Seminario Analisi Pushover e modellazione di edifici in muratura (Crotone 2011)

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Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Premessa Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura nella progettazione antisismica Raffaele Casciaro Universit` a della Calabria http://www.labmec.unical.it Newsoft s.a.s. - Cosenza http://www.newsoft-eng.it Cosenza 21 settembre 2011 Raffaele Casciaro (Unical) Newsoft - www.newsoft-eng.it Cosenza 2011 1 / 33

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La presentazione del seminario vuole dare una breve introduzione all'analisi lineare e non lineare (pushover, adattamento plastico) delle strutture e alla modellazione delle strutture in muratura.

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Premessa

    Analisi Pushover e Costruzioni in Muraturanella progettazione antisismica

    Raffaele Casciaro

    Universita` della Calabriahttp://www.labmec.unical.it

    Newsoft s.a.s. - Cosenzahttp://www.newsoft-eng.it

    Cosenza 21 settembre 2011

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Premessa

    Premessa

    Lanalisi pushover assume la struttura soggetta a forze laterali (sismiche)progressivamente crescenti, fino al collasso.

    Con cio`, semplifica drasticamente lazione sismica esterna, ma permette ditener conto del comportamento nonlineare (plasticita` e danneggiamento)senza far uso di parametri euristici (fattore di struttura q).

    Si presta particolarmente a tipologie strutturali, come le costruzioni inmuratura, a prevalente comportamento nonlineare.

    In questa conversazione si parlera` di:1 analisi lineare e nonlineare2 analisi sismica dinamica;3 analisi pushover4 modellazione della muratura;5 analisi simica di costruzioni murarie.

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi lineare e nonlineare

    Analisi lineare e nonlineare

    Valutare la capacita` portante e` lobiettivo piu` importante per lingegnere.

    Lanalisi lineare assume un rapporto lineare tra cause (azione esterna) edeffetti (spostamenti, deformazioni e tensioni) e non fornisce, di per se, alcunaindicazione al riguardo.

    I materiali impiegati non reggono tensioni superiori ad una soglia limite,caratteristica del materiale. Al disotto di questa soglia il comportamento puo`essere assunto come elastico.

    La verifica di sicurezza viene effettuata controllando che le tensioni restinoopportunamente inferiori ai valori di soglia. Infatti, amplificandoulteriormente il carico:

    Fino a che si resta al di sotto della soglia, i risultati dellanalisi elastica sonoaffidabili.Il valore del carico in corrispondenza al primo raggiungimento della soglia(limite elastico) puo` essere assunto come rappresentativo della portanza.La struttura potra` presentare ulteriori riserve di resistenza di cui non si tieneconto, a vantaggio di sicurezza.

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi lineare e nonlineare

    Limiti dellanalisi lineare

    Lanalisi lineare e` semplice, specie ora che, con la diffusione del calcolodigitale, la soluzione di sistemi lineari (10000 o piu` variabili) diventa banale.

    Non conosciamo in realta` le tensioni iniziali, presenti nella struttura a cariconullo, e non siamo in grado di valutarle in maniera affidabile.Cio` rende non oggettivi i risultati dellanalisi.

    Le tensioni iniziali hanno cause diverse, al di fuori del nostro controllo(processi di laminazione e saldatura degli elementi metallici, ritiro delcalcestruzzo, assestamenti della fondazione ed altro).

    Possono raggiungere valori notevoli, dellordine dei valori di soglia. Lerrore e`pertanto quantitativamente rilevante.

    Vedremo nel seguito come il reale significato della analisi lineare quale strumentoper la verifica statica possa ricavarsi dalla teoria della plasticita`.

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi lineare e nonlineare

    Teoria della plasticita`

    Data una struttura soggetta a carico proporzionale p, valgono i seguenti dueteoremi:

    Teorema statico dellanalisi limiteIl moltiplicatore di collasso c e` il massimo tra tutti i moltiplicatori aassociati a stati di tensione equilibrati e plasticamente ammissibili, tali cioe`che [] 1 in tutti i punti del corpo:

    c aTeorema cinematico dellanalisi limiteIl moltiplicatore di collasso c e` il minimo tra tutti i moltiplicatori passociati a meccanismi plastici cinematicamente compatibili p up:

    c p

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi lineare e nonlineare

    Conseguenze dei due teoremi

    Il Carico di collasso dipende solo dalla struttura e della forma del carico. Altrielementi, quali il comportamento elastico e le tensioni iniziali sono del tuttoininfluenti.E un bene in quanto non riusciremmo a valutare le tensioni iniziali e spessosolo in forma grossolana il comportamento elastico.

