L’analisi di edifici esistenti con Edisis
Gli interventi su strutture esistenti sono andati crescendo negli ultimi anni ed oggi sono senz’altro più frequenti delle nuove progettazioni. In questi casi il Progettista si trova a dover fronteggiare problematiche particolari e di maggiore complessità rispetto alla progettazioni ex-novo ed è fondamentale che il software di calcolo possa supportarlo in tutti gli aspetti coinvolti.
Nei punti seguenti discuteremo sommariamente queste problematiche e come affrontarle con successo.
Accertamento delle caratteristiche meccaniche dei materiali.
L’accertamento delle caratteristiche meccaniche dei materiali passa attraverso una fase di rilievo geometrico e di prove sperimentali a campione che portano alla valutazione dei valori medi di resistenza del calcestruzzo e dei ferri. Su tali valori bisognerà quindi applicare dei fattori riduttivi, i fattori di confidenza, che tengono conto delle incertezze in gioco nell’intero processo e che dipendono dal minore o maggiore livello di conoscenza raggiunto.
Per agevolare questi aspetti, Edisis consente di classificare un materiale come “nuovo” o “esistente” e, in questo caso, permette l’immissione dei valori medi delle resistenze dedotti dalle prove e il fattore di confidenza associato al livello di conoscenza raggiunto.
Ricostruzione delle armature allo stato di fatto
La verifica strutturale di un edificio esistente non può prescindere dalla conoscenza delle armature presenti negli elementi, sia come ferri, sia come staffatura. Questo è un aspetto notoriamente molto delicato a cui il Progettista dovrà dedicare la massima attenzione, procedendo innanzitutto a ricerche di archivio per rintracciare gli esecutivi dell’epoca di costruzione.
Nel caso siano disponibili gli esecutivi originali bisognerà estrapolare da essi le armature ed assegnarle nel modello di calcolo: per fare questo Edisis mette a disposizione strumenti per la manipolazione grafica di singoli ferri o della staffatura direttamente nelle carpenterie a video e funzioni veloci di copia-incolla di intere gabbie di armatura, che molto spesso si ripetono identiche su elementi diversi.
Nel caso non siano disponibili gli esecutivi originali si potranno ottenere le armature presunte con un processo induttivo basato sulla simulazione del calcolo eseguito all’epoca di costruzione. Per agevolare al massimo l’operazione Edisis permette di impostare la normativa in vigore all’epoca di costruzione e di eseguire il progetto delle armature con i criteri adottati in quel periodo.
Per interventi che spaziano dal 1974 al 2008 sono esplicitamente supportate le normative dell’epoca. Interventi ancora precedenti sono comunque coperti dal contesto normativo alle tensioni ammissibili, specificando i dettagli di progetto (presenza di ferri lisci, uncini, copriferri, ecc.) ed attivando o meno l’azione sismica.
Eventualmente l’armatura così valutata potrà essere verificata localmente nei punti in cui siano disponibili esami finalizzati all’identificazione di armature sottotraccia, quali le prove pacometriche, ed essere conseguentemente ritoccata con gli strumenti di editing del software.
In entrambi i casi l’armatura ricostruita può essere bloccata dall’utente elemento per elemento per evitare che venga riprogettata accidentalmente nelle fasi successive dell’elaborazione.
Metodi di analisi
I metodi di analisi per edifici esistenti non si differenziano a livello qualitativi rispetto a quelli per le nuove progettazioni, ma richiedono alcune particolarizzazioni.
Innanzitutto si potrà optare per:
- l’analisi dinamica modale lineare con fattore q,
- l’analisi statica non lineare o analisi pushover.
Nel caso di analisi lineare su edificio esistente sono in realtà richiesti due valori del fattore di comportamento: il primo per meccanismi duttili (quali la flessione nelle travi e la pressoflessione nei pilastri, limitato a 3.0), il secondo per meccanismi fragili (quali il taglio in travi, pilastri e nodi, limitato a 1.5). Quest’ultimo in particolare si dimostra essere molto gravoso per le verifiche, se si tiene conto che le strutture esistenti partono già con l’handicap dei materiali degradati e spesso mostrano staffature del tutto insufficienti negli elementi o addirittura assenti nei nodi, come era d’uso negli anni 60-70-80.
