L’importanza di una CHECKLIST per il controllo del tuo modello strutturale

chekout_REV02

Se vuoi sapere come eseguire la validazione del tuo modello di calcolo strutturale, quali risultati bisogna controllare e soprattutto come farlo in poco tempo evitando di dover scartabellare gli infiniti tabulati della relazione di calcolo allora continua a leggere questo articolo.

I moderni software di calcolo strutturale sono strumenti molto sofisticati, velocizzano moltissimo la creazione di un modello e l’esecuzione delle analisi. Analisi dinamiche modali, analisi lineari e non lineari, gerarchie delle resistenze, cerniere plastiche rendono i modelli strutturali in grado di approssimare molto fedelmente la realtà fisica e il comportamento della struttura che si va ad analizzare. Parallelamente però diventa complicato mantenere un controllo sui risultati, interpretandone i valori e stabilendo se questi siano attendibili o meno.

Avere la capacità di validare un calcolo strutturale eseguito con un software di calcolo e saper dire se i risultati ottenuti sono accettabili oppure no è una capacità indispensabile per un progettista strutturale.

Il computer non è una macchina intelligente che aiuta le persone stupide, anzi, è una macchina stupida che funziona solo nelle mani delle persone intelligenti.

Umberto Eco

Quando si crea un modello strutturale, dopo aver completato il calcolo, bisogna sempre ritagliarsi del tempo da dedicare alla validazione del modello strutturale.

Di seguito ti indico 5 passaggi essenziali per validare il tuo modello di calcolo in maniera semplice e veloce, nel minor tempo possibile. Alla fine dell’articolo potrai scaricare due utili risorse gratuite che metto a disposizione:

  • una checklist con i controlli da fare (ti suggerisco di stamparla per averla sempre a disposizione)
  • Un foglio elettronico automatizzato per validare velocemente i risultati del calcolo e individuare subito qualche possibile errore presente nel tuo modello di calcolo.

Veniamo subito al sodo. Nei prossimi passaggi ti spiego come effettuare la validazione del modello in poche semplici mosse.

1) Le reazioni di base: confronta i valori del software con calcoli manuali

Un risultato molto importante da controllare alla fine del calcolo è il valore delle reazioni vincolari di base o le reazioni del terreno se abbiamo modellato la fondazione con travi o platee su suolo elastico. Quello che suggerisco di fare è calcolare manualmente il valore complessivo e confrontarlo con i risultati ottenuti dal software.

Dovremo considerare:

  • I pesi propri degli elementi strutturali (travi pilastri, solai etc)
  • I pesi propri non strutturali (massetto pavimento, intonaco, tramezzi, tompagni etc.)
  • I carichi accidentali

E’ bene tenere separate queste tre aliquote di carichi nei termini G1k, G2k e Qk (così come vengono nominati dalla normativa) in modo da poterli combinare fra loro con i giusti coefficienti di combinazione e poter confrontare i risultati con quelli ottenuti dal software. In fondo all’articolo trovi la risorsa che metto a disposizione per effettuare rapidamente questo calcolo di validazione. Si tratta di un foglio elettronico automatizzato con dei campi da compilare, ti aiuterà nel calcolo manuale delle reazioni di base. Uno scarto accettabile tra i risultati del software e i calcoli a mano potrebbe essere una differenza massima del 5%. Se si va oltre il 10% potrebbe esserci qualche problema nel modello di calcolo o qualche errore nel nostro calcolo manuale. Consiglio di ricontrollare entrambi.

 

2) L’Azione Sismica

Una volta noto il peso totale della nostra struttura calcolato nel passo precedente, un altro controllo da fare è sul valore dell’azione sismica. Questo controllo è molto semplice da eseguire. Si può calcolare il periodo di vibrazione in maniera approssimata con la formula fornita dalle NTC2008 che restituisce il periodo di vibrazione in funzione dell’altezza della costruzione e della tipologia costruttiva. E’ sufficiente poi moltiplicare l’accelerazione spettrale di progetto (quella ridotta per l’opportuno fattore di struttura) per il valore del peso sismico della costruzione (G1k + G2k + Psi*Qk).