    La verifica in fase elastica si basa su una soluzione elastica, che e` quindiequilibrata ma anche plasticamente ammissibile, per costruzione. Il fattore disicurezza e fornito dalla verifica risulta quindi, per il teorema statico,inferiore o eguale a quello di collasso (e c).La verifica in fase elastica corrisponde pertanto ad una approssimazione avantaggio di sicurezza della verifica a collasso.

    Errori nella stima dei fattori elastici o, piu` genericamente, nella compatibilita`della cinematica, son solo veniali in quanto non inficiano il significato ultimodella verificaE un bene in quanto non sempre siamo del tutto coerenti nella nostramodellazione (come nelle strutture in C.A. dove in analisi si assume la sezionepienamente reagente e in verifica la si considera parzializzata).

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi lineare e nonlineare

    Carattere ciclico del processo di carico

    Abbiamo tuttavia fin qui considerato la presenza di una sola condizione dicarico, peraltro assunta linearmente crescente. Ma questo e` un casopuramente ideale che non trova rispecchio nella realta`.

    Le strutture sono infatti soggette in esercizio ad una combinazione dicondizioni di carico diverse di origine sia antropica che naturale, ciascunadelle quali varia con continuita` alternando cicli di carico e scarico.

    Non possiamo definire con precisione levoluzione del carico ma soloindividuare possibili scenari (piu` o meno frequenti o del tutto eccezionali) edassegnare a ciascuna tipologia di carico fattori min/max di combinazione,definendo cos` il solo dominio di inviluppo complessivo dei carichi.

    In queste condizioni, la verifica a collasso, anche se soddisfatta per tutti icarichi del dominio, non e` piu` sufficiente a garantire la sicurezza dellopera

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    Adattamento plastico (shakedown)

    In strutture soggette a cicli ripetuti di carico/scarico, il collasso plastico non e`la principale causa di pericolo.

    Anche se la condizione di collasso non viene mai raggiunta durante ilprocesso di carico, nuove deformazioni plastiche posso crearsi a ciascun ciclo.

    Al ripetersi dei cicli, la deformazione plastica totale puo` crescereillimitatamente e compromettere la funzionalita` dellopera o, nel caso dideformazioni plastiche alternate a parziale compenso, possono comunqueportare a danneggiamento per fatica e quindi, in definitiva, al collassodellopera.

    In entrambi i casi, il processo di carico comporta la rovina della struttura.

    Pertanto e` necessario che il processo di plasticizzazione termini rapidamente,che cioe`, dopo un numero limitato di cicli (il periodo di rodaggio), lastruttura ritorni di nuovo ad un comportamento puramente elastico.

    Quando cio` avviene si parla di adattamento plastico (shakedown).

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi lineare e nonlineare

    Il teorema statico delladattamento

    Per le considerazioni fatte e` tecnicamente rilevante il seguente interrogativo:

    Data una struttura soggetta a carichi P[t] variabili nel tempo allinterno di undominio di forma prefissata P, determinare il massimo valore s diamplificazione dei carichi per cui la struttura ancora presenta adattamento.

    Risponde a questa domanda il teorema di Melan (1936).

