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Progettazione di telai di rinforzo in acciaio per una struttura in muratura

28 Ottobre 2024/in AI Navigator, News/da S.T.A. DATA srl

Il telaio in acciaio, inserito in una struttura esistente in muratura portante, ha migliorato le capacità prestazionali dell’opera esistente durante il sisma. L’interoperabilità tra 3Muri Project e AxisVM ha permesso di scambiare i file dati e progettare un telaio con profili in acciaio ottimizzati. Le analisi di vulnerabilità sismica eseguite sui modelli dello stato di fatto e di progetto hanno dimostrato di aver conseguito un adeguamento sismico della struttura.

Il progetto del rinforzo sismico con telai in acciaio è stato eseguito per la struttura in muratura portante esistente, mostrata nella figura seguente, per ridurre la vulnerabilità sismica dell’edificio.

Fig.1 3Muri Project – Vista 3D modello edificio dello stato di progetto senza solai. Struttura in muratura portante con i telai di rinforzo in acciaio

Il caso studio, fornito cortesemente per S.T.A. DATA, si riferisce al progetto realizzato dallo Studio Tecnico dell’Ing. Goffredo Spernanzoni ed è realizzato con l’ausilio dei software di calcolo strutturale 3Muri Project e AxisVM.

I tecnici illustrano dettagliatamente le analisi eseguite con entrambi i software per la corretta progettazione del rinforzo con il telaio in acciaio.

L’analisi della vulnerabilità sismica dello stato di fatto della struttura in muratura è stata condotta con il software 3Muri Project, specifico per questo tipo di analisi sismiche sulle strutture esistenti in muratura. In seguito, si è proceduto all’ottimizzazione dei profili degli elementi di rinforzo in acciaio in AxisVM.

1. Le fasi della progettazione

    Le 3 fasi principali della progettazione sono di seguito elencate:

    1. Valutazione della vulnerabilità sismica dello stato di fatto della struttura esistente in muratura;
    2. Ottimizzazione e verifica del telaio di acciaio per il rinforzo sismico della struttura;
    3. Valutazione della vulnerabilità sismica dello stato di progetto della struttura in muratura rinforzata con il telaio in acciaio.

    L’ottimizzazione del telaio di rinforzo in acciaio è stata eseguita con il software agli elementi finiti AxisVM per le funzionalità avanzate dedicate al raffinamento del progetto in acciaio e per la documentazione dettagliata finale redatta.

    Lo stato di progetto, ottimizzato, è stato importato nuovamente in 3Muri ed analizzato per verificare la riduzione della vulnerabilità sismica e documentare il miglioramento ottenuto rispetto allo stato di fatto.

    2. Valutazione dello stato di fatto

    La struttura esistente in muratura è costituita da 3 corpi affiancati di dimensioni differenti. Tutti i corpi sono stati modellati in 3Muri Project.

    Il corpo principale è il più alto e al primo livello presenta un solaio di putrelle e tavelloni. Il solaio al secondo piano è composto da un tavolato semplice, la copertura a falde è in legno e il resto dei solai è in laterocemento. Gli elementi verticali delle 3 strutture sono pannelli in muratura.

    Fig.2 3Muri Project – Visualizzazioni: a destra il modello 3D dello stato di fatto – a sinistra la planimetria

    Il modello dello stato di fatto è stato verificato con l’analisi statica non lineare globale (pushover) in 3muri Project, come indicato nella Normativa NTC2018 + Circolare. Nelle 24 analisi pushover si evidenziano le fragilità della struttura nelle due direzioni del sisma.

    In particolare, la verifica più gravosa in direzione X non è soddisfatta per la parete evidenziata in rosso in pianta, in basso a sinistra. Si può osservare il livello di danneggiamento attraverso la deformata della pianta, la corrispondente curva di capacità e i valori tabellati dei risultati delle analisi eseguite. Il maschio murario risulta danneggiato a taglio.

    Fig.3 3Muri Project – Risultati delle 24 analisi pushover. La più gravosa in direzione X è evidenziata nella finestra superiore

    La parete danneggiata nella direzione Y, invece, è il pannello centrale del corpo principale come evidenziato in rosso in pianta. In questo caso, gran parte del pannello subisce una rottura a taglio.

    Fig. 4 3Muri Project – Risultati delle 24 analisi pushover. La più gravosa in direzione Y è evidenziata nella finestra superiore

    3. Progetto di intervento

    I progettisti, in base ai risultati emersi dalle analisi statiche non lineari, hanno deciso di rinforzare le pareti centrali del corpo più alto attraverso l’inserimento di telai di rinforzo in acciaio con tiranti di controventamento in acciaio.

    L’intervento ipotizzato permette di conseguire minime variazioni architettoniche e contemporaneamente migliorare la risposta strutturale durante il sisma di progetto.

    Si è creato, quindi, il modello dello stato di progetto della struttura in muratura e nella figura seguente si mostrano le planimetrie con le posizioni ipotizzate per i telai, in rosso, e per i tiranti, in blu.

    Fig.5 3Muri Project – Pianta stato di progetto: a destra la posizione dei telai in acciaio; a sinistra la posizione dei tiranti

    La progettazione del telaio in acciaio è eseguita in AxisVM importando, da 3Muri, il modello completo (geometrie e carichi) grazie alle proprietà di interscambio dei dati tra i due software.

    Fig.6 Esportazione del modello 3D di 3Muri Project in AxisVM

    In AxisVM, si eliminano i pannelli murari centrali e, sul modello architettonico tridimensionale, viene realizzato un telaio con elementi finiti specifici. Nella figura seguente, si mostra tale modello tridimensionale con il telaio di rinforzo inserito. Si evidenziano in blu gli elementi beam, per i telai in acciaio, e in verde gli elementi truss per i tiranti, assoggettati solo a sforzi assiali. Gli elementi truss in AxisVM hanno, di default, le cerniere ai nodi iniziale e finale di estremità.

    Fig.7 AxisVM – Modello architettonico tridimensionale della struttura con gli elementi beam e truss

    Il dimensionamento dei profili è stato fatto in automatico dopo aver scelto un set di profili in dotazione di AxisVM. Infatti, impostati i criteri progettuali, il programma inserisce la sezione di acciaio più performante.

    La scelta dei profili candidati può avvenire prendendoli direttamente dalla libreria del software. AxisVM ha una libreria assortita e ha permesso di scegliere tra famiglie intere di profili standard comunemente utilizzati (HE, IPE, scatolare, ecc…) oppure solo alcuni profili.

    Scelti i profili, il professionista ha definito il criterio di ottimizzazione e, in questo caso, ha scelto:

    1. il peso minimo;
    2. l’efficienza massima che i profili possono raggiungere. È possibile abbassare il livello di efficienza massima dall’unità ad un valore inferiore per rimanere a favore di sicurezza;
    3. i vincoli geometrici di ingombro minimo e massimo dei profili.
    Immagine che contiene testo, schermata, diagramma, Parallelo  Descrizione generata automaticamente

    Fig.8 AxisVM – Ottimizzazione dei profili in acciaio

    Si definiscono, inoltre, anche le verifiche con cui deve essere condotta l’ottimizzazione. Il software effettua l’ottimizzazione del profilo con calcoli iterativi e indica il profilo più prestazionale, che in questo caso è HEA140.
    Immagine che contiene testo, software, Pagina Web, Icona del computer  Descrizione generata automaticamente

    Fig.9 AxisVM – Fase di ricerca automatica del profilo più prestazionale

    AxisVM ha indicato automaticamente la sezione più performante, in funzione dei criteri impostati. Il progettista, quindi, ha sostituito nel telaio in acciaio, con la modalità automatica, i profili iniziali con il profilo ottimizzato.

    Fig.10 AxisVM – Modello 3D del telaio di rinforzo con profili in acciaio ottimizzati

    Successivamente, il progettista ha verificato il telaio tridimensionale in acciaio. Per eseguire tali verifiche è necessario definire i parametri di progetto:

    • la classificazione del profilo può essere inserita in automatico o può essere imposta;
    • il riconoscimento degli elementi strutturali può essere effettuata da nodo a nodo oppure raggruppata in più elementi;
    • la modalità di calcolo della lunghezza di libera inflessione può essere calcolata in funzione dei vincoli inziale e finale dell’elemento oppure imputarla manualmente come valore numerico;
    • la modalità di calcolo automatico del momento critico, cioè considerando gli appoggi laterali o specificando i parametri di base oppure imputarlo manulamente;
    • per la determinazione del momento critico esiste all’interno del software un algoritmo in grado di definirla in maniera automatica tenendo conto anche degli appoggi laterali, diversamente è possibile farlo specificando i parametri di base oppure imputando direttamente il valore;
    • definiti i parametri per lo SLU è possibile definire anche quelli allo SLE, che caratterizzano ad es. il valore limite della freccia.

    Successivamente è possibile visualizzare i risultati di questa progettazione. La figura seguente mostra un output grafico delle analisi.

    I valori dello sfruttamento delle travi e dei pilastri del telaio in acciaio ottimizzato sono espressi attraverso un diagramma a colori che, in questo caso, conferma il superamento delle verifiche stabilite dalla Normativa. Gli elementi che non verificano hanno delle linee tratteggiate in obliquo e in rosso, ma in questo caso sono tutti verificati perché sono stati ottenuti dalla procedura di ottimizzazione.

    Immagine che contiene testo, schermata, diagramma, Parallelo  Descrizione generata automaticamente

    Fig.11 AxisVM – Vista d’insieme dello sfruttamento del telaio in acciaio ottimizzato

    Il passo successivo è quello di redigere la documentazione. Tramite le capacità avanzate della reportistica di AxisVM, il progettista ha visualizzato la Relazione finale personalizzata con le analisi eseguite e con tutte le immagini che ha catturato all’interno del modello.

    Le immagini della Relazione di AxisVM non sono statiche ma dinamiche e quindi, se il progettista decide di cambiare gli elementi, il software le aggiorna in automatico.

    Si riportano i valori globali in tabelle riassuntive.

    Inoltre, si possono specificare tutti i passaggi di verifica di ogni singolo elemento.

    Si visualizzano i diagrammi delle sollecitazioni, le tabelle riassuntive con il valore di “Max” sfruttamento, il dettaglio numerico delle verifiche di sicurezza eseguite per ogni singola asta con le relative formule usate e i passaggi di calcolo.

    Nella figura seguente si mostra un esempio di Relazione finale con una vista generale delle verifiche eseguite sul telaio di acciaio, una tabella riassuntiva con i coefficienti di utilizzo nella colonna MAX.

    L’elemento più sollecitato si trova alla fine della tabella e, successivamente, vengono inserite le verifiche di dettaglio che spiegano come sono stati calcolati i coefficienti di sicurezza con tutte le formule utilizzate esplicitate e con tutti i passaggi di calcolo.

    Chiaramente, la verifica di dettaglio può essere effettuata su ogni singolo elemento ma questa organizzazione permette di compattare in maniera più efficace il volume della documentazione pur riportando tutti i parametri necessari per la verifica.

    Fig.12 AxisVM – Esempio di Relazione finale con una vista generale delle verifiche eseguite sul telaio 3D

    Il progettista esegue, successivamente, le verifiche degli elementi diagonali di controventamento impostando per essi un’analisi lineare. I tiranti sono elementi che lavorano solo a trazione.

    In AxisVM, per risolvere un comportamento simile, all’interno del modello è possibile definire dei parametri non lineari ed eseguire, quindi, un’analisi non lineare per tenere in considerazione questo tipo di comportamento.

    In questo caso, l’ingegnere ha ritenuto non significativa la rigidezza a compressione di tali aste e incapaci di alterare il comportamento globale della struttura. Si è, quindi, deciso di eseguire

    un’analisi lineare. Scelti i profili delle aste, le verifiche sono state, quindi, condotte ai soli carichi assiali.Immagine che contiene testo, schermata, diagramma, design  Descrizione generata automaticamente

    Fig.13 AxisVM – Finestra di definizione dei parametri di analisi dei tiranti

    Coerentemente con l’ipotesi progettuale, si è proceduto solo con le verifiche di trazione e si sono escluse le verifiche di instabilità perchè, nell’analisi lineare, avrebbero messo in evidenza

    l’instabilizzazione a compressione dei tiranti per la loro snellezza, causando successivamente anche il non superamento di tutte le verifiche successive.

    Nella figura seguente si mostra un esempio di Relazione finale dei tiranti in cui, seguendo la stessa organizzazione vista nella Relazione precedente, è stata catturata l’immagine che riporta gli elementi elencati in tabella.

    Si mostra la tabella riassuntiva dei coefficienti di utilizzo. Nella parte finale della Relazione si mostra il dettaglio delle analisi condotte sull’elemento più sollecitato. Si osserva che, in questo caso, è stata condotta un’unica verifica, ossia la verifica ai carichi assiali.

    Fig.14 AxisVM – Risultati della verifica dei tiranti

    Il progettista, infine, ha anche verificato, in AxisVM, le connessioni dei nodi in acciaio.

    La verifica della piastra alla base dei pilastri in acciaio è stata eseguita dopo aver customizzato le dimensioni, la posizione della piastra, la tipologia, il numero dei rinforzi e degli ancoraggi, lo spessore del cordone delle saldature e la geometria del basamento.

    Immagine che contiene testo, schermata, diagramma, linea  Descrizione generata automaticamente

    Fig.15 AxisVM – Visualizzazione 3D del telaio in acciaio con in basso il focus delle connessioni alla base dei pilastri. In alto il particolare del tipo di unione del pilastro con la piastra di base per il suo collegamento al basamento
    Immagine che contiene testo, software, Icona del computer, Pagina Web  Descrizione generata automaticamente

    Fig.16 AxisVM – Finestra di input dati collegamento pilastro – piastra di fondazione al basamento in cls

    Il progettista mostra, nella figura seguente, la scelta eseguita per il collegamento del giunto trave- colonna. In questo caso, ha sviluppato il collegamento verso il basso per non interferire con il solaio sovrastante.

    Il tool di AxisVM ha persmesso di personalizzare tutti i parametri geometrici prima della verifica.

    Immagine che contiene testo, schermata, Parallelo, linea  Descrizione generata automaticamente

    Fig.17 AxisVM – Visualizzazione 3D del telaio in acciaio con i collegamenti tra i pilatri e le travi in acciaio.

    Particolare del tipo di collegamento del giunto trave-colonna
    Immagine che contiene testo, schermata, diagramma, software  Descrizione generata automaticamente

    Fig.18 AxisVM – Finestra di input dati giunto trave-pilastro

    La Relazione delle verifiche dei nodi in acciaio, fornita in automatico, illustra il dettaglio delle geometrie, le immagini dei collegamenti verificati, l’elenco delle sollecitazioni applicate, le formule di verifica e i calcoli eseguiti.

    Fig.19 AxisVM – Relazione finale dei risultati ottenuti dalle verifiche dei nodi in acciaio

    4. Valutazione dello stato di progetto

      L’ultima fase è la valutazione della vulnerabilità sismica dello stato di progetto in 3Muri Project. Il modello dell’edificio in muratura portante, completo con il telaio in acciaio per il rinforzo sismico, viene importato in 3Muri per eseguire tale valutazione sismica.

      In questa fase è condotta la verifica più gravosa con l’analisi statica non lineare nelle due direzioni X e Y.

      I risultati ottenuti da questa analisi mostrano una buona risposta sismica della struttura rinforzata. Inoltre, confrontando i risultati delle analisi dello stato di progetto con quelli dello stato di fatto, il professionista ha dimostrato il miglioramento ottenuto sul comportamento strutturale dei maschi e delle fasce di piano.

      3Muri Project è stato progettato per eseguire l’analisi pushover di una struttura esistente a prevalenza a muraria e supporta il professionista evidenziando le fragilità e le tipologie di rottura che gli elementi strutturali subiscono durante il sisma.

      I risultati hanno messo in evidenza che le scelte progettuali di questo tipo di rinforzo sono state adeguate al superamento delle verifiche richieste allo SLC e SLV.

      Inoltre, l’ingegnere ha constatato che con questo intervento ha ottenuto un adeguamento sismico della struttura rinforzata.

      Il dettaglio dell’adeguamento raggiunto è evidenziato nei risultati delle analisi pushover eseguite. Si mostra, nelle seguenti immagini, gli output delle analisi pushover sui pannelli murari con il rinforzo in acciaio.

      Fig.20 3Muri Project- Output delle analisi pushover eseguita in direzione X sulla struttura rinforzata. La struttura risulta verificata

      Fig.21 3Muri Project – Output delle analisi pushover eseguita in direzione Y sulla struttura rinforzata. La struttura risulta verificata

      Nella seguente immagine si vede un dettaglio del telaio in acciaio verificato con l’analisi pushover in direzione +Y. Si nota come data un’analisi in direzione parallela al telaio, vengono attivati i tiranti solo in trazione in una sola direzione e che il tirante posizionato al piano più basso si è plasticizzato.

      Immagine che contiene testo, schermata, diagramma, linea  Descrizione generata automaticamente

      Fig.22 3Muri Project – Dettaglio di output delle analisi pushover eseguiti per i tiranti in direzione +Y

      Invertendo la direzione in -Y si osserva che i precedenti elementi soggetti a trazione diventano inefficaci e si attivano a trazione gli altri tiranti che in precedenza non si erano attivati.

      Immagine che contiene testo, schermata, diagramma, linea  Descrizione generata automaticamente

      Fig.23 3Muri Project – Dettaglio di output delle analisi pushover eseguiti per i tiranti in direzione -Y

      Il processo di progettazione e analisi seguito dal professionista per il rinforzo sismico in acciaio delle strutture in muratura esistenti deve essere condotto considerando lo stato reale delle murature dell’edificio.

      I progettisti, che cortesemente hanno fornito tutti i modelli, hanno mostrato quanto sia stata strategica la scelta di usare entrambi i software per le decisioni progettuali della struttura rinforzata con il telaio in acciaio.


      Per maggiori informazioni il nostro Team è sempre a vostra disposizione al n. verde 800 236 245 oppure all’indirizzo comm@stadata.com.

      3Muri Project X4 è il software di calcolo strutturale nato dal team di sviluppo di STA DATA, appositamente pensato come soluzione integrata e modulare per l’analisi delle strutture in murature e miste, sia dal punto di vista globale che locale.

      Accanto al modulo principale, dedicato alla verifica globale della struttura, sono disponibili i seguenti moduli opzionali che completano il programma:

      1. Modulo meccanismi locali consente questa verifica a partire dal modello utilizzato per la verifica globale realizzata con il modulo principale, qualora il comportamento scatolare non sia garantito per mancanza dei collegamenti tra solai e pareti;
      2. Modulo analisi di sensibilità. Il calcolo delle strutture esistenti in muratura è particolarmente complesso a causa delle incertezze delle entità in gioco, come le rigidezze degli elementi, le resistenze e le geometrie. L’analisi di sensibilità ha come obiettivo una migliore conoscenza del comportamento strutturale attraverso l’individuazione dei parametri che maggiormente incidono nel calcolo, permettendo di focalizzare l’attenzione su questi dati;
      3. Modulo fondazioni che permette, a completamento delle verifiche delle strutture in elevazione, la verifica delle strutture di fondazione esaminando la distribuzione delle tensioni sul terreno. Il modulo Fondazioni, inoltre, permette l’esame della capacità portante e i cedimenti di fondazioni continue, il progetto di plinti di fondazione in c.a.
      4. Modulo multithreading e solutore a matrici sparse che permette di utilizzare due differenti impostazioni di calcolo in merito al processore: la selezione del metodo di calcolo a matrici dense o matrici sparse e il multiprocessore. Il modulo multithreading permette di indirizzare ogni analisi su un differente processore del pc, con un notevole risparmio in termini di tempo.
      5. Modulo IFC che permette l’importazione ed esportazione in formato IFC, per consentire l’interoperabilità tra progettisti differenti.
      6. Modulo SismoTest dedicato alla Classificazione sismica degli edifici, secondo il D.M. n. 65 del 7/3/2017.

      La versione X7 di AXISVM è ricca di molte novità, come le nuove funzionalità del programma, l’aggiornamento di molti moduli esistenti e l’uscita di due nuovi moduli esclusivi della versione X7. Il software AxisVM è completamente modulare ed è possibile, quindi, costruire una personale configurazione interamente realizzata sulle reali esigenze del singolo progettista, senza includere onerosi moduli che non si utilizzeranno. È sempre possibile modificare e integrare la propria configurazione sulla base di nuove esigenze e necessità.

