Come modellare impalcati a volta e archi

Come si devono modellare gli impalcati a volta e archi quando si valuta la sicurezza di edifici esistenti in muratura? Come interpretarne il comportamento sismico? Lo vediamo attraverso esempi pratici realizzati con il software di calcolo strutturale TRAVILOG.

Modellare impalcati a volta e archi

Quando si valuta la sicurezza di edifici esistenti in muratura è fondamentale modellare correttamente gli impalcati a volta e archi. Gli impalcati a volta, in particolar modo, incidono sugli elementi portanti modificandone i possibili meccanismi di collasso.

Come costruire quindi un modello di calcolo che interpreti il comportamento sismico di edifici con archi e volte? Lo vediamo attraverso esempi pratici realizzati con il software TRAVILOG.

Impalcati a volta: come influenzano i meccanismi di collasso dell’edificio?

Gli impalcati a volta agiscono sulle murature portanti trasferendo sollecitazioni sia verticali che orizzontali. Se l’effetto spingente di questi impalcati è contrastato dal peso proprio delle pareti su cui vengono scaricate le spinte, i meccanismi di collasso più probabili sono quelli nel piano (meccanismi di collasso di secondo modo). In caso contrario la parete stessa tende a ribaltare fuori piano (meccanismi di collasso di primo modo).

Il software TRAVILOG consente di valutare sia i meccanismi di collasso di primo modo che quelli di secondo modo (definizione di Giuffrè, 1993).

Meccanismi di collasso di primo e secondo modo

I meccanismi di primo modo corrispondono ai cinematismi fuori piano delle pareti: ribaltamento e flessione. Il collasso avviene per perdita di equilibrio delle strutture.

Questi cinematismi possono presentarsi in costruzioni in cui l’assenza o scarsa efficacia di collegamento, tra pareti e orizzontamenti e tra pareti stesse negli incroci murari, non garantisce l’instaurarsi di un comportamento d’insieme della struttura. Ciascuna parete o porzione di edificio tende a comportarsi in modo indipendente attivando meccanismi fuori piano. 

In questi casi, la verifica globale su un modello tridimensionale della struttura non ha rispondenza rispetto al suo effettivo comportamento sismico e può essere effettuata attraverso un insieme esaustivo di verifiche locali.

I meccanismi di secondo modo interessano la risposta delle pareti nel proprio piano e generano danneggiamenti per flessione e taglio. La rottura avviene per superamento della resistenza ultima del materiale.

A differenza dei meccanismi di primo modo, questi cinematismi si attivano in strutture in grado di sviluppare una risposta globale alla sollecitazione sismica: il buon ammorsamento delle pareti e l’efficace vincolo tra pareti e orizzontamenti impediscono fenomeni di ribaltamento e flessione fuori del piano. Le pareti attivano quindi una risposta nel loro piano sfruttando al meglio le capacità di rigidezza e resistenza della muratura.

Per approfondire l’analisi dei meccanismi di collasso di edifici esistenti in muratura si consiglia di consultare il focus: Interventi di miglioramento sismico.

Modellare e calcolare gli impalcati a volta

Gli impalcati a volta possono essere modellati in TRAVILOG considerando l’effetto della loro presenza sulle strutture verticali portanti.

I carichi derivanti da impalcati a volta gravano sui muri portanti con sollecitazioni caratterizzate da una componente orizzontale ed una verticale del carico totale la cui entità varia a seconda della curvatura della volta.

Definite le due componenti, si potrà studiare l’effetto della componente verticale modellandola con un carico lineare sul muro. La componente orizzontale, spingente fuori piano, potrà essere tenuta in conto nell’analisi dei meccanismi locali di collasso.

Verificare gli archi in muratura

TRAVILOG dispone anche di una procedura dedicata alla verifica degli archi esistenti in edifici in muratura portante. Tale procedura è inclusa nel Modulo RINFORZI.

L’approccio su cui si basa l’applicativo ARCHI del modulo RINFORZI PLUS è quello di analizzare le capacità limite degli archi in muratura, sia in ambito statico che sismico. Gli archi analizzati sono di quattro tipologie: 

• a tutto sesto
• a sesto acuto
• ribassati
• policentrici 

Attraverso un flusso di lavoro molto efficiente il software permette di ottenere il centro delle pressioni, le verifiche a schiacciamento e a taglio e l’analisi cinematica dell’arco con un approccio di verifica non lineare. 

TRAVILOG verifica i carichi applicati e indica se l’arco rientra nei limiti o li supera. La verifica del carico avviene sia in ambito statico che sismico.

Modellare impalcati a volta e archi con TRAVILOG

In conclusione, con il software TRAVILOG è possibile modellare edifici con archi e volte e verificarne in modo guidato e affidabile il comportamento sismico.

Nel caso di impalcati a volte è possibile calcolare i meccanismi di collasso in piano e fuori piano applicando, rispettivamente, le migliori soluzioni di intervento locale o miglioramento sismico.

Nel caso di archi si esegue una verifica locale accurata, sia in ambito statico che sismico, valutando rapidamente i limiti dei carichi.