    Teorema di MelanIndicando con E [t] la soluzione elastica (vera) conseguente al carico P[t] econ S il suo inviluppo complessivo, la struttura raggiunge adattamento seesiste un campo di autotensioni indipendente dal tempo tale che risulti:

    := E + , f [] < 1 E SPossiamo interpretare il campo come errore nella valutazione delle tensioniiniziali (a carichi nulli) e quindi come una possibile soluzione elastica nominale.Il teorema ci dice pertanto che se la verifica in fase elastica e soddisfatta per tutti ipossibili carichi dellinviluppo, la struttura si adattera` plasticamente. Risulta cioe`:

    e s cRaffaele Casciaro (Unical) Newsoft - www.newsoft-eng.it Cosenza 2011 8 / 33

  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi lineare e nonlineare

    Relazioni con la verifica elastica

    I risultati precedenti chiariscono ulteriormente il significato della verifica in faseelastica:

    La verifica in fase elastica implica non solo quella a collasso ma anche quellaad adattamento plastico, fornendo una approssimazione per difetto delmoltiplicatore di adattamento s . E questo il suo significato piu` profondo.

    Anche nel caso delladattamento, errori nella valutazione dello stato ditensione iniziale risultano irrilevanti ai fini della verifica.

    Ladattamento plastico fornisce un approccio sintetico allanalisi di strutturesoggette a carichi variabili che non richiede una informazione completasullevoluzione temporale del carico ma richiede solo la conoscenza delmassimi valori raggiunti dalle tensioni.

    Per contro, la teoria non da informazioni dettagliate sullestensione ed entita`delle deformazioni plastiche accumulate nella struttura prima di raggiungereladattamento.

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi lineare e nonlineare

    Errori veniali e capitali nellanalisi

    Una importante conseguenza della teoria e` che errori di equilibrio o di congruenzacinematica non hanno eguale importanza sullaffidabilita` dei risultati dellanalisi:

    Errori che coinvolgono lequilibrio sono gravi in quanto si riflettonodirettamente sulla valutazione del fattore di sicurezza a collasso ed adadattamento. Cio` comporta la necessita` di grande attenzione nella definizionedel modello di calcolo per quanto riguarda gli aspetti legati allequilibrio:corretta messa in conto dei carichi, delle geometrie e delle eccentricita`.

    Errori che coinvolgono la congruenza sono invece solo veniali. (Lostesso vale per errori nella stima dei fattori elastici). La sicurezza a collassodipende solo dallequilibrio e dalle resistenze dei materiali. La sicurezza adadattamento, non e` influenzata da deformazioni che non evolvono nel tempo,come le distorsioni iniziali o quelle prodotte da azioni permanenti.

    Anche se non sempre in modo del tutto consapevole, noi ingegneri usiamomolto spesso questi concetti nella pratica professionale.

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi lineare e nonlineare

    Errori veniali usualmente commessi

    Gli effetti dei cedimenti prodotto dallassestamento della fondazione, sonospesso ignorati (o messi in conto solo forfettariamente) ai fini dellanalisi dellastruttura in elevazione.

    In molti casi, come nel C.A., si fa uso di moduli elastici nominali, ancherozzamente approssimati.

    Sempre nel C.A., viene accettata lincongruenza di far riferimento alla sezionetotalmente reagente, in fase di analisi, ed alla sezione parzializzata, in fase diverifica.

    Nei Pilastri in C.A., viene trascurato (o messo in conto solo forfettariamente)leffetto delle deformazioni verticali parzialmente assorbite in fase di getto.

    Nel valutare i momenti di continuita` trasmessi dai solai alle travi di supporto,vengono trascurati (o messi in conto solo forfettariamente) gli effetti dovutialle modalita` costruttive.

    Viene trascurato (a vantaggio di sicurezza) il contributo di elementi resistentisecondari.

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi lineare e nonlineare

    Errori capitali da non commettere

    Errori nella valutazione della entita` e posizione dei carichi agenti o dellemasse in gioco.Luso di valutazioni forfettarie nellanalisi dei carichi, che era tipico di analisicondotte manualmente, non e` ammissibile in analisi automatica

    Errori nella geometria della struttura e nella definizione dei disassamenti tragli elementi.Approssimare la geometrica ed ignorare i disassamenti presenti era tipico dianalisi manuali ma puo` condurre a forti errori (anche di piu` del 50%) inanalisi automatica.

    Errori (per eccesso) nella valutazione delle resistenze dei materiali.errori di questo tipo hanno una ovvia diretta ripercussione sui risultati delleverifiche.