      AxisVM supporta la metodologia BIM attraverso le funzioni di costruzione del modello (uso degli oggetti parametrici), realizzando l’interoperabilità con gli altri software (strutturali ed architettonici), ed elaborando tavole grafiche ricavate automaticamente dal modello 3D.

      Il BIM è una realtà che si sta diffondendo tra i progettisti ed è previsto esplicitamente dal nuovo Codice Appalti (DLgs 50/2016).

      Per maggiori informazioni e una guida pratica sulla versione X7 di AXISVM, sono disponibili sul nostro canale YouTube tre interessanti video realizzati dall’ingegnere Danilo Ricci (AXISVM Expert presso S.T.A. DATA) e dall’ingegnere Adriano Castagnone, Direttore scientifico di S.T.A. DATA.

      https://stadata.com/wp-content/uploads/2024/10/img-cover-3.jpg 960 1440 S.T.A. DATA srl https://stadata.com/wp-content/uploads/2023/10/logo-stadata.png S.T.A. DATA srl2024-10-28 12:00:002025-07-21 17:40:16Progettazione di telai di rinforzo in acciaio per una struttura in muratura

      Miglioramento ed adeguamento sismico di strutture esistenti in muratura: dai tessuti FRP/FRCM alle miscele leganti

      21 Ottobre 2024/in News/da S.T.A. DATA srl

      Con il presente articolo si mira ad illustrare alcune delle principali tipologie di interventi di rinforzo applicabili alle strutture in muratura, con particolare focus sul supporto fornito dai software di calcolo e sulle peculiarità di 3Muri Project in merito all’argomento.

      Nell’ambito di un edificio esistente in muratura, dal punto di vista strutturale, spesso lo scopo del progetto risiede nell’adeguamento o nel miglioramento statico e sismico della struttura (se quest’ultima non dispone del livello di sicurezza richiesto da normativa).

      A tal proposito, è necessario intervenire con interventi di rinforzo sugli elementi strutturali danneggiati o poco resistenti.
      Focalizzando l’attenzione nell’ambito dei rinforzi strutturali, possiamo citare l’utilizzo di rinforzi FRP (Fiber Reinforced Polymer) e dei rinforzi FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) i quali, grazie alle norme di riferimento che ne regolano l’impiego e al successo degli interventi realizzati sul campo, hanno subito una rapida diffusione.

      Oltre a queste due tipologie di rinforzo, però, è possibile far riferimento ad altre modalità altrettanto efficaci ed altrettanto consolidate, come le catene metalliche o le miscele leganti.

      L’utilizzo di sistemi innovativi: FRP e FRCM

      I rinforzi FRP sono materiali costituiti da fibre di rinforzo immerse in una matrice polimerica. Vengono applicati sull’elemento da rinforzare mediante l’uso di resine che svolgono due diverse funzioni: da una parte fungono da elemento impregnante e dall’altra da adesivo al substrato interessato.

      In questo tipo di compositi, le fibre svolgono il ruolo di elementi portanti (sia in termini di resistenza che di rigidezza); la matrice, oltre che a svolgere la funzione di protezione nei confronti delle fibre, ha il compito di trasferire gli sforzi tra le fibre e l’elemento strutturale su cui è stato applicato il composito.

      Le fibre maggiormente utilizzate per la produzione di compositi per il rinforzo strutturale sono quelle aramidiche, quelle in vetro e in carbonio.

      I tessuti possono essere uniassiali, biassiali o multiassiali (a seconda della direzione di tessitura trama- ordito).

      Invece, per la fabbricazione dei compositi fibro-rinforzati, in genere vengono utilizzate matrici polimeriche a base di resine termoindurenti. In questo caso è l’adesivo ad avere il compito di collegare e trasferire le forze tra l’elemento da rinforzare e il composito.

      L’applicazione di un rinforzo FRP ad un elemento strutturale comporta inoltre un miglioramento globale della struttura in muratura (come l’intervento mediante catene metalliche) e non solo un miglioramento locale dell’elemento.

      I compositi FRCM sono costituiti da fibre lunghe ad elevate resistenza a trazione, annegate all’interno di una matrice inorganica, la quale ha il compito di garantire l’aderenza al supporto.

      A differenza degli FRP, i quali si presentano sottoforma di tessuti, i sistemi FRCM sono costituiti da reti a maglia aperta.

      Questi sistemi hanno un’elevata durabilità e deformabilità, proprietà direttamente collegate all’efficacia finale del rinforzo in opera.

      Oltre alle caratteristiche meccaniche del materiale in sé, il termine “durabilità” si riferisce anche a tutti gli aspetti che garantiscono l’efficacia dell’intervento nel tempo: affinché la capacità resistente venga preservata nel tempo, è essenziale che ci sia una collaborazione tra i materiali di cui è costituito l’elemento strutturale e il materiale utilizzato nell’intervento.

      Questi concetti li troviamo espressi all’interno della circolare n°7/2019 al paragrafo C8.6, il cui testo normativo invita a soffermarsi sulla necessità di valutare gli effetti dovuti al comportamento termico, alle reazioni chimiche e al ritiro differenziale, evidenziando come questi aspetti possano compromettere l’efficacia dell’intervento a lungo termine.

      Ulteriori sistemi di rinforzo per elementi in muratura: catene metalliche, catene (o fasce) in FRP/FRCM e miscele leganti

      Come precedentemente anticipato, esiste un’ampia varietà di interventi di rinforzo applicabili agli elementi in muratura.

      Le catene metalliche rappresentano un’efficace soluzione in casi di connessioni mancanti o deboli, per migliorare le prestazioni delle fasce murarie, prevenire il ribaltamento delle facciate oppure per bilanciare la spinta generata dagli orizzontamenti.

      Le catene si presentano come tiranti metallici monodimensionali a sezione circolare (o rettangolare in casi particolari), corredati da elementi di ancoraggio che ne consentono la messa in opera, definiti capochiave.

      Questa tipologia di intervento viene spesso preferita ad altre in quanto più economica e reversibile, condizione che aggiunge un notevole valore in caso di edifici in muratura esistente interessati da opere di restauro conservativo.

      I materiali già analizzati FRP e FRCM possono anche essere utilizzati come catene al livello del solaio: ciò consente di ottenere non solo un miglioramento globale della struttura ma, se si effettua correttamente l’intervento, anche un miglioramento sismico lungo l’asse delle spinte orizzontali.

      Affinché il miglioramento sismico venga considerato tale, la normativa impone un aumento di almeno 0,1 dell’indice di vulnerabilità dello stato di progetto rispetto allo stato di fatto.

      Le catene (o fasce) in FRP e FRCM possono agilmente far fronte a questa necessità: un intervento di questo tipo prevede la scelta del materiale in relazione al blocco al quale andrà applicato.

      Questa specifica tipologia di catene trova la massima efficacia della sua funzione applicata alle pareti perimetrali della struttura, fungendo da supporto consolidante.

      Figura 1 – Pannello di definizione delle caratteristiche, catene in FRP/FRCM, 3Muri Project

      Un’ulteriore possibilità di intervento risiede nell’iniezione di miscele leganti: questa tipologia di rinforzo risulta ottimale per prevenire la disgregazione della muratura poiché non solo rafforza il legame tra le parti, ma contribuisce all’eliminazione dei vuoti ottenendo come risultato una muratura coesa e dal comportamento monolitico.

      Questa operazione determina l’amplificazione dei parametri meccanici della muratura: le resistenze meccaniche e i moduli elastici.

      Il coefficiente di amplificazione di tali parametri viene definito dalla normativa vigente in base alla tipologia di muratura.

      Se, per esempio, operassimo su una muratura con un coefficiente di amplificazione pari a 2 i parametri meccanici della stessa raddoppierebbero.

      Durante un intervento di questo tipo, è fondamentale selezionare la miscela con cura scrupolosa: è necessario porre attenzione soprattutto alla compatibilità chimico-fisicomeccanica tra la miscela e la tipologia muraria in oggetto, così da non incorrere in eventuali reazioni non previste.

      L’operazione, in quanto discretamente invasiva e non reversibile, obbliga il professionista a prevederne in anticipo l’efficacia mediante una simulazione.

      I rinforzi per il miglioramento e l’adeguamento sismico: l’importanza del software di calcolo

      Data la rapida diffusione e l’elevato utilizzo di questi sistemi, esiste una grande varietà di prodotti presenti sul mercato; pertanto, è fondamentale per il progettista possedere piena padronanza di tutti i concetti espressi all’interno delle norme tecniche e del significato di tutti i parametri in essa contenuti.

      Il dimensionamento di questa tipologia di rinforzi dipende da un elevato numero di parametri che lo rendono sensibilmente diverso da caso a caso.

      È sufficiente pensare come, oltre alle caratteristiche meccaniche delle fibre, incidano sulle prestazioni anche parametri come la grammatura, la tessitura e le proprietà della matrice.

      Non è mai sufficiente basare la scelta di un sistema di rinforzo sulle caratteristiche meccaniche – resistenza e deformabilità – del singolo rinforzo; l’elemento che va analizzato è il sistema finale, formato dal rinforzo applicato sull’unità strutturale.

      In seguito a tali riflessioni, è immediato riconoscere la fondamentale importanza dell’uso di un software di calcolo che vada in aiuto al progettista mettendo a disposizione un archivio contenente non solo gli elementi di rinforzo, ma anche i relativi parametri geometrici e meccanici.

      3Muri Project, il software di S.T.A. DATA per il calcolo sismico e statico delle strutture in muratura, consente la progettazione di interventi su edifici esistenti, fornendo un aiuto concreto al progettista.

      Infatti, attraverso l’analisi pushover, consente di individuare le zone maggiormente interessate dall’evento sismico, mappando il danno che si manifesta all’interno degli elementi strutturali esistenti.

      Figura 2 – Prospetto di danno, 3Muri Project

      Attraverso l’esame degli elementi deteriorati, è possibile individuare le zone in cui intervenire posizionando i rinforzi adeguati.

      La definizione delle caratteristiche del rinforzo può essere fatta all’interno dell’apposita finestra di definizione dalla quale è possibile accedere alle varie librerie presenti.

      Figura 3 – Pannello delle proprietà di rinforzo, 3Muri Project

      Queste librerie vengono fornite direttamente dai produttori e contengono tutti i parametri – geometrici e meccanici – relativi alle diverse tipologie di rinforzo, nonché una serie di ulteriori parametri descrittivi che sono di supporto per effettuare una scelta oculata.

      Tra questi ritroviamo: le modalità di applicazione del rinforzo, a quale materiale e a quali elementi è applicabile e quali sono i supporti convenzionali sui quali è stato testato.

      Nel caso di rinforzi FRCM l’applicazione su un rinforzo conforme a quello convenzionale ci offre la possibilità di utilizzare, al posto dei classici parametri caratteristici, i parametri convenzionali ed evitare le verifiche nei confronti del fenomeno di distacco.

      Come suggerito all’interno della CNR-DT 215/2018:

      l’applicazione del rinforzo su un supporto convenzionale coerente a quello suggerito, permette di evitare la verifica esplicita nei confronti del distacco dal supporto o di scorrimento delle fibre nella matrice in corrispondenza delle estremità del rinforzo.

      In merito all’inserimento di catene metalliche, 3MuriProject permette di sostituire il pannello murario con il sistema composto dal pannello più la catena, definendo le caratteristiche della stessa e il tiro precarico.

      L’applicazione delle catene è operabile sia in ambiente globale che in ambiente locale, così da intervenire in maniera mirata in base alle necessità di progetto.

      In caso di applicazione in ambiente locale, il software consente di dimensionare le catene applicando un tiro che equivale alla forza che vogliamo venga esplicata dalla catena stessa per soddisfare la verifica dei meccanismi locali.

      Figura 4 – Pannello di definizione delle caratteristiche, catene metalliche, 3Muri Project

      Se, invece, si deve intervenire mediante l’iniezione di miscele leganti, 3MuriProject permette di effettuare la simulazione dell’intervento partendo dalla definizione del materiale, per poi sostituirlo alla porzione di muratura interessata dall’operazione.

      Figura 5 – Pannello di definizione delle proprietà del materiale, miscele leganti, 3Muri Project

      Conoscere approfonditamente la natura dei rinforzi e la loro modalità di applicazione è una condizione imprescindibile per un intervento oculato e corretto. L’uso di software di calcolo e librerie apposite rappresenta, quindi, non solo un grande vantaggio per il progettista in termini di qualità e tempi di realizzazione del lavoro, ma anche un supporto efficace per la scelta del rinforzo da applicare e per il successivo riscontro ottenuto mediante l’intervento.

      https://stadata.com/wp-content/uploads/2024/10/img-cover-1.jpg 327 500 S.T.A. DATA srl https://stadata.com/wp-content/uploads/2023/10/logo-stadata.png S.T.A. DATA srl2024-10-21 11:30:002024-07-30 17:27:33Miglioramento ed adeguamento sismico di strutture esistenti in muratura: dai tessuti FRP/FRCM alle miscele leganti

      Meccanismi locali di collasso

      14 Ottobre 2024/in News/da S.T.A. DATA srl

      Gli eventi sismici recenti hanno posto in primo piano il problema della vulnerabilità degli edifici esistenti in muratura. L’importanza che il problema riveste è associata principalmente alla salvaguardia della vita delle persone a cui è destinato l’utilizzo della struttura.

      La mancanza o la carenza di connessioni tra gli elementi strutturali in muratura provocano il verificarsi di meccanismi di collasso di tipo locale.

      Quindi la valutazione della sicurezza degli edifici in muratura portante va eseguita oltre che in riferimento al comportamento globale, anche considerando i possibili meccanismi di collasso locale.

      Il quadro fessurativo può fornirci un’indicazione di quali meccanismi si possano attivare sulla struttura.

      Individuati tali meccanismi, occorre poi definire uno o più modelli di analisi per valutare l’entità dell’azione sismica che ne determina l’attivazione provocando il collasso della costruzione.

      L’analisi è rivolta alla determinazione del coefficiente sismico moltiplicatore dei carichi orizzontali agenti sugli elementi strutturali, che attiva il cinematismo in questione.

      A tal fine è possibile considerare le strutture murarie, come costituite da corpi rigidi, ed i macroelementi coinvolti nei cinematismi. La valutazione delle condizioni di equilibrio limite, sotto l’azione del sisma, è condotta trascurando la resistenza a trazione della muratura. I valori dei moltiplicatori di collasso, ottenuti per i diversi meccanismi compatibili con le caratteristiche costruttive dell’edificio analizzato, consentono di individuare quello che determina la crisi della struttura, corrispondente al moltiplicatore minore, e l’entità dell’azione sismica che lo attiva. Inoltre, consentono di segnalare altre potenziali situazioni di pericolo dovute a possibili meccanismi associati ai più bassi valori del moltiplicatore λ.

      I meccanismi locali principali sono riconducibili principalmente a due categorie:

      • cinematismi di collasso connessi al comportamento della muratura fuori dal piano, meccanismi di ribaltamento (meccanismi di 1° modo);
      • cinematismi di collasso associati alla risposta della parete nel piano, meccanismi di scorrimento (meccanismi di 2° modo).

      1. Analisi cinematica lineare

      Le analisi dei meccanismi locali di collasso fuori dal piano vengono qui sviluppate tramite l’analisi limite dell’equilibrio secondo l’approccio cinematico che si basa sulla scelta del meccanismo di collasso e la valutazione dell’azione orizzontale che attiva tale cinematismo. Per ogni possibile meccanismo locale ritenuto significativo per l’edificio, il metodo impiegato prevede la trasformazione di una parte della costruzione in un sistema labile attraverso l’individuazione di corpi rigidi definiti individuando possibili piani di frattura.

      Come già detto, si considera nulla la resistenza a trazione della muratura; in genere si considera infinita la resistenza a compressione della stessa. I corpi sono in grado di ruotare o scorrere tra loro e per ogni meccanismo viene valutato il moltiplicatore orizzontale dei carichi λ, che comporta la sua attivazione. Per ottenere il moltiplicatore orizzontale dei carichi, al quale fare riferimento in fase di verifica, è necessario applicare ai blocchi rigidi, che compongono la catena cinematica, tutte le azioni che si esercitano sul sistema e che sono costituite da:

      • i pesi propri dei blocchi, applicati nei rispettivi baricentri;
      • i carichi verticali portati dagli stessi, quali: pesi propri e sovraccarichi dei solai, delle volte e della copertura e di altri elementi murari non considerati nel modello strutturale;
      • un sistema di forze orizzontali proporzionali ai carichi verticali portati, se queste non sono efficacemente trasmesse ad altre parti dell’edificio;
      • eventuali ulteriori forze esterne, ad esempio quelle trasmesse da catene metalliche.

      Il moltiplicatore λ si ottiene applicando il Principio dei Lavori Virtuali, in termini di spostamenti, uguagliando il lavoro totale eseguito dalle forze esterne, applicate al sistema in corrispondenza di un atto di moto virtuale, al lavoro di eventuali forze interne dove:

      • n: è il numero di tutte le forze peso applicate ai diversi blocchi della catena cinematica;
      • m: è il numero di forze peso non direttamente gravanti sui blocchi le cui masse, per effetto dell’azione sismica, generano forze orizzontali sugli elementi della catena cinematica, in quanto non efficacemente trasmesse ad altre parti dell’edificio;
      • o: è il numero di forze esterne, non associate a masse, applicate ai diversi blocchi;
      • Pi: è la generica forza peso applicata al blocco;
      • Pj: è la generica forza peso, non direttamente applicata ai blocchi, la cui massa, per effetto dell’azione sismica, genera una forza orizzontale sugli elementi della catena cinematica, in quanto non efficacemente trasmesse ad altre parti dell’edificio;
      • δix: è lo spostamento virtuale orizzontale del punto di applicazione dell’i-esimo peso Pi, assumendo come verso positivo quello associato alla direzione secondo cui agisce l’azione sismica che attiva il meccanismo;
      • δjx: è lo spostamento virtuale orizzontale del punto di applicazione dell’j-esimo peso Pj, assumendo come verso positivo quello associato alla direzione secondo cui agisce l’azione sismica che attiva il meccanismo;
      • δiy: è lo spostamento virtuale verticale del punto di applicazione dell’i-esimo peso Pi, positivo se verso l’alto;
      • Fh: è il valore assoluto della generica forza esterna applicata ad un blocco;
      • δh: è lo spostamento virtuale del punto di applicazione dell’h-esima forza esterna, nella direzione della stessa e di segno positivo se di verso discorde;
      • Lfi: è il lavoro di eventuali forze interne.

      Gli spostamenti dei punti di applicazione delle forze sono calcolati tenendo conto della geometria della struttura, assegnando una rotazione virtuale al generico blocco.

      2. Verifica di sicurezza SLV

      La verifica di attivazione del meccanismo avviene confrontando l’accelerazione di attivazione del meccanismo con l’accelerazione sismica.

      La verifica è soddisfatta se l’accelerazione di attivazione del meccanismo è maggiore di quella

      sismica, le due accelerazioni sono definite con le seguenti formule:

      se la porzione di struttura interessata dal meccanismo di collasso è vincolata a terra

      se la porzione di struttura interessata dal meccanismo di collasso è posizionata ad una quota superiore.

      Dove:

      • a*0: l’accelerazione sismica spettrale di attivazione del meccanismo;
      • ag: funzione della probabilità di superamento dello stato limite scelto e della vita di riferimento;
      • S: prodotto del coefficiente di amplificazione topografica e del coefficiente di amplificazione stratigrafica;
      • q: fattore di struttura, assunto uguale a 2;
      • Se(T1): spettro elastico, funzione della probabilità di superamento dello stato limite scelto e del periodo di riferimento VR, calcolato per il periodo T1;
      • ψ(Z): primo modo di vibrazione nella direzione considerata, normalizzato ad uno in sommità all’edificio; in assenza di valutazioni più accurate può essere assunto ψ (Z)=Z/H, dove H è l’altezza della struttura rispetto alla fondazione;
      • γ: coefficiente di partecipazione modale (in assenza di valutazioni più accurate può essere assunto γ=3N/(2N+1), con N numero di piani dell’edificio).

      3. Meccanismi più frequenti

      Vediamo ora quali sono i meccanismi di collasso più frequenti e quali sono le cause che possono provocare tali meccanismi. I meccanismi più frequenti sono:

      • Ribaltamento semplice
      • Ribaltamento composto
      • Ribaltamento del cantonale
      • Flessione verticale

      3.1 Ribaltamento semplice

      Il meccanismo si manifesta attraverso la rotazione rigida di intere facciate o di porzioni di pareti rispetto ad assi orizzontali alla base di esse sollecitate da azioni fuori dal piano.

