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In collaborazione con la Facoltà di Ingegneria dell'Università degli Studi di Pavia, EUCENTRE e CR Soft s.r.l., ANDIL (Associazione nazionale degli industriali dei laterizi) ha sviluppato un programma di calcolo per la progettazione e verifica sismica degli edifici in muratura portante, sia ordinaria che armata, mediante analisi statiche non lineari. In questo modo vengono valutate in modo esplicito sia le richieste di deformazione che la capacità ultima di murature e di possibili elementi di diversa tecnologia (strutture miste) previsti all'interno del complesso edilizio. Dunque una descrizione più accurata del comportamento della struttura in condizioni ultime, unitamente ad una maggiore probabilità di successo della verifica di sicurezza.

Considerazioni di questo tipo sono puntualmente esplicitate nel nuovo testo delle “Norme Tecniche per le Costruzioni” (DM 14/01/2008) e, più precisamente, nella relativa Circolare di istruzioni del 02/02/2009, n.617, che recita: le strutture in muratura, essendo caratterizzate da un comportamento non lineare, risultano, in ogni caso, più significativamente rappresentate attraverso un’analisi statica non lineare. Tali vantaggi, particolarmente consistenti per la muratura ordinaria, sono rilevanti anche per la muratura armata, nella verifica della quale l’analisi non lineare può determinare impiego di minori quantitativi di armatura.

Il software: ANDILWall
ANDILWall è un software di analisi strutturale che utilizza il codice di calcolo a macroelementi SAM II (Seismic Analysis of Masonry walls) e si basa su ipotesi metodologiche proposte da G. Magenes e G.M. Calvi nel 1996. La valutazione della sicurezza viene eseguita dal programma con riferimento al comportamento sismico globale degli edifici; lo stesso può anche essere utilizzato per la verifica di costruzioni esistenti, quando la tipologia edilizia consente di applicare le ipotesi adottate nel codice di calcolo. Il solutore SAM II prevede una modellazione tridimensionale a macroelementi dell’organismo edilizio, nel quale la struttura, costituita da elementi verticali (pannelli in muratura ordinaria e/o armata, pilastri e/o pareti in c.a.) ed elementi orizzontali (travi di accoppiamento in muratura armata e non armata, cordoli e travi in c.a.), viene schematizzata come un telaio equivalente. Il software è configurato in maniera tale da gestire una progettazione a partire da uno schema strutturale “disegnato” a piani. L’input della geometria avviene mediante l’importazione dei dati da un file, generato in formato DXF, all’interno del quale l’utente ha riportato i setti murari e le aree di influenza dei solai gravanti su di essi.

Importati i vari livelli di impalcato, il programma genera un modello tridimensionale di pareti e solai, conforme al progetto disegnato dall’utente. Successivamente, è possibile assegnare ad ogni elemento una specifica caratteristica meccanica o, nel caso di solai, definire il carico gravante. Successivamente viene generato, in automatico, un nuovo modello a telaio equivalente (fig. 3b) che verrà poi verificato dal solutore SAM II per tutte le combinazioni di analisi selezionate dall’utente. In generale, per edifici non simmetrici, la normativa prevede di eseguire 16 analisi che tengano conto delle forze sismiche in due direzione ortogonali, con eccentricità positive e negative e con distribuzioni sia principali che secondarie (Gruppo 1 e 2), come indicato nella norma. Poiché il gran numero di analisi da condurre può richiedere tempi di elaborazione molto elevati, all’interno del programma l’utente può selezionare manualmente quali analisi ritiene utile eseguire. A tale proposito, è stata particolarmente curata l’interazione utente-programma proprio per permettere al progettista esperto di intervenire laddove lo ritenga necessario, evitando che molte scelte “cadano dall’alto”, ovvero vengano imposte da chi ha implementato il software. Al termine delle analisi, è possibile visualizzare i risultati in forma grafica e numerica e, in particolare, lo spostamento dei master-node, sia di piano che di tutta la struttura per ogni step di calcolo, lo stato di sollecitazione e lo stato di danno di ogni elemento. Per ogni analisi eseguita è, inoltre, riportato lo step in cui viene raggiunto lo stato limite di operatività e di danno della struttura e gli elementi che lo hanno determinato. Il risultato globale dell’analisi è riportato graficamente all’interno di una finestra del programma (fig. 1a) mediante il tracciamento della curva “forza-spostamento”.

 

Sul grafico è, inoltre, rappresentata la curva bilineare ad un grado di libertà ed i punti relativi alla capacità e domanda di spostamento allo stato limite di operatività, di danno e di vita della struttura (fig. 1b). E’, quindi, molto semplice per l’utente verificare visivamente il comportamento globale dell’edificio e valutare il grado di sicurezza dello stesso.

Il software, perseguendo un costante miglioramento e rinnovamento finalizzato ad un’efficace rispondenza alle normative in vigore, ha recepito, con continuità, molteplici adattamenti ed evoluzioni negli anni, così come il suo tempestivo adeguamento alle nuove “Norme Tecniche per le Costruzioni” (NTC) ed alla relativa Circolare n.617/09, entrati in vigore lo scorso luglio 2009.