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi dinamica lineare

    LAnalisi dinamica lineare

    Lanalisi dinamica lineare rappresenta attualmente il metodo di analisi piu`diffuso in ingegneria antisismica e sicuramente quello che ha avuto una piu`lunga ed estesa validazione attraverso riscontri con gli esiti in terremoti reali.

    Presenta tuttavia dei limiti in quanto e` condotta interamente in campoelastico lineare e, per sua natura, non puo` tenere conto del comportamentoplastico/duttile della struttura che pure ha una forte influenza sulla rispostasismica di questa e in molti casi ne rappresenta laspetto prevalente.

    In tali condizioni le caratteristiche di duttilita` della struttura sonomesse in conto solo forfettariamente attraverso lintroduzione di unfattore di struttura q valutabile tuttavia solo attraverso correlazionieuristico/empiriche.

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi dinamica lineare

    Scomposizione modale

    Lazione sismica e` modellata con la tecnica, ben nota, degli spettri di risposta.

    In caso di comportamento elastico, la risposta della struttura puo` essere vistacome combinazione delle risposte individuali di ciascuno dei suoi modi divibrazione.

    Questi ultimi sono assimilabili ad oscillatori elastici e quindi la loro risposta e`direttamente fornita dallo spettro e viene a dipendere essenzialmente da duefattori:

    1 il fattore di partecipazione fpe` ottenuto dallanalisi e corrisponde alla componente dellazione sismica cheagisce sul modo, tanto piu` grande quanto piu` il modo e` allineato allazioneesterna.

    2 il fattore di amplificazione spettrale S [T ]corrisponde allamplificazione dinamica dovuta alleccitazione ciclica ed e`direttamente assegnato come effetto sintetico che definisce lazione sismica.

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi dinamica lineare

    Combinazione modale

    Le sollecitazioni di verifica sono ottenute dalla combinazione delle singolerisposte modali. Data la scarsa probabilita` della coincidenza temporale deimassimi, la combinazione utilizza regole di tipo probabilistico (SRSS o CQC).

    Il numero dei modi da considerare corrisponde al numero N dei gradi diliberta` della struttura, quindi quasi proibitivo. Non tutti sono tuttaviaugualmente importanti ai fini della risposta complessiva. In particolare, imodi a periodo proprio piu` basso possono essere trascurati in quantogeneralmente (ma non sempre) caratterizzati da fattori di partecipazioni edamplificazioni dinamiche piu` bassi.

    Nella combinazione sono pertanto considerati i soli modi principali (a periodopiu` alto) e lerrore introdotto puo` essere valutato dal valore della cosiddettapercentuale di massa eccitata

    me :=

    f 2p1 + f2p2 + f 2pn , n N

    Risulta ovviamente me 1 e lerrore risulta tanto piu` basso quanto piu` me siavvicina allunita`.

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi dinamica lineare

    Estensione al campo nonlineare

    Sotto le forti oscillazioni prodotte dal sisma, le strutture reali hannocomportamento non lineare e sviluppano cicli di isteresi. La dissipazione cos`prodotta modifica il comportamento della struttura e ne smorza le oscillazioniallungandone anche in qualche modo il periodo.

    Questo insieme di fenomeni, peraltro molto complessi e fortementeinfluenzati dalla duttilita` dei materiali impiegati, puo` essere messo in contoaccettando ancora la descrizione in termini di combinazione modale, propriadel comportamento lineare, ma riducendo lescursione dei singoli modiattraverso lintroduzione di un fattore di struttura q > 1 che agisceessenzialmente come demoltiplicatore della risposta.

    Il contributo sismico alla risposta della struttura puo` essere cos` ricavato unavolta assegnato lo spettro ed il fattore di struttura associati a ciascuno deglistati limite considerati.

    Lanalisi permette una ricostruzione molto dettagliata del comportamentodinamico della struttura, ma e` fortemente condizionata dalla scelta di q.

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi dinamica lineare

    Il fattore di struttura

    Il fattore di struttura q svolge un ruolo importante nellanalisi in quantodirettamente collegato allentita` delle forze in gioco.

