Structural Modeling 12

7/26/2019 Structural Modeling 12

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STRUCTURAL

MODELiNG

M A G A Z I N E D I I N G E G N E R I A S T R U T T U R A L E

Anno V n 12, Marzo 2015 - CSPFea s.c . via Zuccheri fici o, 5 D - 35042 Este (PD) Ita ly - Tel. +39 0429 602404 - Fax +39 0429 610021 - info@cspfea .net

IN QUESTO NUMERO

STUDIO DI EDIFICI ALTI AD USO ABITATIVOCaso studio: Le torri in piazza Drago a Jesolo

Un nuovo progetto per lOspedale Sacro CuoreIstituto Don Calabria di Negrar (VR)CICLOTRONE NUCLEARE E ANNESSARADIOFARMACIA

MODELLAZIONE AGLI ELEMENTI FINITI diprove di identificazione strutturale: Interventoallo VM Motori

TRA TERRA E ARIA: nuove frontiere dimodellazione geotecnica 3D

BIM: finalmente!Il Convegno organizzato da CSPFea a Gubbiogetta delle importanti basi per il futuro dellaprogettazione

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numero dodiciPeriodico trimestrale diingegneria strutturalea cura di


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Associazione ISIIngegneria Sismica Italianawww.ingegneriasismicaitaliana.com

Ingegneria Sismica Italiana nasce dalla necessit

di creare unorganizzazione che rappresenti iprotagonisti di questo settore in Italia.

ISI Sperimentazione, Aggiornamento e Dialogo.

MISSIONELa MISSIONE di ISI di coinvolgere i diversi attori cheoperano nellambito dellIngegneria Sismica in un gruppo

dinamico che li rappresenti e li promuova, organizzando

attivit di divulgazione del loro lavoro, comunicando con gli

organi ufficiali, istituzioni ed enti normatori, con la comunitaccademica e scientifica, con il mondo industriale e conquello dei professionisti.

Le LINEE DI AZIONEdellAssociazione sono:

Promuoverelo sviluppo di tecnologie antisismiche;

Favorirelaggiornamento continuo;

Attivarela costituzione di commissioni di studio;

Stimolarepubblicazioni scientifiche;

Dialogarecon gli enti normatori.

LE SEZIONIISI ha costituito tre sezioni su temi di particolare rilievo: Norme, Certicazioni e Controlli in Cantiere

Tecnologie Antisismiche

Software

Ogni sezione, promuove la ricerca, aggiorna sulle nuove tecnologie e

gestisce rapporti con le Associazioni nazionali e internazionali, ope-

ranti nel settore.

IL COMITATO SCIENTIFICOIng. Pietro Baratono - Ministero Infrastrutture e TrasportiProf. Franco Braga - Univ. di Roma La Sapienza

Prof. Gian Michele Calvi - IUSS Pavia

Ing. Guido Camata - Univ. Chieti Pescara

Prof. Andrea DallAsta - Univ. di CamerinoProf. Dante Galeota - Univ. dellAquilaProf. Stefano Grimaz - Univ. di Udine

Prof. Raffaele Landolfo - Univ. Di Napoli

Prof. Alberto Pavese - Univ. di Pavia

Prof. Andrea Prota - Univ. Di Napoli

Ing. Virginio Quaglini - Politecnico di Milano

Prof. Paolo Riva - Univ. di BergamoProf. Walter Salvatore - Univ. di Pisa

Prof. Marco Savoia - Univ. di Bologna

Ing. Roberto Scotta - Univ. di Padova

Ing. Stefano Secchi - ISIB/CNR

Prof. Paolo Spinelli - Univ. di Firenze

Prof. Tomaso Trombetti - Univ. di BolognaIL PORTALEwww.ingegneriasismicaitaliana.itUn portale verticale ricco di approfondimenti su normative, tec-

nologie costruttive, progettazione antisismica e con un elencoaggiornato di seminari formativi aggiornati organizzati da ISI e

da altre istituzioni sul territorio nazionale, per migliorare e ag-

giornare la conoscenza dei temi di ingegneria sismica.

I SOCIAL MEDIA

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Ingegneria Sismica Italiana

Associazione ISI Ingegneria Sismica Italiana

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STRUCTURAL MODELiNG DODICI

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Sempre in costante rinnovamento

Con il numero 12 diamo inizio ad una nuova era di Structural

Modeling, assieme ad un rinnovamento dellintera aziendaCSPFea. Vi sarete gi accorti di una nuova veste grafica,pensata per una ancora maggiore leggibilit, alcuniarticoli che raccontano e vi relazionano circa lenostre iniziative, che vi permettono di approfondireulteriormente argomenti trattati nei nostri eventi,

riguardando gli atti di convegni ai quali magari nonavete avuto modo di partecipare.Nel 2015 festeggiamo i primi 10 anni di CSPFea, augurando

a voi e un po anche a noi stessi, di essere finalmente usciti da una profondacrisi economica del nostro Paese. Stiamo notando un grande cambiamentoanche nel settore dellingegneria civile che non tocca solo una riorganizzazionedel settore con accorpamenti e ristrutturazioni aziendali, ma anche un nuovomodo di usufruire dei servizi offerti dallIT. Stiamo cercando di precorrere itempi per essere allaltezza delle necessit del settore Architectural EngineeringConstruction (AEC) implementando conoscenze specifiche e approfondite innuovi settori quali il BIM, il CAD specialistico e parametrico, le nuove frontiereCAE quali lanalisi computazionale fluidodinamica (CFD) alla quale abbiamo gidedicato un numero speciale nel 2014 (SM5).Da ormai un anno stiamo lavorando duro per offrire un supporto valido allenecessit delle societ di ingegneria, imprese, contractors, committenze, sul settoredel Building Information Modeling e continueremo, dedicando un intero numerodella rivista, gi nellanno in corso, ai molteplici aspetti di questa disciplina cheporta lengineering design da un mondo essenzialmente 2D a quello 3D, collegato atutte le informazioni che riguardano ogni oggetto della progettazione. Sempre conil duplice obiettivo di offrire una vetrina alle migliori applicazioni dei nostri clientie di offrire informazioni preziose ai nostri lettori.Speriamo che questo restyling vi piaccia, fatecelo sapere, e buona lettura!Post Scriptum. Vi devo anche una mia nota personale: da Gennaio 2015 ho

lasciato, dopo 5 anni, la Presidenza dellAssemblea Sostenitori della FondazioneEucentre, che spero di aver servito in maniera sufficiente. Sono stato orgogliosodi questo incarico, una occasione unica di approfondire conoscenze chealtrimenti mi avrebbero richiesto una intera vita professionale. Il mio rapportocon la Fondazione non si esaurisce qui: noterete in questo numero una sezionededicata alla rivista Progettazione Sismica, P+S, edita da Eucentre e Direttadalling. Davide Bolognini, che ringrazio. P+S ospiter a sua volta una sezionedi Structural Modeling e mi auguro che in futuro questa collaborazione possaestendersi. Il termine di questa esperienza mi permette di dedicarmi ad unanuova avventura alla Direzione della Sezione Software di Ingegneria SismicaItaliana, coordinando il gruppo di lavoro delle Software House italiane associatead ISI, con le quali ci siamo posti lobiettivo di creare gruppi di studio su tematicheche legano lingegneria al software, al progetto digitale, alla validazione e amolti altri argomenti. Il mio primo obiettivo sar quello di lanciare una seriedi Quaderni Tecnici ISI che speriamo possano essere di interesse e di aiuto allacomunit dei progettisti strutturali italiani.

Ing. Paolo [email protected]: @cspfea1

Magazine di ingegneria strutturalewww.structural-modeling.itLe opinioni espresse negli articoli pubblicati dalla rivista Structural Modeling,impegnano esclusivamente i rispettivi autori.Editore: casa editrice Il Prato - www.ilprato.comProgetto grafico: Enrico Cappellari - [email protected]

casa editrice Il Prato CSPFea s.c.

CSPFea distribuisce:

CSPFea sostiene:

SommarioEditoriale

Toccare il cielo con un dito

Studio di edifici alti ad uso abitativo

Pag. 5

Caso studio: Le torri in piazza Drago a Jesolodi Sebastiano Amodio

Ciclotrone nucleare e annessaradiofarmacia

Un nuovo progetto per lOspedale Sacro Cuore IstitutoDon Calabria di Negrar (VR)

Modellazione agli elementi finiti di prove diidentificazione strutturale:

Pag. 12

di Andrea Piccinini

Pag. 21

La terra romba sotto VM Motoridi Andrea Toni, Fabio Minghini, Antonio Tralli,Gianluca Loffredo

Pag. 30

BIM:Finalmente!a cura della redazione

Pag. 29

Tra terra e aria: nuovefrontiere di modellazionegeotecnica 3Da cura della redazione

TNO DIANAA TNO Company

civil engineeringsoftware

Build Soft N.V.

CSPFeawww.cspfea.net

SostenitoreEUCENTRE


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... Nella progettazione di edifici alti uno deiproblemi principali da considerare in fase

di progettazione e verifica quello dellastabilit laterale...