Non dimenticare di incrementare questo valore del 30% per tener conto del sisma nell’altra direzione così come prescritto dalla Normativa. Anche in questo caso possiamo confrontare questo valore con quello ottenuto dal modello di calcolo.Tutto ciò ti sembra complicato? Non preoccuparti, il foglio elettronico che metto a disposizione ti renderà tutto più semplice, dovrai soltanto compilarlo con i dati del tuo modello.

3) Vincoli esterni e connessioni interne: assicurati che siano assegnati correttamente

Dopo aver creato il modello di calcolo e lanciata l’analisi, la prima cosa che suggerisco di fare è dare un’occhiata alla deformata della struttura per le diverse combinazioni di carico. Osserva la deformata attentamente, ruotando il modello 3D e scrutandola da diverse angolazioni. Questo controllo è molto importante perchè ci permette di individuare subito problemi al modello che altrimenti non riusciremmo a scoprire. I problemi di cui parlo possono essere i seguenti:

  • vincoli esterni non assegnati correttamente. Esempio: abbiamo dimenticato di assegnare un incastro esterno alla base dei pilastri, di conseguenza vedremo la deformata della struttura letteralmente sprofondare in corrispondenza di quel nodo; se invece abbiamo modellato la fondazione con travi su suolo elastico allora non andranno assegnati vincoli di incastro ai nodi. In quel caso dovremo controllare che la fondazione della struttura si sposti verso il basso rispetto alla condizione indeformata. Per le combinazioni sismiche invece a seconda della direzione del sisma, la fondazione si inclinerà nel verso della direzione del sisma.
  • connessioni interne: la deformata ci permette subito di individuare elementi strutturali non connessi fra loro per un errore di click del mouse o per un errato inserimento di coordinate. Esempio: una trave che non risulta connessa al nodo terminale di un pilastro la vedremo deformarsi eccessivamente perchè probabilmente si è venuto a creare uno schema a mensola. Oppure, caso opposto, possiamo individuare elementi che non devono essere connessi e invece per errore risultano connessi nel modello.

4) Analisi Modale: controlla la regolarità dei modi di vibrare

Nel 99% dei casi avrai effettuato il calcolo della struttura considerando ovviamente l’azione sismica. Di conseguenza il tuo software di calcolo lancerà in automatico un’Analisi Modale per il calcolo dei modi di vibrare della tua struttura. Bene, una cosa molto importante da fare è dare sempre un’occhiata ai diversi modi di vibrare della struttura. Esiste una regola generica che ci permette di avere un controllo sui diversi modi di vibrare che è la seguente:

I modi di vibrare di una struttura dovrebbero essere accoppiati tre alla volta ovvero i primi tre modi di vibrare dovrebbero presentare rispettivamente:

  • Una deformata prevalenetemente traslazionale lungo X [oppure lungo Y]
  • Una deformata prevalenetemente traslazionale lungo Y [oppure lungo X se il modo di vibrare precedente la presenta lungo Y]
  • Una deformata rotazionale intorno al baricentro delle rigidezze

I successivi tre modi di vibrare non sono nient’altro che una ripetizione dei tre precedenti con la sola differenza che la deformata passerà due volte per il punto di nullo, per i successivi tre modi invece passerà tre volte e così via.

Questa regola non deve essere rispettata in pieno, è una misura dell’uniformità della distribuzione delle rigidezze. Se il nostro modello non la rispetta non rappresenta un problema vero e proprio, ma ci dà indicazioni su quanto le rigidezze traslazionali siano uniformi in pianta. Se possibile potremmo apportare piccole modifiche al modello per distribuirle meglio.