    Il fattore sintetizza proprieta` diverse della struttura quali la duttilita` deimateriali, la geometria degli elementi e le tipologie dei collegamenti, che necondizionano la capacita` di assorbire forti deformazioni in campo anelastico ele caratteristiche dissipative complessive, ed e` fortemente penalizzato dallapresenza di modi deformativi locali a carattere fragile.

    E di difficile valutazione, anche se il riscontro con i danni prodotti da eventisismici trascorsi puo` fornire utili indicazioni, in quanto lescursione dei valoripossibili (grosso modo da 2 a 6) resta comunque fortemente sbilanciatarispetto allimportanza del fattore.

    Un supporto alla scelta puo` essere dato, come suggerito dalla normativa, dauna correlazione euristica con la geometria e tipologia della costruzione(regolarita` o meno in pianta ed in altezza, struttura a telai o a setti portantied altro).

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi Pushover

    Lanalisi pushover

    Studi recenti hanno evidenziato limportanza della duttilita` nella rispostadelle strutture ad azioni sismiche.

    Si e` pertanto andata sviluppando una metodologia di analisi, spesso indicatacome analisi pushover, indirizzata a valutare la capacita` in spostamento dellastruttura in rapporto allo spostamento potenzialmente attivato dal sisma.

    Lanalisi pushover e` presente ormai, come opzione suggerita, nelle normativepiu` recenti: le nostre NTC 2008 ma anche gli eurocodici e le FEMA 273 e leATC 40 americane.

    Per le tipologie strutturali, come ad esempio le costruzioni in muratura, aprevalente comportamento nonlineare, rappresenta anzi la metodologia dianalisi piu` fortemente consigliata

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi Pushover

    Modalita` dellanalisi

    1 la struttura e` assoggettata ad una spinta laterale di forma appropriata acaratterizzare lazione sismica;

    2 la spinta e` fatta crescere proporzionalmente e viene costruito un diagrammanonlineare forza/spostamento che segue levoluzione della plasticizzazione edel danneggiamento negli elementi;

    3 Lanalisi viene arrestata quando il livello di danno supera quello ammessodalle condizioni di verifica associate allo stato limite considerato;

    4 La curva forza/spostamento individua un oscillatore semplice non lineare eviene utilizzata per definire un oscillatore elastico equivalente, caratterizzato,sotto sisma, da uno spostamento massimo eguale o quanto meno correlato;

    5 La risposta in spostamento delloscillatore elastico e` direttamente fornitadallo spettro. Dalla correlazione puo` essere pertanto calcolato lo spostamentomassimo potenzialmente attivato dal sisma nelloscillatore nonlineare;

    6 Il rapporto (capacita`/domanda) tra questo valore e quello effettivamenteraggiunto nella curva fornisce lindice di sicurezza sismica della struttura;

    7 Lanalisi e` ripetuta piu` volte con orientazioni diverse della spinta, in modo darappresentare le possibili direzioni di incidenza sismica. Lindice di sicurezzacomplessivo viene assunto come il minore fra i valori calcolati.

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi Pushover

    Curva Pushover

    Losservazione della curva fornisce due informazioni significative:

    il valore massimo di accelerazione sostenuto dalla struttura

    lescursione massima dello spostamento raggiunto dalla struttura;

    che possono essere usate per caratterizzare il fattore di struttura q e quindimigliorare laffidabilita` dellanalisi dinamica lineare.

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    Aspetti critici nellanalisi pushover

    Spinta laterale di forma appropriata. Lanalisi sintetizza leccitazionesismica in una unica spinta. La semplificazione e` sicuramente grossolana manon cos` grave in quanto:

    lanalisi puo` essere ripetuta a coprire tutte le possibili forme di spinta;leventuale presenza di modi deformativi a carattere fragile e` comunque semprericonosciuta ed evidenziata con chiarezza.

    Danneggiamento. La legge di danno, che descrive la perdita di portanzanegli elementi a seguito di deformazioni anelastiche eccessive, ha unainfluenza diretta sullanalisi in quanto condiziona lo spostamento massimoraggiungibile.Sono disponibili diverse formule, che descrivono las legge di danno, basate suestrapolazione di dati sperimentali e su considerazioni euristiche e sumotivazioni teoriche.

