Queste Frequently Asked Questions si riferiscono alle potenzialità dei programmi, intendono rispondere alla domanda: posso fare questo con i vostri programmi? oppure come fanno i vostri programmi quest’altro? Non sono FAQ relative all’uso dei programmi per le quali rimandiamo ai tutorial.
Come si attiva la licenza? Quali metodi di analisi sono disponibili in Nòlian All-In-One? Come è gestita la non linearità dei materiali? Cosa è la rigidezza per il drilling? Quale è l'impiego dell'elemento a layer in Earthquake Engineering? Come viene eseguito il progetto delle armature in un programma 3D? Come avviene il progetto per il taglio in una sezione nello spazio tridimensionale? Come viene prodotta la relazione di calcolo? La norma richiede una forma di validazione, voi cosa fornite? Come vengono prodotti i disegni esecutivi delle armature? Posso fare analisi pushover secondo NTC? L’analisi pushover posso farla anche con il metodo adattivo? E’ possibile fare le analisi IDA consigliate da FEMA? Come avviene in EasySteel la classificazioni delle sezioni in acciaio? Se cambia la normativa come si comporta la Softing? Come vengono gestiti i problemi di geotecnica? Posso verificare strutture esistenti secondo NTC? All-In-One supporta il BIM? Cosa è il MultiStage in Nòlian All-In-One? Quale è l’utilizzatore tipo dei vostri prodotti Come si affrontano le strutture in muratura? Si possono programmare procedure personalizzate? Come vengono calcolate le PGA per l'analisi di vulnerabilità?
Vi sono limiti dimensionali sulle strutture da analizzare?
Poiché
l’analisi in Nòlian è una analisi ad elementi finiti, con
“dimensioni” si intende il numero di gradi di libertà. In Nòlian
questo limite è virtuale, cioè non predefinito a priori dalla
struttura del codice dipende dalla memoria del computer che si sta
usando. L’attuale versione di Nòlian All-In-One è a “64 bit”
e ciò vuol dire che vi è un limite all’indirizzamento di memoria
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EB (un exabyte è poco più di un miliardo di gigabyte).
Pertanto le dimensioni di problemi da trattare sono virtualmente
“illimitati! Si tenga presente che Nòlian usa sofisticati metodi
di fattorizzazione per matrici sparse che sono efficientissimi e
velocissimi, ciò anche nell’analisi modale con il metodo delle
interazioni inverse e soprattutto nelle analisi non lineari.
Come si attiva la licenza?
La licenza d’uso non esclusivo di All-In-One viene attivata tramite un codice di identificazione (PEC) che viene comunicato all’atto dell’acquisizione della licenza e viene validato da un microprocessore installato sulla “chiavetta” USB che accompagna la licenza. Al primo avvio del programma, viene richiesto il PEC. Se il PEC non viene inserito, il programma si comporta come una versione dimostrativa, altrimenti il programma viene attivato e non è necessario dare alcun codice nei successivi avvii. Nel caso di ampli la licenza, la chiavetta resta la stessa ma cambia il PEC e pertanto è necessario, all’avvio del programma, tenere premuto il tasto Control per ottener che si apra il dialogo che consente di inserire il nuovo PEC.
Quali metodi di analisi sono disponibili in Nòlian All-In-One?
La Softing inizia a proporre metodi di analisi non lineare già dagli inizi degli anni '90 quando, cioè, il FEM non era stato ancora incondizionatamente accettato nel mondo della progettazione strutturale. Lo fa sviluppando un elemento trave con effetti del secondo ordine: un elemento pratico, con rapidissima convergenza in grado di fornire le sollecitazioni che tengono conto dei fenomeni di instabilità senza costringere a dubbie valutazione della “lunghezza di libera inflessione”. Un elemento così pratico e comodo che è tutt'ora presente nell'ambiente Earthquake Engineering di All-In-One. Pertanto la Softing ha avuto sempre attenzione ed esperienza di complesse analisi non lineari. Nòlian esegue analisi lineari ed analisi modali con metodi di fattorizzazione efficientissimi (matrici sparse ed iterazioni inverse). Esegue inoltre l'analisi di buckling per elementi sia trave sia guscio. Il settore delle analisi non lineari è molto più complesso e All-In-One dedica un ambiente a queste analisi: l'ambiente Earthquake Engineering che, nonostante il nome che potrebbe apparire limitativo, è un ambiente di analisi non lineari molto sofisticate anche per non linearità geometrica e in grandi spostamenti. Introduciamo una adeguata simmetria. Si parla di solutori di sistemi di equazioni. Il termine "solutore" viene colloquialmente erroneamente usato per "programma di analisi". L'ambiente Earthquake Engineering (nel seguito EE) dispone di due solutori che operano in memoria centrale e sono dedicati a matrici sparse sia simmetriche che asimmetriche. Come è noto, un problema non lineare viene affrontato tramite soluzione di sistemi linearizzati e tratti. I metodi di linearizzazione vengono detti iteratori. Gli iteratori fanno uso dei solutori e in EE sono ovviamente lineare e poi di Newton-Raphson e di Newton-Raphson con ricerca lineare di passo. Gli iteratori sono infine chiamati dagli integratori che integrano la soluzione lungo un percorso determinato da: una storia di carico, di spostamento o di lunghezza d'arco nello spazio forza-spostamento. Oltre questi integratori statici, vi è in EE un integratore dinamico nel dominio del tempo che impiega il metodo di Newmark. Questi “ingredienti” possono essere “miscelati” opportunamente per ottenere la soluzione di un problema non lineare nel modo più opportuno. Quando si dispone di questi strumenti computazionali, essi si possono facilmente impiegare per ottenere la soluzione di problemi più articolati che non sono propriamente “analisi” ma post-elaborazioni di risultati ottenuti con analisi non-lineari. Tra questi EE consente l'analisi pushover secondo normativa, compresa la complessa analisi adattiva, l'analisi dinamica non lineare, l'analisi dinamica incrementale (IDA). Ovviamente EE è dotato di elementi non lineari quali la trave “a fibre” e di materiali con leggi costitutive anche altamente non lineari come nel caso del materiale “no-tension” indispensabile per analisi al continuo di complessi murari.