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Toccare il cielocon un dito

Studio di edifici alti ad uso abitativo

Caso studio:Le torri in piazza Drago a Jesolo

di Sebastiano Amodio

Relatore:Prof. Ing. Renato Vitaliani

Universit degli studi di Padova


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Le torri in piazza Drago a JesoloIntroduzione

Dalla seconda met del XIX secolo si assistito ad una vera e propria sfida nelrealizzare ledificio pi alto, raggiungen-do altezze vertiginose mai pensabili pri-ma, similmente a ci che avveniva nellecitt medievali, quando le famiglie piricche cercavano di primeggiare realiz-zando torri altissime. Gli avanzamentidellingegneria strutturale, lo sviluppo dinuovi materiali e tecnologie costruttivee, soprattutto, linvenzione dellascen-

sore, hanno permesso la diffusione diquesta tipologia di edifici come rispostaalle esigenze dettate dallaumento dellapopolazione urbana e, quindi, del costodelle aree edificabili. Ci ha modificatoprofondamente il panorama delle grandimetropoli mondiali, presentando oggi unnumero considerevole di edifici alti che sistagliano nel paesaggio circostante, dise-gnando i contorni di uno skyline sugge-stivo ed imponente.

Molte sono le potenzialit di questa ti-pologia di edifici, come dimostra la loroespansione a livello globale; la tendenzaattuale quella di renderli ecologicamentecompatibili mediante lutilizzo di materia-li riciclati e/o riciclabili cos da garantirnela eco sostenibilit, ed energeticamenteautosufficienti. Un esempio fornito dalprogetto della Pertamina Tower che sorge-r al centro di Giacarta (Indonesia) e pro-durr energia dal vento.

Le principali problematiche da fron-teggiare nella realizzazione di questecostruzioni sono: linserimento nel con-

testo storico ed urbanistico, la stabilitlaterale sotto carichi orizzontali, i driftdi interpiano, le vibrazioni sotto il carico

dinamico da vento, quindi le condizionidi comfort umano, i fenomeni lenti delcalcestruzzo e la temperatura.

Figura 1Pertamina Tower


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Il lavoro svolto sul caso studio

Il lavoro presentato in questo contributo tratto dalla mia tesi dilaurea magistrale si posto come obiettivo principale quello di stu-diare il comportamento di questi edifici sotto lazione di forze oriz-zontali, solitamente esplicate dal vento o da un evento sismico, pervalutarne la stabilit laterale e le condizioni di comfort umano.Il lavoro stato affrontato nel caso studio avente come oggetto letorri in piazza Drago, a Jesolo.Inizialmente stata condotta unanalisi dei carichi gravanti sullin-tero edificio e la caratterizzazione delle azioni ambientali. Successi-vamente, sono stati calcolati i pesi sismici della struttura e quindi

le masse. Una volta definiti compiutamente tutti i carichi e le mas-se, stato possibile eseguire un modello completo della strutturamediante il software ad elementi finiti Midas Gen per iniziare leanalisi di tipo numerico.Sono stati svolti vari tipi di analisi avvalendosi sia di metodi diverifica tradizionali, sia di modelli di calcolo pi innovativi; nellafattispecie, stata utilizzata unanalisi dinamica lineare nel domi-nio del tempo (Time History Analysis) che permette di risolvere ilproblema dinamico mediante integrazione diretta delle equazionidel moto oppure operando per sovrapposizione modale.

Figura 2 - Vista dallalto delle torri

Figura 4Vista tridimensionale delmodello F.E.M.

Figura 3 - Vista frontale delle torri

Modellazione numerica della struttura

Il modello numerico delle Torri stato eseguito con il software Mi-das Gen sulla base dei disegni Caddel progetto esecutivo. Gli elementistrutturali componenti la strutturasono stati modellati in modo da ri-specchiare il reale comportamentodella costruzione. In particolare isetti in calcestruzzo armato sono sta-ti modellati con elementi plate a 4nodi con il drilling DOF attivato. Letravi, i pilastri e i cordoli sono statimodellati con elementi beam conrigidezza tagliante attivata.I solai semi-prefabbricati in polisti-rene espanso sono stati inseriti at-

traverso la funzione floor load chepermette di ripartire il maniera auto-matica il carico del solaio sulle travimentre le solette piene in calcestruz-zo armato sono state modellate conelementi plate a 4 nodi. Lo schemadi vincolo adottato quello di inca-stro alla base.Per quanto riguarda la massa sismicadella struttura stato eseguito pre-liminarmente un calcolo analiticoper ogni livello della costruzione inmodo da poter eseguire un control-lo a posteriori con i valori di massacalcolati in maniera automatica dalsoftware Midas Gen.


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Analisi delle frequenze

naturali di vibrazione

Una volta eseguito il calcolo della massa e confrontato con quellacalcolata in automatico dal programma, viene eseguita lanalisidelle frequenze naturali di vibrazione della struttura.Il modello stato eseguito come illustrato nel paragrafo prece-dente cercando di riprodurre leffettivo comportamento della co-struzione e per far ci sono stati inseriti anche gli elementi platedi piano.Inoltre lanalisi stata eseguita sia con ipotesi di piano rigido checon quella di piano deformabile avente una propria rigidezza. I ri-sultati non hanno mostrato una differenza significativa e pertan-to il comportamento della costruzione risulta ben rappresentatoda questa ipotesi.

Si riportano le deformate dei modi principali della struttura. Ladeformata ha puramente scopo illustrativo, in quanto i valori dispostamento ricavati dallanalisi delle frequenze naturali (auto-vettori normalizzati) non sono spostamenti reali. Figura 5 - Distribuzione della massa ai vari livelli

Figura 6Primo modo di vibrare in direzioneY: f = 0,642 Hz T= 1,558 s

Figura 7Secondo modo di vibrare in direzioneZ: f = 0,688 Hz T = 1,452 s

Figura 8Terzo modo di vibrare in direzioneX: f = 1,078 Hz T= 0,927 s

Riassumendo, il primo modo di vibrare risulta in direzione Y,muovendo circa 60% della massa partecipante. Mentre il secon-do e terzo modo, in direzione X, muovono insieme circa il 70%della massa. In direzione Y gi al primo modo risulta movimen-tata una buona percentuale di massa e non presenta componen-

ti torsionali, questo perch la struttura risulta simmetrica peruna sollecitazione in quella direzione e, pertanto, il modo risultadisaccoppiato. Non presentando invece simmetrie in X, i modiin quella direzione risultano accoppiati, quindi con contributotorsionale.


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Verifica della stabilit lateraleNella progettazione di edifici alti uno dei problemi principalida considerare in fase di progettazione e verifica quello dellastabilit laterale. In particolare, sono stati calcolati gli spo-stamenti sia assoluti che relativi dovuti al vento e al sisma e

confrontati tra di loro. In questa sede si riportano solamente irisultati dovuti al vento in quanto risultano pi gravosi rispet-to al sisma.

Per il calcolo degli spostamenti dovuti al vento si considerato untempo di ritorno pari a 50 anni ed il seguente stato limite di esercizio:

Combinazione SLE-Rara

Figura 9 - Deformata della struttura dovuta al vento in direzione X Figura 10 - Deformata della struttura dovuta al vento in direzione Y

Drift dinterpiano vento X

Piani edificio

Driftdinterpiano(mm)

0

2,0

1,5

1,0

0,5

0,01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2122

Drift dinterpiano vento Y

Piani edificio

Driftdinterpiano(mm)

0

3

2

1

01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Figura 11 - D rift dinterpiano vento in direzione X Figura 12 - D rift dinterpiano vento in direzione Y

I valori risultano inferiori a quelli indicati in normativa (htot/500) e pertanto le verifiche risultano soddisfatte.

I valori risultano inferiori a quelli indicati in normativa (hint./200) e pertanto le verifiche risultano soddisfatte.


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Analisi del comfort umano

necessario che le costruzioni adibite ad ospitare persone, quin-di soprattutto gli edifici, ispirino fiducia e garantiscano benessereagli occupanti nei riguardi delle azioni e degli effetti del vento. Ilfisico umano non manifesta generalmente difficolt a sopportareelevati spostamenti e velocit; invece molto sensibile allacce-lerazione cui sottoposto, dando luogo a una gamma di reazioniche spaziano dalla non percezione sino al fastidio e, in alcunicasi, allintollerabilit. Tali reazioni dipendono dalla frequenzacon cui avviene loscillazione e da vari altri fattori, soprattuttofisiologici e psicologici, legati alle caratteristiche delle singole per-sone. compito del progettista fare in modo che le costruzioniospitino i propri abitanti o utilizzatori, dando luogo a condizionifisiologicamente non favorevoli solo in rare situazioni.

Dovendo eseguire un controllo in termini di accelerazioni, sta-to necessario ricorrere ad unanalisi dinamica lineare transitoria(Linear Time History) attraverso il metodo della sovrapposizionemodale.Tale metodo prevede, a monte, il calcolo dei modi di vibrare dellastruttura poich attua una separazione della funzione forzantenelle sue componenti di ogni modo. Successivamente avviene lasoluzione delle singole equazioni disaccoppiate, corrispondentiai singoli gradi di libert. Il calcolo della risposta globale dellastruttura avviene pertanto come somma delle singole risposte deisingoli modi agli istanti desiderati.Lintervallo di tempo indagato pari a 300 secondi di vento (5

minuti). Le forze dinamiche applicate alla struttura sono statecalcolate tenendo in considerazione la componente turbolentadella velocit del vento. Questultima stata valutata attraversoil metodo di Shinozuka-Deodatis.

