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Focus Esistente

Preservare il passato, progettare il futuro: la Stazione Campo Marzio

Esistente | FEM | Muratura

Confrontare per innovare: perché non applicare questo principio anche ai modelli di calcolo? È quello che il team di SMStrutture ha fatto per l’intervento di recupero e rifunzionalizzazione della vecchia Stazione Campo Marzio a Trieste. Per un intervento di recupero su un edificio che ospiterà il primo museo-stazione italiano, che prevede la realizzazione di una nuova copertura con grandi archi in acciaio ed un involucro in vetro, abbiamo pensato fosse opportuno studiare attentamente il comportamento della struttura esistente in muratura. Per far questo abbiamo messo alla prova due modelli di calcolo che sfruttano due approcci differenti. Il primo, realizzato con il software di calcolo Straus7, adotta il metodo delle fessure spalmate rotanti, il secondo, realizzato con il software di calcolo Aedes.PCM, studia il comportamento della struttura secondo il metodo a telaio equivalente. Su entrambe i modelli sono state eseguite analisi statiche non lineari Push-Over. Il confronto tra i risultati ottenuti con i due modelli dimostra l’affidabilità delle nostre analisi, nonché l’efficienza dell’intervento proposto. Un esempio concreto di come la simulazione numerica ci permette di affrontare le sfide della conservazione e del recupero del nostro patrimonio architettonico.

Approccio alla modellazione numerica di impalcati privi di soletta collaborante

Esistente | FEM

Nella maggior parte dei casi, quando il progettista si trova ad affrontare il miglioramento o l’adeguamento sismico di edifici esistenti, si trova ad analizzare solai che non sono concepiti per far fronte ad elevate azioni orizzontali. Infatti, risulta frequente trovare solai con solette che presentano spessore e armature non adeguate a garantire un’affidabile trasmissione delle forze orizzontali a livello di impalcato. In certi casi, come quello che ci siamo trovati ad affrontare noi di SMStrutture, la soletta risulta del tutto assente. Conseguentemente, per evitare di sovrastimare gli interventi necessari e per mettere in conto la rigidezza e la resistenza che il solaio riesce ad offrire, abbiamo deciso di ricorrere ad una modellazione non lineare. Poiché introdurre le non linearità direttamente nel modello globale sarebbe stato eccessivamente oneroso in termini computazionali abbiamo deciso di creare dei modelli di impalcato locali non lineari (NL) sulla base dei quali sono state tarate le bielle equivalenti (LIN) da inserire nel modello globale. Per il modello locale non lineare i travetti sono stati considerati come elementi resistenti sia a trazione che a compressione mentre gli elementi in laterizio sono stati assunti resistenti solo a compressione. Come risultato finale abbiamo ottenuto una modello globale capace di mettere in conto le caratteristiche degli impalcati di piano che ha permesso in primo luogo di stimare la sicurezza nei confronti delle azioni sismiche del fabbricato allo Stato di Fatto e successivamente di ottimizzare gi interventi di rinforzo.

Aggregati edilizi e dove trovarli

Esistente | FEM | Muratura

I nostri centri storici custodiscono un patrimonio edilizio unico costituito da aggregati di edifici in muratura. Questi, frutto di secoli di stratificazioni, presentano sfide ingegneristiche uniche se si tratta di progettare interventi di adeguamento sismico. La sfida risiede nel fatto che gli edifici sono spesso parte integrante di un complesso sistema interconnesso. Ogni intervento deve considerare non solo l'edificio singolo, ma l'intero contesto storico e strutturale. Per un intervento di adeguamento sismico di un edificio facente parte di uno dei centri storici che più rappresenta l’Italia nel mondo, noi di SMStrutture, con l’ausilio del software di calcolo Aedes.PCM, abbiamo costruito un modello che potesse rappresentare al meglio gli effetti dell’aggregato edilizio sulla singola unità strutturale. Sulla base del quadro fessurativo, degli ammorsamenti e di piani sfalsati, sono stati studiati i possibili meccanismi di collasso. Le unità strutturali precedenti e susseguenti quella in esame, che in modo alternato costituiscono una massa instabilizzante e un vero e proprio contrafforte, influenzando il comportamento globale del fabbricato. Lo studio è stato completato confrontando il comportamento tra la singola unità strutturale e l’intero aggregato edilizio. Grazie a questa analisi approfondita, siamo stati in grado di individuare le soluzioni più efficaci per garantire la sicurezza sismica di questo prezioso patrimonio, preservandone al contempo l'integrità storica e architettonica.

