (CDB), indipendentemente se il nodo è confinato o meno.

12. Gerarchia resistenze

Le Ntc18 confermano l'impianto della gerarchia delle resistenze (denominata adesso progettazione in capacità), ma dispongono la variazione di alcuni fattori di sovraresistenza.

13. Verifiche di duttilità

Le nuove norme introducono le verifiche di duttilità da eseguirsi per lo stato limite di collasso (Slc) nell'ambito delle analisi lineari, ma consentono altresì di sostituire tali verifiche con l'analisi pushover. Considerato che il programma Edisis è dotato di algoritmi potenti di analisi pushover,  ulteriormente migliorati in questa versione, si propone di utilizzare tale opportunità per rispondere a tale richiesta.

14. Selezione della norma per la valutazione dell'errore nel troncamento modale

Nell'aggiornamento si introduce la possibilità di selezionare la norma mediante la quale valutare l'errore del troncamento modale nell'analisi dinamica e dei fattori di partecipazione nell'analisi pushover.

         

Sono disponibili le due opzioni:

• Energia cinetica
• Energia di deformazione

La norma in energia cinetica è quella tradizionalmente più usata e corrisponde a misurare l'errore in una metrica che ha la dimensione di una massa, da cui ha tratto origine la denominazione “percentuale di massa eccitata”.

Questa scelta era vista con favore in un momento in cui l’analisi era ancora condotta senza l’ausilio del calcolo automatico. Tuttavia è ormai ben noto che non rappresenta una misura appropriata per caratterizzare l’accuratezza della espansione modale troncata. Infatti, proprio in quanto basata sulla energia cinetica e quindi essenzialmente sul quadrato della velocità, tende a sopravvalutare il peso dei modi ad alta frequenza, caratterizzati da forte velocità e bassa escursione. Pertanto, al variare di numero dei modi considerati, la percentuale di massa eccitata tende molto lentamente al valore unitario tanto che generalmente si ritiene che uno scostamento del 10% (me > 90%) caratterizzi già una sufficiente accuratezza. L’errore residuo è tuttavia a volte sopravvaluto in modo eccessivo, specie in presenza di parti della struttura che, per propria forte rigidezza e condizioni di vincolo, hanno spostamenti quasi impediti.

La norma in energia di deformazione, in quanto direttamente espressa in termini di quadrato di tensioni fornisce ovviamente una misura molto più appropriata ai fini della ricostruzione sia delle sollecitazioni che degli spostamenti che si producono nella struttura e permette di caratterizzare in maniera più affidabile l’errore prodotto dal troncamento modale e sarebbe quindi senz’altro da preferire. In effetti l’uso della norma in energia cinetica si giustifica solo in ragione di un allineamento con la tradizione. Per chi volesse approfondire l'argomento è disponibile una pubblicazione teorica sull'argomento.