Per quanto riguarda il fattore di smorzamento, stato inseri-to uno smorzamento di tipo modale, applicato ad ogni singolomodo, il cui valore, trattandosi di unanalisi di comfort, piutto-sto basso (di norma non si va oltre 1-2%). Tuttavia, a seguito di al-cune assunzioni semplificate quali la non simulazione dei pali difondazione, le interazioni terreno-palo tralasciate e le cautelativeipotesi per la determinazione del coefficiente di drag, si sceltodi utilizzare un valore pari al 3%.Per non appesantire ulteriormente lanalisi si scelto di conside-rare tali forze applicate ogni due interpiani.

Figura 13 - Andamento della forza dinamica relativa al primo interpiano

Di seguito viene illustrato il modello agli elementi finiti con lin-serimento di tutte le forze dinamiche.

Figura 14Vista del modello conlinserimento delle forzedinamiche.


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La verifica del comfort interno degli edificialti solitamente risulta soddisfatta se le ac-celerazioni di piano non eccedono determi-nati valori di soglia espressi come valori inmillesimi di g.Vari testi e articoli indicano dei valori limi-te di accelerazione sotto i quali le accelera-

zioni risultano accettabili. In particolare sifar riferimento alla seguente pubblicazio-ne che riporta le indicazioni della norma-tiva Canadese riguardante la progettazione

strutturale (NBCC). I valori accettabili diaccelerazione per soddisfare le condizionidi comfort umano non devono superare i25 - 30 milli-g. [cfr. A. S. Rizk (2010) Struc-tural Design of Reinforced Concrete TallBuildingCTBUH Journal Issue 1]Inoltre, come si evince da numerosi studi

relativamente al comfort umano, la per-cezione delle vibrazioni della struttura daparte degli abitanti pu essere classificatasecondo 5 livelli, come riportato in tabella.

Perception of acceleration

Degree of Discomfort Acceleration level

Imperceptible < 5 mg

Perceptible < 5 mg - 15 mg

Annoying < 15 mg - 50 mg

Very Annoying < 50 mg - 150 mg

Intolerable > 150 mg

Tabella 1Limiti di percezione dellaccelerazione

Risultati in direzione X Risultati in direzione Y

0.05

0.04

0.03

0.02

0.01

0.00

-0.01

-0.02

-0.03

-0.04

-0.05

Acce

lerazioni(m/s^2)

Tempo (s)

0 50 100 150 200 250 300

4,8 milli-g 0.15

0.10

0.05

0.00

-0.05

-0.10

-0.15

Acce

lerazioni(m/s^2)

Tempo (s)

0 50 100 150 200 250 300

13,4 milli-g

Accelerazioni ultimo piano

Figura 15 - Accelerazioni in direzione X Figura 16 - Accelerazioni in direzione Y

Sulla base dei valori di accelerazione riscontrati nelle analisi dinami-che condotte e dai valori soglia indicati precedentemente, la verifica

di comfort risulta ampiamente soddisfatta. Inoltre in entrambe ledirezioni non viene mai superata la soglia di disturbo di 15 milli-g.

Conclusioni

Dai risultati delle analisi sulla stabilit laterale della struttura, emerso che i valori di spostamento massimi trovati, sia dovutiallazione sismica che al vento, rispettano ampiamente i limiti im-posti dalla normativa (1/500 H). Anche i valori dei drift risultanoampiamente soddisfatti, e, pertanto, possibile affermare che lastruttura presenta un ottimo comportamento nei confronti delle

azioni orizzontali. importante notare che gli spostamenti dovutial vento risultano maggiori rispetto a quelli ottenuti in condizio-ne sismica; questo perch negli edifici alti, a differenza di quellibassi, il periodo proprio di vibrazione risulta maggiore a seguitodella maggiore snellezza. Pertanto, le torri risultano poco vulne-rabili allazione sismica. Viceversa, si dimostrato che il ventorisulta estremamente influente ed quindi il carico principale neldimensionamento delledificio.

Per quanto riguarda lanalisi di abitabilit, la costruzione sod-disfa i valori di accelerazione richiesti per un buon comfortumano per entrambe le direzioni della forzante del vento, inquanto il valore massimo riscontrato non mai superiore ai25-30 milli-g di soglia. Inoltre, le accelerazioni risultano infe-riori alla soglia dei 15 milli-g oltre la quale le vibrazioni indot-

te dal vento risultano percepibili e fastidiose. In conclusione,ledificio presenta un buon comportamento sotto i carichi oriz-zontali sia in condizioni di vento statico che dinamico.

Ringrazio lo Studio F&M Ingegneria per la gentile fornitura delmateriale e la CSPFea per la fornitura della licenza softwareMidas Gen.

Approfondimento Sulla tematica, visitare il sito web cspfea.net alla sezione Documenti e Tutorial:

Le fasi costruttive instrutture miste soggettea viscosit e ritirowww.cspfea.net/shop/libri/ingegneria/CSP00287.html

Design of Multi-StorySteel Buildingwww.cspfea.net/scheda-documento-CSP00012.html

Sul softwarewww.cspfea.net/midas_gen.php


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Ciclotrone

nuclearee annessaradiofarmacia

Un nuovo progettoper lOspedale Sacro Cuore

Istituto Don Calabria

di Negrar (VR)

di Andrea Piccinini


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Ciclotrone nucleare e

annessa radiofarmaciaIntroduzione

La trattazione finalizzata al progetto ese-cutivo per la realizzazione del nuovo Ci-clotrone nucleare e annessa Radiofarma-cia sito nel complesso ospedaliero SacroCuore - Istituto Don Calabria nel comunedi Negrar (VR). Ledificio denominato Pa-lazzina della Radiofarmacia separato daun bunker in cemento armato che contie-

ne il ciclotrone nucleare con un giunto didilatazione. Il complesso composto dalle

due sottostrutture sorge in una zona sismi-ca di media intensit, corrispondente allaZona 3della classificazione sismica fornitadalla normativa precedente (OPCM 2003).Scopo dellarticolo descrivere le peculia-rit della modellazione strutturale, orien-tata allanalisi e alla progettazione dellecostruzioni in cemento armato. Il softwa-

re utilizzato Midas Gen prodotto dallaMidas Information Technology Co. Ltd

(Corea). Le verifiche di tutti gli elementistrutturali sono condotte secondo le NTC2008 (e relativa Circolare Ministeriale n.617 del 2/2/2009) e secondo gli Eurocodi-ci. In particolare per la progettazione del-le piastre a soletta piena possono esserepresenti eventuali richiami alla normativaeuropea UNI EN 1992-1-1:2004 con riferi-

mento al Punto 9.3 e DIN 1045-1 al Punto13.3 Solid slab cast in-situ.

Figura 1:Rendering del Ciclotrone nucleare e annessa radiofarmacia

Il progettoGli interventi strutturali prevedono la realizzazione di un bunkermonolitico in cemento armato con dimensioni in pianta di 8.6 m 9.4 m e che si sviluppa in altezza per 7 m. Le pareti laterali e lasoletta di copertura hanno uno spessore costante di 2 m mentrela soletta di base ha uno spessore variabile tra 1.4 e 2 m. Laltezza

minima interna del cubo cavo di 3 m. Il bunker del ciclotro-ne appoggia su 16 pali trivellati spinti fino a 26 m di profonditper vincolare il cedimento eccessivo di tale struttura, che oltre alpeso proprio ospita allinterno un ciclotrone nucleare da 31 t. Perla realizzazione del getto massivo viene prescritto un cemento

rallentato a basso dosaggio e che sviluppi un calore di idratazioneaccettabile per scongiurare la fessurazione. Il bunker contenenteil ciclotrone viene progettato in campo elastico, considerata lasua incapacit di dissipare lenergia indotta dal sisma in mododuttile con la formazione di cerniere plastiche.

La Palazzina della Radiofarmacia giuntata rispetto al bunker(giunto strutturale di 4 cm) e la sua piastra di base poggia su 35ulteriori pali spinti fino a 26 m di profondit dal piano di calpe-stio. Si compone di un piano interrato e tre piani fuori terra oltread una copertura praticabile. Il piano interrato, il piano terra e il


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piano primo hanno una forma a ferro di cavallo (ruotano attornoal bunker, che penetra nella palazzina) mentre il piano secondo ela proiezione della copertura tornano ad avere forma rettangolaredi dimensioni strutturali pari a 23.3 m 16.6 m. Gli interpianidei primi due livelli fuori terra sono di circa 5 m mentre gli altrisono di poco pi contenuti. Tutti i muri di controvento sono sta-ti portati sul perimetro esterno della Palazzina e internamente

sono visibili solamente 6 pilastri, e le luci coperte dai solai sonorilevanti (fino a 10 m). Tutti i pilastri hanno una sezione snellaa forma quadrata di dimensioni 40 cm 40 cm e portano unapiccola aliquota del momento flettente originato ai vari orizzon-tamenti dal moto sismico e dal vento, oltre che dallappoggio delponte di collegamento in carpenteria metallica tra la palazzinae una struttura esistente, non trattato in questo articolo. I solaisono realizzati con piastre a soletta piena in calcestruzzo armatogettato in opera con spessori di 30 cm per la copertura, 40 cmper il piano terra ed il piano terzo e 50 cm per la fondazionesu pali ed il piano secondo, che deve reggere le celle piombate,un peso permanente distribuito pari a 110 kN/m2, e sono ade-

guatamente ancorate alle pareti perimetrali che hanno spessore30 cm lungo tutto il loro sviluppo in altezza, cos che si rendapossibile in fase di modellazione FEM schematizzare la giun-zione tra i due elementi strutturali come un incastro perfetto.Le lame sismiche perimetrali non presentano alcuna aperturalungo tutto il loro sviluppo e mantengono costante larmaturadalle fondazioni alla copertura. Il calcestruzzo ordinario utiliz-

zato per tutti gli elementi presenti il C30/37. Sia la piastra delpiano secondo che la soletta di copertura presentano molte aso-le impiantistiche che creano concentrazioni di sforzi sui solai incemento armato, che vanno adeguatamente studiati (eventualecreazione di cordoli, controllo dei meccanismi locali, deforma-zioni e fessurazioni etc.). fondamentale tenere presente chein una costruzione a cos alto contenuto tecnologico anche glielementi non strutturali concorrono a determinare la risposta alterremoto, sia con la loro massa che con la loro rigidezza, e chela struttura deve essere perfettamente funzionante post-sismae nellemergenza in generale; la concezione del progetto deveriguardare pertanto ledificio nella sua globalit.