      Figura 1- Ribaltamento di parete semplice

      Questo meccanismo è provocato dall’assenza di vincoli in sommità e dall’assenza di vincolo con le pareti ortogonali.

      3.2 Ribaltamento composto

      Anche questo meccanismo si manifesta attraverso la rotazione rigida di una parete che trascina però una porzione della parete ortogonale ad essa

      Figura 2- Ribaltamento di parete composto

      In questo caso si ha sempre una mancanza di connessione tra la parete e l’orientamento, ma la connessione tra le pareti è efficace e inoltre la parete ortogonale a quella interessata dal meccanismo ha una scarsa tessitura.

      3.3 Ribaltamento del cantonale

      Il meccanismo si manifesta attraverso la rotazione rigida di un cuneo di distacco, delimitato da superfici di frattura ad andamento diagonale in pareti ortogonali tra esse.

      Figura 3- Ribaltamento del cantonale

      Questo tipo di meccanismo si manifesta in edifici che presentano spinte concentrate in testa ai cantonali dovute soprattutto ai carichi trasmessi dai puntoni dei tetti a padiglione.

      3.4 Flessione Verticale

      Quando si attiva questo meccanismo si forma una cerniera cilindrica orizzontale che divide la parete in due blocchi che ruotano reciprocamente intorno a questo asse.

      SELLANO5

      Figura 4- Flessione orizzontale

      Si può manifestare quando i due blocchi della parete che si vengono a creare sono ben ammorsati rispettivamente all’orizzontamento inferiore e a quello superiore, ma non sono ammorsati al solaio intermedio che crea un effetto di martellamento.

      4. Applicazioni Pratiche

      In questo paragrafo vedremo quando devono essere verificati questi meccanismi e come vengono calcolati con il software 3Muri. La verifica dei meccanismi locali va eseguita per garantire che la struttura abbia un comportamento scatolare, questo tipo di comportamento è una prerogativa per poter effettuare una analisi globale di tipo pushover. La normativa non indica un numero minimo di meccanismi da verificare, né quali meccanismi devono essere verificati. Il progettista deve scegliere i meccanismi da verificare in base alla configurazione della sua struttura e al quadro fessurativo della stessa.

      4.1 Ribaltamento semplice della parete

      Se nella struttura non sono presenti cordoli di collegamento, l’ammorsamento tra le pareti è di scarsa qualità, ed esistono delle spinte orizzontali non contrastate è probabile che questo meccanismo si attivi e quindi deve essere verificato.

      In 3Muri per modellare il ribaltamento semplice della parete si deve definire un blocco cinematico, inserire una cerniera orizzontale ai piedi del bocco e si può calcolare il meccanismo.

      Figura 5-ribaltamento parete 3Muri

      Se l’accelerazione di attivazione del meccanismo è minore dell’accelerazione sismica la verifica non è soddisfatta perché il meccanismo si attiverebbe con una accelerazione inferiore a quella attesa per quel dato stato limite (fig.6)

      Figura 6-verifica meccanismo locale

      L’indice di vulnerabilità della struttura è fornito come il rapporto tra le accelerazioni: limite di innesco del meccanismo e richiesta dalla normativa.

      Per migliorare il comportamento della struttura nei confronti del meccanismo, e raggiungere la verifica, è possibile modellare in 3Muri vari tipi rinforzi.

      Una prima modellazione dei rinforzi può esser effettuata inserendo delle forze, concentrate in un punto o distribuite, che simulano l’effetto del rinforzo sul blocco cinematico.

      Ad esempio, se noi inserissimo dei cordoli sulla nostra struttura potremmo applicare una forza stabilizzante orizzontale che simula l’azione delle armature del cordolo. Per successive iterazioni si ricerca la forza minima che verifica il meccanismo. Infine, sarà sufficiente verificare che la forza trovata non sia superiore a quella di snervamento delle armature.

      L’intervento più comune per migliorare il comportamento della struttura ed evitare che si attivi un meccanismo locale è l’inserimento di catene, in corrispondenza dei solai, fornendo così un effetto stabilizzante alla struttura.

      Per inserire una catena in 3Muri, si apre la finestra di definizione dei carichi, poi si seleziona l’opzione collegamento catena. Per definire l’elemento catena è necessario selezionare un nodo di riferimento, definire lo spostamento relativo rispetto al nodo, il tiro della catena e l’angolazione orizzontale e verticale della forza.

      Figura 7- Inserimento catena

      Dopo aver inserito la catena si procede nuovamente alla verifica del meccanismo locale (fig. 8).

      Figura 8- verifica meccanismo con catena

      Dopo aver applicato il carico della catena stabilizzante la verifica risulta essere soddisfatta, perché l’accelerazione di attivazione è pari 2,32 volte quella richiesta (affinché la verifica risulti soddisfatta il rapporto deve essere maggiore di 1).

      Dopo aver appurato che la verifica del meccanismo è soddisfatta si possono dimensionare le catene e le piastre di ancoraggio, eseguendo contestualmente le verifiche di punzonamento, penetrazione e snervamento (fig.9).

      Figura 9 – Dimensionamento catena

      4.2 Ribaltamento semplice del timpano

      Nel caso di una copertura con solai che hanno una rigidezza molto bassa si può definire il tetto come “non strutturale”. In quel caso gli elementi che costituiscono il tetto (ad esempio il timpano), non sono inseriti nella verifica globale. In questo caso si può rendere necessaria anche la verifica a ribaltamento del timpano come vediamo in fig. 6. Le procedure di inserimento del blocco cinematico e di verifica sono del tutto analoghe a quelle viste per la parete semplice. Si noti che il blocco cinematico può assumere qualsiasi forma poligonale chiusa con base orizzontale, per seguire il perimetro della struttura del tetto o comunque riprodurne il quadro fessurativo.

      Figura 6-ribaltamento parete 3Muri

      4.3 Ribaltamento composto

      Se invece la parete non è connessa con l’orizzontamento, ma è ben ammorsata alle pareti ortogonali è opportuno verificare il meccanismo di ribaltamento composto.

      In 3Muri vengono definiti 3 blocchi, quello della parete oggetto di esame e due blocchi diagonali sulle pareti ortogonali ad esso, in modo tale da simulare l’ammorsamento tra la parete oggetto del ribaltamento e le due pareti ortogonali. Infine, si inserisce una cerniera orizzontale al piede del blocco principale.

      Figura 7-ribaltamento composto parete 3Muri

      4.4 Ribaltamento del cantonale

      Il meccanismo di ribaltamento del cantonale va verificato quando nella struttura è presente un tetto a padiglione, perché i puntoni del tetto hanno un effetto spingente sulle pareti.

      In 3Muri si definiscono due blocchi diagonali e poi si posiziona una cerniera a 45°, cioè ortogonale alla direzione di spinta del cantonale.

      Figura 8-ribaltamento cantonale 3Muri

      4.5 Flessione verticale

      In una struttura a più piani può capitare che gli ammorsamenti delle pareti agli orizzontamenti dei vari piani non sia sempre lo stesso, perché magari la struttura è stata costruita in epoche diverse, magari con tipologie costruttive differenti.

      Il differente ammorsamento della parete ai vari livelli può provocare il meccanismo di flessione verticale.

      Ipotizziamo di avere una struttura a due piani, la parete è ancorata in fondazione, mentre al piano in sommità è presente un cordolo di collegamento, mentre al piano intermedio il solaio non è ben ammorsato alla parete.

      In questo caso sarebbe opportuno verificare anche il meccanismo di flessione verticale, perché il solaio intermedio potrebbe avere un effetto martellamento sulla parete e creare lo spanciamento della stessa.

      In 3Muri per simulare questo meccanismo si definiscono due blocchi cinematici, si posizionano 2 cerniere, una interna e una esterna alla parete, ed infine un appoggio esterno in sommità al blocco superiore.

      Figura 9-Flessione verticale

      Naturalmente in una struttura in muratura si possono creare meccanismi con geometrie anche molto differenti; nel presente capitolo sono stati riportati gli schemi più frequenti ai quali è possibile riportare la maggior parte delle geometrie fessurative degli edifici oggetto di verifica.

      https://stadata.com/wp-content/uploads/2024/10/img-cover.jpg 960 1440 S.T.A. DATA srl https://stadata.com/wp-content/uploads/2023/10/logo-stadata.png S.T.A. DATA srl2024-10-14 11:30:002024-07-30 17:19:04Meccanismi locali di collasso

      Intervento di miglioramento sismico di un edificio condominiale in muratura eseguito con Sismabonus

      7 Ottobre 2024/in News/da S.T.A. DATA srl

      Il miglioramento sismico di un edificio in muratura portante si ottiene verificando le analisi sismiche globali, le analisi statiche e le analisi dei cinematismi locali delle singole pareti, come specificato nella NTC2018. Il raggiungimento di tale livello di sicurezza sismica permette anche di accedere alle detrazioni del SismaBonus. Il software 3Muri Project analizza esegue le verifiche secondo la NTC e fornisce la valutazione della vulnerabilità sismica della struttura nello stato di fatto e di progetto.

      Introduzione

      Il progetto di miglioramento sismico di un edificio in muratura portante è illustrato cortesemente dallo Studio Tecnico Capellari Associati di Mirandola (MO) per S.T.A. DATA. L’edificio, oggetto di intervento, è un condominio ad uso residenziale composta da una serie di palazzine a schiera a sviluppo orizzontale in centro a Carpi (MO).

      Come si vede nella fig.1, il fabbricato presenta 4 livelli intermedi fuori terra, un tetto in laterocemento a due falde con solo guaina di copertura. L’edificio è stato costruito negli anni sessanta del secolo scorso e per questo presenta delle vulnerabilità ai carichi verticali, sismici, vulnerabilità nel piano e fuori dal piano a causa delle murature snelle e delle aperture presenti in esse.

      Fig. 1 Foto dei prospetti frontale e laterale del fabbricato analizzato

      La struttura portante verticale è in muratura ed è costituita da blocchi pieni e di tipo doppio UNI, prevalentemente a due teste. Il progetto ha la finalità di garantire un miglioramento sismico dell’edificio nel rispetto della Normativa italiano NTC2018 e di accedere alle detrazioni fiscali previste nel Sismabonus.

      1. Indagini conoscitive

      Il rilievo geometrico e strutturale del fabbricato è stato eseguito dai tecnici dello Studio Capellari e da un laboratorio autorizzato. L’obiettivo dei saggi è quello di individuare le geometrie e le tipologie costruttive degli elementi portanti che costituiscono l’immobile.

      Immagine che contiene testo, Sito Web, schermata, design  Descrizione generata automaticamente

      Fig. 2 Rilievo geometrico strutturale del fabbricato

      Sono state eseguite anche indagini distruttive in alcuni punti per rinvenire le caratteristiche delle armature che costituiscono alcune parti del fabbricato, come i solai in laterocemento e i pilastri a piano terra.

      Le planimetrie, realizzate a seguito dai rilievi geometrici, mostrano che le piante piano tipo sono costituite da moduli abitativi ripetuti e, in particolare, costituiti da 2 moduli con un corpo scala centrale tra di essi.

      I moduli affiancati sono disposti a scaletta, come mostrato in fig. 3. Ci sono 8 moduli in ogni livello. La planimetria è identica per i 3 livelli fuori terra del fabbricato mentre il livello a piano terra presenta una cantina e dei locali di servizio.

      Fig. 3 Configurazione dei fabbricati e di testata della schiera

      Si può osservare che, oltre ai muri perimetrali, ci sono i muri che contornano il vano scale e dei muri di spina centrale che al piano terra hanno spessore 40 cm mentre ai piani superiori hanno spessore 25 cm. I muri esterni hanno tutti uno spessore di 25 cm mentre i muri che abbordano la scala hanno uno spessore di 12-15 cm, ossia pari ad una testa di mattone.

      2. Analisi di vulnerabilità

      Si è realizzato il modello dello stato di fatto del fabbricato condominiale nel programma di calcolo strutturale degli edifici in muratura 3Muri Project, di S.T.A. DATA. Tutte le caratteristiche reali, ricavate

      sperimentalmente dalle indagini in situ sul fabbricato, sono state inserite nel modello, come si mostra nella fig. 4. Sono state condotte le seguenti 3 tipologie di analisi del fabbricato assoggettato ai carichi verticali e sismici, nel rispetto della Normativa italiana NTC2018 e Circolare2019:

      1. la verifica ai carichi sismici, eseguita con le 24 analisi statiche non lineari;
      2. la verifica ai carichi verticali;
      3. la verifica della parete singola a pressoflessione fuori dal piano.

      Fig. 4 Modellazione dello stato di fatto del fabbricato condominiale in 3Muri Project

      Chiaramente la forma del fabbricato, costituito da palazzine a schiera, definisce in pianta un lato più lungo in X rispetto al lato in Y e fa supporre che il fabbricato abbia una comportamento meccanico migliore in X. Le curve di capacità, ricavate dalle analisi globale pushover, mostrano, invece, che il fabbricato non ha una risposta migliore ai carichi sismici in direzione X.

      Si osserva che, sul lato lungo sono presenti comunque delle vulnerabilità importanti sia perché le pareti sono incastrate sui pilastri del piano terra sia perché sono presenti numerose piccole aperture a piano terra non allineate con quelle dei piani superiori. La continuità dei maschi murari non è, quindi, presente e si

      rileva un comportamento peggiore rispetto a quello nell’altra direzione.

      Nella direzione Y si sono ottenuti dei risultati scadenti perché è il lato più corto della stringa e, poi, perché gli allineamenti hanno murature portanti con spessori pari a una testa di mattone dal piano terra in su.

      Si nota che pochi maschi murari hanno continuità dal piano campagna al tetto.

      Inoltre, i cordoli sono insufficienti per garantire la scatolarità e l’armatura presente nei solai e nei pilastri è scarsa.

      I risultati ottenuti dalle analisi statiche non lineari sono i seguenti:

      • Dir. X: fattore di vulnerabilità pari a 0,27;
      • Dir. Y: fattore di vulnerabilità pari a 0,30.

      L’analisi statica per i soli carichi verticali mostra che il fabbricato ha delle vulnerabilità in alcuni elementi interni per la presenza di muri snelli e definisce un fattore di sicurezza pari a 0,48.

      La verifica della parete singola a pressoflessione fuori dal piano è superata per la maggior parte dei muri e solo in alcuni casi non è verificata perché indica un fattore di sicurezza pari a 0,87.

      Fig. 5 Risultati delle analisi di calcolo strutturale condotto sul modello dello stato di fatto in 3Muri Project

      3. Progetto di intervento di miglioramento sismico

      Il progetto di intervento parte rispettando, innanzitutto, la prima prescrizione data per gli edifici abitati, ossia la prescrizione di limitare gli interventi all’interno dell’immobile e soprattutto all’interno delle parti abitate, che in questo caso riguardano tutti i tre livelli sopra il piano terra.

      L’intervento progettato ha riguardato, quindi, solo le parti esterne del fabbricato.

      I materiali considerati efficaci, ai fini del miglioramento sismico e statico, sono stati inseriti nel modello 3D, in 3Muri Project, sulle murature esterne nello stato di fatto.

      Si è dimostrato alla Committenza che, ricollocando le aperture del piano terra in linea con quelle dei piani superiori si otteneva un comportamento migliore della muratura portante e tale intervento è stato concesso dato che non avrebbe recato pregiudizio alle attività condominiali.

      Si mostra, nella fig. 6 in alto a sinistra, il prospetto della facciata frontale con l’intonaco armato e con le aperture al piano terra allineate con quelle superiori. Tutte le murature perimetrali sono state ricoperte con i materiali considerati efficaci.

      In particolare, gli interventi progettati sono i seguenti:

      • posa dell’intonaco armato sui lati degli spazi comuni, come il piano terra;
      • posa di rinforzi in fibre FRCM bidirezionali sulle murature;
      • posa di rinforzi in fibre di acciaio in avvolgimento sui pilastri.

      Nel dettaglio 01 della fig. 6, che richiama il prospetto Sud, si mostra che le finestre su questo prospetto sono molto ravvicinate e sono separate da un pilastrino in muratura che, nelle analisi, esibisce una crisi fragile.

      Per evitare tale crisi è stato progettato l’intervento di rinforzo con calastrelli per setti in muratura.

      Si è osservato, nel rilievo strutturale, che il solaio di copertura in laterocemento presenta i travetti senza la soletta e, quindi, si è progettato di inserire per ogni falda un controvento realizzato con un nastro forato all’estradosso.

      Si è progettato di inserire, inoltre, delle fasce in fibra di acciaio a livello dei solai per inibire i meccanismi locali di natura fragile.

      Fig. 6 Interventi di rinforzo inseriti nel modello dello stato di progetto in 3Muri Project

      Tutti gli interventi descritti sono stati inseriti, studiati e verificati all’interno del software di calcolo strutturale, 3Muri Project, tramite le diverse finestre di dialogo dedicate agli interventi di rinforzo strutturale. La progettazione degli interventi è stata facilitata anche dalla presenza di ricche librerie di materiali specifici presenti in commercio. Si è inserita la fibra unidirezionale GEO STEEL 200 a livello dei solai, la fibra NHL 105 e le fibre con mesh 66 per l’intonaco armato diffuso.

      Fig. 7 Software 3Muri Project – finestre di dialogo dedicate all’inserimento degli interventi di rinforzo strutturale negli elementi in muratura portante e nei solai

      Inserendo manualmente alcuni parametri e avendo a disposizione, nelle librerie, gran parte delle caratteristiche dei materiali usati, i professionisti dello studio tecnico hanno modellato con oculatezza l’intervento di rinforzo verificando il miglioramento sismico e le proprietà dei muri rinforzati, senza ricorrere ad ulteriori strumenti.

      Fig. 8 Tabelle dei risultati ottenuti in 3Muri Project

      I miglioramenti delle verifiche globali, rilevate nel modello 3D di 3Muri Project, sono i seguenti:

      • Dir. X: fattore di vulnerabilità pari a 0,63 (aumento del 30%);
      • Dir. Y: fattore di vulnerabilità pari a 0,43 (aumento del 30%);
      • Carichi verticali: fattore di sicurezza pari a 0,66 (aumento del 15%);

      Si mostrano, qui, solo le verifiche dei cinematismi locali ritenuti più significativi, ossia quelli generati da una parete senza cordolo sommitale e con cerniere diffuse alla base o in corrispondenza dei piani.

      Chiaramente, la vulnerabilità ai meccanismi locali è stata modellata nella situazione limite, ossia considerando una parete senza cordoli in cui sono stato inserite le azioni del tiro delle catene di acciaio ipotizzate, G600.

      In fig. 9 si mostrano, inoltre, i risultati delle verifiche per i meccanismi locali citati. Si osserva che la parete senza le catene mostra un cinematismo di ribaltamento e il risultato della verifica è in rosso perché non è soddisfatta.

      Successivamente, inserendo le catene in acciaio con un tiro adeguato, la verifica dei meccanismi locali, ipotizzati dai progettisti, risulta verde perché soddisfa i criteri della Normativa.

      Fig. 9 Immagini delle verifiche dei meccanismi locali di ribaltamento eseguite in 3Muri Project

      4. Conclusioni finali

      Si ritiene adeguato il livello di sicurezza verificato per questa tipologia di immobile con gli interventi studiati e realizzabili nel rispetto delle prescrizioni citate in precedenza. Inoltre, il miglioramento dei fattori di vulnerabilità ha permesso anche di accedere alle detrazioni fiscali del Sismabonus.

      Si precisa che, in direzione Y, le pareti perimetrali, su cui si è potuto intervenire, sono solo due e, quindi, non si è potuto ottenere un aumento della resistenza in Y per l’intero fabbricato.

      Per avere risultati più apprezzabili in tale direzione sarebbe auspicabile intervenire anche sulle pareti delle parti interne del condominio e, quindi, solo quando l’immobile sarà reso disponibile nella sua interezza.


      Per maggiori informazioni il nostro Team è sempre a vostra disposizione al n. verde 800 236 245 oppure all’indirizzo comm@stadata.com.

      3Muri Project X4 è un software di calcolo strutturale nato dal team di sviluppo di STA DATA, appositamente pensato come soluzione integrata e modulare per l’analisi delle strutture in murature e miste, sia dal punto di vista globale che locale.