Come è gestita la non linearità dei materiali?
L'ambiente Earthquake Engineering di Nòlian (nel seguito semplicemente EE) è costruito con il concetto molto potente e versatile di componenti aggregabili. I materiali quindi sono definiti autonomamente e poi possono essere associati a sezioni, elementi o singole fibre di un elemento. Questa struttura che focalizza i componenti consente di definirli con molta precisione e consente una grande flessibilità di utilizzo. Uno degli elementi finiti più usato per strutture in calcestruzzo è la così detta “trave a fibre”. La trave a fibre, come è noto è costituita da un certo numero di sezioni ognuna delle quali è costituita da un fascio di “fibre” alle quali può essere associato pressoché qualsiasi materiale non lineare. Si possono avere le fibre interne con associato un materiale che ha le caratteristiche del calcestruzzo confinato, le fibre del copriferro avranno un materiale che rappresenta il calcestruzzo non confinato, le barre di armatura avranno un materiale acciaio dei vari tipi di materiale disponibile e se si hanno fasce di rinforzo sui lati, queste potranno essere rappresentate da fibre di materiali ancora diversi: FRP o acciaio o ciò che si desidera. Pertanto il comportamento non lineare dei materiali è implementato in modo molto ampio e flessibile. Le travi a fibre, essendo molto usate, possono anche essere generate automaticamente da EasyBeam dove è possibile definire in m odo specializzato le armature in modo grafico interattivo. Con questa funzionalità si “chiude il cerchio” del progetto, cosa molto utile soprattutto per le strutture esistenti.
Cosa è la rigidezza per il drilling?
Il drilling è la denominazione figurativa del grado di libertà associato alla rotazione intorno ad un asse ortogonale al piano di un elemento bidimensionale. Normalmente gli elementi piani sono dei lastra-piastra e cioè accoppiano una rigidezza membranale ad una flessionale. Questi elementi vengono spesso definiti impropriamente “guscio” ma non presentano interazione tra comportamento membranale e flessionale. Gli elementi membrana non hanno in genere rigidezza per il drilling. Il problema che nasce da questa mancanza di rigidezza per un grado di libertà è che la matrice di rigidezza risulterebbe non definita positiva e quindi non invertibile. I metodi che si usano sono due: un vincolo esterno o una rigidezza fittizia (penalità o “drogaggio” della matrice di rigidezza. Il vincolo non si può applicare facilmente se l'asse del drilling non è orientato secondo un asse principale. Il drogaggio può alterare le rigidezze. Alla fine degli anni '90 Roberto Spagnuolo e Mario Cannarozzi svilupparono una famiglia di elementi finiti dotati di reale rigidezza per il drilling. Il professor Cannarozzi era allora appena giunto all'Università di Modena della quale sarebbe divenuto Preside e purtroppo il caro amico Mario è scomparso di recente. Questi elementi finiti conferiscono a Nòlian una facilità e sicurezza di impiego che spesso non viene compresa in pieno nella potenza e nella innovazione che comporta.
Quale è l'impiego dell'elemento a layer in Earthquake Engineering?
Si tratta di un elemento finito ad otto nodi, a lati curvi ed a spessore variabile. Pertanto, sotto il profilo geometrico, ha la massima versatilità. Come è possibile gestire il comportamento di un elemento di forma così complessa? Il metodo più potente è quello di discretizzare l'elemento in strati sovrapposti, o “layer”, integrare il comportamento membranale di ogni singolo strato e quindi integrare il contributo flessionale che è legato allo stato di ogni strato. Si tratta di un concetto molto simile a quello dell'elemento trave a fibre dove la attuale velocità dei processori consente una integrazione numerica su un campo discreto. Questa tecnica di discretizzazione ed integrazione fornisce un vantaggio collaterale non di poco conto. Infatti ogni strato può essere rappresentato da un materiale diverso. Si potrebbe avere un guscio in calcestruzzo modellato con calcestruzzo confinato all'interno, non confinato per il copriferro e con gli strati di armatura diffusa. Se cioè si ha un problema di questo tipo e lo si vuole affrontare seriamente, è impossibile usare un elemento meno importante e versatile di questo. Abbiamo descritto questo elemento molto sofisticato come rappresentativo del tipo di approccio al problema strutturale di Earthquake Engineering.
Come viene eseguito il progetto delle armature in un programma 3D?