Figura 2Pianta piani interrato e terra


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Figura 3:Pianta piani primo e secondo e copertura

ModellazioneLa modellazione strutturale stata effettuata con lausilio delsoftware di calcolo Midas Gen. Per la palazzina, dopo aver inseri-

to le azioni verticali ed orizzontali, le sollecitazioni indotte neglielementi strutturali sono state ricavate conducendo unanalisi di-namica elastica lineare su un modello tridimensionale FEM. Ven-

gono inizialmente definiti i nodi, le propriet dei materiali e lageometria delle sezioni. La massa delle strutture viene assegnata

automaticamente dal programma a ciascun nodo, in base alle ca-ratteristiche geometriche e dei materiali assegnate. Il modello in seguito sviluppato considerando le seguenti ipotesi:

Vincoli di incastro tra la piastra inclinatadi copertura e le pareti di taglio perime-trali e tra le solette piene e le lame sismi-che a tutti i livelli, in modo da conside-rare la deformazione laterale contrastatadai setti di controvento e scongiurare unfunzionamento strutturale slab/columnche porterebbe a drift di piano elevati ol-

tre che a una incerta trasmissione deglisforzi di taglio tra elementi orizzontali ecolonne verticali;

Il sistema fondale non inizialmentemodellato e tutti i nodi si considerano

incastrati alla base: con questa posizionesi in sicurezza in quanto le varie com-binazioni agli SLV risultano pi gravose.In una seconda fase il piano fondale modellato come un piastrone che nonappoggia direttamente su un terreno allaWinkler ma solamente sui pali trivellatidi fondazione e tale ipotesi porta a un

design della platea a favore di sicurezzapoich si trascura totalmente il contribu-to stabilizzante del terreno;

Le pareti di taglio sono modellate comeelementi wall membranali e hanno quin-

di rigidezza solo nel loro piano e non fuoridal piano: con tale ipotesi si esclude gi infase di modellazione che pareti disposte a90 tra di loro possano aiutarsi in caso diazione sismica in una delle due direzioniprincipali X o Y del moto;

I muri controterra della palazzina sonoinvece elementi plate poich, essendo a

contatto col terreno e i sovraccarichi datraffico, si valuta anche il comportamen-to flessionale oltre a quello membra-nale, e la mesh ottenuta col moduloASWD;


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Risultati e verificheI risultati dellanalisi frequenziale relativi alla palazzina di quattropiani evidenziano che i primi due modi di vibrare sono traslazio-nali. Il risultato accettabile poich dove il periodo di vibrazione pi alto (e la rigidezza della struttura minore) non si hanno

moti torsionali. Il terzo modo di vibrare ha un periodo nettamen-te inferiore ai primi due e sposta la massa rotazionalmente attor-no allasse Z. In seguito, quando viene inserita la fondazione aplatea su pali, i primi due modi risultano ancora traslazionali e siscongiurano nuovamente comportamenti torsionali. Nonostanteil primo periodo proprio di vibrazione della palazzina sia moltobasso, quello del bunker un ordine di grandezza inferiore. Perla palazzina si evince che la massa modale partecipante raggiungequasi la totalit dopo dieci modi di vibrare, e nellanalisi ne ven-gono considerati dodici. Si inoltre eseguita sul modello ancheunanalisi statica non lineare pushover, che tuttavia esula dagliscopi dellarticolo.Le verifiche delle piastre piene (e della fondazione) vengono svol-te col modulo ASWD implementato in Midas Gen. Agli stati limi-te di salvaguardia della vita, utilizzando le sollecitazioni ultime dicalcolo (calcolate col metodo di Wood-Armer), possibile calcola-re la quantit minima di armatura necessaria nelle due direzioniper soddisfare le verifiche flessionali, espressa sia in cm2/m, che

in diametri e passi scelti tra quelli preventivamente selezionati.Pu essere inoltre visualizzato il rapporto di resistenza tra la sol-lecitazione agente e quella resistente, oltre al rapporto tra lareadellarmatura e quella del cls e il rapporto x/d. Sempre agli SLV

il software esegue la verifica di punzonamento come richiestoda EC2. Agli stati limite di servizio si eseguono i controlli dellalimitazione delle tensioni in esercizio, della fessurazione e dellin-flessione. Terminate le verifiche dei singoli elementi strutturali(lame di taglio, pilastri e muri controterra) si eseguono le verifi-che globali della struttura. Ne deriva che per la palazzina gli spo-stamenti di interpiano agli SLD ed SLO sono di molto inferiori aimassimi normativi per strutture strategiche, come ci si attendevaavendo posto i setti di controvento solo sul perimetro esternodelledificio, massimizzando la coppia resistente nelle due dire-zioni principali del moto sismico.Il bunker un caso borderline per la teoria di Saint Venant inquanto solitamente un modello costruito con elementi brick volutamente realizzato per controllare gli sforzi e le defor-mazioni pi che le risultanti di sollecitazione. Le sollecitazioniagenti vengono calcolate comunque come integrazione sullospessore delle varie tensioni e risultano inferiori alle solleci-tazioni resistenti.

Le pareti del bunker sono modellate conelementi brick considerato che la teoriadelle piastre si discosta dal comporta-mento flessionale e membranale di que-sti elementi strutturali;

Nel considerare gli orizzontamenti deivari piani rigidi si verificato che effet-

tivamente il comportamento dei solaia soletta piena in CA nel loro piano siaassimilabile a infinitamente rigido, cheridistribuiscano correttamente lazionesismica tra i diversi elementi resistentiverticali e non vi siano comportamentiindesiderati. La mesh in elementi triango-

lari e quadrangolari si ottiene col moduloASWD implementato in Midas Gen;

I carichi distribuiti sulle superci di co-pertura, sulle solette piene a tutti i livelli,sulle lame sismiche perimetrali e sullapiastra di base (Dead Loads, Live Loads eSnow Loads) sono stati inseriti alla voce

Pressure Loads Face e sono pressioni uni-formi su tutta la superficie interessata;

I carichi dei tamponamenti sono statiinseriti come pesi permanenti sul peri-metro della palazzina alla voce PressureLoads Edge evitando cos linserimentodi travi beam fittizie che avrebbero poi

scaricato il peso sugli elementi plate;non si fatto ricorso nella modellazio-ne dei tamponamenti tramite bielle in-crociate poich evidenze sperimentalidimostrano che essi perdono rigidezzanelle primissime fasi del moto sismico;

I carichi dovuti alla passerella in acciaio

che collega la palazzina della radiofarma-cia alla medicina nucleare vengono inse-riti come carichi nodali, nei punti esattiin cui il ponte si appoggia sulledificio;

La scala non modellata dato che non siritiene che possa modificare la rigidezzaglobale della struttura.

Trattandosi di una struttura strategica appartenente alla classe dusoIV, oltre agli spettri in accelerazione relativi agli stati limite di sal-vaguardia della vita e di danno, viene inserito anche quello relativoallo stato limite di operativit. Sono stati considerati tutti i modi di

vibrare con massa modale partecipante superiore al 5% per un totaleeccedente l85%. Leccentricit accidentale inserita dal software nonsposta di molto il buon equilibrio strutturale della Palazzina: i centridi masse e rigidezze restano molto vicini a tutti i livelli.