      Accanto al modulo principale, dedicato alla verifica globale della struttura, sono disponibili i seguenti moduli opzionali che completano il programma:

      1. modulo Meccanismi locali consente questa verifica a partire dal modello utilizzato per la verifica globale realizzata con il modulo principale, qualora il comportamento scatolare non sia garantito per mancanza dei collegamenti tra solai e pareti;
      2. modulo Analisi di sensibilità. Il calcolo delle strutture esistenti in muratura è particolarmente complesso a causa delle incertezze delle entità in gioco, come le rigidezze degli elementi, le resistenze, le geometrie. L’analisi di sensibilità ha come obiettivo una migliore conoscenza del comportamento strutturale attraverso l’individuazione dei parametri che maggiormente incidono nel calcolo, permettendo di focalizzare l’attenzione su questi dati;
      3. modulo Fondazioni consente, a completamento delle verifiche delle strutture in elevazione, la verifica delle strutture di fondazione esaminando la distribuzione delle tensioni sul terreno. Il modulo Fondazioni, inoltre, permette l’esame della capacità portante e i cedimenti di fondazioni continue, il progetto di plinti di fondazione in c.a.
      4. modulo Multithreading e solutore a matrici sparse che permette di utilizzare due differenti impostazioni di calcolo in merito al processore: la selezione del metodo di calcolo a matrici dense o matrici sparse e il multiprocessore. Il modulo multithreading permette di indirizzare ogni analisi su un differente processore del pc, con un notevole risparmio in termini di tempo.
      5. modulo IFC consente l’importazione ed esportazione in formato IFC, per consentire l’interoperabilità tra progettisti differenti.
      6. modulo SismoTest dedicato alla Classificazione sismica degli edifici, secondo il D.M. n. 65 del 7/3/2017.
      https://stadata.com/wp-content/uploads/2023/11/wall-of-a-damaged-building-2021-12-09-05-11-33-utc.jpg 960 1440 S.T.A. DATA srl https://stadata.com/wp-content/uploads/2023/10/logo-stadata.png S.T.A. DATA srl2024-10-07 12:00:002024-07-30 16:56:52Intervento di miglioramento sismico di un edificio condominiale in muratura eseguito con Sismabonus

      Interventi locali per un fabbricato esistente in muratura ad uso residenziale: inserimento tiranti metallici e telaio in c.a.

      30 Settembre 2024/in News/da S.T.A. DATA srl

      Gli interventi locali finalizzati al recupero di un edificio residenziale in muratura sono cortesemente illustrati dall’ing. Niccolò Setti per S.T.A. DATA.

      Il progetto degli interventi è stato studiato con l’ausilio del software di calcolo strutturale 3Muri Project specializzato nella valutazione della vulnerabilità degli edifici in muratura portante.

      L’ing. Niccolò Setti lavora nel Comune di Rolo, in provincia di Reggio Emilia, e si occupa di progettazione e consolidamento di edifici civili e industriali in muratura e calcestruzzo armato oltre al coordinamento della sicurezza nei cantieri edili.

      1. Indagini conoscitive della costruzione e inquadramento dell’intervento

      Il fabbricato esistente in muratura portante è isolato ed è sito nel Comune di Rolo in provincia di Reggio Emilia. Il Comune di Rolo è uno dei comuni colpiti dagli eventi sismici avvenuti in Emilia Romagna nel maggio del 2012 nella zona di Mirandola Finale Emilia.

      L’edificio è stato realizzato in varie epoche. La prima porzione edificata, indicata con il retino tratteggiato in grigio, costituisce il corpo originario con le murature portanti in mattoni forati e presenta solai in laterocemento e una copertura in travi in c.a. di tipo Varese con tavelloni in laterizio.

      Successivamente, è stato realizzato un nuovo corpo (in rosso in planimetria), in adiacenza al corpo originario, con pianta rettangolare a sviluppo planimetrico lungo l’asse X e con destinazione d’uso di autorimessa.

      Infine, nel 2008 è stato realizzato un ampliamento (in verde in planimetria) della pianta del solaio di copertura dell’edificio rosso per creare degli ambienti nuovi sopra l’autorimessa.

      Nella seguente immagine sono rappresentate le planimetrie dei 3 livelli dell’edificio: piano terra, piano primo e copertura. L’ampliamento si è, quindi, sviluppato in pianta lungo l’asse Y al primo livello e in elevazione fino alla copertura. Lo sviluppo planimetrico di questo nuovo corpo è ortogonale al corpo originario (in rosso). La sopraelevazione ha riguardato, quindi, solo il corpo a pianta rettangolare (in verde) sopra l’autorimessa.

      Tale strategia di ampliamento della planimetria al piano primo e di sopraelevazione fino alla copertura ha permesso di aumentare gli spazi a servizio dell’unità residenziale. L’oggetto di studio riguarda il comportamento dell’intero fabbricato.

      Le murature dell’autorimessa sono in mattoni semipieni e malta cementizia. Le pareti del nuovo corpo, su di essa, sono realizzate in muratura di Poroton. I solai di piano e la copertura a falde sono realizzati in laterocemento.

      Come possiamo vedere dalle seguenti foto, il fabbricato presenta una forma irregolare in pianta e in elevazione. Inoltre, è evidente che, dal punto di vista architettonico, il corpo in adiacenza è stato realizzato con una tecnica costruttiva relativa ad un’epoca successiva rispetto a quella del corpo originario.

      La forma complessiva dell’edificio intero e l’assenza di un giunto sismico tra le parti dei corpi in adiacenza ha permesso l’instaurarsi del fenomeno di martellamento. Un adeguato giunto sismico posto tra il corpo realizzato in ampliamento e il corpo originario avrebbe evitato tale fenomeno e la generazione delle lesioni da sisma, che si evidenziano nella seguente immagine.

      Questa lesione verticale si è sviluppata dal livello della copertura fino al primo impalcato, proprio per l’assenza totale di collegamenti adeguati o di elementi di ritegno tra il corpo originario e il corpo realizzato successivamente.

      L’attenzione del progettista, quindi, si è concentrata principalmente sull’obiettivo di annullare queste criticità e di cercare altre possibili vulnerabilità presenti su questo corpo realizzato in epoca successiva.

      2. Modellazione numerica e studio delle vulnerabilità con 3Muri Project

      Inizialmente, il progettista ha raccolto e catalogato tutte le caratteristiche principali dei materiali costituenti i corpi dell’edificio.

      A seguito delle indagini geologiche si è evidenziata la presenza di un fattore di amplificazione pari a 1,7 per il sito in cui sorge la costruzione. Tale valore è stato confermato anche dalle carte di microzonazione sismica dell’Emilia Romagna. Ricavato il quadro dei parametri sismici di Rolo, tutti i dati citati sono stati inseriti all’interno della modellazione svolta con il software 3Muri Project al fine di poter valutare l’incremento dei carichi agenti sulla struttura e la vulnerabilità dell’edificio.

      Si riassumono le criticità del fabbricato nella seguente immagine:

      Il modello realizzato con 3Muri presenta tutte le irregolarità citate in pianta ed in altezza.

      Al piano terra, il corpo in adiacenza presenta irregolarità in pianta perché la zona in ampliamento è realizzata con un porticato di pilastri isolati. L’ultimo livello, della nuova costruzione, presenta una copertura con trave di colmo ortogonale all’edificio originario.

      I fenomeni di martellamento sono diffusi e in corrispondenza delle zone di contatto tra i due corpi, ossia tra le murature del fabbricato realizzato in ampliamento e quelle del fabbricato originario.

      Il martellamento è generato sia dall’assenza di un giunto sismico, capace di attutire le pressioni di questi elementi spingenti, sia dall’assenza di scatolarità. L’edificio non presenta scatolarità perché sono assenti elementi che conferiscono il comportamento scatolare al fabbricato.

      Le criticità evidenziate, l’assenza di scatolarità e la presenza di una copertura in laterocemento spingente sulle pareti espongono l’edificio anche alla possibilità di generare il meccanismo di ribaltamento fuori piano.

      3. Analisi dei meccanismi locali con 3Muri Project

      Il progettista ha usato il modulo verifica dei meccanismi locali presente in 3Muri per effettuare tali analisi. Il primo step è stato quello di analizzare i meccanismi di ribaltamento delle pareti fuori piano, come si osserva nella seguente immagine:

      È possibile osservare i possibili fenomeni di sviluppo di meccanismi di corpo rigido. Il coefficiente di sicurezza, dato dal rapporto 𝑃𝐺𝐴𝐶 ⁄ 𝑃𝐺𝐴𝐷 tra la capacità e la domanda negli stati limite di salvaguardia della vita, risulta molto basso.

      Il progettista ha studiato in due step il meccanismo di ribaltamento della facciata nord ottenendo dei coefficienti di sicurezza pressoché intorno a 0,26 e 0,30. Lo studio ha proseguito con l’analisi dei meccanismi di ribaltamento delle due pareti poste ad Est e Ovest della costruzione.

      Anche in questi casi i valori del coefficiente di sicurezza sono molto bassi ed entrambi pari circa a 0,40. Tale valore è dovuto principalmente proprio alla presenza della copertura spingente su tali porzioni di muratura.

      4. Progetto degli interventi

      Per ovviare a questa vulnerabilità riscontrata, il progettista ha deciso di inserire in corrispondenza dell’ultimo impalcato, ovvero nel livello del sottotetto, un intervento locale realizzato con una serie di tiranti metallici con le relative contropiastre, come si mostra nella seguente immagine:

      Con il software “Collegamento Catena”, implementato all’interno di 3Muri, il progettista ha svolto le verifiche dei tiranti progettando il diametro migliore e il tiro corretto per ognuno di essi. Tale intervento è stato poi è inserito all’interno della modellazione in 3Muri.

      Come si osserva a destra dell’immagine precedente, il software ha mostrato graficamente proprio il posizionamento dei tiranti con le piastre di ancoraggio e ha visualizzatole la tabella con le relative proprietà geometriche e meccaniche.

      Questo intervento locale si è reso necessario anche perché si integra meglio con la scelta di eseguire successivamente anche l’intervento di isolamento termico a cappotto esterno su tutta la struttura, come indicato dal progettista architettonico.

      Prima di creare il guscio isolante sulla struttura si è deciso, quindi, di inserire questa serie di interventi locali per evitare, in fase successiva, di eseguire interventi sul cappotto esterno già installato.

      Scelto il tiro delle catene, la misura delle relative contropiastre e la tipologia di acciaio, il progettista ha eseguito la verifica allo stato di ultimo SLV sul modello di 3Muri con tali catene inserite nel progetto.

      Successivamente, tramite il modulo “Meccanismi Locali”, presente in 3Muri, ha eseguito le verifiche di tali meccanismi e ha ottenuto i coefficienti di sicurezza tutti superiori all’unità, come si può osservare nelle seguenti immagini.

      La tabella dei risultati mostra tutti i coefficienti di sicurezza superiori all’unità per i meccanismi locali delle pareti Nord-Sud

      La tabella dei risultati mostra tutti i coefficienti di sicurezza superiori all’unità per i meccanismi locali delle pareti Est-Ovest

      In base ai risultati ottenuti dalle verifiche, il progettista ha ritenuto, quindi, che l’intervento locale, di inserimento delle catene, abbia sortito i risultati desiderati.

      Il progettista ha, inoltre, deciso di aggiungere un secondo intervento strutturale realizzato con l’inserimento un telaio in c.a. Tale intervento è finalizzato alla creazione di un comportamento scatolare tra le parti del corpo in adiacenza e per creare un giunto sismico che contrasti la generazione del fenomeno di martellamento.

      5. Dimensionamento degli elementi del telaio in c.a. con il software AxisVM

      A seguito della modellazione e della verifica eseguita all’interno di 3Muri, si è importato il modello completo con tutti gli interventi all’interno di AxisVM.

      Il progettista ha sfruttato l’interoperabilità tra i due software e ha importato in AxisVM il modello strutturale in muratura portante con telaio in c.a. con il fine di effettuare il dimensionamento guidato degli elementi in cemento armato. Infatti, tramite l’importazione da 3Muri, il modello presenta tutte le sollecitazioni derivate dai carichi agenti sull’intera struttura.

      Il telaio in cemento armato è monodirezionale ed è inserito parallelamente all’edificio originario proprio per conferire il comportamento scatolare ricercato e per realizzare, soprattutto, un giunto sismico di separazione. Tale giunto sismico divide strutturalmente i due corpi e, quindi, crea due unità strutturali separate.

      Nella figura a destra il progettista visualizza solo il telaio in c.a. attraverso la modalità filtro di AxisVM. Si evidenziano, in questo modo, solo gli elementi in calcestruzzo armato e si valutano le deformate modali del telaio incastrato alla base.

      AxisVM prosegue ricavando le sollecitazioni agenti sugli elementi strutturali di travi e pilastri e si conclude con la progettazione di tali elementi fino alla fondazione.

      Il progettista mostra le sollecitazioni del telaio in c.a. dovute ai carichi derivanti dall’intero modello. Si evidenziano, con diversi retini, le geometrie degli elementi strutturali analizzati.

      A seguito della determinazione delle sollecitazioni agenti sugli elementi strutturali in cemento armato, si sono studiate le geometrie di progetto e si è provveduto alla corretta definizione delle armature.

      Le travi di piano presentano un’armatura pari a 3 + 3 Φ14 inferiori e superiori e una staffatura di diametro Φ10 con passo 5 cm per i primi 30 cm mentre Φ10 con passo 10 cm in campata. L’infittimento delle staffe è realizzato solo in corrispondenza delle zone critiche. Le travi della copertura sono state armate anch’esse con 3 + 3 Φ14 con un infittimento ulteriore di 3 Φ16 inferiori e 3 Φ14 superiori per poter verificare il giunto di collegamento tra la porzione di trave esistente della copertura e quelle nuove realizzate nell’intervento.

      I pilastri perimetrali sono stati dimensionati con geometria quadrata di lato 30 cm e sono armati con 8 Φ16. Il pilastro centrale ha pianta rettangolare, con dimensioni 45 cm X 30 cm, ed è armato con 10 Φ22.

      Tale pilastro ha un incremento dell’infittimento del passo delle staffe in corrispondenza dei nodi e delle zone critiche, come si può notare nell’immagine della distinta delle armature per i pilastri P3 -P4 – P5. Dopo aver dimensionato gli elementi in elevazione, si sono calcolate le sollecitazioni agenti sulla fondazione in c.a.

      Nella seguente immagine si riportano, in ordine da sinistra a destra, i diagrammi delle sollecitazioni di momento flettente Mx, del taglio Vy, momento My e momento Mz.

      Tali diagrammi derivano dalle combinazioni dei carichi agenti sul telaio. Nella tabella si elencano tutti i valori delle grandezze necessarie per la verifica a taglio della trave di fondazione agli appoggi: 𝑉𝑅𝑑 > 𝑉𝐸𝑑.

      La disuguaglianza risulta verificata con un preciso quantitativo di armatura.

      La trave di fondazione è stata dimensionata con sezione rettangolare, di dimensioni 100 cm X 30 cm. Come si osserva nella Sezione X-X, la trave è eccentrica rispetto alle strutture in elevazione ed è posta ad una distanza pari al valore del giunto sismico. La nuova fondazione ha questa posizione eccentrica rispetto al pilastro per mantenere una certa distanza tra le murature dei corpi, originario e nuovo, e tra la fondazione esistente e la nuova.

      L’armatura longitudinale è costituita da 5 + 5 Φ20 inferiori e superiori. La staffatura ha 4 bracci e un passo di 10 cm per i primi 30 cm dagli appoggi e un passo di 20 cm in campata.

      È stata verificata a momento positivo e negativo nel rispetto dei quantitativi minimi di armatura per le staffe e per le armature longitudinali, in accordo con quanto indicato e richiesto dai capitoli

      4.1.6.1.1 e 7.4.6.2.1 della normativa tecnica delle costruzioni.

      6. Progetto del giunto sismico

      Si è analizzato e studiato il progetto del giunto sismico finalizzato a evitare i fenomeni di martellamento dei due corpi.

      Immagine che contiene testo  Descrizione generata automaticamente

      Il giunto sismico è stato calcolato attraverso un’analisi dinamica lineare eseguita sull’intera struttura e, quindi, anche sul telaio in calcestruzzo armato. Si è calcolato il valore dello spostamento massimo per l’edificio 1, che è l’edificio completo degli interventi oggetto di studio, e l’edificio 2, che l’edificio originario non calcolato.

      Per gli edifici 1 e 2 , lo spostamento massimo è stato ricavato in corrispondenza del punto sommitale di possibile contatto tra i due corpi, in accordo con quanto indicato al paragrafo 7.2.1 della normativa tecnica delle costruzioni.

      Ottenuti i valori degli spostamenti, per l’edificio modellato e calcolato e per l’edificio non calcolato, si è provveduto alla determinazione delle dimensioni del giunto sismico di progetto, al fine di determinare la distanza da mantenere tra i due corpi strutturali.

      Immagine che contiene testo  Descrizione generata automaticamente

      Il progettista mostra la tabella dei risultati degli spostamenti ottenuti per ogni nodo del telaio.

      Nella tabella riassuntiva si mostra che, per un fattore di comportamento scelto pari ad 1.5, si sono sommati i valori degli spostamenti richiesti per l’edificio esistente calcolato e per l’edificio esistente non calcolato.

      Per l’edificio esistente calcolato, lo spostamento risulta essere pari a 9,9 cm mentre per l’edificio non calcolato, in corrispondenza del punto sommitale di possibile contatto tra i due corpi per un’altezza dell’edificio di 7.50 m, si è ottenuto uno spostamento pari a 1,50 cm circa.

      Si è dimensionato il valore del giunto sismico, previsto in progetto, pari a 12,5 cm.

      Tale valore è superiore al valore di 11,44 cm ottenuto sommando gli spostamenti ottenuti per l’edificio calcolato e modellato con gli spostamenti dell’edificio non modellato.

      7. Aspetti normativi e fiscali del progetto di intervento con il SUPRSISMABONUS 110%

      Infine, il progettista spiega che per tali interventi locali ha potuto utilizzare anche il SUPERSISMABONUS 110% L. 77/2020 compilando, come indicato, l’Allegato B.

      8. Conclusioni

      Questa serie di interventi progettati sono di tipo locale poiché sono effettuati su porzioni limitate della struttura e hanno l’obiettivo di eliminare le possibili vulnerabilità evidenziate in 3Muri Project, come lo sviluppo dei meccanismi di ribaltamento delle pareti.

      L’intervento di installazione di catene metalliche, progettato con il modulo “Collegamento Catena” è finalizzato alla creazione di una serie di meccanismi di tipo duttile.

      L’intervento di inserimento nella muratura di un telaio in calcestruzzo armato, progettato con l’ausilio di AxisVM, è finalizzato sia all’inserimento di un giunto sismico sia al rafforzamento di quelle possibili porzioni di muratura che presentano delle vulnerabilità.

      Per la realizzazione del giunto sismico è stata fondamentale l’analisi dinamica lineare e il dimensionamento curato della fondazione alla base del telaio in calcestruzzo armato.

      Infine, grazie all’ausilio di 3Muri Project è stato possibile verificare il miglioramento della vulnerabilità sismica ottenuto con tali interventi strutturali e dimostrare di aver conferito alla struttura il comportamento scatolare cercato.


      S.T.A. DATA ringrazia per la cortese attenzione e ricorda che per qualsiasi tipo di richiesta sui software usati è sempre disponibile la consulenza al numero verde 800 236 245.

      https://stadata.com/wp-content/uploads/2023/11/cropped-view-of-the-building-after-the-earthquake-2022-07-12-14-49-11-utc.jpg 960 1440 S.T.A. DATA srl https://stadata.com/wp-content/uploads/2023/10/logo-stadata.png S.T.A. DATA srl2024-09-30 11:00:002024-07-30 16:56:20Interventi locali per un fabbricato esistente in muratura ad uso residenziale: inserimento tiranti metallici e telaio in c.a.

      I metodi di calcolo per le strutture nuove in muratura

      23 Settembre 2024/in News/da S.T.A. DATA srl

      Ing. Adriano Castagnone – Responsabile scientifico S.T.A. DATA srl

      Le Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 2018) – Capitolo 7) hanno confermato le diverse metodologie di calcolo già previste nelle norme precedenti (DM 2008) e sintetizzate nello schema seguente.

      Di seguito si riporta un’analisi ragionata delle diverse metodologie, trascurando l’Analisi Lineare Statica e l’Analisi Dinamica Modale di scarsa rilevanza in quanto non sono in grado di cogliere l’aspetto non lineare delle strutture in muratura.

      La scarsa resistenza a trazione è infatti l’elemento caratterizzante la muratura. Non considerare questo aspetto, salvo rare eccezioni, significa realizzare modelli che non sono in grado di cogliere il reale comportamento strutturale.

      1. Confronto metodo FME (FRAME BY MACROELEMETS) con metodo FEM

      1.1 Il metodo FME (frame by MACROELEMENTS)

      La Norma fornisce alcune considerazioni generali sulle modalità di modellazione delle strutture con la finalità dell’analisi sismica globale.