Nello specifico, l’ultima versione (ver. 2.5) ha previsto, in conformità con quanto stabilito dalle NTC, l’aggiornamento di tutti i parametri degli archivi di servizio: “materiali”, “carichi”, “elementi strutturali” e “spettri di risposta”. Rispetto alla precedente versione, inoltre, è ora possibile svolgere l’analisi elastica multi-modale (ovvero analisi dinamica lineare) del modello strutturale, funzionale alla valutazione dei modi di vibrare  della massa partecipante, il cui controllo permette di accertare l’applicabilità o meno dell’analisi non lineare. In merito, secondo le NTC, l’analisi non lineare può essere utilizzata per la verifica degli edifici in muratura anche se il primo modo di vibrare risulta inferiore al 75% della massa totale, ma comunque superiore al 60%. L'analisi modale è un passaggio imprescindibile per la determinazione del comportamento dinamico di una struttura, vincolata o libera, in dinamica libera o in risposta a sollecitazioni dinamiche imposte dall'esterno. I valori di massa partecipante, inoltre, consentono al programma di calcolare la forza sismica ai piani, come previsto dalla normativa per le distribuzioni principali (Gruppo 1, punto 7.3.4.1 delle NTC 2008). Il programma, nella versione attuale, consente la lettura e l’importazione dei modelli generati con le precedenti versioni, anche se, in considerazione della notevole differenza di parametri e calcolazioni, la compatibilità “indietro” non risulta sempre garantita. Pertanto, agli utenti  in possesso della precedente versione viene consigliato di installare la nuova release in un’altra cartella (di default: ANDILWALL25) al fine di mantenere inalterata la versione originale in caso di ripetizione di analisi già eseguite. Sul sito http://www.crsoft.it/andilwall/andilwall.aspx è disponibile l’ultimo aggiornamento del programma ed a breve saranno anche presenti una serie di utili esempi esplicativi ed il manuale aggiornato.

Caratteristiche

Di seguito si illustrano, sinteticamente, le caratteristiche rivisitate del nuovo programma, rispondenti alle prescrizioni delle NTC, che riguardano maggiormente il codice solutore e l'interfaccia grafica. In relazione alle modifiche apportate al codice solutore, queste hanno interessato sia l’implementazione della procedura di analisi modale, sia la rielaborazione delle formule per il calcolo della resistenza a taglio degli elementi in cemento armato. Relativamente all’interfaccia grafica, gli aggiornamenti effettuati sono stati piuttosto numerosi e hanno riguardato diversi aspetti dell’analisi. Ad esempio, per quel che concerne l’archivio “materiali”, sono state inserite:
- nuove tipologie di malte e di blocchi e valori per il calcolo dei parametri di resistenza caratteristica fk e fvk0 delle murature;
- nuove tipologie di acciaio;
- nuove tipologie di calcestruzzo con i relativi valori di resistenza a compressione media.

Nell’archivio dei “carichi” sono, poi, stati attivati i carichi permanenti non strutturali e, per quel che concerne le azioni sismiche di progetto, è stata reimpostata la finestra “Parametri azione sismica” (fig. 2) con l’introduzione dei dati fissati nelle NTC e la rappresentazione grafica degli spettri per i tre stati limite: operativo, di danno e di vita (rispettivamente SLO, SLD e SLV).

Nella finestra del "Valori Globali", in modalità di visualizzazione a telaio del modello strutturale, è possibile definire il coefficiente di distribuzione principale delle forze sismiche ai piani, nelle due direzioni; tale valore è calcolato automaticamente dal programma ed è, in base all’opzione prescelta e selezionata dall’utente, assunto proporzionale all’altezza del piano o definito in base al risultato dell’analisi modale (fig. 3).

L’analisi modale è stata implementata prevedendo la creazione del file di input per il codice solutore e la visualizzazione dei risultati (fig. 4).

 

 

E' stato, inoltre, installato un controllo sulla massa partecipante del modo fondamentale di vibrare affinché ne verifichi la coerenza con i requisiti delle NTC. La scheda “risultati” ha subito alcune significative modifiche, e più precisamente:
sulla curva di capacità, sono visualizzabili gli stati limite SLO, SLD e SLV;
nella griglia in cui sono riportati i risultati della verifica sono stati aggiunti degli indicatori per ottimizzare la comprensione del comportamento globale dell’edificio.
Per l’opzione “edificio semplice”, inoltre, è stata inserita la possibilità di verifica ai carichi non sismici. Infine, sono state apportate molteplici e diffuse  migliorie sulla funzionalità del programma in base alle richieste ed ai numerosi suggerimenti pervenuti, nel frattempo, dagli utenti tramite il servizio di assistenza.

La nuova release di ANDILWall , versione 2.5, è disponibile gratuitamente per tutti gli utenti in possesso della versione precedente, già registrati al sito web dedicato, che possono scaricare l’aggiornamento dall’area riservata di download.