Figura 4:Modello FEM 3D vista A

Figura 5:Modello FEM 3D vista B

Figura 6:Modello FEM vista frontale


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EIGENVALUE ANALYS IS

Mode

No

Frequency PeriodTolerance

(rad lsec) (cycle/sec) ( sec)

1 27.4272 4.3652 0.2291 O.OOOOe+OOO

2 28.6951 4.5670 0.2190 O.OOOOe+OOO

3 49.8706 7.9371 0.1260 O.OOOOe+OOO

4 65.3885 10.4069 0.0961 O.OOOOe+OOO

5 97.7826 15.5626 0.0643 O.OOOOe+OOO

6 106.1111 16.8881 0.0592 O.OOOOe+OOO

7 108.0559 17.1976 0.0581 O.OOOOe+OOO

8 153.1409 24.3731 0.0410 1.1377e-075

9 161.3080 25.6730 0.0390 7.4148e-075

10 172.8630 27.5120 0.0363 4.763ge-071

11 198.0756 31.5247 0.0317 3.2534e-061

12 224.4580 35.7236 0.0280 3.4394e-053

Risultati

Figura 9: Deformata del terzo modo di vibrare

Figura 11: Wood Armer Moment dir. X per tutte le piastre

Figura 12: Wood Armer Moment dir. X per la piastra pi sollecitata Figura 13: Momento sollecitante massimo sui setti dir. Y

Figura 7: Deformata del primo modo di vibrare Figura 8: Deformata del secondo modo di vibrare

Figura 10: Risultati dellanalisi modale per la Palazzina della Radiofarmacia

MODALPARTICIPATION MASSES PRINTOUT

Mode

No

TRAN-X TRAN-Y TRAN-Z ROTN-X ROTN-Y ROTN-Z

MASS( Sum(% MASS( Sum(% MASS( Sum(% MASS( Sum(% MASS( Sum(% MASS( Sum(%

1 6.2974 6.2974 74.965 74.965 0.0000 0.0000 51.719 51.719 4.1676 4.1676 0.0030 0.0030

2 75.712 82.009 6.2450 81.210 0.0000 0.0000 4.3419 56.061 49.444 53.611 0.4087 0.4117

3 0.3853 82.395 0.0295 81.240 0.0000 0.0000 0.0259 56.087 0.9676 54.579 83.450 83.862

4 0.0012 82.396 0.2269 81.466 0.0000 0.0000 0.4992 56.586 0.0041 54.583 0.0578 83.920

5 0.0021 82.398 14.751 96.218 0.0000 0.0000 30.042 86.628 0.0119 54.595 0.0001 83.920

6 4.5233 86.921 0.1001 96.318 0.0000 0.0000 0.3642 86.992 8.0833 62.678 0.1638 84.084

7 11.555 98.477 0.0921 96.410 0.0000 0.0000 0.2018 87.194 21.710 84.389 0.0601 84.144

8 0.0086 98.485 0.2363 96.646 0.0000 0.0000 0.0047 87.199 0.0335 84.423 0.0000 84.144

9 0.0115 98.497 2.5003 99.146 0.0000 0.0000 0.2344 87.433 0.3536 84.776 1.9237 86.068

10 0.0412 98.538 0.5897 99.736 0.0000 0.0000 0.1060 87.539 1.3638 86.140 11.889 97.957

11 1.2652 99.803 0.0081 99.744 0.0000 0.0000 0.0396 87.579 7.1311 93.271 0.1462 98.103

12 0.1381 99.941 0.1270 99.871 0.0000 0.0000 3.2429 90.822 0.6562 93.927 1.0202 99.123


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ConclusioniSulla base delle verifiche eseguite sui singoli elementi strutturalisi nota che il dimensionamento effettuato in sicurezza e spessovicino ai limiti di resistenza delle sezioni ottenendo pertanto unaottimizzazione dei materiali impiegati. La modellazione effettuataha permesso di sviluppare la progettazione in tempi brevi, di modi-ficare velocemente e varie volte il modello, potendo ad esempio ve-

rificare linadeguatezza di schemi statici slab/column o di calcolaresia gli sforzi membranali che quelli flessionali negli elementi plate,

per combinarli in seguito. Moduli come ASWD (implementati inMidas Gen) permettono valutazioni altrimenti difficilmente ricava-bili, come gli effetti della viscosit a lungo termine o della fessura-zione del cls nellinflessione delle piastre in cemento armato. Inol-tre elementi strutturali tipici del software, come lelemento wall,formulato specificatamente per lo studio delle lame antisismiche,

forniscono risultati in termini di sollecitazioni e non di tensioni,rendendo pi agevole la progettazione strutturale.

Verifiche

Figura 16:Inflessione della piastra del secondo livello con coefficiente di creep pari a 1.9

Figura 17:Verifica SLU dellarmatura nella direzione X al lembo superiore (MED/MRD)

per la fondazione su pali

Figura 14: Verifica a taglio punzonamento delle piastre in cemento armato Figura 15: Inflessione delle piastre con coefficiente di creep pari a 1.9

Dott. Ing. Andrea PiccininiSTUDIO PICCININI

via Cigno 9/A Verona (VR)[email protected]

Approfondimento Sulla tematica, consigliamo i seguenti documenti:

Slab/Wall designwww.cspfea.net/shop/libri/ingegneria/CSP00006.html

Sequential Analysis of Flat-SlabConstruction and Its Impact onConstruction Cyclewww.cspfea.net/scheda-documento-CSP00073.html



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disponibile il numero3-2014di Progettazione

Sismica, rivista quadrimestraleedita da Eucentre, che halaspirazione di far crescere,attraverso una costante operadi sensibilizzazione legataalla descrizione delle opereprogettate e realizzate, lacultura della prevenzione nei

confronti del rischio sismico. Ilprogetto editoriale, avviato nel2008, rivolto a professionisti,funzionari, industria dellecostruzioni, accademici estudenti.

Editoriale

Sei anni dopo

Articoli

La classicazione sismica in Italia, oggi (C. Meletti, M. Stucchi, G.

M. Calvi) La risposta sismica in supercie nella valutazione ed adeguamento

di edici esistenti in C.A.: aspetti metodologici ed applicativi (A.

Masi, V. Manfredi, L. Chiauzzi, M. Mucciarelli, C. Lizza, L. Vignola) Capannoni monopiano prefabbricati: distribuzione probabilistica

dei sistemi e sottosistemi strutturali dagli anni sessanta ad oggi (D.Bellotti, C. Casotto, H. Crowley, M. G. Deyanova, F. Germagnoli, G.Fianchisti, E. Lucarelli, S. Riva, R. Nascimbene)

Lo strano caso del presunto terremoto del 22 febbraio 1346 (R.

Camassi, V. Castelli) Un intervento di demolizione e ricostruzione di edici residenziali

in C.A. mediante isolamento sismico alla base (A. De Cocinis, S.Ferrari, P. Pederzini, C. Franchini)

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Intervento di adeguamento di un edicio in c.a. con

realizzazione di una sopraelevazione in acciaio aduso residenziale (M. Peroni, I. Fabbi)

Intervento di connamento di pilastri in c.a. con

parziale decompressione in fase esecutiva (G.Giacomin)

Ricerca sperimentale sulla muratura armata portante

Taurus (M. Destro) Prove sperimentali in situ su tipica muratura

messinese rinforzata con CAM: arco in muraturaa piena scala (M. Cilia, I. Cipolla, P. Colajanni, R.Marnetto, A. Recupero, N. Spinella)

Rubriche

Qui EUCENTRE

Qui GEM

LApprofondimento


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La terra romba sotto

VM Motori

Andrea Toni, Fabio Minghini, Antonio TralliDipartimento di Ingegneria, Universit di Ferrara

Gianluca LoffredoLibero professionista, Archliving, Laboratorio di Progettazione, Ferrara

VM Motori S.p.A. unazienda motoristica italiana sita a Cento, in provincia di Ferrara,operante dal 1947 nel campo dei motori diesel, appartenente a Fiat Powertrain Technologies,

a sua volta parte di Fiat Chrysler Automobiles.Il 1 Aprile 2014, lattivit VM Motori viene integrata nel gruppo Fiat Group Automobiles

(FGA) ed acquisisce la denominazione di FGA Cento.


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Modellazione agli elementi finiti di

prove di identificazione strutturale:

il caso dello stabilimento VM motori di Cento (FE)Introduzione

La struttura oggetto di studio lo stabilimento Adella VM motori sito a Cento (FE) in via Ferraresen 29: nella Figura 1 riportata una immagine sa-tellitare dellintero complesso mentre in Figura 2 riportata una pianta particolareggiata di esso. A par-tire dal 1 Aprile 2014, lattivit VM Motori stataintegrata nel gruppo Fiat Group Automobiles (FGA)

e ha acquisito la denominazione di FGA Cento.

A seguito della sequenza sismica del maggio 2012nello stabilimento A si sono verificati danni allestrutture, per tali da non precludere la produttivi-t dellazienda. I principali danni strutturali riscon-trati consistono nel distacco di alcuni pannelli dirivestimento dovuto al martellamento fra corpi dialtezza diversi, Figura 3, e in alcune lesioni delle

travi sostenenti i tegoli di copertura nel corpo 18.

A

Figura 1: Immagine satellitare dellintero stabilimento

Figura 3:Sezione longitudinale dello stabilimento A con suddivisionefra i vari corpi.

La propriet durante la fase di messa in sicurezza e di pro-gettazione degli interventi di adeguamento sismico, previstidalle ordinanze della struttura commissariale e dalla legge122/2012, conversione del decreto legislativo 74/2012, ha in-caricato il Dipartimento di Ingegneria dellUniversit di Fer-rara di eseguire prove statiche e dinamiche di identificazionestrutturale. Tali prove sono state svolte nellestate del 2013con la collaborazione con ELLETIPI S.R.L., laboratorio provemateriali, di Ferrara.In questa nota vengono presentate le simulazioni agli elementi

finiti svolte con il programma Midas Gen [2], presso il Diparti-mento di Ingegneria dellUniversit di Ferrara, per una correttainterpretazione delle prove. I risultati di tali simulazioni sonoriportati nella tesi di laurea di Andrea Toni, marzo 2014 [1].