Agli inizi degli anni '90 la Apple, con il coraggio che ha sempre dimostrato, decise di cambiare il linguaggio di programmazione di elezione: abbandonò il Pascal ed adotto il C. Si poteva certo usare anche il Pascal, ma gli svantaggi erano tali che si dovette riscrivere tutto il codice. Allora la Softing era partner ufficiale di Apple Computer Inc. Dovendo riscrivere tutto, si pensò che, come il FEM di Nòlian, allora MacSap, era completamente 3D, doveva esserlo anche EasyBeam per assicurare una completa congruenza tra i due programmi. Oggi la cosa può sembrare naturale, a quei tempi non lo era affatto sia perché era richiesta maggiore capacità di calcolo, sia perché l'approccio “culturale” al problema della trave in calcestruzzo era nel piano. Vi erano due problemi non da poco: la gestione delle armature nello spazio e la gestione delle sollecitazioni anch'esse nello spazio e non pià nel piano. Le barre vennero descritte come in un sistema CAD 3D. Per la gestione delle sollecitazioni nello spazio appare chiarissimo il divorzio tra la meccanica classica e quella computazionale. Se si “traducono” i metodi della meccanica classica pedisequamente in linguaggio computazionale si perdono i vantaggi offerti da quest'ultimo. La complicata classificazione in campi di rottura della trave inflessa non possono estendersi alla sezione nelle tre dimensioni. Inoltre i sistemi “divide et impera” sono spesso necessari ma quando si possono evitare per una soluzione più generale, non c'è motivo di sottostare ai limiti che impongono. Questa classificazione in campi di rottura da che esigenza scaturisce? Dal fatto che non appare immediatamente evidente, che il problema non è lineare e lo si linearizza “a tratti”. In effetti il problema è concettualmente semplice lo sforzo generalizzato F dato dai due momenti e dalla forza assiale è legato alle rotazioni ed alla traslazione assiale u dalla relazione consueta F = K u, dove K ha il ruolo di matrice di rigidezza e si ottiene per integrazione sul contorno. Il problema, come si diceva, non è lineare e quindi la soluzione deve essere conseguita con un metodo iterativo. La difficoltà si sposta da un ambito logico-concettuale ad un problema numerico che è più solidamente formulato e si risolve con metodi di analisi numerica consolidati. Il vantaggio di soluzioni computazionali generali è soprattutto nella continuità della soluzione che è invece discontinua se la si linearizza a monte della soluzione. Ovviamente l'equazione non lineare appena esposta consente la analisi della sezione, non il progetto. Per il progetto si affaccia il problema dell'ottimizzazione in quanto la soluzioni ammissibili non è una sola e quindi si ottimizza con un metodi di “trial and error” sotto le condizioni aggiuntive di avere una disposizione costruttivamente accettabile. Abbiamo parlato della presso flessione deviata, in un'altra FAQ parleremo del taglio, ma crediamo di aver dato una risposta alla “filosofia” di approccio computazionale adottato nei programmi Softing.
Come avviene il progetto per il taglio in una sezione nello spazio tridimensionale?
Quella del taglio nelle sezioni in calcestruzzo armato è un'epica battaglia tra conservatori e computazionalisti. La notissima e sempre efficace formula: τ = T/ 0.9 bd quando si affermò il metodo degli stati limite, venne rovesciata T = 0.9 bd τlim e molti ritennero che il vecchio Jourawki fosse ormai superato. Nulla di più errato. Anzi Jourawski è tornato a nuova vita. Infatti Jourawski ha un'idea felicissima: se accettiamo di considerare uno scorrimento medio lungo una corda, possiamo integrare le tensioni assiali ed il gioco è fatto. Jourawski lo fece in modo analitico, oggi, con i metodi computazionali, si può fare facilmente una integrazione numerica. Facilmente è una parola grossa perché la faccenda computazionalmente è molto delicata, ma ha il vantaggio di essere generale e di non richiedere fantasiose combinazioni dei tagli resistenti nelle due direzioni. Consente di tenere elegantemente conto delle forze assiali e della presenza di armature. In EasyBeam, oltre alle verifiche necessarie, vi è un dialogo che consente di rappresentare le tensioni tangenziali in tutta la sezione ed è interessante poter vedere come la presenza della armature influenzi la distribuzione delle tensioni tangenziali. A proposito di rivisitazioni di posizioni conservatrici. Nella “antica” formula “pratica” per il calcolo della τ compare il coefficiente 0.9 che resta immutato nella apparentemente più sofisticata versione per gli stati limite. Bene, il famigerato 0.9 deriva dalla relazione: zc = d σc/(σc + σs/n) dove zc è l'altezza della zona reagente del calcestruzzo e si ottiene con semplici similitudini di triangoli, pertanto il braccio delle forze interne risulta: d - d zc/3 = d (1 - zc/3). Con un esempio, posto che si desideri che il calcestruzzo lavori a 9 MPa e l'acciaio a 280 MPa, assumendo n=15, si avrà: zc = d 9 /(9+280/15) = 0.325 e pertanto 1 - zc/ 3 = 0.89. Come si vede si vuol sembrare moderni e sofisticati ma gira rigira si resta sempre alle buone cose antiche...
Come viene prodotta la relazione di calcolo?