      Per gli edifici in muratura ordinaria e armata vengono inoltre precisate alcune parti- colarità e suggeriti i relativi concetti per la loro modellazione.

      Il modello di riferimento è quello a telaio equivalente tridimensionale, in cui le pareti sono interconnesse da diaframmi orizzontali di piano (solai).

      Nello specifico degli edifici in muratura, la parete potrà essere adeguatamente schematizzata come telaio, in cui vengono assemblati gli elementi resistenti (maschi e fasce) ed i nodi rigidi.

      Le travi di accoppiamento in muratura ordinaria, o fasce, saranno modellate solo se il progettista le riterrà adeguatamente ammorsate alle pareti.

      Dividendo la parete in tratti verticali corrispondenti ai vari piani e nota l’ubicazione delle aperture, vengono automaticamente determinate le porzioni di muratura, maschi murari e fasce di piano in cui si concentrano deformabilità e danneggiamento (come è verificabile dalle osservazioni dei danni da sismi reali, da simulazioni speri- mentali e numeriche).

      Quindi maschi e fasce sono modellate con i macroelementi finiti bidimensionali, rappresentativi di pannelli murari, a due nodi con tre gradi di libertà per nodo (ux, uz, roty).

      Le restanti porzioni di parete vengono dunque considerate come nodi rigidi bidimensionali di dimensioni finite, a cui sono connessi i macroelementi; questi ultimi trasmettono, ad ognuno dei nodi incidenti, le azioni lungo i tre gradi di libertà del piano.

       Nella descrizione di una singola parete i nodi sono individuati da una coppia di coordinate (x,z) nel piano della parete; i gradi di libertà di cui disporranno saranno unicamente ux, uz, roty (nodi bidimensionali).

      Grazie a questa suddivisione in nodi ed elementi, il modello della parete diviene quindi del tutto assimilabile a quello di un telaio piano.

      La modellazione strutturale richiede inoltre la possibilità di inserire travi, individuate nel piano dalla posizione dei due nodi di estremità.

      Oltre alla presenza di vere e proprie travi (architravi o cordoli in c.a.) il modello prevede la presenza di dispositivi catena: queste strutture metalliche, sono sprovviste di rigidezza flessionale e perdono ogni efficacia nel caso divengano compresse. Questa loro peculiarità comporta un ulteriore elemento di non linearità nel modello.

      La Norma ha, tra i suoi presupposti, il carattere prestazionale: le indicazioni sulle modalità di modellazione e verifica degli elementi costituiscono un riferimento per un’affidabile modellazione non lineare.

      La Norma richiede la formulazione di meccanismi che considerino sia la risposta flessionale, sia la risposta a taglio: il meccanismo di pressoflessione è affrontato, in modo rigoroso, considerando l’effettiva ridistribuzione delle compressioni dovute sia alla parzializzazione della sezione, sia al raggiungimento della resistenza massima a compressione. Lo spostamento ultimo associato al meccanismo di pressoflessione è determinato sulla base del valore massimo di drift previsto per questo meccanismo: 0.6%.

      Il meccanismo di taglio, descritto secondo il legame sviluppato da Gambarotta-Lagomarsino, riesce a cogliere il progressivo degrado di resistenza e rigidezza dell’elemento, attraverso le grandezze descrittive del danneggiamento.

      La deformazione ultima a taglio è determinata sulla base del valore massimo di drift previsto dalla normativa: 0.4%.

      La struttura risulta modellata dall’assemblaggio di strutture piane: le pareti e gli orizzontamenti, entrambi privi di rigidezza flessionale fuori dal piano.

      Il modello realizzato mette in luce il comportamento spaziale della struttura. Per questo masse e rigidezze sono distribuite su tutti i gradi di libertà tridimensionali tenendo conto però, localmente, dei soli g.d.l. nel piano (nodi bidimensionali).

      I nodi di connessione, appartenenti ad una sola parete, mantengono i propri gradi di libertà nel piano di riferimento locale, mentre i nodi che appartengono a più pareti (localizzati nelle incidenze di queste ultime) debbono necessariamente disporre di gradi di libertà nel riferimento globale (nodi tridimensionali).

      Previsioni di intervento

      Grazie a questa tecnica di modellazione si possono individuare i punti di debolezza strutturale mediante una mappatura colorata (ad ogni colore è associato un livello di degrado localizzato).

      Si riportano di seguito alcune immagini ottenute dall’analisi di strutture in muratura con il software 3Muri®.

      Il degrado strutturale di ogni singola parete, come conseguenza del progressivo caricamento della struttura è evidenziato mediante mappe di danneggiamento riportate sulle pareti.

      La figura sopra riporta le scale di colore che individuano i diversi gradi di danneggiamento dei vari elementi strutturali (pareti, pilastri, cordoli, travi, setti) secondo le varie gradazioni raggiunte.

      Le figure seguenti riportano i diversi stadi di degrado della struttura in funzione del livello di carico raggiunto.

      1° Stadio della struttura

      2° Stadio della struttura

      3° Stadio della struttura

      Grazie a questo strumento è possibile individuare i punti in cui intervenire per risol- vere le carenze riscontrate.

      Strutture miste

      Elemento caratterizzante di tale modellazione è la possibilità di esaminare strutture in muratura miste, in cui la presenza del c.a., legno, acciaio forniscono un notevole contributo alla resistenza della struttura.

      Una tecnica, particolarmente usata per le strutture nuove in muratura, consiste nel realizzare le pareti di confine in muratura portante e inserire telai in c.a. all’interno dell’edificio da realizzare.

      In questo modo si possono utilizzare

      Sebbene la resistenza degli elementi strutturali in c.a. sia quasi sempre maggiore di quella degli elementi murari, tale procedura di calcolo permette di monitorare le se- quenze di rottura dei vari elementi indipendentemente dalla tipologia strutturale e dal materiale a cui appartengono andandoli ad escludere dal contributo alla resi- stenza complessiva quando si rompono.

      Modellazione 3D di una struttura mista con telai interni

      Modellazione 3D di una struttura mista con tetto in c.a.

      Sintesi delle caratteristiche del metodo FME adottato da 3Muri®

      • Modellazione a telaio equivalente con tutte le specifiche richieste da normativa
      • Gli elementi del modello, maschi e fasce, consentono il calcolo diretto delle sollecitazioni per confrontarle con i valori limite forniti dalla normativa.
      • Presa in esame di strutture miste (muratura, trave, pilastri, setti in c.a., acciaio e legno) con comportamento non lineare di tutti gli elementi.
      • La modellazione delle pareti a telaio equivalente permette di realizzare l’assemblaggio spaziale delle pareti, collegandole tramite elementi deformabili per la simulazione dell’effettiva rigidezza dei solai.
      • Lettura dei risultati semplice ed intuitiva: possono essere individuate le cause di danneggiamento locale e globale per taglio o presso-flessione potendo intervenire efficacemente per consolidare la struttura.
      • La notevole velocità di calcolo non lineare è poco sensibile alla dimensione del modello.

      1.2 Il Metodo FEM (Metodo elementi finiti)

      Un edificio in muratura può essere analizzato discretizzando le pareti mediante elementi finiti di superficie con programmi FEM classici.

      A causa di questo, l’analisi è tanto più significativa quanto maggiore è il grado di dettaglio della mesh, quindi risulta “mesh dependent” e fortemente condizionata dalle operazioni di definizione del modello.

      Questa analisi risulta decisamente più onerosa in termini computazionali ed è solo realizzabile con programmi di calcolo automatico.

      Nel caso in cui venga considerata una legge costitutiva non lineare del materiale, il metodo può prendere in esame il corretto degrado della muratura, riducendo la resistenza degli elementi danneggiati.

      La definizione dei parametri richiede una accurata conoscenza del materiale murario ad un livello di dettaglio non esplicitamente contemplato nelle normative la cui valutazione si può ricavare solo attraverso accurate analisi sperimentali.

      La mancanza di questi parametri o la loro non corretta valutazione, equivale ad ottenere, come risultato di un’analisi statica non lineare, una curva “pushover” che non prende in esame il tratto discendente che si forma a causa del danneggiamento strutturale.

      La norma invece definisce il valore ultimo in corrispondenza al decadimento del taglio del 20% rispetto al valore massimo.

      Non è quindi possibile definire il collasso, in accordo a quanto richiesto dalla Norma.

      Curva pushover con decadimento del taglio del 20% rispetto al valore massimo

      I risultati di analisi di questo tipo forniscono mappe che mettono in luce il livello tensionale localizzato della muratura.

      Il valore puntuale di tensione superiore al valore limite non rappresenta la rottura del pannello murario.

      I criteri di resistenza per gli elementi murari dipendono infatti da valori delle caratteristiche di sollecitazione che non hanno una corrispondenza diretta con lo stato tensionale, considerando quindi non gli effetti puntuali delle tensioni, ma anche possibili ridistribuzioni dovute al comportamento non lineare ed al degrado.

      Per eseguire un’analisi corretta e coerente, è quindi necessario rielaborare i risultati della modellazione, tramite operazioni di media ed integrazione.

      Risultati della modellazione, tramite operazioni di media ed integrazione

      Sintesi caratteristiche del metodo FEM

      • Dipendenza dell’analisi dalla mesh (mesh dependent) e tempo di calcolo fortemente dipendente dalle dimensioni del modello; per grandi modelli il tempo di calcolo può essere notevole.
      • Definizione puntuale delle leggi costitutive del materiale di difficile reperimento
      • La Norma non contiene tutti i parametri necessari a definire il comportamento non lineare ed il degrado, senza i cui valori non è possibile applicare coerentemente i criteri di resistenza ed i limiti di spostamento associati al decadimento della resistenza globale della curva di capacità.
      • Per l’applicazione dei criteri di resistenza a taglio e pressoflessione alla muratura è necessario integrare gli effetti nodali sui singoli elementi murari, almeno a con- trollo e verifica di quanto ottenuto con il modello costitutivo non lineare.
      • La Norma, infatti, non presenta riferimenti espliciti a modellazione dei pannelli mediante discretizzazione in elementi di superficie ma propone una modellazione a

      telaio equivalente con maschi, travi in muratura ed eventuali altri elementi strutturali in c.a. ed acciaio.

      1.3 Confronto metodo FME e FEM

      Si riassumono le problematiche dell’analisi agli elementi finiti rispetto al modello a macroelementi.

      • Tempi di calcolo rilevanti dovuti ad un consistente onere computazionale.
      • La Norma fa esplicito riferimento ai modelli a telaio equivalente, sia quando tratta dei metodi di analisi (8.1.5), sia quando precisa come eseguire le verifiche (8.1.6 e 8.2.2). Si parla infatti sempre di elementi murari o strutturali.
      • Nella Norma le verifiche sono eseguite in termini di caratteristiche di sollecitazione (N, T e M) e non di tensione puntuale nella muratura: una analisi ad elementi finiti richiede la successiva integrazione su tutto l’elemento murario poiché i criteri di resistenza forniti dalla normativa sono espressi in termini globali per il pannello.
      • Un’analisi di dettaglio, come quella ad elementi finiti, richiede legami costitutivi puntuali definiti da un numero di parametri maggiore di quelli forniti dalla Norma che il progettista si trova a dover definire in modo arbitrario o mediante accurate analisi sperimentali.
      • Anche la lettura finale dei risultati dell’analisi può non essere agevole o univoca, nel caso dei metodi agli elementi finiti, e richiede notevole esperienza e competenza specifica.

      Da quanto fino ad ora detto emerge come sia complesso effettuare una verifica con un modello FEM continuo, rispettando le indicazioni della Norma.

      Per le difficoltà che pone, tale strategia di modellazione è indicata per analisi specialistiche di strutture particolari o monumentali (chiese, torri, ponti in muratura), ma non adeguata a rispondere alle esigenze correnti, di accuratezza, velocità e semplicità di lettura dei risultati, proprie della pratica ingegneristica.

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      https://stadata.com/wp-content/uploads/2024/09/img-cover-1.jpg 960 1440 S.T.A. DATA srl https://stadata.com/wp-content/uploads/2023/10/logo-stadata.png S.T.A. DATA srl2024-09-23 11:00:002024-07-31 11:18:13I metodi di calcolo per le strutture nuove in muratura

      Edifici esistenti in muratura: tra conservazione e intervento

      16 Settembre 2024/in News/da S.T.A. DATA srl

      Intervenire sul tessuto storico-architettonico italiano sottoposto a tutela pone l’obbligo di compiere una scelta delicata, che da un lato vede la conservazione del bene e dall’altro il mantenimento dei suoi caratteri stilistici e valoriali. Spesso questa scelta viene dettata dall’importanza della struttura stessa, imponendo un minimo intervento.

      In situazioni come queste, dotarsi di un software per il calcolo strutturale che permetta di simulare le azioni del sisma può fare la differenza tra un intervento di prevenzione efficace e un intervento a minima resa.

      Il territorio italiano vanta un patrimonio storico-architettonico che conta oltre ottomila edifici esistenti in muratura riconosciuti come beni culturali.

      Questi, in quanto testimonianze dirette di storia e cultura, godono dei diritti di salvaguardia e di tutela, per cui è necessario preservare il perfetto equilibrio tra conservazione e sicurezza.

      Chiara Dezzi Bardeschi, nel suo Abbeceddario minimo Ananke: Cento voci per il Restauro, ricorda che per conservazione si intende […] l’impegno a tutelare, rispettare, proteggere, custodire e trasmettere un patrimonio collettivo […], sollevando spontanei quesiti sui limiti e sulle accortezze da avere in ottica di intervento.

      Per rispettare i canoni di tutela e conservazione nei confronti dei beni architettonici, è necessario intervenire senza inficiarne i caratteri stilistici e artistici, i supporti materici e il palinsesto costruttivo; venir meno a queste limitazioni con un intervento troppo invasivo significherebbe snaturare l’edificio stesso, mettendone a rischio il valore testimoniale.

      L’edilizia storica tra l’adeguamento e il miglioramento sismico

      Termini come miglioramento e adeguamento sono di uso comune tra i professionisti che si occupano di sicurezza strutturale ma, in questo contesto, necessitano di una ulteriore chiave di lettura.

      Gli interventi che rientrano nella categoria di adeguamento sismico si pongono come obiettivo ultimo quello di raggiungere i livelli di sicurezza imposti dalle NTC 2018, così da portarne la resistenza ad un valore pari a quello di un edificio di nuova costruzione.

      Quando, invece, si parla di miglioramento sismico ci si riferisce ad interventi di rinforzo che mirano ad aumentare la sicurezza strutturale già esistente, senza però raggiungere i livelli di sicurezza di un adeguamento.

      In quanto soggetto a tutela, il tessuto edilizio di valore storico-architettonico non può subire interventi di adeguamento, i quali ne metterebbero a rischio i caratteri inviolabili sopracitati.

      Il dibattito sulla ricerca della sicurezza sismica degli edifici storici, nel rispetto della conservazione, trova sfogo nelle parole del Prof. Giovanni Carbonara, che sottolinea l’importanza di agire […] per fare meglio facendo meno […].

      Alla luce di questa riflessione, si può affermare che, concordemente al Cap. 8 delle NTC 2018, in ambito di patrimonio monumentale l’obiettivo degli interventi può essere di natura esclusivamente migliorativa.

      Tali interventi devono garantire l’incremento dei valori di sicurezza riguardo le azioni sismiche, senza far necessariamente fronte alle verifiche formali imposte per le nuove costruzioni.

      CAP. 8 NTC2018 Per i beni di interesse culturale ricadenti in zone dichiarate a rischio sismico, ai sensi del comma 4 dell’art. 29 del DLgs 22 gennaio 2004, n. 42 “Codice dei beni culturali e del paesaggio”, è in ogni caso possibile limitarsi ad interventi di miglioramento effettuando la relativa valutazione della sicurezza.

      Interventi di rinforzo e interventi di prevenzione

      Gli edifici storici in muratura tendono prevalentemente ad essere interessati da meccanismi di ribaltamento.

      Immaginiamo di trovarci davanti ad un palazzo in muratura di foggia rinascimentale sottoposto a tutela per i suoi caratteri intrinsechi: affinché questo raggiunga un buon livello di miglioramento sismico è possibile operare mediante interventi di consolidamento come la ristilatura dei giunti, l’uso di miscele leganti e – dove possibile – l’irrigidimento dei solai.

      È molto comune, per esempio, intervenire mediante incatenamento, rispondendo così all’azione del sisma grazie al rafforzamento della connessione delle parti murarie.

      Questi interventi sono tuttavia possibili solo nel caso in cui si tratti di una struttura con comportamento scatolare, che consenta un’analisi di vulnerabilità e una verifica globale dell’edificio.

      Cosa succede, invece, in presenza di edifici che non hanno un comportamento di tipo scatolare?

      In questo caso è possibile ragionare solo in termini di cinematismi locali, nel piano e fuori dal piano e, allo stesso tempo, non è possibile intervenire in maniera radicale per raggiungere l’adeguamento sismico.

      Una chiesa a pianta basilicale, composta quindi da tutte le sue tipiche caratteristiche (transetto, navata centrale, navate laterali, facciata, ecc.) potrebbe essere sottoposta a meccanismi di spinta da parte del colonnato che influiscono sul comportamento statico della facciata, la quale potrebbe ribaltarsi fuori dal piano o venire inficiata da cinematismi nel piano stesso.

      O ancora, i meccanismi nel piano potrebbero interessare parti della struttura meno prevedibili, come gli archi trionfali e le pareti perimetrali delle cappelle annesse.

      Per quanto sia difficile da ammettere, in questi casi la soluzione migliore risiede negli interventi di prevenzione e manutenzione della struttura.

      La conoscenza dei materiali, delle tecniche costruttive e dei valori di durabilità diventano cruciali in questo frangente, predisponendo il giusto piano di azione per l’applicazione del minimo intervento.

      Determinare la composizione di un maschio murario e implementarne il comportamento meccanico potrebbe fare la differenza tra la conservazione e la definitiva perdita del bene stesso.

      Operare in termini di prevenzione presuppone la necessità di disporre di uno stato di fatto e di ipotizzare l’azione del sisma mediante una simulazione.

      3Muri Project Open: simulare per consolidare

      3Muri Project Open offre ai progettisti la possibilità di effettuare la verifica di vulnerabilità sismica di strutture che non hanno un comportamento scatolare per le quali non è possibile procedere con l’analisi globale.

      Viene introdotta, in questo contesto, la modellazione mediante input per piano verticale: grazie all’importazione di prospetti in formato DXF o ortofoto, il software permette di modellare la parete interessata dalla simulazione e di definirne le aperture.

      Figura 1 – In rosso: pareti definite tramite input per piano verticale di una struttura con comportamento non scatolare – 3Muri Project Open

      Una volta definita la parete, questa può essere sottoposta all’analisi cinematica nel piano e fuori dal piano.

      L’analisi cinematica lineare fuori dal piano permette ai progettisti di calcolare l’indice di vulnerabilità in caso di ribaltamento della parete (totale o parziale, mediante l’imposizione di cerniere in quota).

      In caso di cinematismi nel piano, l’analisi cinematica – lineare e non lineare – permette di calcolare l’indice di vulnerabilità mediante l’inserimento di ipotetici piani di frattura e conseguenti cerniere interne ed esterne: è opportuno, in questa fase, simulare più di un’ipotesi di frattura e vagliare una quantità più ampia di possibilità.

      Nel caso in cui non fosse possibile, o auspicabile, modellare l’intera struttura allo stato di fatto ma si volesse comunque effettuare l’analisi su di un’unica parete, 3Muri Project Open permette di modellare solo la parete interessata e di applicare manualmente i carichi che vi insistono.

      Dopo aver effettuato la simulazione, il progettista avrà un quadro chiaro e definito su quali siano le parti da consolidare e sulle modalità di intervento.

      Se opportuno, il software permette di inserire direttamente un rinforzo mediante catene non lineari: definita la natura della catena, questa può essere applicata direttamente alla parete da piedritto a piedritto; successivamente si può procedere alla valutazione dell’efficacia dell’intervento attraverso l’analisi cinematica non lineare della catena stessa.

      Figura 2 – Cinematismi nel piano 3Muri Project Open

      Così facendo, 3Muri Project Open si propone come strumento fondamentale per effettuare una simulazione preventiva per gli edifici storici sottoposti a canoni di tutela e conservazione, consentendo di individuare le parti maggiormente a rischio della struttura non solo in termini di ribaltamento, ma anche in termini di cinematismi nel piano.