PLANIMETRIA GENERALE PARTICOLAREGGIATA

Figura 2:Planimetria generale particolareggiata dello

stabilimento VM motori con evidenziati diversiedifici presenti


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Lo stabilimento A, costruito in epoche successive e con tecnichecostruttive diverse, pu essere considerato composto da 5 corpi,Figura 4. Il corpo 20 stato edificato nel 1959 e poi ampliato nel1962 e nel 1965. I telai principali in c.a. sono costituiti da pilastri

gettati in opera, aventi un interasse di 7,50 m, collegati trasversal-mente da travi continue a L.

Figura 4: Suddivisione schematica dello stabilimento A nei diversi corpi

Gli elementi di copertura presenti sono costituiti, Figura 3, da cop-poni prefabbricati in c.a. a doppia copertura, collegati con una ca-tena di acciaio, e con una sola curvatura, aventi una luce in piantadi circa 15 m. Il corpo 21, realizzato nel 1976, presenta pilastri inc.a. prefabbricati (terminanti con piastrini in acciaio nelle vetrate)

collegati con travi continue sia con sezione a L gettate in opera(la pilastrata confinante con il corpo 21) che a I prefabbricate ea una sola campata, mentre la copertura realizzata con tegoli api-greco. Il corpo 22, edificato fra il 1977 e il 1980 ha caratteri-stiche ancora diverse e gli elementi di copertura sono shed consezione a pi-greco alcuni dei quali presentano lucernari. Il corpo18 costruito contemporaneamente al precedente, Figura 5, pre-senta caratteristiche geometriche completamente diverse; esso hauna altezza nettamente maggiore oltre 12 m, e una copertura con

tegoli e cupolini. Presenta inoltre pesanti pannelli di tamponaturain c.a. dello spessore di 18 cm.Il corpo A suddiviso in direzione ortogonale ai telai in 3 partiuguali mediante 2 giunti termici di spessore di circa 1 cm. In Figura

6 riportato il modello completo realizzato con Midas Gen per lin-tero corpo A e, pi dettagliato, per la parte compresa fra 2 giunti.

Figura 5: Sezione Trasversale del corpo 18

(a)

(b)

Figura 6: (a) Modello MIDAS dellintero corpo A, (b) Modello della parte compresafra 2 giunti termici

Dopo il sisma in conformit della gi citata legge 122 [2] la proprie-t ha provveduto a porre in essere i necessari interventi di risolu-zione delle carenze che sono principalmente consistiti nellutilizzodi piastre metalliche bullonate per realizzare i fissaggi tegolo- traveprincipale, pilastro- trave principale e tegolo-tegolo. Gli interventisono stati progettati in parte dalling. Davide Grandis e in partedall ing. Gianluca Loffredo, liberi professionisti in Ferrara. Nei mo-delli numerici utilizzati si tenuto conto di tali interventi.

Descrizione dellopera

Per identificare la rigidezza degli elementi strutturali nei diversicapannoni, che dipende oltre che dalle loro caratteristiche geome-triche e meccaniche dal grado di vincolo mutuo e con il suolo, oltrealle usuali prove sui materiali in situ e in laboratorio sono staterichieste, vista leterogeneit e complessit dello stabilimento,

prove di identificazione nei diversi capannoni [3.4]. Le prove chesi descrivono brevemente in questo paragrafo e di cui si confron-teranno i risultati con quelli ottenuti mediante modellazione con ilprogramma Midas Gen [2] vengono sinteticamente definite rispet-tivamente come prova di tiro obliquo e di tiro verticale.

Descrizione delle prove di identificazione strutturale


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Le estremit superiori di due pilastri sonostate collegate mediante un cavo di acciaioche viene sollecitato mediante un martinettoidraulico. In Figura 7 a e b viene riprodottolo schema geometrico della prova che stataripetuta in diverse posizioni in ogni corpo di

fabbrica, mentre in Figura 8 viene mostratalesecuzione della prova. Si osservi il collega-mento mediante fasce in tessuto sinteticodella fune alla testa del pilastro, linserimen-to in serie con la fune di un fusibile di ac-ciaio (realizzato con una vite su cui statopraticato un intaglio allo scopo di produrre larottura fragile per un valore predefinito delcarico) e di un martinetto idraulico. Quan-do il fusibile raggiunge il carico di rottura siha il rilascio dellenergia di deformazione ela struttura inizia a vibrare. A rottura avve-

nuta, le misure di accelerazione sono stateeffettuate utilizzando fino a 16 accelerometripiezoelettrici prodotti dalla ditta PCB Piezo-tronics. In particolare sono stati utilizzatii modelli PCB/393B12, in grado di rilevarefrequenze di vibrazione comprese tra 0.1 e

1000 Hz con sensibilit di 10 V/g, con g acce-lerazione di gravit, e PCB/353B04 con sensi-bilit di 10 mV/g e peso 10.5 grammi. Tuttigli accelerometri sono stati avvitati ad unabasetta magnetica che ne ha consentito ilposizionamento in corrispondenza di piastremetalliche solidali alla struttura presenti neipunti scelti per le registrazioni. Per lacquisi-zione delle misure si fatto uso del sistemamulticanale SINUS Soundbook e del moduloSINUS Expander, con un totale di 16 canalisincronizzati tra loro con campionamento

base a 51.2 kHz. I convertitori A/D sono a 24bit, con gamma dinamica maggiore di 120 dBe linearit dinamica IEC 61672 maggiore di115 dB. Il sistema conforme agli StandardsIEC 651 e 804 Tipo 1 e IEC 61672 Classe 1.Si inoltre fatto uso dellinterfaccia software

Samurai. La frequenza di campionamen-to adottata per le misure pari a 12.8 kHz(corrispondente ad una banda passante di 5kHz). In fase di elaborazione delle misure si fatto uso del software LMS Test.Lab.A scopo di controllo preliminare degli ef-fetti della coazione indotta sulla struttura,gli spostamenti delle teste dei pilastri du-rante la fase di carico sono stati misuratitramite un teodolite con precisione di 0.7 mm. Tali spostamenti si sono rivelatidi entit trascurabile.

Prove di tiro obliquo

Figura 7: (a) vista assono-metrica del modello Midas

Gen e (b) vista in pianta dellaporzione di struttura (Campata

2, corpo 20) in cui stata ese-guita la prova di tiro obliquo (a) (b)

(a) (b)

Il giorno 7 agosto 2013 stata realizzata, nella campata 7 del corpo di fabbrica18, la prova di tiro verticale il cui schema illustrato in Figura 9 a e le modalit direalizzazione in Figura 9 b.Le modalit di esecuzione della prova sono sostanzialmente simili a quelle descrit-te in precedenza; il cavo di acciaio viene vincolato alla trave in c.a. e viene posto intrazione mediante un martinetto idraulico, in tal modo la trave si deforma e si hail rilascio dellenergia di deformazione allatto della rottura del fusibile di acciaio.Le misure di accelerazione sono state effettuate tramite la stessa strumentazionedescritta nel paragrafo precedente. Le maggiori forze in gioco e la necessit di vin-colare il cavo a terra rendono pi complessa lesecuzione della prova.

Prova di tiro verticale

Figura 8: Esecuzione della prova

Figura 9: (a) schema della prova, (b)modalit di esecuzione della prova


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Per brevit si riportano nel seguito solo i risultati relativi alla provaeseguita nella campata 2 del corpo 20, Figura 7 (a) e (b). Con uno stru-

mento ottico si misurato lavvicinamento Du di 2 traguardi postisui pilastri 165 e 143 ad una altezza di 4 m. In corrispondenza di untiro del martinetto T1= 20 kN lo spostamento relativo Du1 risulta-to inferiore a 0,7mm ordine della precisione della catena di misura,in corrispondenza del tiro T2= 40 kN si misurato uno spostamento

relativo Du2 di circa 1 mm. Nella Tabella 1 si riportano i risultatiottenuti modellando la struttura in Figura 7 (a) utilizzando per la co-

pertura elementi monodimensionali (beam) vincolati in modo taleda consentirne allappoggio la rotazione attorno agli assi orizzontalein direzione del telaio e verticale o discretizzando ogni coppone,supposto semplicemente appoggiato sulla trave a L, con elementibidimensionali (plate) di dimensione 30x60 cm e di spessore 6 cm

Prove di tiro obliquo: spostamenti in campo statico

Elementi finiti utilizzati.La modellazione della struttura ogget-to di studio, Figura 6 a e b, stata realizzata con il programmadi calcolo agli elementi finiti Midas Gen e sono stati utilizzatielementi finiti monodimensionali (truss per le catene e i cavi e

beam per le travi) e bidimensionali tipo plate per discretizzarei pannelli, i copponi e i tegoli di copertura.Condizioni di vincolo. I pilastri sono stati supposti vincolaticon incastri perfetti al suolo. Tale condizione di vincolo giusti-ficata dal fatto che nella realt sopra i plinti e/o le travi rovescea cui sono vincolati i pilastri posto un pavimento industriale

in cemento armato dello spessore di 20 cm. Per simulare i vin-coli mutui fra gli elementi strutturali si sono utilizzate le opzio-ni consentite dal programma Beam and release , Rigid link eElastic link, questi ultimi utilizzati per modellare i collegamenti

dei pannelli di tamponamento in calcestruzzo prefabbricato allastruttura portante.Propriet meccaniche dei materiali.Sulla base delle prove dilaboratorio e degli elaborati di progetto si sono assunte le caratte-ristiche meccaniche definite dalle NTC2008 [3] per calcestruzzodi classe C 25/30 e per acciaio di classe B450C.