5) I diagrammi dei momenti e del taglio: andamenti strani vanno controllati

Così come per la deformata anche per i diagrammi dei momenti è bene dare un’occhiata per osservare quanto questi siano uniformi e se c’è un particolare elemento strutturale che assorbe più sollecitazioni rispetto agli altri. Sarebbe opportuno anche confrontare i valori delle sollecitazioni con quelli ottenuti da schemi semplici di travi, per accertarsi che l’ordine di grandezza sia giusto. Strane distribuzioni delle sollecitazioni possono essere sintomo di una progettazione strutturale non ottimale, con elementi più rigidi di altri oppure di una modellazione errata. Magari ci può essere un errore nell’assegnazione della sezione ad un particolare elemento strutturale, con conseguente incremento della rigidezza e maggiore assorbimento delle sollecitazioni da parte di quell’elemento.

 

La validazione del modello strutturale è un passaggio fondamentale ed è il momento in cui il progettista acquisisce il pieno controllo sull’operato della macchina. Ti suggerisco di acquisire l’abitudine di eseguire la validazione del tuo modello strutturale dopo ogni calcolo strutturale oggi stesso, scaricando le risorse gratuite in fondo all’articolo.

La validazione è richiesta esplicitamente dalle attuali normative tecniche NTC2008 e C.M.2009 nei rispettivi capitoli 10. Senza dubbio le norme vanno rispettate, ma oltre la prescrizione esplicita della Normativa tecnica, esistono almeno quattro buoni motivi per eseguire sempre la validazione del modello di calcolo.

Ecco i benefici che otterrai eseguendo la validazione del calcolo:

– Eviterai errori banali come assegnare carichi due volte allo stesso elemento (asta, piastra, nodo)

A volte capita di assegnare due volte lo stesso carico esterno ad un elemento strutturale. Ci ritroveremo dunque con un carico agente due volte superiore rispetto a quello di progetto. Questo tipo di errore verrà rapidamente individuato grazie al controllo delle reazioni di base.

– Eviterai risultati sballati a causa di input con unità di misura errata

Esistono software che consento di scegliere l’unità di misura nella quale inserire ciascun valore di input e altri che impongono l’unità di misura da inserire. In entrambi i casi si può commettere un errore inserendo un valore nell’unità di misura sbagliata (kg invece di kN, metri lineari invece di metri quadri etc.) Anche in questo caso questo tipo di errore può essere individuato con il confronto dei risultati con calcoli manuali.

– Assegnerai correttamente i vincoli esterni alla struttura

Grazie all’analisi della deformata della struttura, avrai la certezza che tutti i vincoli siano assegnati correttamente evitando di incorrere in errori che possono causare elevate sollecitazioni su alcuni elementi strutturali.

– Avrai la certezza che l’azione sismica sia giusta

Alcuni software per il calcolo dell’azione sismica richiedono l’inserimento delle coordinate geografiche del sito di costruzione (latitudine e longitudine), altri software più avanzati invece ti permettono di individuare il sito su una mappa (per esempio google maps) oppure di selezionare il comune di appartenenza da un elenco a discesa. Ad ogni modo è sempre bene controllare il valore dell’azione sismica con calcoli manuali per evitare errori sull’individuazione del sito di progetto.

 

Tutti commettono errori. È per questo che c’è una gomma per ogni matita.

(Proverbio giapponese)

Ora che conosci i principali benefici che derivano dalla validazione del modello di calcolo è giunto il tempo di scaricare le risorse gratuite che velocizzeranno il tuo lavoro.

Se sei già iscritto alla newsletter di marcodepisapia.com hai ricevuto il link per il download delle risorse nell’email ricevuta al momento della pubblicazione dell’articolo. Se non sei ancora iscritto o non trovi la vecchia email clicca sul pulsante qui sotto e completa l’iscrizione. L’iscrizione è gratuita e ti consentirà di scaricare le risorse in pochi secondi, insieme a tutte le altre risorse che distribuirò in futuro.

ButtonScaricaRisorsa

Hai trovato utile questo articolo? Se sei solito fare altri controlli sul tuo modello strutturale oltre quelli elencati sopra, fammelo sapere nei commenti. Sono curioso di saperlo.

Al prossimo articolo.

P.S. Se pensi che questo post possa essere utile ai tuoi conoscenti e colleghi, condividilo pure sui social network utilizzando i pulsanti qui sotto: lo apprezzerei molto.