Analisi di vulnerabilità sismica di un edificio industriale in Emilia Romagna

Studio Tecnico BATTU’ - Midas Model Case History

Intervento finalizzato al rilascio di un certificato di agibilità sismica provvisoria per un capannone ad uso magazzino danneggiato a seguito degli eventi sismici del maggio 2012 in Emilia Romagna.

Immagine4L’approccio è basato sull’utilizzo delle tecniche dell’analisi statica non lineare (push over) a cerniere plastiche concentrate.
Accanto a questo tipo di analisi è stata anche inizialmente effettuata una verifica sismica elastica dalla quale, per mezzo di un’opportuna procedura iterativa, è stato ottenuto un indice di rischio per la struttura nei confronti di un ulteriore evento sismico. Il confronto tra le due tipologie di analisi ha dimostrato i benefici che uno studio condotto tenendo in conto delle risorse plastiche del materiale offre rispetto ad una verifica sismica in ambito lineare. Un ulteriore confronto è stato fatto tra diverse modellazioni del capannone. Tale comparazione ha permesso di determinare il ruolo nella risposta sismica dei diversi elementi costituenti il capannone (soprattutto pannelli e tamponature). Infine, il progettista si è voluto confrontare con modellazioni più avanzate, simulando la presenza dei tamponamenti per mezzo di puntoni elasto-plastici, sviluppati nell’ambito di un progetto di ricerca condotto presso l’università di Brescia.

Le analisi strutturali

Si tratta di un capannone in cemento armato prefabbricato adibito a magazzino per il formaggio, costituito da un corpo principale con pianta rettangolare 111.80×51.80 m. Il capannone è stato oggetto degli interventi urgenti in favore delle popolazioni colpite dagli eventi sismici che hanno interessato il territorio delle province di Bologna, Modena, Ferrara, Mantova, Reggio Emilia e Rovigo, il 20 e il 29 maggio 2012. La struttura, risalente agli anni 2005/06, è formata da telai prefabbricati disposti longitudinalmente con pilastri prefabbricati delle dimensioni di 50×50, 50×60 e 60×60 e travi principali in c.a.p. del tipo ad I ribassate. La copertura è in elementi prefabbricati in c.a.p. del tipo “Tecnoplan” e “Multiplan” con luce massima di 12.65 m. Le pareti perimetrali del magazzino sono costituite da muri di tamponamento in mattoni in laterizio dello spessore di 25 cm e da pannelli prefabbricati in c.a.v. dello spessore di 20 cm, mentre quelle delle parti accessorie sono formate da soli pannelli. Le fondazioni sono costituite da plinti a bicchiere su una soletta di getto in c.a.. Modellazione, calcolo e verifica sono stati condotti utilizzando l programma ad elementi finiti Midas/Gen 2012 distribuito da Harpaceas the BIM Specialist, Milano.

Case Study di

midas

 

 

Cliente: Studio Tecnico BATTU’

Lo Studio Tecnico dell’ing. Luciano Battù nasce nel 1976 e si occupa da allora con continuità delle seguenti tematiche:

  • Calcolo strutturale, spaziando tra edifici civili ed industriali, progettazione di ponti e viadotti; occupandosi anche di prove tecniche strutturali e collaudi;
  • Infrastrutture idrauliche: calcolo di opere idrauliche, condotte e fognature;
  • Geotecnica: in quest’ambito l’ing. Battù si è occupato di progettazione geologico-geotecnica effettuando anche indagini del sottosuolo e carotaggi.

Studio Tecnico ing. Luciano Battù

Via Gilberto Govi, 26 46100

Mantova – studio.battu@tin.it

Inizialmente sono stati oggetto di modellazione solo gli elementi per natura monodimensionali: pilastri, correnti e tegoli di copertura. I tegoli sono stati opportunamente offsettati per tener conto correttamente del momento ribaltante generato dalle masse da peso proprio durante un evento sismico. Il modello privo di elementi non strutturali si è subito rivelato non adatto a simulare adeguatamente la risposta sismica del capannone poiché:

  • il primo periodo risultava troppo alto rispetto alle misurazioni;
  • era completamente ignorato il fenomeno dei cosiddetti “pilastri tozzi” in corrispondenza delle aperture;
  • si perdeva in analisi non lineare un notevole contributo alla resistenza;
  • si perdevano eventuali irregolarità strutturali dettate dalla presenza di elementi secondari.