Simulazione delle prove di identificazione strutturale

ELEMENTI MONODIMENSIONALI ELEMENTI BIDIMENSIONALI

T = 20 kN T = 40 kN T = 20 kN T = 40 kN

Pilastro143

Pilastro165

Pilastro143

Pilastro165

Pilastro143

Pilastro165

Pilastro143

Pilastro165

ux [mm] 1.078 1.198 2.160 2.394 0.233 0.327 0.466 0.654

uy [mm] 0.309 0.304 0.617 0.607 0.005 0.006 0.010 0.012u [mm] 1.122 1.235 2.246 2.470 0.233 0.327 0.823 0.654

u [mm] 2.4 4.7 0.6 1.5

Tabella 1: Confronto fra irisultati delle simulazioniutilizzando per le copertureelementi monodimensionalio bidimensionali.

(a) (b)

Figura 10: Confronto fra le de-formate ottenute discretizzan-do la copertura con elementimono o bidimensionali. Pro-va di tiro obliquo nella campa-ta 2 corpo 20.

Nelle Figure 10 (a) e (b) si riportano le deformate del modellodello stabilimento, Figura 6 (b), ottenute discretizzando rispetti-vamente la copertura con elementi mono o bi-dimensionali.Nel caso in esame la modellazione della struttura di copertura me-

diante elementi mono-dimensionali porta a sottovalutare in mododrastico la sua effettiva rigidezza e quindi nel seguito si riporteran-no risultati ottenuti solo mediante modellazione degli elementi dicopertura (copponi, tegoli, shed etc.) mediante elementi plate.

Anche in questo caso si riportano per brevit i risultati relativiad una sola prova di identificazione di rilascio impulsivo svoltail 12 agosto 2013 nella campata 6 applicando il tiro ai pilastri 51

e 75 ad una quota di circa 4 m, Figura 11. Il fusibile si rottoin corrispondenza di una forza di circa 40 kN.

Prove di tiro obliquo: identificazione dinamica


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(a)

(b)

Figura 11: Prova di rilascio dinamico campata 6 corpo di fabbrica 22. (a)geometri a della prova, (b) individuazione della posizione della prova

Durante le prove sperimentali gli accelerometri hanno rilevato leaccelerazioni nei punti di misura nel dominio del tempo. Per po-ter confrontare i dati sperimentali con i risultati delle simulazioninumeriche, occorre dopo avere opportunamente filtrato i segnaliper eliminare il rumore di fondo, trasferirli nel dominio delle fre-quenze applicando la trasformata rapida di Fourier (FFT).Nelle Figure 14 (a) e (b) vengono riportate le frequenze ottenu-te col modello numerico sviluppato in Midas Gen assumendo ledue ipotesi sopra descritte, le prime tre frequenze calcolate sono

confrontate con quelle ricavate sperimentalmente in Tabella 2. Siosservi lottimo accordo fra la prima frequenza misurata e quellafornita dai modelli numerici, inoltre c una ottima coincidenzanella prima forma modale sia misurata che calcolata corrispon-dente ad una traslazione nella direzione ortogonale alle pilastra-te, Figura 15. Infine le frequenze valute dal modello vincolato se-condo lipotesi n 1 risultano sistematicamente superiori a quellevalutate dal modello in assenza di vincoli perimetrali essendoesso pi rigido.

Il carico dinamico stato applicato in modo linearmente crescen-te per un periodo di 30 secondi per poi annullarsi in modo repen-tino in 0,1 s, come mostrato in Figura 13; inoltre il programma

Midas Gen richiede come dato di input il coefficiente di smor-zamento che sulla base delle registrazioni sperimentali statoassunto x= 0,06.

Nelle simulazioni dinamiche per ridurre lonerecomputazionale si modellata solo una porzionedella struttura comprendente anche le due campa-te e le 2 pilastrate adiacenti a quella ove avvenutaeffettivamente la sperimentazione, Figura 12. Perquesto modello si sono considerate due ipotesilimite di comportamento:

Ipotesi 0: il modello considerato separato dalresto dello stabilimento

Ipotesi 1: Il modello vincolato rigidamente or-togonalmente ai piani lungo cui attuata la sepa-razione dal resto dello stabilimento Figura 12: Modello ridotto utilizzato per la simulazione delle prove di caratterizzazione dinamica.

Figura 13: Modellazione del caricoimpulsivo in funzione del tempo in

direzione x e y


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Figura 14: Frequenze rilevate dalla modellazione della prova di rilascio dinamico nei diversi punti allestremit superiore dei pilastri strumentati; (a) ipotesi 0, (b) ipotesi 1

(a) (b)

Da prove in sito Modello f.e.m. Ip. 0 Modello f.e.m. Ip. 1

Modo 1 1.29 Hz 1.11 Hz 1.14 Hz

Modo 2 2.58 Hz 1.71 Hz 2.93 Hz

Modo 3 2.75 Hz 3.00 Hz 3.58 Hz

Tabella 2: Confronto fra le frequenzedeterminate sperimentalmente e

numericamente

(a) (b)

Figura 15: Prova di tiro obliquo primo modo di vibrare: (a) ipotesi 0, (b) ipotesi 1.

La prova di tiro verticale stata effettuata nella campata 7del corpo di fabbrica 18, Figura 9, e a parte la diversa modalitdi carico per simularne il comportamento dinamico si sono uti-lizzati i modelli riportati in Figura 12 e descritti in precedenza.Nelle Figure 16 e 17 si mostrano gli accelerogrammi calcolati incorrispondenza ai punti di misura, sia nel dominio del tempo

che in quello delle frequenze rispettivamente per i modelli inassenza di vincoli perimetrali (a) e vincolati secondo lipotesi n1. Si osservi in Figura 17 come in entrambi i modelli siano mol-to prossime le prime 2 frequenze proprie. In Tabella 3 le primequattro frequenze calcolate sono confrontate con quelle ricavatesperimentalmente.

Prova di tiro verticale: identificazione dinamica

(a) (b)

Figura 16: Simulazioni con Midas Gen, accelerazioni in direzione X nel dominio del tempo; (a) ipotesi di vincolo 0. (b) ipotesi di vincolo 1.


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Da provein sito

Modellof.e.m. Ip. 0

Modellof.e.m. Ip. 1

Modo 1 3.99 Hz 3.76 Hz 3.80 Hz

Modo 2 4.16 Hz 3.78 Hz 3.87 Hz

Modo 3 4.28 Hz 3.84 Hz 4.57 Hz

Modo 4 4.97 Hz 5.20 Hz 5.48 Hz

Tabella 3: Confrontofra le frequenze

determinatesperimentalmente e

numericamente

Figura 19: Prima forma modale valutatacon il programma Midas Gen, nella ipotesidi vincolo 1. Frequenza 3,80 Hz.

(a) (b)

Figura 17: Simulazioni con Midas Gen, accelerazioni in direzione X nel dominio delle frequenze; (a) ipotesi di vincolo 0. (b) ipotesi di vincolo 1.

Infine la Figura 18 mostra la prima forma modale, vibrazione della coperturain direzione verticale, valutata sperimentalmente (risulta una spezzata perchgli accelerometri in campata sono stati collocati solo in mezzeria), mentre inFigura 19 riportata la stessa forma modale valutata con il programma MidasGen nellipotesi di vincolo n 1.

Figura 18: Prima forma modalevalutata sperimentalmente,

frequenza 3,99 Hz.

Bibliografia

[1] Toni A., Tesi di laurea specialistica, Universit di Ferrara, Marzo 2014. Relatori Proff. Tralli A. e Minghini F., ing. Loffredo G.[2] Midas Gen versione 2.1, 2013.[3] Ewins D.J. (1984). Modal Testing: Theory and Practice, John Wiley & Sons, New York.[4] Cunha , Caetano E. (2006). Experimental modal analysis of civil engineering structures. Sound and Vibration40(6):12-20.