In questo contesto Edisis permette l’impostazione differenziata dei fattori di comportamento e l’opzione per considerare l’inclinazione più favorevole delle bielle compresse di calcestruzzo del traliccio di Morsh, per massimizzare la resistenza a taglio come concesso dalla normativa. Inoltre, per agevolare il progetto dei rinforzi mette a disposizione mappe sintetiche di tipo cromatico che permettono di individuare visivamente gli elementi critici, ovvero quelli sotto la soglia di verifica che condizionano in negativo la sicurezza sismica dell’edificio.
In alternativa all’analisi lineare è possibile optare per l’analisi statica non lineare, che consente un migliore sfruttamento dei materiali, non è condizionata dai fattori di comportamento, ma di contro richiede il controllo della massa attivata che non deve essere inferiore al 75% del totale.
In Edisis l’analisi pushover è eseguita su un ventaglio di possibili direzioni sismiche, per le quali si valuta la massa attivata e le curve di equilibrio carico-spostamento. Inoltre, al pari dell’analisi lineare, viene corredata da viste sintetiche cromatiche che evidenziano gli elementi critici che, per carenza di resistenza o di duttilità, pregiudicano la sicurezza sismica dell’edificio per gli stati limite di interesse.
Il progetto dei rinforzi
In alcuni casi l’intervento su un edificio esistente si esaurisce nella valutazione dello stato di sicurezza allo stato di fatto, ossia con i materiali degradati e sotto l’azione dei carichi statici e sismici imposti dalla normativa attuale.
Spesso però a questo primo intervento ne segue un altro, che si innesca quando la sicurezza si dimostra essere del tutto inadeguata a fronteggiare gli impegni richiesti alla struttura.
In questo caso, se si esclude il declassamento della struttura o provvedimenti restrittivi sul suo uso, è giocoforza aumentare la sicurezza strutturale con un intervento di rinforzo.
Con tali interventi si dovrà raggiungere
- una sicurezza adeguata sotto i carichi statici allo Slu,
ottenere uno dei seguenti obiettivi nei riguardi dell’azione sismica:
- il miglioramento sismico: ovvero l’incremento della sicurezza sismica senza tuttavia raggiungere la soglia minima fissata per le nuove costruzioni,
- l’adeguamento sismico: ovvero l’incremento della sicurezza sismica fino a raggiungere la soglia minima fissata per le nuove costruzioni.
Per raggiungere questo obiettivo il Progettista inizia con l’analisi dell’esistente allo stato di fatto e ne esamina i risultati, cercando di capire come e dove intervenire per migliorare le prestazioni.
Il processo dell’esame dei risultati non è sempre immediato, molto dipende dalla capacità di sintesi delle rappresentazioni disponibili nel software: per il progetto dei rinforzi sono molto efficaci le mappe cromatiche che evidenziano gli elementi critici nei confronti di una verifica o del raggiungimento di un particolare stato limite pushover.
In Edisis tali strumenti sono efficienti e di immediata lettura, sia per l’analisi della risposta strutturale lineare, sia per l’analisi pushover.
Gli elementi critici così individuati sono quelli che presumibilmente trarranno maggiore giovamento da un rinforzo, che il Progettista selezionerà fra quelli previsti dal software.
Edisis consente un ampio ventaglio di scelta; le incamiciature in c.a. e acciaio, le cuciture attive CAM, gli avvolgimenti a confinamento e i placcaggi a trazione in Frp/Frcm, le piastre nodali in acciaio o in fibra complete di sistema di ancoraggio. Ognuna di queste tecniche potrà essere dimensionata a seconda delle necessità in funzione delle carenze strutturali da risolvere.
Vogliamo però rimarcare che il processo che porta ad un buon progetto di rinforzo non è in genere immediato, ma procede con uno schema iterativo ciclico basato sulle tre fasi:
- analisi strutturale,
- interpretazione dei risultati,
- revisione dei rinforzi.
Per arrivare ad una buona qualità d’intervento potrebbero essere necessarie diverse iterazioni e qui entra in gioco un fattore importante spesso sottaciuto: la velocità di calcolo. Se per vedere gli effetti di una modifica bisogna aspettare una ventina di minuti, il procedimento diventa eccessivamente lento e spesso si rinuncia ad una possibile ottimizzazione, accontentandosi di soluzioni grossolane o eccessivamente invasive. In Edisis questo pericolo non c’è perché è da sempre è il software più veloce sul mercato, frutto di un continuo lavoro di ottimizzazione dei codici.
La sua velocità può essere quindi sfruttata vantaggiosamente dal Progettista per risparmiare tempo prezioso e per ottenere progetti di maggiore qualità, sia nel dimensionamento del nuovo, sia nel rinforzo dell’esistente.