Già la Ordinanza del 2003 poneva la distinzione tra “tabulati” e relazione di calcolo. Con tabulati si intendono i risultati di un calcolo redatti in forma tabulare e pertanto non contengono deduzioni logiche complesse o descrizioni. Essi devono mettere in relazione il rapporto ingresso-uscita dei dati in un programma. La relazione di calcolo invece deve contenere la descrizione del processo progettuale, la ragione delle scelte e suffragare tali scelte con i risultati dei calcoli. Pertanto, a rigore, una relazione di calcolo non può essere prodotta in modo automatico. All-In-One produce i tabulati consentendone il coordinamento da parte del progettista che può decidere i dati ed i risultati di quali elementi stampare (ovviamente anche tutti), quali “temi” stampare e in che ordine. Vi sono vari formati disponibili dall'html all'RTF al CSV. Si precisa che “stampare” è un termine inesatto che ha una ereditò solo storica perché in effetti si producono dei file che possono poi essere manipolati in qualsiasi programma di gestione testi. Per la “relazione di calcolo” All-In-One dispone di un ambiente dedicato: EasyQuill. Questo ambiente è estremamente potente in quanto ha un linguaggio di script con una interfaccia grafica che consente di organizzare la relazione con la massima libertà e con la possibilità di generare degli schemi personali predefiniti che verranno completati poi in automatico. EasyQuill può anche interrogare tramite il linguaggio di script virtualmente tutti i dati ed i risultati di tutti gli ambienti di All-In-One per cui la relazione può essere molto complessa e completa. E' anche possibile generare ed includere, impaginate, delle immagini prodotte dai programmi. Questi schemi ovviamente vengono registrati e possono essere usati tutte le volte che si desidera. Si possono avere schemi diversi per sopperire ad esigenze diverse. Il linguaggio di script è molto potente e consente la generazione di dialoghi, consente di avere percorsi condizionati e così via. Con EasyQuill vengono rilasciati degli schemi predefiniti che possono essere immediatamente impiegati o modificati.
La norma richiede una forma di validazione, voi cosa fornite?
La validazione generale di un programma di calcolo è virtualmente impossibile in quanto i percorsi logici che possono essere seguiti nel calcolo sono innumerevoli e per ognuno di essi si dovrebbe poter disporre di risultati di confronto validati. Quindi chiedere la validazione esaustiva di un programma è cosa illusoria e velleitaria. Vi è un altro problema forse più delicato: una procedura di calcolo può essere più o meno adatta al problema che si vuole affrontare e questa eventualità è forze anche più sfumata per cui sarebbe importante che l'utilizzatore fosse preparato nell'attività di costruirsi dei casi-prova personali inerenti il problema che vuole affrontare. Purtroppo questa cultura non esiste. Quello che si vede spesso è l'esecuzione di “test” su interi edifici con l'illusione che se i risultati si discostano in modo accettabile da quelli attesi allora il programma “funziona”. Niente di più fallace. Basta pensare ad un edificio che abbia 99 pilastri rettangolari ed 1 circolare e che per quest'ultimo sbagli i risultati clamorosamente. Semplificando il ragionamento, se 99 pilastri comportano un errore dello 0% ed uno del 100%, l'errore medio sarà dell'1%, Ma se il giorno dopo abbiamo un edificio con tutti pilastri a sezione circolare, l'errore scatterà al 100%. Non abbiamo avuto la pretesa di fare un ragionamento scientifico, ma didattico sì. L'attività di test assorbe circa il 40% dei costi di produzione del software. La Softing da anni usa dei test di £regressione” eseguiti in automatico ad ogni rilascio per assicurarsi che le funzioni essenziali di calcolo siano verosimilmente affidabili. Ciò non può evitare malfunzionamenti in generale, ed in particolare di interfaccia e di esposizione grafica dei risultati. La Softing ha un sistema di gestione delle segnalazioni collaudata e molto attiva per cui gli eventuali difetti segnalati vengono rimossi e la versione emendata è scaricabile in automatico via internet. Con i programmi viene anche rilasciata la documentazione di alcuni casi-prova. Si tratta di casi prova studiati appositamente e in gran parte presi da notissimi casi-prova del NAFEMS. Questi casi-prova possono rassicurare l'utilizzatore ma, per nostra esperienza, hanno solo significato burocratico in quanto talvolta vengono richiesti dalle autorità preposte. In effetti le uniche reali garanzie di qualità sono la “anzianità” del software perché la rimozione dei difetti avviene soprattutto nel tempo (i bug vengono classificati secondo il tempo che è necessario perché si manifestino e si favoleggia tra i programmatori del five-thousands-years-bug), la serietà della softwarehouse ed il sistema di aggiornamento. Si dovrebbe valutare anche il sistema produttivo e di test interni e di come una softwarehouse sia orientata all'informatica più che al problema, ma questi elementi non sono di facile valutazione. La Softing nasce come softwarehouse formata da persone formate all'informatica e non al problema (meccanica computazionale e non meccanica computerizzata) ed è stata scelta da Apple Computer Inc dal 1984 e quindi, fermo restando che non si ritiene bugs-free, ritiene di avere esperienza sufficiente da poter rassicurare i propri clienti sulla migliore, ragionevole, affidabilità dei suoi prodotti.
Come vengono prodotti i disegni esecutivi delle armature?