[email protected]

Approfondimento Sulla tematica, consigliamo i seguenti documenti:

Buone Pratiche di Modellazionedei Prefabbricati in ZonaSismicawww.cspfea.net/shop/libri/ingegneria/CSP00240.html

Risposta a carichi ciclici di un sistema dicollegamento tra pilastri prefabbricati efondazione mediante piastre metalliche etirafondiwww.cspfea.net/scheda-documento-CSP00173.html



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Tra terra e aria:nuove frontiere di modellazione

geotecnica 3Da cura della redazione

E come sempre CSPFea, esclusivista in Italia del software MIDAS

GTS NX, restando fedele allattenzione per le metodologie numeri-che e per le tecniche di modellazione, ha sviluppato lidea di realiz-zare non un classico convegno sulla geotecnica ma un evento cheapprofondisse sia gli aspetti della modellazione tridimensionale siale analisi numeriche agli elementi finiti con lo scopo di evidenzia-re come il calcolo numerico avanzato possa diventare vantaggiosonella soluzione di numerose tipologie di problemi geotecnici altri-menti difficilmente risolvibili in tempi accettabili per uno studioprofessionale. stato naturale quindi interpellare i migliori tra iprofessionisti e tra gli accademici in grado di presentare applicazio-ni geotecniche FEM nellambito di lavori di indiscutibile interesseinternazionale.Il convegno stato realizzato a Milano il 25 settembre 2014 in col-laborazione con luniversit di Milano-Bicocca, da alcuni annipartner di CSPFea con i Professori Giovanni Crosta e Riccar-do Castellanza, stato patrocinato dal Politecnico di Milano,dallOrdine degli Ingegneri di Milano, dallOICE e da NA-FEMS. Il grande interesse per largomento stato testimoniato dal-la partecipazione di 290 tra professionisti e rappresentanti disociet di ingegneria.Nel corso della giornata sono stati trattati argomenti quali gli effet-ti dellinterazione terreno-struttura (quali la Kingdom Towerconi suoi 1600 m di altezza, il Terzo ponte sul Bosforo con unacampata di 1200 me lo scavo dei tunnel della linea Cityringen diCopenhagenche interagiva con un complesso edificio esistente. stata inoltre presentata la nuova diga sul Nilo in Etiopia.Il Convegno ha toccato largomento del rischio idrogeologico, con

le analisi numeriche di la stabilit di una cava ipogeasituata sottoil centro abitato di Gallipoli, di alcune tra le pi importati franeattive in Italia, tra le quali quella di Chamonix, oltre che la franadel Vajont, un argomento che dopo oltre 50 anni ancora fonte

di numerose ricerche. Non poteva mancare largomento gallerie,

rappresentato dal tunnel di base del Brenneroche diventer, alavori ultimati, il tunnel ferroviario pi lungo al mondo con i suoi52 km. Tutte queste opere sono state studiate attraverso luso dimodelli di calcolo tridimensionali che hanno permesso di metterein luce alcuni aspetti ingegneristici altrimenti non facilmente iden-tificabili. Successivamente molti hanno dimostrato interessanteper gli argomenti trattati contattandoci per conoscere le potenziali-t dei software e per poter approfondire le varie tematiche discussedurante la giornata.

Nel panorama internazionale le principali societ di ingegneria stanno da tempo facendosempre pi affidamento a software avanzati di calcolo numerico al fine di conseguire risul-tati allavanguardia sia nel campo dellingegneria strutturale che geotecnica.

MIDAS GTS NX, software specialistico, dedicato alla meccanicadei terreni, ad oggi il risultato di tale progresso nellarisoluzione di problemi geotecnici avanzati tridimensionali;con il vantaggio, unico nel suo genere, di poter consideraresimultaneamente gli elementi strutturali, tipici di softwaredi calcolo a telaio, fornendo cos la miglior soluzione per ilcalcolo di interazione terreno struttura.


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Finalmente anche in Italia si comincia a parlare seriamente diBIM. Questa parola, che tanto va di moda nel mondo dellecostruzioni, comincia ad avere pian piano un significato an-

che per il professionista medio che lavora nel nostro bel paese.Purtroppo, come troppo spesso accade in Italia, questo aumentodi interesse dovuto principalmente allapprovazione di una leggeche dar diritto alle pubbliche amministrazioni, di richiedere luti-lizzo della metodologia BIM nei lavori pubblici.CSPFea di fronte a questi cambiamenti non sta a guardare. Con

la sua esperienza ormai decennale nel mondo della progettazio-ne e dei software, affianca, supporta e aggiorna, non solo i suoiclienti ma anche tutti i professionisti che sono affamati di nuoveconoscenze. Come sempre CSPFea si avvale dei migliori AdvancedPartners e per le tematiche BIM ha stretto unimportante collabo-razione con il Prof. Stefano Converso e il suo staff delluniversitRoma3, vincitore dellultima edizione della competizione mondialeSolar Decathlon. Ma non solo di questo suo primato ha parlatoStefano Converso nei seminari BIM che CSPFea ha organizzato invari Ordini, sia di Ingegneri che di Architetti, riscontrando grandesuccesso.A Rimini e a Perugia i seminari hanno riscosso un grande successopur essendo di mezza giornata, in entrambe le date abbiamo riem-pito le sale. Son stati esposti dei cenni normativi, parlato del nuovoruolo del BIM expert/manager, illustrato il problema dellintero-perabilit fra software e mostrato le potenzialit di un softwareorientato al BIM come AECOsim della Bentley. Tutti i partecipantisono rimasti fino alla fine.

A Gubbio abbiamo avuto la fortuna non solo di avere avuto comecornice il Palazzo Pretorio e Piazza Grande, ma soprattutto di averecome ospiti e relatori persone illustri. Oltre ai saluti e alla presen-tazione della giornata da parte del primo cittadino di Gubbio e deiPresidenti degli Ordini degli Ingegneri e Architetti, hanno illustra-to la loro visione BIM il Presidente ANCE Umbria Massimo Calzonie il Vice presidente Vicario Federcasa Luca Talluri. Paolo Segala,rappresentante NAFEMS, ha poi parlato di aspetti normativi e delruolo del BIM nelle Pubbliche Amministrazioni. stato poi il turno

di Matteo Triglia, Amministratore delegato Italferr S.p.A., che ha

BIMFINALMENTE!

a cura della redazione

Il Convegno organizzato da CSPFea a Gubbio gettadelle importanti basi per il futuro della progettazione


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Multi-discipline

Drawings

Data

Models

fatto il punto della situazione su come una azienda come Italferr,per lappunto, sfrutta il BIM per lefficientamento e linnovazionenel processo di progettazione e realizzazione di opere ferroviarie. Aseguire Stefano Conversoha prima parlato delle nuove figure pro-fessionali che si vengono a creare nelle commesse BIM e successi-vamente ha spiegato come lapplicazione della metodologia BIMsia stata fondamentale per aggiudicarsi il primo posto del Solar De-cathlon. Abbiamo poi visto alcuni casi applicativi della tecnologiaBIM applicata su nuovi edifici , eseguiti dallo studio Cooprogetti e

dallo studio BottaPanfili, entrambi di Gubbio. A seguire sono stateillustrate le caratteristiche di un ambiente BIM: AECOsim BuildingDesigner. Questo nuovo software della Bentley il risultato dellafusione di MicroStation, cad nativo tridimensionale, con lapplica-tivo architettonico, strutturale, meccanico ed elettrico. Sono stateinserite inoltre altre funzioni come la verifica delle intersezioni, lospace planner, un motore di render e il Generative Component, iltutto in un solo prodotto.Molto interessante stata la tavola rotonda finale nella quale han-no scambiato le loro idee e punti di vista, i partecipanti e i relatori.

Dalto livello stato soprattutto il confronto tra il Prof. Converso ei vertici di Italferr nel quale si evidenziato come si pu sfruttarela tecnologia BIM anche nelle infrastrutture.A conclusione della giornata lintervento di Rocco Girlanda, Consu-lente del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, che ha par-lato dellinnovazione come uno strumento per uscire dalla crisi.Visto il successo di questi eventi, sicuramente CSPFea continuerad organizzare eventi di questo tipo, nei quali verranno esposti an-che i lavori di consulenza BIM che attualmente sta svolgendo.


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COS EUCENTRE

La Fondazione Eucentre, con sede a Pavia, un ente senza fine di lucro che promuove e sviluppa la ricerca e la formazione

nel campo della riduzione del rischio, in particolare sismico.

La creazione di Eucentre avvenuta nel 2003, su iniziativa dei seguenti soci fondatori: Dipartimento della Protezione Civile

Nazionale, Universit degli Studi di Pavia, Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), Istituto Universitario di Studi

Superiori di Pavia (IUSS).

LE AREE DI RICERCAn Aerospazion Analisi Strutturalen Geotecnica Sismican Innovazione Tecnologican Meccanica Computazionalen Metodi di progettazionen Risk Governancen Scienze Ambientali, Salute e Sicurezza (EHS)n Stima di Pericolosit e Rischion Strutture in muraturan TREES Labn Vulnerabilit e gestione territoriale

IL PROGRAMMA SOSTENITORI DI EUCENTRE

La Fondazione Eucentre promuove lo sviluppo di accordi di cooperazione duraturi con i professionisti, enti ed ordini professionalial fine di promuovere lo scambio di idee e linterazione nellambito dellingegneria sismica.

I vantaggi di Convenzionarsi con Eucentre:n Sconti sulle attivit formative organizzate da Eucentren Sconti su prove sperimentalin Sconti su software di ultima generazionen Sconti su volumi pubblicati da Eucentren Abbonamento gratuito alla rivista Progettazione Sismican Sconti per inserzioni pubblicitarie sulla rivista Progettazione Sismican Esposizione di materiale aziendale durante eventi e spazio dedicato su sito www.eucentre.itn Libero accesso alla biblioteca specialistica della Fondazione con supporto per ricerche bibliografiche

I Sostenitori di Eucentre hanno inoltre la possibilit di attivare un abbinamento con le Aree di Ricerca di maggiore interesse

al fine di sviluppare sinergie su tematiche di coinvolgimento comune.

Structural Modeling 12

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