La scelta della tecnologia di intervento in base al contesto delle opere

Esistente

La progettazione di sistemi di intervento su edifici esistenti non solo deve soddisfare i principi di verifica tipici della scienza e tecnica delle costruzioni, compatibilmente alle normative vigenti, ma deve essere guidata anche da valutazioni ed accorgimenti tali da semplificare ed ottimizzare le attività di realizzazione degli stessi, ponendo grande attenzione al contesto in cui l’impresa dovrà operare. Molto spesso, infatti, ci si scontra con vincoli ed elementi limitanti le aree di cantiere, con accessi e spazi di applicazione poco agevoli, presenza di elementi di ingombro non sempre pienamente asportabili od eliminabili, necessità da parte della Committenza di non interrompere le attività e l’esercizio delle strutture su cui si deve intervenire. È questo il caso dell’edificio scolastico IPSIA Fascetti di Pisa, in cui noi di SM-Strutture ci siamo cimentati nella progettazione e direzione lavori riguardanti interventi di recupero e rinforzo delle strutture del piano interrato e dei solai ad esso soprastanti, operando parzialmente in situazione di scuola in esercizio. Le condizioni ambientali particolarmente aggressive cui sono state soggette nel corso degli anni le strutture degli ambienti interrati hanno fatto sì che si sviluppassero e propagassero evidenti fenomeni di degrado strutturale, specialmente legati a espulsione di copriferri di elementi in c.a. e distacchi di elementi laterizi di solaio.

Dall’analisi di documentazione storica all’elaborazione di modellazione ad elementi finiti

Esistente | FEM

Approccio all’analisi numerica di solette di impalcati di forma complessa Nella maggior parte dei casi il progettista si trova a dover verificare il funzionamento di piano rigido di fabbricati di forma regolare, per i quali è possibile approcciarsi con sottomodelli di calcolo semplificati, oppure direttamente nel modello globale con modellazione esplicita della soletta di impalcato. Tuttavia, in alcune situazioni si ha a che fare con impalcati di forma molto irregolare per i quali può essere eccessivamente oneroso modellare esplicitamente la soletta all’interno del modello di calcolo globale, soprattutto nel caso di analisi impegnative come quelle Time History. Noi di SM-Strutture abbiamo affrontato il problema del dimensionamento del rinforzo con piatti diagonali in acciaio di un impalcato con soletta non armata di una struttura esistente in c.a. mediante un sottomodello composto da elementi finiti di tipo bidimensionale a comportamento meccanico non lineare non resistente a trazione. Alla mesh della soletta sono stati sovrapposti elementi biella resistenti a sola trazione. Per verificare il comportamento composto soletta + rinforzo, sono stati realizzati due modelli semplificati di raffronto, uno non lineare (NL) l’altro lineare (LIN) a cui sono state applicate le medesime forze trasversali Dalle analisi comparative condotte si vede come il modello non lineare NL colga l’evolvere della fessurazione nella soletta che riduce man mano la sua rigidezza con conseguente trasferimento del carico al diagonale teso di rinforzo, che risulta più sollecitato rispetto alla soluzione lineare LIN. Tarato il modello meccanico si è passati alla modellazione dell’intero impalcato a cui sono stati assegnati i vincoli dettati dagli elementi verticali sismo resistenti e le forze di piano dedotte dalle accelerazioni di piano del modello globale. Come risultato abbiamo ottenuto le mappe cromatiche delle max/min tensioni principali nella soletta e gli sforzi nei piatti in acciaio con cui dimensionare l’intervento di rinforzo.

Approccio all’analisi numerica di solette di impalcati di forma complessa

Esistente | FEM

Approccio all’analisi numerica di solette di impalcati di forma complessa Nella maggior parte dei casi il progettista si trova a dover verificare il funzionamento di piano rigido di fabbricati di forma regolare, per i quali è possibile approcciarsi con sottomodelli di calcolo semplificati, oppure direttamente nel modello globale con modellazione esplicita della soletta di impalcato. Tuttavia, in alcune situazioni si ha a che fare con impalcati di forma molto irregolare per i quali può essere eccessivamente oneroso modellare esplicitamente la soletta all’interno del modello di calcolo globale, soprattutto nel caso di analisi impegnative come quelle Time History. Noi di SM-Strutture abbiamo affrontato il problema del dimensionamento del rinforzo con piatti diagonali in acciaio di un impalcato con soletta non armata di una struttura esistente in c.a. mediante un sottomodello composto da elementi finiti di tipo bidimensionale a comportamento meccanico non lineare non resistente a trazione. Alla mesh della soletta sono stati sovrapposti elementi biella resistenti a sola trazione. Per verificare il comportamento composto soletta + rinforzo, sono stati realizzati due modelli semplificati di raffronto, uno non lineare (NL) l’altro lineare (LIN) a cui sono state applicate le medesime forze trasversali Dalle analisi comparative condotte si vede come il modello non lineare NL colga l’evolvere della fessurazione nella soletta che riduce man mano la sua rigidezza con conseguente trasferimento del carico al diagonale teso di rinforzo, che risulta più sollecitato rispetto alla soluzione lineare LIN. Tarato il modello meccanico si è passati alla modellazione dell’intero impalcato a cui sono stati assegnati i vincoli dettati dagli elementi verticali sismo resistenti e le forze di piano dedotte dalle accelerazioni di piano del modello globale. Come risultato abbiamo ottenuto le mappe cromatiche delle max/min tensioni principali nella soletta e gli sforzi nei piatti in acciaio con cui dimensionare l’intervento di rinforzo.