      Agire con rispetto nei confronti del tessuto storico architettonico italiano significa sapersi destreggiare tra interventi giusti e interventi doverosi, fronteggiare un dibattito che non trova sfogo in una risposta univoca ma in decine di sfumature e sensibilità diverse.

      Per questo motivo, è fondamentale che i professionisti possano dotarsi di uno strumento efficace che li aiuti nella scelta dei giusti interventi, senza superare i limiti imposti dai canoni di tutela.

      https://stadata.com/wp-content/uploads/2024/09/img-cover.jpg 666 1000 S.T.A. DATA srl https://stadata.com/wp-content/uploads/2023/10/logo-stadata.png S.T.A. DATA srl2024-09-16 12:00:002024-07-30 16:52:05Edifici esistenti in muratura: tra conservazione e intervento

      Case-history: Recupero di sottotetto in edificio condominiale

      9 Settembre 2024/in News/da S.T.A. DATA srl

      Il progetto del recupero di un sottotetto di un edificio condominiale è illustrato, cortesemente per S.T.A. DATA, dall’ing. Matteo Stanzani. L’intervento è stato studiato con l’ausilio dei software di calcolo strutturale 3Muri Project ed AxisVM. Per le verifiche dei nodi in acciaio è stato usato il software SAITU di S.T.A. DATA.

      Lo Studio Tecnico Stanzani è situato nel Comune di Valdilana, in provincia di Biella, e l’edificio oggetto di intervento si trova nel centro di Milano.

      1. Inquadramento Tecnico

      Le prime indagini, che sono state condotte, riguardano delle analisi storico critiche dell’edificio esistente e dell’unità strutturale oggetto di intervento. L’edificio è degli anni ‘30 e, nell’archivio storico, sono trovati alcuni disegni architettonici che hanno aiutato a comprendere le modifiche vissute dalla struttura dalla sua costruzione fino ad oggi.

      1.1 Analisi storico-critica (punto 8.5.1 delle NTC)

      Come è possibile osservare, sono state studiate le tre planimetrie architettoniche di tutti i piani, sulle quali è definito l’impianto architettonico dell’edificio.

      1.2 Sopralluoghi, rilievi e documentazione fotografica della stato di fatto (punto 8.5.2 delle NTC)

      Successivamente, dopo l’analisi storico-critica, sono stati effettuati dei sopralluoghi, dei rilievi materici ed è stata realizzata una documentazione fotografica dello stato di fatto dell’edificio.

      L’intervento interessa l’area del sottotetto al di sopra dell’ultimo piano e l’immagine precedente mostra le seguenti viste:

      • la vista della facciata esterna dell’edificio,
      • una vista, presa dal cortile interno, sul lato del sito oggetto di intervento,
      • una vista interna del sottotetto dello stato di fatto,
      • un particolare esterno della zona oggetto di intervento.

      Sono stati eseguiti dei sondaggi, come si mostra nella seguente immagine, con prove distruttive e non distruttive per caratterizzare l’impianto strutturale dell’edificio e per verificare la tipologia di materiali.

      Le indagini condotte sono state limitate e circoscritte principalmente alle zone di interesse dell’intervento dato che l’edificio condominiale è molto esteso.

      Sono stati fatti dei sondaggi nelle travi degli intradossi e nei solai per verificare la tipologia di solai realizzati. Come si può vedere, nell’immagine precedente a destra, è emerso che i solai sono privi di intonaco.

      Studiando globalmente l’edificio, si è appurato che esso, strutturalmente, è stato tutto costruito nel stesso periodo e, quindi, tutti i solai, tutte le travi e le armature sono stati realizzati con le medesime caratteristiche meccaniche. Inoltre, nel piano interrato è presente un piano in cemento armato con dei muri e delle colonne.

      2. Descrizione dell’impianto strutturale esistente

      La tipologia strutturale, emersa dalle indagini eseguite, è così descritta nella relazione tecnica. L’unità strutturale esistente può essere descritta come un edificio a due ali con un angolo di circa 50° e con un cortile interno. Si sviluppa su 6 piani fuori terra (terreno, primo, secondo, terzo, quarto, quinto, il sesto in parte con destinazione sottotetto ed, infine, un ulteriore piano sottotetto al di sopra del piano sesto). E’ inoltre presente un piano seminterrato su tutta l’estensione dell’edificio.

      L’unità strutturale, su cui sarà realizzata l’opera, presenta, nella parte centrale, un sistema costruttivo di pilastri e di travi in c.a. gettati in opera, solai in laterocemento, muratura portante perimetrale in mattoni pieni e una copertura in legno.

      L’ultimo piano, invece, è stato realizzato con dei mattoni forati più leggeri perché era a sbalzo rispetto alla struttura dei piani inferiori.

      3. Descrizione dei materiali strutturali esistenti (§8.5.3 NTC 2018)

      Si descrive, ora, la tipologia dei materiali che costituiscono la struttura. Sono state condotte indagini invasive e non invasive per comprendere le loro caratteristiche meccaniche attuali.

      In particolare, i valori di progetto delle resistenze meccaniche dei materiali sono stati volutati, sulla base delle indagini effettuate sulla struttura, tenendo motivatamente conto dell’entità delle dispersioni.

      Si sono effettuale prove sclerometriche nei calcestruzzi, verifiche sulle armature dei pilastri e delle travi nelle porzioni al di sotto della zona di intervento.

      Le prove non invasive con sonar sono state condotte per individuare la posizione delle armature presenti.

      Le compagne sclerometriche, sulla tipologia di calcestruzzo, hanno restituito le seguenti resistenze caratteristiche in situ:

      1. resistenza caratteristica pilastri in c.a.: C25/30
      2. resistenza caratteristica travi in c.a.: C20/25
      3. resistenza caratteristica solai: C 16/20.

      Le caratteristiche meccaniche delle armature esistenti sono stato dedotte dalla letteratura dell’epoca di realizzazione (inizio anni 1930), e sono state identificate come barre di armatura liscia in acciaio dolce (con un valore di fyk = 2300 𝑑𝑎𝑁 / cm2 ed un carico di rottura compreso tra 4200 e 5000 𝑑𝑎𝑁 / cm2).

      Per caratterizzare le proprietà meccaniche della muratura si è utilizzata la tabella C.8.5.I., della Circolare 17 febbraio 2019 n. 7 della NTC2018, e tali valori sono stati inseriti nella modellazione dell’edificio con i software di calcolo strutturale.

      La muratura è in mattoni pieni con malta di calce. I valori dei moduli della muratura della tabella C.8.5.I. sono evidenziati di seguito.

      4. Analisi e livello di confidenza della struttura

      La NTC 2018 specifica, al punto §8.5.4, che è necessario associare alle analisi strutturali un fattore di confidenza FC che indichi il livello di conoscenza ottenuto sui materiali costituenti la struttura. Nella relazione tecnica, dell’analisi strutturale dell’edificio, si è specificato che il fattore di confidenza FC considerato è pari a 1,35.

      4.1 Livelli di conoscenza e fattori di confidenza (punto 8.5.4 NTC)

      Sulla base dell’analisi storico critica, della geometria della struttura dedotta dal rilievo dei danni architettonici e dal rilievo generale della struttura, ricavando i dettagli costruttivi delle strutture su cui non è stato possibile effettuare i sondaggi mediante le tecniche costruttive dell’epoca (progetto simulato) e con indagini limitate in situ sulle armature, sui collegamenti presenti e sulle murature, si è optato per il livello di conoscenza più basso, LC1, a cui corrisponde, utilizzando la tabella C8.5.IV sotto riportata, il fattore di confidenza FC=1,35.

      Non potendo eseguire ulteriori prove in ogni appartamento, per la presenza di diverse proprietà private, ed eseguendo un sopralluogo mirato su molti appartamenti, il progettista ha verificato che la loro tipologia strutturale è tutta similare a quella della zona in cui sono stati eseguiti i sondaggi e ha confermato la scelta del fattore FC per un livello di conoscenza LC1, indicato nella tabella C.8.5.IV della Circolare NTC18.

      5. Inquadramento dell’intervento

      È necessario inquadrare, l’intervento da eseguire, all’interno delle categorie indicate nella normativa. Il progettista ha evidenziato che il suo intervento non ricade nella categoria di adeguamento e specifica, inoltre, che l’intervento strutturale è studiato nel rispetto delle Linee Guida FAQ dell’Ordine degli ingegneri di Milano. Questi interventi strutturali sono molto diffusi a Milano e le linee guida FAQ definiscono, in modo più specifico, in quale tipologia di intervento ricadono.

      5.1 Inquadramento dell’intervento secondo le NTC 2018 e FAQ

      Le NTC 2018 catalogano gli interventi sulle costruzioni esistenti in 3 categorie:

      1. Riparazione o intervento locale (8.4.1);
      2. Intervento di miglioramento (8.4.2);
      3. Intervento di adeguamento (8.4.3).

      Per verificare la tipologia di intervento, in cui le opere in progetto vanno a ricadere, si riporta un estratto della norma per la quale è obbligatorio definire l’intervento come adeguamento:

      1. “sopraelevare la costruzione”;
      2. “ampliare la costruzione mediante opere ad essa strutturalmente connesse e tali da alterarne significativamente lo risposta”;
      3. “apportare variazione di destinazione d’uso che comportino incrementi dei carichi globali verticali in fondazione superiori al 10% volutoti secondo la combinazione caratteristica di cui alla equazione 2.5.2 del §2.5.3, includendo i soli corichi gravitazionali”;
      4. “effettuare interventi strutturai volti o trasformare la costruzione mediante un insieme sistematico di opere…”;
      5. “apportare modifiche di classe d’uso che conducano a costruzioni di classe III ad uso scolastico o di classe IV”;

      Oltre alla normativa nazionale sono state utilizzate le linee guida FAQ dell’Ordine degli ingegneri della Provincia di Milano, che affermano quanto segue:

      Indipendentemente dal tipo di intervento che si andrà ad effettuare, la modellazione iniziale risulta essere la medesima (modello sismico globale nella situazione esistente, modello sismico globale dell’unità strutturale nella situazione in progetto, verifica delle strutture esistenti nella porzione interessata dall’intervento e verifiche delle nuove strutture).

      Indipendentemente dalla categoria di intervento da eseguire, secondo le FAQ, le verifiche, che devono essere effettuate, sono le medesime.

      Si mostrano, per un confronto, i disegni architettonici presentati per descrivere la situazione esistente e quella di progetto con i classici retini gialli e rossi. La zona di intervento è quella indicata in pianta con rettangolino rosso e, come si può verificare, non si è progettato di sopraelevare la costruzione. I criteri delle FAQ, infatti, definiscono che, in questo caso, non è sopraelevazione perché, come si può vedere nella figura a lato della pianta, l’unità strutturale esistente ha già un’altezza di colmo maggiore rispetto a quella ottenuta con il recupero del sottotetto.

      La situazione esistente da demolire è indicata con il giallo e la situazione post-intervento è indicata in rosso:

      6. Modellazione dell’edificio

      Successivamente, si sono realizzati sia un modello globale coerente con la situazione esistente sia un modello globale coerente con la situazione in progetto, utilizzando il software 3Muri Project di S.T.A. DATA.

      Ovviamente, si è proceduto alla realizzazione di un progetto simulato per le proporzioni di unità strutturale in cui non si avevano delle caratteristiche definite con i sondaggi effettuati in situ.

      Per tale verifica è stata utilizzata un’analisi statica non lineare, dato che la struttura esistente è prevalentemente in muratura.

      La copertura della struttura esistente è stata modellata solamente nella porzione di fabbricato in cui si eseguono le opere di intervento, mentre per le restanti porzioni della struttura, la copertura, è stata inserita come carico agente.

      Si può vedere, nell’immagine seguente la vista 3D del modello globale pre-intervento e, nell’immagine a destra, la pianta esistente del solaio del sesto orizzontamento su cui si è eseguito l’intervento.

      Immagine che contiene testo  Descrizione generata automaticamente

      Si mostra ora, la situazione in progetto nel modello globale 3D post-intervento e la nuova pianta:

      Come si può vedere, verrà realizzata una struttura a telaio di tipo leggero in acciaio, principalmente, per due motivi: il primo motivo è quello di ottenere una nuova struttura con un minor carico sulla struttura esistente, il secondo motivo è quello di avere facilità di posa.

      Si è, poi, scelta questa soluzione per aggirare la problematica di approvvigionamento del materiale edile a quelle altezze e, soprattutto, in quella zona del centro di Milano.

      7. Analisi statica non lineare dell’edificio

      Si sono effettuate, quindi, l’analisi statica non lineare sia nella situazione pre-intervento, cioè esistente, sia per quella di progetto. Si è quantificata, nelle due situazioni, la risposta sismica globale e qui si mostrano, tali risultati, espressi in scala cromatica.

      Si può vedere che, strutturalmente, l’edifico, già nella situazione esistente, non aveva delle problematiche, anche se le travi in c.a. risultavano molto esili. Sulle murature, solamente nelle parti superiori, si sono evidenziate alcune problematiche dovute a questi muri realizzati con dei mattoni forati.

      8. Confronto della risposta sismica dell’edificio pre e post intervento

      Successivamente, confrontando i due modelli, si è verificato il cambiamento della risposta sismica globale dell’edificio. Sono stati ricavati i grafici che confrontano le verifiche della situazione esistente e in progetto in tutti gli stati limite: SL della vita, SL di danno, SL di collasso e SL operativo.

      Come si può vedere, queste nuove opere in progetto, non vanno a peggiorare la risposta sismica dell’edificio e, in alcuni casi, possono anche migliorarla perché, ovviamente, la copertura esistente risulta molto spingente e, invece, la copertura ristrutturata, come da progetto, fornisce una rigidità maggiore in quella porzione di edificio.

      Nello step successivo, si è valutata la variazione del carico trasmesso in fondazione nell’unità strutturale nella situazione esistente ed in progetto, sempre con l’ausilio del software 3Muri.

      In 3Muri si sono effettuate le seguenti due verifiche delle fondazioni:

      1. al di sotto delle murature, quindi, nelle fondazioni continue;
      2. al di sotto dei pilastri, quindi, nei plinti.

      Ovviamente, al di sotto della muratura la variazione di carico è praticamente nulla, mentre nei plinti, e soprattutto in quelli interessati dalle nuove opere, vi è una variazione di carico ma, tale variazione, come è possibile vedere nella tabella al fondo dell’immagine precedente, è inferiore al 10% del carico statico presente prima della realizzazione delle nuove opere.

      9. Analisi del telaio in acciaio

      Successivamente, dopo aver fatto delle verifiche globali della struttura mista, con 3Muri, sono state eseguite le verificate delle sezioni in acciaio delle strutture del telaio, ossia le sezioni IPE di travi e pilastri e le sezioni degli elementi in acciaio di rinforzo degli elementi in c.a. esistenti.

      Per le verifiche di questi elementi in acciaio, si è utilizzato il software AxisVM.

      Le due immagini tridimensionali, nella figura seguente, mostrano la vista 3D del telaio in acciaio scelto e il modello 3D della tipologia di collegamenti tra le aste in acciaio.

      Tale modello è stato verificato con un’analisi dinamica lineare con le sollecitazioni agenti sulla porzione in c.a. precedentemente analizzata in 3Muri Project.

      Nella seguente immagine, si mostrano le sollecitazioni che agiscono sulla struttura in acciaio secondo la combinazione allo SLU.

      Tale struttura in acciaio è stata vincolata senza incastro alla base per non far sparire degli sforzi di momento sulla muratura esistente e sugli orizzontamenti esistenti.

      L’altra peculiarità, che si può osservare, è che la parte anteriore inclinata è stata vincolata con un semplice appoggio ed è realizzata architettonicamente a sbalzo. In quella posizione planimetrica, prima dell’intervento, vi era una muratura che scaricava il carico su una trave in cemento armato e non direttamente in fondazione. Nel progetto di intervento si è scelto di inserire, in tale posizione, dei pilastri in acciaio al di sopra della trave esistente in c.a. e si è studiato opportunamente il rinforzo di tale trave.

      Infine, la chiusura perimetrale del sottotetto è stata realizzata posizionando in modo inclinato, in semplice appoggio, le travi IPE a sbalzo sui pilastri in acciaio.

      Si mostrano i risultati ottenuti, in scala cromatica, delle verifiche di efficienza delle sezioni in acciaio del telaio.

      Si è verificata l’efficienza dei profilati sia allo stato limite ultimo sia allo stato limite di esercizio comparando una caratteristica meccanica dei profilati con quella ricavata ponendo uno degli spostamenti verticali pari a 1 / 250 L e uno degli spostamenti orizzontali pari a 1 / 250 H, dove L è la luce della trave e H è l’altezza d’interpiano. Infine, si è ricavata l’efficienza globale della struttura in acciaio in progetto nella situazione definitiva dei profilati.

      10. Analisi dei nodi in acciaio

      I nodi in acciaio sono stati verificati con il post processore di AxisVM e poi confrontati con i fogli di calcolo SAITU preparati da S.T.A. DATA.

      11. Analisi statica delle strutture esistenti in c.a.

      Successivamente, sono state eseguite, in AxisVM, le verifiche delle armature delle strutture in cemento armato esistenti.

      I solai esistenti, nelle porzioni interessate, non avevano le caratteristiche idonee di portata per un solaio residenziale di 200 kg / m2 e, quindi, sono stati sottoposti ad intervento e alle verifiche strutturali delle armature progettate per tale rinforzo.

      I solai sono stati rinforzati mediante l’inserimento dei connettori e con un getto integrativo di calcestruzzo alleggerito. Le loro verifiche strutturali sono state eseguite con degli algoritmi su fogli Excel.

      La trave principale T601, che si può vedere nella precedente immagine, è stata anch’essa verificata inserendo le caratteristiche di materiali prima descritte. La verifica a momento non risultava soddisfatta e, quindi, si è deciso di aggiungere un’armatura superiore con dei tondini di diametro φ16 mm. La verifica è stata superata utilizzando la stessa resistenza meccanica dell’acciaio esistente e, dunque, ampiamente verificata sapendo che le nuove armature hanno delle caratteristiche meccaniche decisamente migliori rispetto a quelle esistenti.

      12. Fasi di esecuzione dell’intervento

      Si mostra una documentazione fotografica delle fasi di esecuzione.

      Come si può vedere, per la prima fase, è stato effettuato un rinforzo dei solai e delle travi, un nuovo raccordo in calcestruzzo al di sopra della soletta stessa ed è stato realizzato un piccolo balcone a sbalzo sempre in calcestruzzo alleggerito.

      Per l’esecuzione del rinforzo dei solai è stato permesso, dal proprietario dell’appartamento al di sotto dello stesso, il puntellamento del solaio dalle fasi di getto fino al completo indurimento.

      Nell’ultima foto a destra, della precedente immagine, si mostra come è stato realizzato il rinforzo della trave principale T601, dove poi sono stati appoggiate le strutture del telaio in acciaio progettate per il recupero del sottotetto.

      Nella immagine seguente, possiamo vedere una documentazione fotografica del telaio in acciaio.

      Esse sono abbastanza semplici perché si sviluppano planimetricamente su un unico piano e, soprattutto, perché sono state scelte per essere le più leggere possibili, per evitare di aumentare molto i carichi agenti sulle strutture sottostanti.

      Si mostra, nella foto a destra, che la parte inclinata non è appoggiata direttamente sul solaio di calpestio ma è appoggiata su una colonna che è appoggiata su una trave principale in acciaio. Le travi portanti in acciaio sono state appoggiate sui pilastri in c.a. esistenti che corrono fino in fondazione.

      Per un fattore di sicurezza, la nuova struttura è stata appoggiata su una struttura portante esistente che arriva diretta fino in fondazione.

      Come si può vedere, questo è il risultato finale del recupero di questo sottotetto.

      Nell’immagine a destra, si vede che l’intervento ha ripreso l’aspetto architettonico dell’andamento della struttura inferiore e, per questo, sono state inserite delle finestrature con le dimensioni simili a quelle esistenti.

      Nella foto centrale si mostra che l’andamento della nuova copertura ricalca quello della copertura dell’edificio adiacente.

      13. Verifica statica del ponteggio

      In un cantiere ci sono anche le peculiarità legate al ponteggio e nella seguente immagine si mostra la soluzione studiata per il ponteggio usato e il suo modello virtuale creato in AxisVM.

      In questo cantiere vi era la problematica legata all’impossibilità di installare nel cortile interno un ponteggio con annesso montacarichi per portare tutto il materiale nella zona di lavoro. Il cortile interno è privato e non è stato concesso il permesso per realizzare il ponteggio all’interno di esso. Per ovviare a tali problematiche, è stato realizzato il ponteggio in strada ad uso castello di salita fino al cantiere del sottotetto e, su di esso, è stato fissato un montacarichi di servizio. Si è realizzata una passerella a sbalzo verso Ia struttura oggetto di intervento.

