Conoscere Aedes.PCM

Guida alle funzionalità del software

Software leader per la Ristrutturazione ed il Consolidamento antisismico.
Con ANALISI MODALE, STATICA e SISMICA, LINEARE, PUSHOVER, CINEMATICA (MECCANISMI DI COLLASSO).
Conforme alla NORMATIVA TECNICA VIGENTE (D.M.17.1.2018 con Circolare applicativa n.7 del 21.1.2019 e documenti normativi collegati).
Include la disponibilità di versioni precedenti di PCM per l’analisi con Norme previgenti (D.M. 16.1.1996, L.R. Umbria e Marche, D.M. 20.11.1987 e Norme collegate).

 

 

Aedes.PCM è un vero e proprio BIM strutturale , cioè un CAD 2D/3D parametrico dedicato agli edifici in muratura, ordinaria e armata, nuova ed esistente, incluse le strutture miste, con elementi in cemento armato e/o acciaio affiancati alle murature. Alla modellazione architettonica si affianca la schematizzazione strutturale, finalizzata all’analisi con corrispondenti verifiche di sicurezza statiche e sismiche.
 


Guarda i video del canale AedesSoftware di YouTube, in particolare la guida alla versione freeware
 

Prova la versione freeware, per esplorare l’ambiente operativo e applicarlo ai primi progetti.
 

Consulta la manualistica (Teoria, Manuale d’uso, Esempi applicativi).
 

Riduzione della vulnerabilità: modellazione, calcolo, esempi applicativi, a cura di Francesco Pugi, tratta dal recente Tour con Ingenio:

- la modellazione ed il calcolo degli interventi alla luce dei recenti sviluppi normativi

- la rappresentazione nel software degli effetti negativi della componente sismica verticale

- esempi applicativi di riduzione della vulnerabilità con l'utilizzo del software PCM
 

Un percorso progettuale ottimale guida l’Utente nella realizzazione del progetto, attraverso una piena comprensione delle diverse fasi operative.
 

SEMPLICITA' DI MODELLAZIONE

 

 

Nella fase iniziale di modellazione architettonica, attraverso comandi all’avanguardia è possibile creare e modificare molto agevolmente le entità costruttive (muri con aperture, pilastri e travi, solai, volte e falde spingenti e non, fondazioni) attraverso comandi specializzati: Muro, Muro rapido, Apertura, Colonna, Trave, Arco, Solaio (piano, falda, volte).
L'inserimento del modello viene agevolato dall'importazione di riferimenti grafici su disegni (in formato dxf) e immagini.
La definizione dei materiali può avvenire sia con riferimento alle murature catalogate nella Normativa vigente sia con proprietà personalizzate, consentendo in ogni caso la modifica di ogni singolo parametro.

 

LAYOUT CON FINESTRE MULTIPLE

 

 

Completo controllo della modellazione architettonica: piante, prospetti, sezioni, viste spaziali in assonometria e in prospettiva.
Strumenti evoluti per la gestione del modello: comandi CAD, generazione sezioni, viste in wireframe, hidden lines, shading, render, esplorazione del modello (walkthrough).
Possibilità di disporre un layout a viste multiple interattive.
L’ambiente operativo consente la descrizione agevole dei casi di edifici con piani sfalsati, in aggregato, o scomposti in sottounità strutturali e/o singoli paramenti murari verticali.
 

CREAZIONE AUTOMATICA DEL TELAIO EQUIVALENTE

 

 

Completata la modellazione architettonica si crea automaticamente il modello strutturale a telaio equivalente.
Vengono generati Nodi e Aste con le rispettive proprietà: maschi murari, fasce di piano, pilastri, travi in elevazione e in fondazione.
Strutture aggiuntive (aste e nodi) possono essere affiancate alle entità generate dal modello architettonico.

 

 

Apposite opzioni consentono varie alternative per la creazione delle zone rigide in corrispondenza delle intersezioni fra maschi e fasce, adottando modelli semplificati o avanzati, quali ad esempio la diffusione a 30°.
In PCM il telaio equivalente è sotto il completo controllo del Progettista, in modo da consentire la miglior schematizzazione possibile. Solo in tal modo si possono utilizzare tutte le notevoli potenzialità di questo tipo di modellazione, conseguendo uno studio corretto ed appropriato del comportamento strutturale.

 

GESTIONE DEL MODELLO

 

 

Con la creazione del modello strutturale, le entità architettoniche (muri con aperture, solai, travi, colonne) generano automaticamente i carichi dovuti ai pesi propri e agli impalcati, incluse le azioni del vento.
I carichi sono organizzati in CCE (condizioni di carico elementari) e CCC (combinazioni di condizioni di carico). Oltre a pesi propri e carichi di solaio, è possibile definire carichi distribuiti (uniformi o lineari) e concentrati su aste e nodi.
Le proprietà strutturali di Aste e Nodi sono modificabili a piacere, per gruppi filtrati o per singoli elementi, in particolare riguardo a materiali, zone rigide, vincoli esterni e interni, verifiche di sicurezza, interventi locali di consolidamento.
In ogni caso, le funzionalità di PCM assicurano la coerenza fra modello architettonico e strutturale: apportando modifiche geometriche all’edificio (ad es. inserendo una nuova apertura), il modello strutturale viene rigenerato mantenendo le proprietà precedentemente definite per tutte le entità non direttamente interessate dalla modifica.
I livelli possono essere deformabili, rigidi o parzialmente rigidi, distintamente per ogni livello. Ciò consente l’adeguata rappresentazione dei vari casi di edifici esistenti.