Flessibilità e adattabilità delle procedure di calcolo

Coding | Esistente

4.400 metri quadri per piano, 11 piani, 20.616 elementi beams. Questi sono solo alcuni numeri che caratterizzano uno dei nostri ultimi progetti, volto alla salvaguardia di un edificio di grande pregio storico e artistico. Quando si ha a che fare con fabbricati di queste dimensioni, la cosa migliore da fare è fermarsi a riflettere su quale possa essere l’approccio progettuale migliore da adottare. È il bello del nostro mestiere, non esiste mai un’unica strada da percorrere, valida per tutti i progetti. Cosa abbiamo fatto per questo progetto? Abbiamo scelto di costruire in casa uno strumento che ci supportasse, un applicativo che, a partire dalle informazioni ottenute dal rilievo materico e geometrico e da un’approfondita analisi storico critica, ci permettesse di sviluppare un dettagliato progetto simulato, base per lo studio della vulnerabilità sismica del fabbricato. Affiancandosi a procedure di esportazione e dialogo tra modellazione BIM e FEM, l’applicativo ha consentito la creazione e la gestione ottimizzata delle armature simulate di tutti gli elementi strutturali all’interno del nostro software di calcolo agli elementi finiti, Straus7. Questo ci ha permesso di conoscere a pieno le capacità del fabbricato e produrre delle mappe di verifica che restituissero in modo chiaro e immediato i risultati ottenuti.

Ricostruzione strutture con rilievo laser scanner

BIM | Esistente

Per affrontare la vulnerabilità sismica di un edificio storico è indispensabile ricostruire il modello strutturale per effettuare le verifiche. Per l’edificio in esame sono andati perduti tutti i disegni storici del progetto strutturale ma grazie al rilievo dell’esistente con metodologia laser-scanner, che ha consentito di ricostruire un modello BIM dettagliato, accompagnato dalle prove in situ e dal modello di calcolo simulato, siamo riusciti a ricostruire l’intera struttura. Una volta individuata la tipologia strutturale dell’edificio, il modello BIM ci ha permesso di ricostruire la maglia strutturale e di definire gli ingombri massimi che potevano assumere gli elementi strutturali, in questo caso pilastri e travi. Le dimensioni e le caratteristiche degli elementi sono state poi tarati con le indagini in situ e con il progetto simulato. (rif. Figura 1)

Dall’analisi della vulnerabilità all’apertura del cantiere.

BIM | Esistente

Spesso lo studio di una vulnerabilità sismica mette in evidenza carenze statiche riguardanti gli elementi strutturali. Il progettista è quindi chiamato a progettare interventi di consolidamento. Ma il proprietario del bene come deve comportarsi fino a quando questi non vengono realizzati? Noi di SMStrutture siamo soliti accompagnare lo studio della vulnerabilità con un book che detta linee guida e prescrizioni di utilizzo affinché il proprietario possa continuare ad usufruire del bene in sicurezza fino a quando verranno realizzati gli interventi. Mappe di carico, capacità residue dei solai, prescrizioni che consentono di convertire le capacità residue in carichi reali e mappature dei coefficienti di sicurezza di tutti gli elementi resistenti fanno sì che il fabbricato possa svolgere le proprie funzioni, seppure con qualche limitazione, in sicurezza, fino all’apertura del cantiere.

Consolidamento statico di solai esistenti: alcune considerazioni.

Esistente | FEM

Quante volte ci troviamo di fronte al progetto di un intervento di consolidamento statico di solai esistenti sottoposti a variazioni di destinazione d’uso? Vogliamo condividere alcune nostre considerazioni. Tutte le strutture esistenti sono sottoposte ad uno stato tensionale funzione dei carichi permanenti. Un’ ipotetico intervento di consolidamento, se non prevede la messa in forza del solaio, deve tenere conto di questo. Allora come dimensionare correttamente l’intervento? Quello che siamo soliti proporre è un’analisi per fasi, progettare l’intervento, che sia esso l’installazione di un rompitratta o la realizzazione di una nuova fascia piena su di un solaio in latero-cemento, a partire da una condizione deformata della struttura esistente. L’intervento, per tale motivo, non dovrà essere dimensionato esclusivamente in funzione dei nuovi carichi aggiuntivi, quanto in termini di rigidezza. Tanto più grande sarà l’inerzia del profilo inserito tanto maggiore sarà il vantaggio risentito dalle strutture esistenti. Perché tutto questo? Progettare trascurando la congruenza delle deformazioni e solo secondo valutazioni di equilibrio statico potrebbe portare a sottostimare l’intervento.