    Oscillatore elastico equivalente. Lamplificazione dinamica e` ricondotta aquella di un oscillatore elastico equivalente. Lequivalenza, fra comportamentiqualitativamente diversi. E questo laspetto piu` debole dellanalisi.

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    Uso dellanalisi pushover nella verifica sismica

    Lanalisi pushover fornisce uno strumento sintetico di verifica, non utilizzabileper una ricostruzione di dettaglio del comportamento degli elementi.

    Presenta ancora aspetti poco esplorati, in relazione alla definizione delsistema elastico equivalente e delle leggi di danno negli elementi.

    E uno strumento ancora non sufficientemente validato dallesperienza cherichiederebbe una taratura piu` precisa dei diversi parametri e fattori disicurezza che intervengono nellanalisi.

    Rispetto ad una analisi dinamico-lineare, non richiede lassunzione di unfattore di struttura ma, anzi, fornisce informazioni per una sua miglioretaratura

    Si presta particolarmente a strutture, come le costruzioni in muratura, acomportamento prevalentemente nonlineare.

    Utilizzando modellazioni appropriate, i risultati della simulazione statica sonoaccurati e comunque capaci di evidenziare con chiarezza leventuale presenzadi meccanismi deformativi quasi fragili, che quindi necessitano di rinforzi.

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    La modellazione della muratura

    Il materiale muratura e` tradizionalmente descritto come continuo di Cauchy.Sono disponibili teorie consolidate, figlie del continuo di Cauchy, come quella dellepiastra caricate nel piano e fuori del piano, e strumenti di calcolo potenti,quali il metodo degli elementi finiti. Cio` permette di modellare sia le singolepareti murarie che il loro assemblaggio scatolare, e di tener conto in manieraarticolata anche di dettagli quali presenza di aperture, variazione di spessore,rinforzi localizzati, ecc.. .La muratura e` tuttavia un materiale complesso, altamente disomogeneo al suointerno. Si presenta infatti come aggregato di elementi eterogenei (blocchi,mattoni, giunti di malta,..) con comportamento tra loro molto diverso e didimensione non trascurabile rispetto a quella degli elementi strutturali matuttavia troppo fine da permettere una descrizione diretta dei singoli costituenti.Sorge pertanto la domanda:

    La muratura puo` essere ricondotta ad un continuo omogeneizzato?ed, al caso, ad un continuo di Cauchy? ed attraverso quali proceduredi omogeneizzazione? ed a quale continuo?.

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    Modellazione del danno, della fessurazione e dellattrito

    Modellazione in mattoni e giunti di maltaLa muratura ha un comportamento fragile, caratterizzato da un danneggiamentoper progressiva microfessurazione. In trazione, cio` porta allapertura di fessure conperdita completa di resistenza. In compressione, le fessure pur se presenti hannocomunque una resistenza residua dovuta allattrito. Questo comportamento, in unprocesso incrementale al passo, puo` essere modellato attraverso le relazioni:

    = E 1 +

    , =

    {E if 0 (giunto aperto)d if < 0 (giunto chiuso)

    dove e` un parametro di danno, E := dkn, ktc e` la matrice elastica, e` ilcontributo della deformazione anelastica, e d := {0, d} tiene conto delloscorrimento tangenziale dovuto al superamento della tensione di attrito c :

    d := kt max (c ,min (c , 0 + kt( 0)) )

    e lindice 0 corrisponde a quantita` valutate al passo precedente dellanalisi.

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    Analisi pathfollowing

    La presenza di nonlinearita` richiede una strategia di soluzione incrementale in cuiil processo di carico e` descritto da una sequenza di piccoli incrementi. Lanalisifornisce una successione di punti di equilibrio, sufficientemente fitta da consentirela costruzione della curva carico/spostamento per interpolazione.

    Il singolo punto e` ottenuto medi-ante uno schema iterativo alla Riks(arclength method).Lo schema, ormai ampiamenteconsolidato, e` molto efficiente,risulta tuttavia rallentato dallapresenza del danneggiamento cheinduce forti instabilita` nelle re-lazioni di legame costitutivo.