      Per le verifiche statiche, della struttura del ponteggio fuori standard con sbalzo frontale, si è creato un modello virtuale con aste in acciaio in AxisVM.

      Sono state effettuate tutte le analisi allo stato limite ultimo e di esercizio e il software ha redatto la relazione tecnica del ponteggio per tutte le verifiche eseguite.

      Nell’immagine successiva si mostrano le foto di questo ponteggio realizzato in strada con il montacarichi di servizio.

      Si precisa che, nelle immagini il ponteggio non era ancora finito ma in corso di realizzazione. Tale struttura ha permesso alla ditta esecutrice di poter lavorare sicuramente in modo più agevole e senza creare troppo disturbo ai condomini che vivevano al di sotto della struttura oggetto del cantiere.

      14. Conclusioni

      L’intervento, oggetto di studio, ricade all’interno delle FAQ del Comune di Milano e della norma nazionale avendo tutti i presupposti indicati in tale documento.

      Tali opere sono state realizzate come intervento locale anche se potevano essere impostate come intervento di miglioramento. Il confronto con i tecnici del Comune di Milano è stato utile e chiarificatore perché essi hanno confermato che rientrava nei requisiti di intervento locale.

      Si sottolinea che tutte le verifiche eseguite sono indipendenti, come già detto precedentemente, dalla tipologia di intervento da realizzare, ossia se l’intervento è di tipo locale, di miglioramento o di adeguamento.

      Ringraziandovi per l’attenzione si ricorda che per qualsiasi tipo di richiesta di chiarimento e di osservazione l’ingegnere Matteo Stanzani è disponibile a rispondere presso il suo Studio d’Ingegneria Stanzani a Valdilana (BI).

      https://stadata.com/wp-content/uploads/2023/11/cropped-view-of-the-building-after-the-earthquake-2022-07-12-14-49-11-utc.jpg 960 1440 S.T.A. DATA srl https://stadata.com/wp-content/uploads/2023/10/logo-stadata.png S.T.A. DATA srl2024-09-09 11:30:002024-07-30 16:50:47Case-history: Recupero di sottotetto in edificio condominiale

      Case-history: Progetto di fondazioni profonde, modellazione e verifica di pali di fondazione con AxisVM

      2 Settembre 2024/in News/da S.T.A. DATA srl

      Il progetto delle fondazioni di tipo profondo è esposto dall’ing. Davide Tonelli. Il professionista illustra, cortesemente per S.T.A. DATA, le procedure seguite per la progettazione delle fondazioni con micropali, per un nuovo edificio in adiacenza ad uno esistente, con l’ausilio del modulo dedicato del software di calcolo strutturale AxisVM.

      L’ingegnere esercita la sua attività nella Maremma del sud, in Toscana, e progetta le ristrutturazioni di casolari in campagna dalle fondazioni fino al completamento della sovrastruttura.

      1. Inquadramento Intervento

      Il casolare si trova a Sassofortino nella frazione di Roccastrada in provincia di Grosseto. La ristrutturazione in esame ha considerato vari aspetti come quello dell’integrazione della struttura con il paesaggio suggestivo. L’edificio si trova sul versante collinare del Golfo di Follonica con la visuale completa sul Mar Tirreno e, nei giorni migliori, il panorama offre anche la visuale dell’isola d’Elba e dell’isola del Giglio.

      In aggiunta ai requisiti statici, l’intervento ha rispettato il contesto paesaggistico-ambientale e, contestualmente, anche il modello immaginato e desiderato del cliente.

      In questo caso, infatti, è stato chiesto di mettere in sicurezza il casolare esistente e di costruire un suo ampliamento, verso la valle con la bella vista, demolendo una terrazza esistente.

      La nuova volumetria è in aderenza all’edificio esistente e non deve ledere la sua statica. L’edificio esistente si mostra prono alle lesioni a causa di carenze fondali sul lato valle e, quindi, è stato necessario progettare la consolidazione delle sue fondazioni.

      Nella prima immagine a sinistra si mostra la linea dei pali di valle e nella successiva si mostra, invece, la linea di pali di monte.

      In quest’ultima foto si nota che la ditta esecutrice ha lasciato i pali un po’ troppo corti e, quindi, è stato necessario realizzare un’imposta del solaio di calpestio a livello più basso di 9 cm e, poi, un rialzamento del piano finito del solaio con un isolante per raggiungere la quota dell’edificio esistente e un prolungamento di 10 cm dei pilastri.

      Progetto d’intervento

      Si mostra un inquadramento d’insieme dell’intervento nella seguente pianta delle fondazioni.

      Tutti i micro pali hanno lo stesso diametro di 180 mm, la stessa armatura, che è un tubolare di acciaio S355 con diametro esterno 88.9 mm e con spessore di parete 8 mm. Il pallino nero, in figura, indica i micropali di lunghezza 7.5 m, il pallino con reticolo a maglia quadrata indica un palo di lunghezza 6 m, il pallino con il tratteggio indica un palo di 4 m e infine il pallino senza campitura indica il palo più corto di lunghezza 3 m e con asse inclinato.

      I pali più lunghi sono sempre posizionati in prossimità dei pilastri del casolare perché sono caricati dal piano di calpestio e dalla copertura, che è praticabile. I pali lunghi 6 m sono posizionati sul lato verso monte, quelli lunghi 4 m sono posizionati sul lato verso valle, mentre quelli più corti sono posizionati nell’angolo della superfetazione adibita a bagno e servono per consolidare un problema fondale localizzato. I problemi riscontrati in tale lato sono dovuti al dilavamento da acque piovane. L’inclinazione dei pali più piccoli è dovuta a problemi tecnici di realizzazione perché la gronda di questa veranda è alla stessa quota della colonna della trivella e, quindi, a causa dell’interferenza reciproca si è dovuto procedere in tal modo.

      I cordoli di unione della parte sommitale dei pali sono presenti su tutti i 4 lati dell’edifico e anche al centro della planimetria in direzione B-B.

      Si mostrano nella seguente immagine i risultati delle indagini geologiche e geotecniche. Sono state condotte sia delle indagini CPT che delle DPSH.

      Le CPT non sono state ritenute interessanti perché si interrompevano a 4 m in ragione di un disancoraggio del macchinario. Le DPSH sono risultate interessanti in quanto si spingono fino ad una profondità non necessaria di 10 m.

      La DPSH1 è fatta a Nord per due fabbricati nuovi ma non sono di interesse per il progetto, mentre solo la DPSH2 è di rilievo. Il terreno è un suolo a grana fine a prevalenza argillosa con inclusioni di limo e sabbia. La matrice è a grana fine a compagine mediamente consistente, come si vede dai valori NSPT. In tabella il codice NPDM indica N30 e, quindi, è ricavata scartando i colpi dei primi 15 cm, sommando i colpi necessari a generare l’avanzamento della punta per i successivi 30 cm.

      Il fattore di correlazione NSPT è 1.17 ed è specifico della macchina usata per questa prova. Nella colonna NSPT, della tabella, si trovano i valori medi relativi allo strato di riferimento, indicato nella prima colonna, e sono ottenuti dalla moltiplicazione dei valori NPDM per il coefficiente 1,17.

      Si sono ottenuti i seguenti valori di NSPT: il range 4-7 per i terreni di origine vegetale-argillosa, poi un incremento del valore a 22 per lo strato con l’inclusione di sabbia per 0.9 m, successivamente 9.49 per un’argilla limosa e, infine, un miglioramento a 15.21 per lo strato con un po’ di sabbia.

      2. Modellazione

      Si mostra come viene modellato l’intervento analiticamente e numericamente. Si procede creando un modello della struttura portante, in c.a., dalle fondazioni alle travi del tetto in AxisVM.

      La struttura fuori terra non interessa ma deve necessariamente far parte del modello e, dunque, viene modellata con 4 pilastri e 4 travi.

      La struttura della fondazione con i micropali è, invece, di interesse e viene modellata con aste cilindriche, di diametro 180 mm, e coronate in testa con i cordoli in c.a., di dimensioni 40 cm di base e 50 cm in altezza. Nella precedente immagine è presente uno schema con cordoli non aggiornati alle dimensioni citate.

      È interessante notare come è modellata l’iterazione suolo-struttura in AxisVM. Le linee tratteggiate dei pali indicano la definizione manuale dei moduli di resistenza alla Winkler. Le rigidezze assiali alla punta dei pali sono indicate simbolicamente con 3 aste sottostanti i pali. Nella seguente immagine si mostra la teoria usata per il calcolo di questi parametri.

      Ai punti 8.2.4.1 e 8.2.4.2 si mostrano le equazioni per calcolo del coefficiente di Winkler alle azioni orizzontali e verticali rispettivamente. Le azioni verticali si differenziano in azioni derivanti dalla resistenza opposta dell’attrito laterale del fusto del palo e dalla resistenza offerta dalla portanza alla punta del micropalo, che notoriamente non è molto alta per essi.

      La teoria, ancora oggi valida, è la formulazione di Matlock & Reese del 1956 per il calcolo del coefficiente di Winkler alle azioni orizzontali. Il modulo delle azioni orizzontali 𝑘ℎ è funzione della profondità 𝑧𝐺,𝑝𝑎𝑙𝑜 del baricentro del palo o della porzione di palo che stiamo modellando. Infatti, si prende il valore della mezzeria del palo, se si fa una media ponderata dei valori su tutta l’altezza del palo, oppure si calcola 𝑘ℎ per ogni tratto, se si considera la mezzeria di ogni singolo tratto di palo. In questo progetto, si è scelto di usare il primo approccio e si è usato un valore uniforme di 𝑘ℎ su tutto il palo. Il coefficiente 𝑛ℎ è un parametro tabellare e, per le argille normalconsolidate NC, vale 2.5 𝑐𝑚3.

      Per le resistenze verticali si usano le formule indicate e si osserva che, nell’immagine del paragrafo 8.2.4.2, il modulo per la resistenza laterale 𝑘𝑠 è erroneamente indicato come 𝑘ℎ. La portanza laterale lungo il fusto 𝑘𝑠 è calcolato con il coefficiente di profondità delle deformazioni 𝜁, calcolato in funzione del raggio di estinzione delle deformazioni 𝑟𝑚. Tale parametro è il corrispettivo del bulbo delle tensioni per una fondazione superficiale e può, quindi, essere considerato il bulbo delle tensioni per una fondazione profonda. Esso fornisce un’idea di quanto disturbo reca il palo al terreno circostante e di conseguenza anche quanto sarà cedevole.

      La rigidezza assiale alla base è espressa con 𝑘𝑏 con la formula indicata nella precedente figura. In EXCEL è stata realizzata una tabella con tutte queste formule per i pali di monte e per i pali di valle.

      Il palo di lunghezza 7,5 m compare sia a monte che a valle perché cambiano le condizioni di infissione. Si può osservare che la lunghezza efficace 𝑙𝑒𝑓𝑓 a monte coincide con tutto il palo, in quanto il palo è tutto completamente infisso. A valle la lunghezza 𝑙𝑒𝑓𝑓 è 5.90 m perché l’ingegnere non ha ritenuto opportuno considerare sia la porzione di palo fuori terra, di 70 cm, sia i primi 90 cm di palo infisso per le condizioni geologiche del sito con terreno vegetale.

      Si osserva, in tabella, il calcolo dei parametri di resistenza alla Winkler 𝑘𝑠 e 𝑘ℎ, con le loro unità di misura, forza diviso la lunghezza al quadrato, e poi il modulo di rigidezza alla punta 𝑘𝑏, che è una forza diviso la lunghezza.

      Si sono implementati questi valori nel software di calcolo AxisVM.

      La rigidezza alle azioni verticali 𝑘𝑠 è riportata fedelmente nella colonna rossa 𝑅𝑥 dato che, in AxisVM, l’asse verticale dei pali, nel riferimento locale, è l’asse X.

      Il modulo di reazione alle azioni orizzontali 𝑘ℎ è diviso nelle due componenti di simmetria polare ed è riportato nelle 2 colonne blu nelle direzioni Y e Z.

      Il modulo 𝑘𝑏 viene riferito agli assi globali, quindi, in direzione Z verticale.

      I carichi

      Si illustrano i casi di carico considerati nella seguente tabella.

      Il peso del muro (vuoto per pieno):

      La costruzione esistente presenta lato valle un muro in pietra di spessore 55 cm ed altezza media 5.80 m (fig.1), la cui densità è stimata in 22 kN / 𝑚3.

      Nella pianta delle fondazioni, vista all’inizio, si è spiegato che queste fondazioni portano il carico dell’ampliamento e consolidano anche l’edificio esistente e per questo, nella tabella precedente, si mostra nella IV colonna, sulla riga del carico permanente portato 𝐺2, il peso del muro dell’abitazione esistente come un carico lineare di 70 𝑘𝑁 / 𝑚.

      Tale carico 𝐺2 si ritrova nel modello di calcolo indicato nella figura a lato.

      Sul cordolo lato monte, inoltre, gravano ulteriori 70 𝑘𝑁 / 𝑚 dovuti all’abitazione esistente, che il cliente intende consolidare tramite questo intervento a carattere molteplice e promiscuo.

      Carico sismico

      L’edificio è a Sassofortino e la regione Toscana è nella zona sismica 3. La sismicità, quindi, è medio bassa. Si mostrano le scelte progettuali per il carico sismico.

      La Regione Toscana ha fatto una normativa ulteriore che suddivide la zona 3 in 3 categorie a-b-c in cui la a è più sismica. L’edificio ricade in categoria c, quindi, poco sismica.

      La categoria del sottosuolo è la C e la categoria topografica è T1.

      La struttura fuori terra viene dimensionata come tipologia dissipativa in classe di duttilità B.La figura seguente mostra il grafico degli spettri di risposta di progetto Sd(T) allo SLV ed allo SLD, rispettivamente, corrispondenti alle ipotesi sopra menzionate.

      L’ingegnere ha scelto, quindi, un fattore di comportament o q = 2,5 anche se potevo prendere un fattore 3.3 che è il limite superiore.

      Immagine che contiene testo  Descrizione generata automaticamente

      Il progettista ha scelto qd = 2.5 perché, guardando il grafico con gli spettri, ha preferito collocare il plateau dello spettro SLU alla stessa ordinata del plateau dello spettro SLD e non al di sotto di quest’ultimo per non avere problematiche di nessuna specie.

      La scelta di posizionare il plateau SLV non più in basso dello SLD è finalizzata per creare una struttura che non si potesse potenzialmente danneggiare sensibilmente già per azioni di livello dello SLD. Il progettista, quindi, ha ridotto il valore del fattore di comportamento q al limite per il quale il plateau degli spettri di risposta allo SLV e SLD coincidono, ossia circa Sd = 2 m / s2 come si legge sul grafico.

      3. Analisi

      Si mostrano rapidamente i parametri di calcolo dell’analisi modale.

      Nella tabellina seguente si mostra una sintesi delle masse partecipanti dell’analisi modale e si vede che in X ci sono 2 modi principali e in Y ci sono 2 o 3 modi principali.

      Si è scelta l’opzione che tutte le masse sono concentrate e non è stata effettuata la riduzione della rigidezza. In AxisVM bisogna fare due modelli distinti, ossia un modello per i carichi sismici e un modello per i carichi verticali, in quanto per le azioni sismiche non viene gestita la fessurazione e, quindi, la rigidezza ridotta. Per le analisi allo SLU la fessurazione è considerata e, quindi, se si ha la convinzione che non cambi molto per la sicurezza dell’edificio, come in questo caso, non si riduce la rigidezza e la si può considerare al 100%.

      Nelle seguenti immagini si osserva un excursus delle forme modali che caratterizzano questo modello.

      Come si poteva immaginare, il primo modo è prevalente in direzione X per l’intera costruzione, cioè per tutta la parte in elevazione e per la porzione di fondazione che resta fuori terra lato valle.

      Si osserva, poi, che tutti gli altri modi hanno degli accoppiamenti anche rotazionali tra X e Y.

      4. Sintesi Risultati

      Si mostrano i risultati delle caratteristiche della sollecitazione calcolate dall’inviluppo SLU statico e SLV sismico per i pali di fondazione.

      La componente di sollecitazione più importante è Nx in direzione assiale sotto inviluppo SLU e SLV. Si osserva appunto che c’è una sostanziale uniformità di carico sia sui pali da 7,5 m sia sui pali di 6 m lato monte e, quindi, si ha una variabilità molto contenuta, che va dai 130 kN ai 110 kN. Il lato valle è, ovviamente, molto più scarico, e quindi, si ha massimo 90 kN per i pali lunghi e 60 kN per i pali corti perché manca il carico di 70 𝑘𝑁/𝑚.

      Nelle immagini successive, si mostrano i momenti perché interessano unicamente per verificare l’armatura del micro palo. Si ha 6,5 𝑘𝑁𝑚 in una direzione e quasi 10 𝑘𝑁/𝑚 nell’altra direzione.

      Si mostrano i tagli per completezza anche se di scarsissimo interesse.

      5. Verifiche

      Le verifiche più importanti, in questo caso, sono innanzitutto le verifiche geotecniche. Si illustra ora come si è proceduto.

      Per quanto riguarda la modellazione alla Winkler per l’interazione suolo-struttura, il progettista, anche in questo caso, ha ritenuto semplice e opportuno ragionare sull’intera lunghezza del palo scegliendo di ponderare le caratteristiche geotecniche degli strati, che il palo attraversa, lungo tutta la lunghezza del palo.

      Si è calcolato, nel riquadro blu, il valore N30 e non Nspt, come scritto nella figura.

      Il valore indicato, nel riquadro blu, è un valore non fattorizzato con il fattore 1.17, tipico della macchina che ha eseguito la prova. Tale valore N30 è stato riportato per i pali di varia lunghezza:

      • ad un palo lungo 4 m, quindi lato valle, corrisponde un N30 medio di 9,2.
      • ad un palo di lunghezza 6 m, quindi lato monte, corrisponde N30 medio di 8,9.
      • ad un palo di 7,5 m, quindi in entrambi i casi a monte e a valle, corrisponde un N30 di 8,6. A rigore, si deve prendere il minore di questo range di valori [8,6 – 8,9 – 9,2], moltiplicarlo per quel fattore di correlazione 1,17 e ottenere il valore Nspt medio di calcolo da utilizzare per la verifica di questi micropali.

      Il valore ottenuto è 10 e il progettista, tuttavia, in ragione della limitatezza delle indagini geotecniche condotte e, comunque, per cautelarsi in generale ha utilizzato il valore di 8,5 al posto di 10. Si procede con il calcolo della portanza dei pali.

      Incredibilmente, ancora oggi la portanza si calcola come si calcolava circa quarant’anni fa, cioè come indicato in questo l’articolo di Michel Bustamante e Bernard Doix, che all’epoca operavano presso l’Ècole Nationale des Pont et Chaussèes di Parigi.

      Essi hanno elaborato questo metodo, molto semplice e di fatto efficace, per la valutazione della portanza di micropali e tiranti, che sono sostanzialmente equiparati da un punto di vista del calcolo.

      La portanza, quindi, è data dalla resistenza laterale del palo, quindi la superficie laterale (𝜋𝐷𝑠𝐿𝑠), moltiplicata per questo fattore fondamentale 𝑞𝑠 , che è la resistenza allo scorrimento o se si vuole la tensione tangenziale limite che si sviluppa sulla superficie laterale del palo tra questa e il terreno.

      Gli ingegneri francesi, oltre a definire la formula, hanno definito degli abachi importanti che correlano questa tensione tangenziale limite alle indagini eseguite in situ in funzione del tipo di terreno. Questo grafico, quindi, è relativo ad argille e limi con l’indagine di riferimento che può essere di due tipi: la SPT, che è quella utilizzata dal progettista in questo caso studio, o l’indagine della pressione 𝑝𝑙 , che è la pressione limite del terreno ricavata con il pressiometro Menard, di scarsa utilizzabilità in Italia anche se ci sono delle correlazioni empiriche tra le misure 𝑝𝑙 e le CPT del penetrometro Pagani.

      L’ing. Tonelli ha preferito usare la scala delle SPT per evitare incertezza di calcolo nelle conversioni empiriche.

      In riferimento ad un valore SPT di 8,5 si verifica che il sito ricade nell’ambito di argille mediamente consistenti, a conferma di quanto detto precedentemente.