All-In-One ha due distinti ambienti per la gestione di elementi in calcestruzzo armato: EasyBeam per travi e pilastri ed EasyWall per elementi piani: pareti, solette, vasche etc. Qui ci riferiremo ad EasyBeam. EasyBeam è in grado di gestire il modello geometrico e tensionale impiegato per l'analisi FEM e quindi le armature sono immerse in uno spazio tridimensionale con le possibilità di connessione senza limiti significativi che ha appunto un modello FEM. Pertanto in EasyBeam le armature sono descritte come tipici oggetti di un CAD 3D. Quando si richiede il disegno esecutivo, questo viene redatto secondo le convenzioni abituali italiane e cioè un “esploso piano”. Il piano di rappresentazione può essere scelto dall'operatore in quanto il disegno avviene con le classiche modalità proiettive di un sistema CAD. Vi sono varie opzioni a disposizione del progettista per definire le modalità di rappresentazione che vanno dal livello dio dettaglio fino alla font ed al colore dei testi. Un sistema automatico di impaginazione consente di generare delle tavole anche di grande formato ottimizzando la disposizione e generando i cartigli. Il disegno prodotto in automatico viene importato in un sistema CAD, che è un altro ambiente di All-In-One, il BIC (Built-In CAD) che consente la gestione completa del disegno con modalità CAD 2D, ciò consente eventuali ulteriori arricchimenti e personalizzazioni del disegno. Gli elaborati posso essere esportati in vari formati tra i quali il DXF. Va ricordato che tra il progetto ed il disegno, è possibile intervenire per controllare le armature automaticamente progettate ed intervenire, eventualmente, sia nella forma che nel posizionamento 3D delle barre. Questo sistema completo, e che consente il completo controllo da parte del progettista, fornisce degli esecutivi completi e personalizzati.
Come avviene in EasySteel la classificazioni delle sezioni in acciaio?
Il termine "classificazione" delle sezioni è fuorviante perché la classe non è una caratteristica tipica della sezione, una caratteristica, per intenderci, che si possa trascrivere in un profilario, ma è una definizione di comportamento che è funzione dello stato di sollecitazione. Pertanto l'operazione di "classificazione" richiede una analisi tensionale per OGNI combinazione dei carichi perché per ogni stato di sollecitazione la "classe" può cambiare. Il problema della classificazione è legato alla instabilità locale: non si vuole che vengano raggiunte le tensioni di snervamento quando prima si è già verificato uno stato di instabilità che, ovviamente, impedisce il raggiungimento di tali tensioni. Per l’analisi occorre dividere la sezione in parti assimilabili a lastra-piastre e studiare l'instabilità di queste con le condizioni di vincolo che la parte della sezione ha con le altre. L'anima di una sezione a H ha vincoli su due lati, l'ala su uno. Lo studio di instabilità di tali elementi assimilati a lastre-piastre consente di "classificare" la sezione come esito di un paragone tra la tensione critica da instabilità e quella di snervamento. Esistono, e sono previste dalla norma, delle forme “semplificate” basate sul calcolo della tensione critica dei singoli pannelli. Ovviamente, ferma restando la necessità di conoscere la tensione critica di instabilità della lastra-piastra con i metodi ben noti, si può impiegare un metodo del tutto generale basato sul metodo di analisi sezionale, discretizzando la sezione ed imponendo per ogni punto una legge costitutiva del materiale che tenga conto dei limiti da instabilità. In questo modo non si avrebbe necessità di classificazione né di impiegare a valle metodi diversi per la verifica, tra i quali il metodo delle aree ridotte per le sezioni in classe 4. E' ovvio che, in questo caso, nelle zone della sezione ove si superasse la tensione limite di snervamento, questa verrebbe ridotta o annullata consentendo di ottenere una credibile, unitaria analisi della sezione. Ovviamente poiché i legami costitutivi sono non lineari, non lineare è il procedimento. Abbiamo implementato da tempo questo metodo che però non è ufficialmente rilasciato nel prodotto commercializzato per le differenza – anche se trascurabili e sicuramente a favore nel nostro metodo computazionale – con i risultati ottenuti con i metodi della normativa. Si tratta però di una implementazione sofisticata che ci ha anche consentito di approfondire certe tecniche numeriche con ottime ricadute su altre funzionalità invece incluse nelle versioni commercializzate. Abbiamo quindi affrontato la situazione nel modo che descriveremo brevemente. Impieghiamo, come detto, una analisi sezionale affidabile e del tutto generale. Eseguita tale analisi, conosciamo lo stato tensionale di ogni parte della sezione e con tale andamento tensionale applichiamo i limiti di normativa imposti sul rapporto spessore/larghezza della parte in esame della sezione. Così si ha una classificazione corretta secondo norma benché poco elegante per il modo un po' cervellotico di usare l'analisi computazionale da parte della normativa. Per l'analisi, a valle della classificazione, delle sezioni in classe 4, è semplice, disponendo di un metodo di analisi generale di sezioni descritte da un poligono qualsiasi, rimodellare la sezione eliminando le aree instabilizzate secondo il metodo delle aree equivalenti previsto dalla normativa.
Come è gestita la duttilità?
