Analisi di vulnerabilità sismica con il software Muri Next

LA SUITE MURI Next
La suite MURI Next è un ambiente integrato “modellazione-analisi-progettazione-verifica” che permette di calcolare varie tipologie di opere di sostegno, con diverse metodologie di calcolo e verifica. Il software consente analizzare le diverse tipologie di opere che si possono presentare nella pratica corrente. Oltre ai muri di sostegno, è possibile calcolare strutture miste quali muri in gabbioni, terre rinforzate etc.

IL MODELLO DI CALCOLO
Il modello di calcolo utilizza elementi finiti tipo beam Non-Linear Winkler Foundation (con leggi differenziate) e truss per modellazione di tiranti e rinforzi. Gli elementi beam nel caso di opere in c.a. possono prevedere la formazione di cerniere plastiche concentrate a pressoflessione e taglio.

LE TIPOLOGIE DI ANALISI
Le tipologie di analisi disponibili consentono la modellazione non lineare dell’interazione con il terreno sia per “combinazioni di carico” che per “fasi costruttive”. Per tutte le tipologie di analisi si rimanda alla pagina dedicata https://www.stacec.com/muri-next_pp133.aspx.

PECULIARITÁ (Valutazione vulnerabilità sismica)
Una particolarità del software è quella di poter effettuare la verifica di muri esistenti mediante la definizione del livello di conoscenza dei materiali e la definizione delle caratteristiche meccaniche, quali resistenza del calcestruzzo e dell’acciaio.
Muri Next per ogni tipologia di muro individua tutti gli stati limite quali GEO-STR-EQU etc. e rispetto a tutti gli elementi che costituiscono il muro, per cui, nota la pericolosità sismica di base e i parametri di amplificazione locale (stratigrafica e topografica), calcola le PGACLV di capacità e i relativi indicatori di sicurezza sismici in termini di accelerazione e periodo di ritorno.
Vediamo adesso un esempio applicativo prendendo come riferimento il caso di un muro a tratti con sezione variabile multi ancorato con altezza di 6 m, posto in sottostrada, riportato in figura 1.

Fig.1- sezione geotecnica muro a tratti multiancorato

Le caratteristiche meccaniche dei materiali, ai fini delle verifiche di sicurezza in condizioni statiche e sismiche, sono riportate in tabella 1 e sono determinati da prove in situ e laboratorio. Le resistenze di progetto sono calibrate in funzione del livello di conoscenza raggiunto LC2 con fattore di confidenza FC=1.20 e differenziati per meccanismi duttili e fragili dipendente dal coefficiente parziale del materiale

Tabella 1 – Caratteristiche meccaniche sezione geotecnica muro a tratti multiancorato

La distribuzione delle armature nel muro è rappresentata in figura 2: le armature principali sono costituite da barre fi16 ogni 20 cm di passo sia in elevazione che fondazione, mentre i ripartitori fi12/20 cm.

Fig.2 – Distribuzione delle armature nel muro

Le azioni sismiche sono state definite in funzione della pericolosità sismica di base (Bovalino RC) dipendenti dalla vita nominale e classe d’uso, dei fattori di amplificazione stratigrafica e topografica e della possibilità del muro di spostarsi.
In figura 3 si riportano gli spettri elastici SLV-SLD ed i relativi parametri sismici ai fini della determinazione dei coefficienti pseudostatici kh-kv.