      Le 2 curve AL1 e AL2 sono relative al tipo di micropalo, quindi, al tipo di esecuzione del micropalo. AL2 si riferisce al micropalo di tipo IGU, quindi con iniezione effettuata in unica soluzione in pressione e non per gravità.

      AL1 si riferisce al micropalo realizzato con iniezioni di malta a pressione superiore a quella degli IGU e fatta in maniera ripetuta e simultanea.

      Sostanzialmente, si parla di tipologie di micropali che hanno una conformazione geometrica diversa. Il primo caso, AL2, è un cilindro con una certa sbulbatura rispetto al diametro nominale del foro e tale sbulbatura viene indicata da Michel Bustamante e Bernard Doix in circa il 10-15% nelle argille. L’altra tipologia, AL1, ottiene un palo con plurime sbulbature lungo tutta l’estensione del fusto con la chiusura di tutti i vuoti esistenti nel terreno e con la malta che si incunea nei vari anfratti esistenti oppure creati in ragione della pressione di iniezione. Tale palo, quindi, genera una portanza superiore, come si osserva, con la sua curva AL1 molto più alta, perché con lo stesso SPT si può ottenere 15 kPa.

      In questo caso, si è adottata la prima tecnica e, quindi, la pressione di iniezione è compresa tra 0,5 e la pressione limite del terreno. Nella fattispecie tale pressione è all’incirca 5-6 atmosfere e si è ottenuto 65 kPa di resistenza.

      Successivamente, come si vede nella figura seguente, si implementa la formula secondo la normativa attuale sulle costruzioni.

      La resistenza di progetto, quindi, è uguale alla resistenza caratteristica, calcolata con la formuletta precedentemente vista, diviso il coefficiente di sicurezza del micropalo e anche per il coefficiente di correlazione relativo alle tipologie di indagini svolte e soprattutto al loro numero.

      In questo caso si sono svolte due indagini e la ξ, per un calcolo analitico basata su 2 indagini, è pari a 1,65. Il coefficiente di sicurezza vale 1,35 alla base per la portanza alla punta e 1,15 per la portanza sulla superficie laterale. Come visto in precedenza, la portanza per la superficie laterale si calcola con la formula di Michel Bustamante e Bernard Doix.

      La portanza alla punta si può calcolare chiaramente con la formula dei pali oppure, più semplicemente, è prassi accettare che la resistenza alla punta è circa il 10% di quella laterale e così è stato fatto in questo caso.

      Nella tabella precedente, si sono riportati tutti valori ricavati, ossia la resistenza laterale 𝑅𝑘,𝐿, che vale 276 kN, la resistenza 𝑅𝑘,𝐵, che è 27,6 kN ossia il 10% della precedente, il diametro 𝐷0 di 18 cm, il coefficiente α di sbulbatura, che qui è assunto pari a 1 anche se Bustamante e Doix lo considerano compreso tra [1,1 – 1,2].

      Tale scelta, per il coefficiente α, è stata presa per cautela e per consapevolezza che alcune ditte esecutrici potrebbero essere piuttosto poco professionali nell’ eseguire il getto con la pressione corretta. Il getto in questo caso, infatti, è stato iniettato con una minima pressione della malta al fondo del foro e, quindi, non può senza dubbio attingere alla resistenza dello sbulbamento relativo a un micropalo gettato in pressione.

      Nella tabella precedente, 𝐷𝑠 è il diametro di risulta e coincide con quello nominale, poi l’altezza H è 7,5 m perché si è considerato l’esempio di un palo di lunghezza 7,5 m di monte, in quanto la lunghezza fuori terra è nulla.

      Se fosse stato considerato un palo a valle allora ci sarebbe stata anche un’altezza fuori terra.

      Si è inserita la tensione superficiale 𝑞𝑠 di 65 kPa e poi si sono calcolati i valori di resistenza laterale di progetto, la resistenza laterale caratteristica, la resistenza alla base di progetto, la resistenza alla base totale che è la somma della resistenza di progetto alla base e della resistenza di progetto laterale.

      Infine, si deve tenere conto dell’efficienza dei pali in gruppo. Questi micropali sono distanziati di almeno 80 cm e, dato che il rapporto 80/18 è superiore a 4 diametri, per parere comune in geotecnica, a questa distanza l’efficienza può essere considerata unitaria e, quindi, non c’è una riduzione di efficienza in ragione dell’effetto geometrico dell’accorpamento dei pali.

      Viene, poi, calcolato il peso del palo e sottratto alla resistenza del palo e si ottiene, quindi, che la resistenza di progetto di questo palo da 7,5 m a monte è 153 kN.

      Ricordando, come visto nell’immagine precedente, che il carico massimo agente su questo palo è di circa 131 kN dal confronto con lo sforzo resistente di 153 kN, la verifica risulta soddisfatta.

      Analogamente, sono soddisfatte anche tutte le altre verifiche anche per il caso peggiore, che si verifica per i pali di lunghezza inferiore e pari a di 6 m lato monte, dove appunto il rapporto di verifica è 0,99.

      Nella tabella seguente vengono esposte le verifiche al carico assiale citate.

      Immagine che contiene tavolo  Descrizione generata automaticamente

      Inoltre, terminate le verifiche geotecniche per le azioni verticali, si devono anche eseguire le verifiche per le azioni orizzontali. Si riporta, nella tabella seguente, i valori delle sollecitazioni considerate in tale verifica e nella figura successiva, la teoria di Bronx per i pali con rotazione alla testa impedita e infissi nel terreno coerente a grana fine.


      Nella verifica vengono considerati i 3 meccanismi di rottura, quindi, è un’analisi limite.Il primo caso è una rottura del terreno in quanto il palo è definito corto testa rigido e si disegna il diagramma di pressione limite del terreno.Il caso intermedio considera che si forma una cerniera plastica alla testa del palo ma non sul gambo. Infine, il caso del palo lungo ovvero un palo con rapporto, tra diametro e lunghezza del palo, profondamente sproporzionato a discapito del diametro.



      La portanza laterale palo D 180 mm, L 4,0 m, armato con tubo 88.9 x 8S355 , è HRD = 62,6 kN.

      Si calcolano tutte le 3 resistenze e si considera, come resistenza reale, la minore tra le 3 che è pari a 62.6 kN.

      Si osserva che, in questo caso, la resistenza alla cerniera plastica è generata nel palo soggetto ad un momento di 17,8 kNm. Sono elencate le azioni orizzontali sopportabili dal palo nell’ipotesi di palo corto, medio e lungo. Si vede appunto che questo palo, essendo molto piccolo di diametro, è senz’altro un palo lungo e la sua resistenza di progetto alle azioni orizzontali è 62,6 kN.

      Si procede confrontando tale resistenza con la richiesta di prestazione in termini di azioni orizzontali, che è data al limite della somma vettoriale dei tagli agenti in direzione Z e Y , ossia 𝑉𝑧 = 11,7 𝑘𝑁 e 𝑉𝑦 = 20,8 𝑘𝑁 . Tale somma è pari a 24 kN ed è inferiore alla resistenza. Da un punto di vista geotecnico i pali sono verificati anche alle azioni orizzontali.

      Infine, si effettuano le verifiche strutturali controllando la resistenza dell’armatura del micropalo, come si vede viene illustrata nella seguente immagine.

      La tabellina sintetizza le azioni sollecitanti massime sotto inviluppo SLU e SLV e, poi, si calcolano le resistenze. La resistenza allo sforzo assiale, la resistenza alla flessione in condizioni di plastiche e la resistenza a taglio.

      Si vede che al taglio è senza dubbio soddisfatta e, come si era previsto, non era quasi necessaria farla.

      La verifica combinata di compressione e flessione, che agiscono in contemporanea, ovvero la tensione di tipo sigma, anche in questo caso è verificato.

      6. Conclusioni

      Con queste ultime verifiche si conclude l’illustrazione della progettazione dell’intervento. Si è spiegato come progettare le fondazioni profonde con AxisVM. Il progetto passa, inizialmente, da un’interpretazione delle peculiarità del tipo di intervento e del sito ad un’interpretazione delle esigenze della clientela.

      Successivamente, si è realizzato un modellino numerico, che prende in conto l’interazione tra terreno e sovrastruttura con il metodo di Winkler. AxisVM, come visto, permette l’implementazione di questa procedura in maniera egregia.

      Si conduce, poi, l’analisi numerica tramite un’analisi modale con spettro di risposta. Infine, si procede con le verifiche geotecniche e strutturali. Il progettista ha condotto le verifiche geotecniche e strutturali specifiche per i micropali in AxisVM tramite l’ausilio di moduli dedicati aggiuntivi al software.

      Si ringrazia l’ing. Davide Tonelli per la cortese illustrazione sulla progettazione delle fondazioni profonde con AxisVM e per aver, gentilmente, fornito la sua disponibilità a eventuali chiarimenti sul suo intervento.

      https://stadata.com/wp-content/uploads/2024/09/unnamed.jpg 526 897 S.T.A. DATA srl https://stadata.com/wp-content/uploads/2023/10/logo-stadata.png S.T.A. DATA srl2024-09-02 12:00:002024-09-02 14:33:13Case-history: Progetto di fondazioni profonde, modellazione e verifica di pali di fondazione con AxisVM

      La strategia vincente dello scambio dei file del BIM strutturale tra i vari operatori coinvolti nel processo edilizio

      26 Agosto 2024/in News/da S.T.A. DATA srl

      Adriano Castagnone Direttore scientifico S.T.A. DATA e Presidente ASSOBIM
      Chiara Capriulo sviluppo software S.T.A. DATA

      Il BIM strutturale dà la possibilità di scambiare i modelli, dei software coinvolti, in formati condivisibili tra tutti e senza perdita di informazioni della progettazione. Esso è fondamentale per garantire l’interoperabilità tra i file degli attori del settore AEC.

      1. Bim e interoperabilità

      L’interoperabilità nel Building Information Modeling (BIM) strutturale permette la collaborazione, lo scambio di dati e di modelli di progettazione tra i vari software BIM e consente a tutti attori coinvolti nel settore dell’architettura, dell’ingegneria e della costruzione (AEC) di lavorare insieme nella progettazione, realizzazione e funzionamento di un edificio. L’interoperabilità tra i file tutela i progettisti dalla perdita di informazioni dei dati ed è fondamentale per garantire che i processi di comunicazione siano mantenuti durante tutto il ciclo di vita dell’edificio.

      Esistono diversi standard per l’interoperabilità BIM, tra cui i seguenti:

      • il formato IFC (Industry Foundation Classes) è un formato aperto e standardizzato che consente lo scambio di dati tra software BIM di diversi produttori;
      • COBie (Construction Operations Building Information Exchange) è uno standard che definisce una serie di dati per la fornitura di informazioni BIM che possono essere gestite e utilizzate dai clienti alla fine del progetto;
      • BCF (Building Collaboration Format) è uno standard che fornisce un formato per lo scambio di descrizioni e informazioni tra diverse piattaforme BIM;
      • IFD (Industry Framework for Data) è un’estensione del formato IFC e si concentra sull’identificazione dei dati specifici del settore per migliorare l’accuratezza e la completezza delle informazioni BIM scambiate.

      Alcuni degli standard chiave per l’interoperabilità BIM includono:

      • OpenBIM, che è un approccio che promuove l’uso di standard aperti e protocolli per migliorare l’interoperabilità BIM.

      Il consorzio industriale globale di settore, buildingSMART International, promuove l’approccio OpenBIM per garantire che diversi software possano lavorare insieme in modo efficiente.

      • BIM Collaboration Hub: che è una piattaforma online sviluppata da buildingSMART International per facilitare la collaborazione tra progettisti, costruttori e altri professionisti nel settore BIM.

      La piattaforma offre strumenti e servizi per facilitare lo scambio di informazioni BIM.

      2. Considerazioni sull’interoperabilità nel contesto del BIM strutturale

        L’interoperabilità è un concetto chiave nel contesto del Building Information Modeling (BIM) strutturale e si riferisce alla capacità di diverse applicazioni software e sistemi di comunicare, condividere dati e collaborare in modo efficace all’interno del flusso di lavoro BIM.

        L’interoperabilità del BIM strutturale include le seguenti caratteristiche:

        1. Standard aperti e formati di dati comuni: Adottare standard aperti e formati di dati comuni è essenziale per garantire l’interoperabilità.
        2. Collaborazione tra discipline: La progettazione strutturale spesso coinvolge diverse discipline come architettura, ingegneria strutturale e MEP (Mechanical, Electrical, Plumbing).
        3. Integrazione dei dati del ciclo di vita: l’interoperabilità dovrebbe coprire l’intero ciclo di vita del progetto, dalla progettazione iniziale, costruzione, gestione e manutenzione.
        4. Cloud Computing: l’utilizzo di piattaforme cloud può favorire l’accesso e la condivisione di dati BIM in tempo reale, facilitando la collaborazione tra team distribuiti in luoghi geograficamente differenti.
        5. API (Interfacce di programmazione delle applicazioni): le API consentono a diverse applicazioni software di comunicare tra loro. L’implementazione di API aperte può facilitare l’interoperabilità tra diverse soluzioni software BIM.
        6. BIM Level of Development (LOD): definire chiaramente il livello di sviluppo (LOD) delle informazioni all’interno del modello BIM aiuta a garantire che le informazioni siano accuratamente specificate e coerenti tra diverse fasi del progetto.
        7. Formazione e standardizzazione: la formazione del personale e la standardizzazione dei processi sono cruciali per garantire che tutti i membri del team siano in grado di utilizzare efficacemente le funzionalità di interoperabilità offerte dalle diverse piattaforme software.

        3. Formato IFC

          Il formato IFC è un formato ampiamente diffuso nel BIM strutturale.

          Si elencano alcuni punti chiave relativi all’interoperabilità BIM strutturale del formato IFC:

          1. Standard Aperto IFC è uno standard aperto per lo scambio delle informazioni di un progetto tra software BIM. È gestito dall’International Alliance for Interoperability (IAI), ora parte di buildingSMART International. Esso è sviluppato e gestito da buildingSMART International, che è un consorzio industriale e, dunque, il formato IFC non è legato a un particolare fornitore di software e può essere utilizzato da diversi attori nel settore edilizio.
          2. Rappresentazione 3D: IFC consente la rappresentazione tridimensionale di informazioni strutturali di elementi come pilastri, travi, pareti, solai e altri componenti strutturali.
          3. Attributi e Proprietà: IFC consente di associare attributi e proprietà agli elementi strutturali come materiali, dimensioni, resistenza strutturale e altre proprietà importanti.
          4. Scambio di Informazioni tra Software: l’utilizzo di IFC facilita lo scambio di informazioni tra diversi software BIM senza perdita significativa di dati.
          5. Integrazione con Altre Discipline: IFC consente anche l’integrazione di informazioni strutturali con altre discipline come architettura, impiantistica elettrica/meccanica e altro ancora.
          6. Scambio di Informazioni Lungo il Ciclo di Vita del Progetto: IFC è progettato per supportare lo scambio di informazioni durante tutto il ciclo di vita di un progetto, manutenzione e demolizione.
          7. Formato di File Neutrale: IFC può essere utilizzato in diversi tipi di file, inclusi IFC2x3, IFC4 e altri. I numeri di versione indicano le specifiche versioni dello standard, con miglioramenti e aggiornamenti apportati nel tempo.

          Il software di calcolo strutturale agli elementi finiti AxisVM importa ed esporta i file IFC tramite una finestra di input semplice e intuitiva. Si possono importare modelli e oggetti architettonici in formato IFC da ArchiCAD, AutoDesk, Revit Building, Nemetscheck Allplan, BoCAD e Xsteel.

          Si può esportare da AxisVM il Modello architettonico oppure solo il Modello statico e saranno incluse, nel documento IFC, le mesh di elementi finiti, i carichi, i casi di carico, i gruppi di carico e le combinazioni di carico.

          4. Formato SAF

            Il formato SAF (Structural Analysis Format) è un formato aperto e facile da usare. È stato creato da Nemetschek Group per agevolare la comunicazione dei dati delle analisi strutturali tra ingegneri strutturisti che usano software di calcolo differenti.

            Il formato SAF è basato su Excel e sviluppato per lo scambio di dati delmodello strutturale con altre applicazioni che supportano questo protocollo. Il protocollo SAF è supportato da ArchiCAD, AllPlan, SCIA e RFEM. Gli elementi importati dal file in ingresso sono i seguenti:

            • reticolari, travi, pilastri, colonne, nervature, supporti, superfici ed elementi di collegamento (cerniere, giunti);
            • sezioni trasversali;
            • rigidezze dei supporti;
            • carichi e combinazioni di carico.

            Immagine che contiene schermata, Elementi grafici, cerchio, grafica  Descrizione generata automaticamente Fig. 1 Simbolo formato SAF (Structural Analysis Format)

            Il processo di importazione ed esportazione di un file in formato SAF in AxisVM è guidato da una maschera intuitiva di impostazione del processo di importazione.

            5. Formati PDF – DXF – REVIT – Tekla Structures

            Il formato di file PDF è uno standard aperto (ISO 32000-1:2008) ed è sviluppato da Adobe Systems per rappresentare documenti in modo indipendente dall’hardware, dal software e dal sistema operativo. Grazie alla sua versatilità e alle caratteristiche di conservazione della formattazione, il formato PDF è ampiamente utilizzato per la distribuzione di documenti digitali e la presentazione di report.

            Il formato DXF è un formato di file sviluppato da Autodesk ed è uno standard aperto ampiamente utilizzato per lo scambio di dati di disegno tra diverse applicazioni CAD. I file DXF sono basati su testo ASCII (codice leggibile dall’uomo) e, dunque, si può aprire e visualizzare il contenuto del file con un editor di testo. Tali file possono essere aperti e modificati da molte applicazioni CAD diverse, inclusi software come AutoCAD, Blender, Rhino, e molti altri.

            Il formato di file associato a Autodesk Revit è il formato RVT. Questo formato di file è specifico per i progetti creati con Autodesk Revit, un software di progettazione e modellazione per il settore dell’architettura. Esso contiene tutte le informazioni relative a un progetto Revit, compresi i modelli 3D, i piani di costruzione, le viste, le impostazioni del progetto, le informazioni sui materiali, le specifiche e altro ancora. Revit è una piattaforma di modellazione Building Information Modeling (BIM), e i file .RVT contengono tutte le informazioni necessarie per supportare il flusso di lavoro BIM. Tali file sono progettati per essere compatibili con altri software Autodesk.

            AxisVM può importare i dati dei file .RVT tramite una connessione diretta a Autodesk Revit 2015 (o versioni più recenti). Questa funzione si basa sull’API di Revit che consente ad altri programmi di interrogare e modificare il proprio database. L’esportazione di file di progetto da AxisVM a Revit richiede il modulo REV, Autodesk Revit 2019 o successive. Il modello di AxisVM (l’intero modello, le parti attive o gli elementi selezionati) può essere salvato in un file con estensione ARE, leggibile da Revit dopo l’installazione di un add- on. Gli elementi esportati sono: reticolari, travi, nervature, dominii e supporti.

            Tekla Structures è un software di modellazione per il settore dell’ingegneria civile e delle costruzioni dell’acciaio e utilizza principalmente il formato di file nativo Tekla (con estensioni come .tekla, .tsep, .db1, ecc.), ma non c’è un formato di file standard conosciuto come “Tekla” come potrebbe esserci con altri software. Tekla è un’applicazione BIM e i suoi file contengono informazioni dettagliate per facilitare la collaborazione e la comunicazione tra diverse discipline coinvolte in un progetto. Tekla Structures, inoltre, supporta l’importazione e l’esportazione di diversi formati di file standard, come IFC, DWG (AutoCAD), e SDNF (Steel Detailing Neutral File), per agevolare la condivisione di dati con altri software. Tekla Structures® 2019 (e le versioni successive) supportano la connessione bidirezionale con programmi esterni. Il modulo TI dell’AxisVM può stabilire tale connessione e, quindi, è possibile scambiare i file tra i software di progettazione dell’acciaio.

            6. Conclusioni

              In sintesi, il BIM strutturale gestisce il flusso di lavoro in modo coeso, coordinato, efficace ed efficiente tra tutti i professionisti delle discipline coinvolte nel settore AEC con l’interoperabilità dei file.

              https://stadata.com/wp-content/uploads/2023/11/ruined-house-recovery-2022-11-10-18-30-03-utc.jpg 960 1440 S.T.A. DATA srl https://stadata.com/wp-content/uploads/2023/10/logo-stadata.png S.T.A. DATA srl2024-08-26 12:30:002024-07-30 16:49:44La strategia vincente dello scambio dei file del BIM strutturale tra i vari operatori coinvolti nel processo edilizio
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