Dire che un materiale ha un comportamento non lineare non è corretto, è la legge tramite la quale descriviamo tale comportamento che è non lineare. La non linearità del materiale è entrata nel mondo della progettazione sostanzialmente da quando il computer ha permesso di trattarla ed è indispensabile un robusto contributo della meccanica computazionale rivolto a trattare funzioni non lineari. La duttilità di una sezione in acciaio o, ancora con più difficoltà, in calcestruzzo, può essere approssimata tramite varii espedienti, ma, visto che disponiamo di strumenti di analisi numerica per calcolare il rapporto momento-curvatura o forza-spostamento in modo piuttosto robusto ed accurato, un programma di calcolo affidabile impiega questi metodi, e non i metodi semplificati che sono adatti ad una soluzione "manuale" ma del tutto limitai e poco affidabili per una soluzione automatizzata. Se disponiamo della relazione momento-curvatura possiamo valutare la duttilità con accuratezza per sezioni di forma qualsiasi e comunque sollecitate tenendo conto anche dell'effetto della forza assiale. Conoscendo i punti di snervamento e di rottura, accuratamente calcolati con i metodi suddetti, è possibile definire la duttilità della sezione. Inoltre, impiegando metodi computazionali, si possono impiegare varie leggi costitutive e il metodo di analisi sezionale non lineare consente di ottenere risultati di grande accuratezza. Inoltre, la deformazione di un elemento in calcestruzzo fessurato si può, sì, valutare tramite relazioni approssimate, ma è molto più sicuro e generale semplicemente integrare le curvature per una determinata distribuzione dei momenti e della forza assiale. Anche qui abbiamo una soluzione generale e pertanto molto affidabile. Esistono formule semplificate anche per questo calcolo ma tramite l'integrazione della curvatura si ottiene la deflessione in modo molto accurato, generale e valido per ogni sezione ed ogni andamento delle sollecitazioni.
Se cambia la normativa come si comporta la Softing?
Sin dall’epoca dei grandi cambiamenti normativi dell’Ordinanza del 2003, la Softing ha rilasciato gli adeguamenti per la normativa come servizio compreso nel servizio di assistenza regolato da apposito abbonamento. Questa politica di non rilasciare aggiornamenti a titolo oneroso l’abbiamo proseguita fino alle ultime modifiche della normativa ed intendiamo proseguire con questa politica. Certamente se la normativa prevedesse dei nuovi settori d’azione o delle nuove metodologie di calcolo sarà possibile che gli adeguamenti non saranno gratuiti, ma diciamo ciò per trasparenza perché non ci pare di vedere nel nebuloso cielo normativo addensarsi simili tempeste.
Come vengono gestiti i problemi di geotecnica?
La geotecnica può essere gestita con metodi di meccanica computazionale ad Elementi Finiti nei casi più importanti e ciò è possibile nell’ambiente Earthquake Engineering di All-In-One il quale è dotato di elementi finiti che accolgono materiali a comportamento elasto-plastico adatti ai problemi di geotecnica. Per i problemi più consuetudinari, All-In-One dispone di un ambiente dedicato, Nuans, nel quale possono essere trattati i principali elementi di geotecnica con i metodi “tradizionali”. Per un approfondimento è opportuno consultare le informazioni su Nuans o scaricarne il manuale.
Posso verificare strutture esistenti secondo NTC?
Le strutture esistenti in calcestruzzo o in muratura possono essere trattate tramite i metodi non lineari e l’analisi pushover, ma per una trattazione da normativa, All-In-One dispone di un ambiente dedicato, ExSys, per le strutture in conglomerato cementizio armato, e Wollverine per le strutture in muratura. Questi ambienti consentono le verifiche previste dalla NTC con spettro elastico, inelastico e a valle di un’analisi pushover. Si ottengono, oltre le verifiche, le PGA e i tempi di ritorno richiesti dalla normativa.
All-In-One supporta il BIM?
In All-In-One vi è un ambiente, inMod, per la gestione di un modello volumetrico della struttura che poi in automatico, tramite un “mesher”, formerà il modello di calcolo ad elementi finiti. Tale ambiente è quindi ideale per leggere le informazioni architettoniche di un sistema BIM in formato IFC. Il progettista potrà controllare queste informazioni, eventualmente modificare il modello volumetrico e poi il mesher costruirà il modello di calcolo, L’IFC prevede anche le informazioni per un modello così detto “analitico” che è quello che abbiamo chiamato modello di calcolo. Nell’ambiente Nòlian è possibile leggere il modello analitici IFC. La Softing ha promosso e coordina il gruppo SIM (Structural Information Modeling) per promuovere l’ampliamento del modello analitico IFC all’analisi dinamica e sismica e questo progetto sta compiendo l’iter per essere sottoposto al board europeo di buildingSmart. Inoltre, visto il nostro coinvolgimento e la nostra conoscenza dell’argomento, stiamo progettando anche le funzioni di salvataggio dei dati del modello analitico.
Cosa è il MultiStage in Nòlian All-In-One?
All-In-One ha una funzionalità molto potente che consente di generare l’evoluzione di modelli di calcolo in modo incrementale. Dove cioè cambia la topologia o la geometria, occorre agire su un nuovo modello. Questa funzionalità, chiamata MultiStage, conserva però la storia dei singoli elementi del modello per cui vi è una stretta continuità tra di essi, e i modelli nei vari stage non sono indipendenti ma concatenati in una scala temporale o di fasi, ad esempio, costruttive. I cambiamenti sono memorizzati in modo incrementale e ciò consente la massima efficienza nell’uso della memoria. E’ possibile, a valle delle analisi condotte su più stadi, inviluppare le sollecitazioni o analizzarle per cercare i valori massimi. Si sta lavorando inoltre alla possibilità di gestire analisi non lineari su più modelli in modo automatico per avere una storia nel tempo che comprenda anche modifiche topologiche e geometriche (fasi, costruttive con aggiunta o eliminazione di elementi, ad esempio, o cambiamento delle caratteristiche dei materiali).