Fig.3 - Parametri sismici e spettri stato limite SLV- SLD per determinazione azione sismica tramite coefficienti sismici pseudostatici kh-kv

La procedura generale per la valutazione delle PGACLV di capacità ed i relativi indicatori di sicurezza rischio  oppure in termini di periodo di ritorno viene effettuata secondo i seguenti punti:
1. Determinazione della domanda sismica in termini di accelerazione o periodo di ritorno allo stato limite SLV, 
2. Individuazione dei Meccanismi di collasso del sistema geotecnico con riferimento agli elementi strutturali e meccanismi di crisi strutturale STR, geotecnico GEO, di equilibrio EQU e stabilita globale;
3. Determinazione del valore di accelerazione critica per il quale fattore di sicurezza del generico meccanismo di collasso sia pari ad 1.00;
4. Valutazione delle PGAC di capacità per ogni meccanismo inerente al raggiungimento dello stato limite;
5. Valutazione dei corrispondenti periodi di ritorno, TrC, associati ai terremoti che generano tali accelerazioni. In assenza di più specifiche valutazioni, il passaggio dalle PGAC ai valori del periodo di ritorno può essere eseguito utilizzando la seguente relazione:

La relazione di , valida come valore medio sul territorio nazionale, viene personalizzata dal software in riferimento all’intensità sismica di appartenenza del luogo oggetto dell’intervento (Allegato A, Linee guida per la classificazione del rischio sismico delle costruzioni).

6. Determinazione degli indicatori di sicurezza in termini di accelerazione e periodo di ritorno tramite le seguenti formulazioni:

Il calcolo viene effettuato mediante iterazioni. Dalle analisi e verifiche si possono presentare i seguenti casi:

Collasso in condizioni statiche
- Valori dei fattori di sicurezza inferiori a 1.00 per la combinazione statica comportano indicatori di sicurezza sismica nulli per il generico meccanismo;
Collasso in condizioni sismiche

• Valori dei fattori di sicurezza sempre superiori a 1.00 per il generico meccanismo di collasso in combinazione sismica comportano indicatori di sicurezza sempre maggiori di >1.00, il valore può essere limitato dalla vita di riferimento e periodo di ritorno massimo ammesso dalle mappe di pericolosità;
• Valori dei fattori di sicurezza inferiori ad 1.00 per il generico meccanismo di collasso ma con PGA di capacità superiore a quella di domanda comportano indicatori di sicurezza >1.00;
• Valori dei fattori di sicurezza inferiori ad 1.00 per il generico meccanismo di collasso ma con PGA di capacità inferiore a quella di domanda comportano indicatori di sicurezza <1.00;

Con riferimento al muro oggetto di studio nella figura 4 e 5 vengono riportati rispettivamente:

• Andamento dei fattori di sicurezza per i diversi meccanismi di collasso all’aumentare dell’accelerazione sismica e relativi coefficienti pseudostatici;
• Calcolo degli indicatori di sicurezza sismica allo stato limite SLV per i diversi meccanismi di collasso inerenti al sistema geotecnico muro tirantato terreno.

Fig.4 – Andamento dei fattori si sicurezza per i diversi meccanismi di collasso all’aumentare
dell’accelerazione sismica e relativi coefficienti pseudostatici

Fig.5– Calcolo degli indicatori di sicurezza sismica allo stato limite SLV per i diversi meccanismi di collasso inerenti al sistema geotecnico muro tirantato terreno

Dai risultati in figura si può osservare quali meccanismi hanno indicatori di sicurezza inferiori ad 1.00. In questo caso sono la resistenza a flessione del muro in elevazione e fondazione e la resistenza a trazione dell’armatura. Il software permette di inserire interventi ad hoc per adeguare o migliorare la sicurezza del muro.
Si riportano per maggiore completezza, nelle figure 5-6, lo stato tenso-deformativo nel muro e nel terreno con il modello FEM in condizioni sismiche con valori di PGA pari alla domanda sismica.

Fig.6– Spostamenti globali del muro in condizioni sismiche di inviluppo

Fig.7– Diagramma spostamenti, sollecitazioni e pressioni elevazione e fondazione muro

Fig.8 – Verifica di stabilita – Mappa dei fattori di sicurezza e cerchio critico – Fsmin=1.87
 

STACEC Srl - S.S. 106, 51/A - 89034 Bovalino (RC)
Tel. 0964.67211 – 0964.311526 - 392.9624505

 stacec@stacec.com | www.stacec.com