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    Analisi multilivello

    m

    0.1 MPa

    13000

    13000 mm

    La scala rada vede linsiemedella parete discretizzata inelementi finiti;

    La scala fitta vede i singolicostituenti (mattoni e giunti)con i loro dettagli interni.

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    Validazione sperimentale: Test di Pavia

    Test sperimentale su una casetta a due piani condotto allUniversita` di Pavia neglianni 90. La struttura e` caricata con martinetti orizzontali con escursione ciclica diintensita` crescente.

    -25

    -20

    -15

    -10

    -5

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    displacem

    ent (m

    m)

    time

    104 104 104104208

    624 cm

    59

    97

    117

    98

    58

    234

    663

    1st floor

    2nd floor

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi Pushover

    Confronto numerico/sperimentale

    Curva carico/spostamento:

    Soluzione numerica multilivello:modellazione in mattini e giuntidi malta con legge di danneggia-mento.

    Curva ottenuta sperimentalmente(Calvi-Magenes, 1994)

    Analisi semplificata: continuoequivalente, discretizzazione in el-ementi finiti misti e pieno danneg-giamento.

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi Pushover

    Analisi semplificata

    In strutture ben realizzate, il danno sievidenzia solo nei giunti di letto edinteressa poco quelli di testa.

    Il danno si manifesta gia` nei cicli iniziali, eper escursioni limitate.

    E ragionevole assumere (a vantaggio disicurezza) un completo danneggiamento

    La struttura conserva una portanzarelativamente elevata in ragionedellattrito.

    I meccanismi anelastici (in figura a lato)sono limitati in numero e ben individuabili.

    Una modellazione fine, cruciale per unacomprensione del fenomeno, non fornisce,ancora, uno strumento di praticaprofessionale.

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi Pushover

    Modellazione semplificata

    Il comportamento elastico e` ricavato con procedura semplificate (medianteopportuna taratura dei fattori elastici). Dato il ruolo, poco rilevante, nelcomportamento complessivo della muratura, questa approssimazione puo`ritenersi soddisfacente.

    Discretizzazione in elementi finiti misti, definiti in termini di spostamento,tensione e deformazioni anelastiche.

    Lelemento cos` definito e` insensibile al locking e puo` essere utilizzato anchecon discretizzazioni relativamente rade.

    Il legame costitutivo e` definito assumendo gia` completato il processo didanneggiamento.

    Lanalisi e` svolta con strategia pathfollowing ed utilizza una variante informato misto dellalgoritmo iterativo arclength.

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi Pushover

    Analisi pushover in Por 2000

    Por2000 Test sperimentaleForza max 30.3 T 30 TSpostamento max 2.18 cm 2.5 cm

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  • Analisi Pushover e Costruzioni in Muratura Analisi Pushover

    Ipotesi di modellazione in Por 2000

    Le ipotesi base assunte in Por 2000 sono:1 i maschi murari hanno un comportamento tipo shear-type, ovvero abbiano

    rotazioni al piede e in testa impedite;2 il loro spostamento in pianta sia descrivibile come roto-traslazione rigida.

    La prima ipotesi e` valida in presenza di un sufficiente grado di ammorsamento frale pareti, tale da garantire un comportamento scatolare dellinsieme. Infatti:

    la presenza dei muri trasversali limita notevolmente la rotazione delle sezioniterminali delle murature, rendendo plausibile lipotesi di rotazioni impedite alpiede e in testa;

    La deformabilita` tangenziale e, nelle murature circa 10 volte piu` grande chein un Cauchy standard:

    nel caso di setti adiacenti ad aperture, la deformabilita` del collegamento puo`essere messa in conto, come in effetti si fa in Por 2000, attraverso unappropriato trattamento del nodo a dimensione finita.

    Per quanto riguarda la seconda ipotesi, questa non discende, dalla presenza disolai di piano rigidi ma e` conseguenza anchessa del comportamento scatolaredelledificio (anche in assenza di solai).

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    Analisi Pushover e Costruzioni in MuraturaPremessaAnalisi lineare e nonlineareAnalisi dinamica lineareAnalisi Pushover