Quale è l’utilizzatore tipo dei vostri prodotti
Anche se il software appare come immateriale, ha tutte le caratteristiche di un prodotto e pertanto è “confezionato” per assolvere al meglio i compiti posti da una specifica categoria di problemi. Se si progettano villette unifamiliari cercando di abbattere i costi di progetto e diminuire i costi dell’iter burocratico, si avranno problemi diversi da chi progetta isolatori sismici per strutture di importanza storica. All-In-One per tradizione vuol fornire al progettista degli elementi di giudizio per consentirgli scelte consapevoli. Non è orientato alla automazione dell’aspetto burocratico del progetto anche se ha molte funzioni per facilitare questo compito. Si rivolge a chi ama progettare e nel software cerca un “compagno”, stupido ma servizievole. Nòlian All-In-One non ha nulla da invidiare ai programmi FEM di diffusione internazionale ma più di questi, ha ambienti dedicati al progetto e alla verifica delle membrature secondo le consuetudini nazionali. Pertanto si rivolge allo studio di progettazione medio-grande con problemi progettuali spesso inconsueti e animato dalla stessa passione per l’ingegneria di chi con passione quotidianamente fa crescere Nòlian All-In-One.
Come si affrontano le strutture in muratura?
La muratura è una bella gatta da pelare perché è pressoché impossibile fare un modello reologico accurato del materiale di un paramento in muratura. Le approssimazioni sono notevoli soprattutto nel cercare di interpretare il comportamento di una muratura esistente spesso non omogenea. Purtroppo la normativa, invece di limitarsi ad indicare dei minimi di sicurezza, è l'arena dove si scontrano e cimentano varie scuole di pensiero e si è fatto strada il modello a maschi e fasce che ci ha lasciato sempre piuttosto perplessi, visto che il FEM si è affermato ed ha mostrato di poter dare risultati più consistenti e consente di impiegare elementi piani. Una critica al modello a maschi e fasce è che il modello è una astrazione molto forte della realtà strutturale per cui modificando anche di poco il modello, si hanno risultati molto diversi. Se si pensa ad una struttura esistente con aperture non allineate e variazioni di spessore, ci si renderà conto di come sia arduo valutare l'attendibilità del modello. La nostra scelta, dopo sofferte ricerche in varie direzioni, ci ha portato ad escludere un ambiente dedicato ad un modello così poco sofisticato ed insicuro. Dalla sperimentazione che abbiamo fatto è emerso che il modello a maschi e fasce è arduo da mettere a punto e molto sensibile alle scelte di connettività e geometria per cui eventuali sofisticate assunzioni del modello reologico non compensano affatto le criticità del modello geometrico così poco sofisticato. La nostra scelta quindi si è orientata a favorire un approccio sempre ad elementi finiti piani. E' ovvio che in un sistema FEM completo e sofisticato come Nòlian All-In-One è possibile costruire un modello maschi-fasce con materiali anche a complesso comportamento non lineare, quello che abbiamo deciso di non favorire, è invece l'automazione della generazione del modello che può dare illusioni di prestazioni che invece sono del tutto aleatorie. Modellando la struttura tramite elementi finiti piani si può ottenere un modello topologico e geometrico molto vicino alla “realtà”. A questo punto, e con lo stesso modello FEM, sono possibili due strade: una sofisticata analisi con un materiale a comportamento non lineare ed un'analisi elastica. Il secondo metodo, l'analisi elastica, è consentito dalla normativa ma solo a patto che lo si riconduca al modello maschio-fascia. Occorre dunque integrare le tensioni nel piano per ricondurle ad un modello a trave inflessa. Questo metodo è sicuramente più sicuro della modellazione a monte secondo lo schema a trave in quanto le tensioni, nel modello con elementi piani, non sono alterati dalle incertezze geometriche di una modellazione semplificata a monte. All-In-One dispone di un ambiente dedicato, DonJon, che si occupa di questa integrazione i cui risultati potranno essere impiegati poi nell'ambiente WallVerine per le verifiche di norma. Se invece si ha l'esigenza di un'analisi più sofisticata e la geometria della struttura non consente una modellazione semplificata per maschi e fasce (volte, elementi curvi, discontinuità etc.) l'ambiente Earthquake Engineering consente di impiegare un elemento finito a layer ed un materiale elasto plastico a plasticità con criterio di flusso non associato e eventuale resistenza a trazione nulla. (si veda una monografia dedicata a questa modellazione). Le caratteristiche elasto-plastiche di questo materiale possono anche essere determinate tramite il tensore di Eshelby che consente di determinare le caratteristiche omogeneizzate di un aggregato di parti discrete. Questo elemento ha dato grande prova di sé consentendo di ottenere risultati molto sofisticati ed è frutto della ricerca autonoma di Softing. Questo elemento consente anche, ovviamente una accurata analisi pushover delle strutture in muratura.
Si possono programmare procedure personalizzate?