Immagine1Si è allora provveduto alla modellazione delle tamponature interne per mezzo di macro-elementi plate e le tamponature esterne tramite un puntone resistente solo a compressione a comportamento elasto-plastico sviluppato in ambito accademico. I pannelli sono invece rimasti come carichi eccentrici gravanti sugli elementi verticali.

Gli svincoli interni sono stati oggetto di studio. Il collegamento trave-tegolo e il collegamento tra le varie campate dei tegoli è stato effettuato inizialmente per mezzo di cerniere sferiche e successivamente per mezzo di cerniere cilindriche. Le proprietà dinamiche della struttura sono apparse subito fortemente dipendenti da questa scelta. La prima, se non effettuata oculatamente, può comportare la comparsa di pseudo-labilità, ma, laddove il calcolo andasse a buon fine, riflette meglio la situazione reale.
Le cerniere cilindriche spesso sono necessarie per concludere il calcolo, ma introducono irrigidimenti spuri. La ricerca dell’indice di rischio (in termini di PGA) in campo elastico è stata condotta sottoponendo la struttura ad un’analisi sismica dinamica con spettro elastico ottenuto a partire da diversi valori crescenti di PGA. La procedura iterativa è stata portata avanti finché tutti gli elementi sono risultati verificati per l’SLV e l’SLD. Alla prima verifica non soddisfatta è stato calcolato l’indice di rischio come il rapporto tra la PGA raggiunta

Immagine6(PGA di capacità) e la PGA di domanda. In ambito non lineare si è invece proceduto considerando la più critica delle 12 curve di push over (non sono stati considerati i casi con eccentricità a causa dell’assenza di un piano rigido).
In campo elastico l’applicazione dell’algoritmo della Sequenza di Sturm ha permesso, nell’ambito di un’estrazione dei modi di vibrare condotta col metodo di Lanczos, di escludere modi di vibrare uguali, situazione facilmente presente nelle strutture industriali costituite da ripetizioni di moduli identici.

VANTAGGI NELL’UTILIZZO DI MIDAS NELLE ANALISI STRUTTURALI

Molteplici funzionalità avanzate di Midas/Gen hanno permesso di portare avanti e completare in modo soddisfacente il presente studio. Prima di tutto Midas/Gen è dotato degli algoritmi adatti a condurre un’analisi di push over anche in assenza di un piano rigido. L’applicazione del carico di puh over è stata infatti effettuata per mezzo di quello che si definisce “controllo in forza”. Questa tipologia di caricamento ha impedito il manifestarsi del ramo discendente (“softening”) della curva di push over, ma ha permesso comunque di valutare il taglio massimo sopportabile dalla struttura e di procedere con la bilinearizzazione al fine di individuare l’indice di rischio. Gli algoritmi avanzati per la gestione del sistema risolvente hanno permesso di esplorare la curva di push over fino al suo valore massimo nonostante gli elementi verticali, presentando sezioni tutte uguali, inducessero una crisi simultanea negli stessi con conseguente collasso della struttura. La presenza di una cerniera plastica specifica per l’elemento puntone con legame costitutivo completamente personalizzabile ha consentito l’implementazione del puntone proposto per la simulazione dei tamponamenti esterni. Immagine3Infine la completa personalizzazione delle cerniere plastiche per i pilastri ha permesso di applicare la metodologia del push over anche ad una struttura, quale il capannone industriale, che non presenta un comportamento del tipo “shear type”, caratterizzato da diagrammi dei momenti a farfalla negli elementi verticali, per il quale le analisi push over sono state pensate. Infine il tool integrato all’interno del software per la modellazione di sezioni di forma non standard ha consentito la corretta modellazione dei tegoli di copertura senza dover ricorrere al calcolo di sezioni equivalenti.