In Nòlian un linguaggio di scripting interno consente di accedere a moltissime funzioni di Nòlian e ciò permette di scrivere dei veri e propri programmi per impiegare le funzioni di Nòlian nel modo che si desidera. Si possono generare modelli FEM parametrici, generare carichi o combinare i risultati. Sono disponibili anche degli script realizzati dagli utlizzatori di Nòlian.
In questa nota intendiamo soffermarci sul calcolo delle PGA come richiesto dal “Sismabonus”, che sono valori delicatissimi, che però le linee guida non trattano. Se eseguiamo una analisi con lo spettro di risposta, verifichiamo ciò che vogliamo secondo normativa, otterremo un coefficiente di sicurezza, ovvero un rapporto tra valori limite a valori di progetto. Ora, è lineare il rapporto tra tale valore e la PGA dello spettro impiegato? Cioè, poniamo che il momento limite, per fare un esempio banale, sia 10 e quello ottenuto dalla analisi, applicando tutte le richieste di normativa sia 5, la PGA capacity è 0,5 volte quella di demand, cioè applicata? Assolutamente no. Il rapporto non è lineare. Dovremmo iterativamente analizzare la struttura finché si raggiunga lo stato limite incrementando la PGA dello spettro per conoscere a quel punto la PGA che determina il collasso, questa sarebbe la PGA di capacità. Questo però è un metodo terribilmente oneroso. Ora non si deve credere che, poiché il calcolo è automatico, non ci si deve preoccupare dell'onerosità, ciò perché la affidabilità di un calcolo automatico è intrensicamente legata alla complessità, per cui non si può impunemente incrementare la complessità senza tenere in conto la perdita di affidabilità. Oltre al tempo di calcolo che comunque ha un costo. Oltretutto, con quale criterio si dovrebbe incrementare l'azione se si assume che la struttura possa avere un comportamento dissipativo? Una relazione lineare tra fattore di sicurezza e rapporto tra PGA è un indicatore utile, forse migliore anche del rapporto tra PGA, ma non è numericamente corretto se si usa per determinare le PGA. Anzi, è privo di significato fisico.
Cosa fare allora? L'unico metodo è allora usare un'analisi pushover secondo la quale l'incremento della forza statica equivalente è insita nel sistema e consente di determinare la forza di spinta che determina ogni stato critico. La normativa impone, non si sa con quale efficacia, l'uso di ben 16 profili di spinta diversi, ma si tratta di un procedimento unico ripetuto in modo sistematico e quindi è meno complesso (non meno oneroso!) del metodo di verifica ripetuta già detto.
Durante l'analisi pushover si possono monitorare gli “stati critici” ovvero gli stati limite. Flessione, taglio, spostamenti, rotazioni, spostamenti di piano, resistenza dei nodi. Questo sistema consente di avere un quadro preciso, ed anche utile ai fini progettuali, del comportamento della struttura. Sintetizzando i valori limite si otterranno delle accelerazioni limite molto accurate. Cioè si conosce la forza che determina lo stato critico (limite) nel sistema equivalente ad un grado di libertà e da questa si ottiene l'accelerazione relativa. Ma tali accelerazioni non sono delle PGA! Cioè, per capirci, in quanto il concetto non è intuitivo, la norma chiede quale dovrebbe essere l'accelerazione al suolo (Peak Ground Acceleration, ovvero PGA) che darebbe luogo alla accelerazione che si è individuata poter generare lo stato limite desiderato. E qui le cose si complicano perché la struttura non è in campo elastico, per scelta, mentre lo spettro di risposta che si è impiegato per generare la spinta è elastico. Dunque lo spettro va scalato, ma come? Qui i metodi sono molteplici. Quello che va per la maggiore è il così detto metodo N2 che ha il vantaggio di essere citato dalla nostra normativa, Secondo tale metodo, il comportamento non lineare della struttura si può approssimare tramite una bilatera costruita sulla curva di risposta. Ciò consente di determinare un fattore di smorzamento da applicare allo spettro (un fattore simile al fattore q, o fattore di struttura, ben noto). Questo è il metodo impiegato in Earthquake Engineering per determinare il valore di PGA capacity relativa allo spettro smorzato secondo le caratteristiche dissipative della struttura.
I calcoli documentati nelle linee guida, a valle della determinazione delle PGA, con enfasi un po' infantile, visto il complesso contenuto suddetto invece non considerato, è poi una passeggiata sulla quale ci pare inutile soffermarci.
Quindi, riassumendo. Nell'ambiente Earthquake Engineering di Nòlian All In One, è possibile programmare più azioni di spinta generate secondo vari criteri (costante, lineare, modale, multimodale, adattivo) e secondo eccentricità e direzioni volute. Programmate queste azioni, posso no dare luogo ad altrettante distinte analisi pushover, Durante tutte queste analisi è possibile monitorare gli stati critici (stati limite). Queste operazioni sono “standard” e possono anche essere eseguite per scopi diversi da quelli dell'analisi di vulnerabilità. Nel caso di questa analisi, gli stati critici di tutte le analisi programmate vengono sintetizzati assumendo quelli più gravosi ed infine in base a questi si determina la PGA capacity per ciascuno scalando gli spettri come detto e infime eseguendo le operazioni richieste per il “sisma bonus”. Tutti i passi di questa analisi possono essere documentati per via grafica o nelle “stampe” (cioè file di risultati stampabili).