 

INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO

 

Fonti delle immagini sulle tecniche di intervento:
1. © EDIL CAM Sistemi, www.edilcamsistemi.com
2. © Kimia, www.kimia.it
3. © Fibre Net, www.fibrenet.it

Le tecniche di consolidamento tradizionali (iniezioni, intonaco armato) sono affiancate da soluzioni innovative (reticoli di armature, cuciture attive).
Elementi in altra tecnologia (ad es. in calcestruzzo armato) possono affiancare le strutture portanti in muratura.
Ogni parete muraria può essere studiata con leggi di comportamento parabolico-rettangolare, elaborando i domini di resistenza e garantendo coerenza fra zona compressa a pressoflessione e superficie attiva a taglio per scorrimento.

 

 

Possono inoltre essere inseriti telai di cerchiatura in corrispondenza delle aperture (è richiesta l’abilitazione del software Aedes ACM). In tal modo, i singoli rafforzamenti possono essere studiati dal punto di vista locale (in ACM) e globale (PCM), essendo quest’ultimo il comportamento da considerare quando l’insieme degli interventi richiede una valutazione complessiva dell’edificio.
 

AZIONE SISMICA E PARAMETRI DI CALCOLO

 

 

Attraverso la definizione di Azione Sismica e Parametri di calcolo, conformemente alle Normative tecniche vigenti, si può condurre in modo chiaro e completo un’analisi strutturale approfondita e dettagliata, ed eseguire le corrispondenti verifiche di sicurezza.
PCM consente le analisi previste dalle Normative: Statica non sismica, Analisi modale, Sismica statica lineare, Sismica dinamica modale, Statica non lineare (Pushover).
La disponibilità di tutti i parametri di calcolo per le analisi e le verifiche sia statiche che sismiche consente al Progettista il completo controllo delle ipotesi di modellazione e quindi delle elaborazioni prodotte.
La gestione della Risposta Sismica Locale (spettri di risposta da microzonazione sismica) consente l'analisi secondo l'approccio rigoroso, alternativa all'approccio semplificato secondo reticolo da NTC. Un algoritmo specializzato consente la definizione degli indicatori di rischio sismico anche nel caso in cui la risposta sismica locale è nota solo per alcuni stati limite.

 

ANALISI MODALE

 

 

Forme e periodi di vibrazione in fase elastica e in corso di fessurazione, nelle tre direzioni spaziali di riferimento (orizzontali e verticale).
Risultati con tutti i parametri modali. Identificazione di modi principali e masse partecipanti. Visualizzazione delle masse nelle configurazioni deformate e indeformate, con rappresentazione delle stesse proporzionale alla loro entità. Distinzione tra masse generatrici e masse attive.

 

ANALISI LINEARI

 

 

Analisi Statica Non Sismica
Analisi Sismica Statica Lineare
Analisi Sismica Dinamica Modale
Spostamenti nodali, Reazioni vincolari, Diagrammi delle sollecitazioni
Combinazioni direzionali e modali.

 

VERIFICHE AGLI STATI LIMITE

 

 

Verifiche di spostamento (RIG) e di resistenza (RES) per i vari stati limite di riferimento.
Pressoflessione nel piano e fuori piano, meccanismi di taglio per scorrimento e per fessurazione diagonale, capacità portante in fondazione.
La rappresentazione grafica prevede una colorazione che evidenzia in modo progressivo per ogni parete la vicinanza o meno al limite di sicurezza.
Apposite finestre forniscono il riepilogo dei coefficienti di sicurezza e degli indicatori di rischio sismico.

 

ANALISI PUSHOVER

 

 

Stato fessurativo
Ad ogni passo della curva pushover è possibile visualizzare lo stato corrente degli elementi strutturali incluse le lesioni.
Rigidezze fessurate dei maschi murari con comportamento trilineare.

 

 

Curve pushover
Rappresentazione piana e spaziale della curva per l’edificio e per il corrispondente oscillatore ad un grado di libertà.
L’esclusiva post-elaborazione 3D mostra la dipendenza dei risultati dell’analisi pushover dalla direzione ortogonale a quella di applicazione delle forze, mostrando la deviazione dello spostamento del punto di controllo e fornendo in tal modo un importante elemento di giudizio per l’attendibilità dell’analisi.
Curva nel piano ADRS.
Confronto tra domanda e capacità per tutti gli stati limite di riferimento.

 

 

Distribuzioni di forze principali e secondarie, incluse le adattive. Le distribuzioni adattive operano con aggiornamento progressivo dei modi di vibrare durante la fase di fessurazione dell’edificio e conseguente modifica della ripartizione del taglio globale.
Eccentricità accidentali (per piani rigidi o deformabili) per tenere conto della variabilità spaziale del moto e di eventuali incertezze.
Punti di controllo alternativi a scelta, come i nodi alle estremità della pianta dell'ultimo livello.

 

ANALISI SPAZIALE CON COMPONENTE SISMICA VERTICALE

 

 

Analisi bidirezionale con combinazione delle componenti X e Y, considerate agenti simultaneamente.
Analisi secondo direzioni anche oblique in pianta.
Analisi con componente sismica verticale. Le implementazioni delle funzionalità di PCM seguono gli sviluppi della Ricerca condotta da Massimo Mariani e Francesco Pugi, pubblicata su Ingenio, volta a caratterizzare l'azione sismica attraverso la sua natura spaziale. Nell'immagine precedente: a sinistra, il campo di forze modali verticali; a destra, i risultati dell'analisi pushover ottenuti considerando gli effetti negativi della componente sismica verticale.
Per tutti i dettagli sull'inserimento della componente sismica verticale nelle analisi strutturali, con modalità conformi alla Normativa vigente, si rimanda all'articolo di Mariani e Pugi, pubblicato da Ingenio:
"Sisma verticale: modellazione e analisi in ambito professionale sugli edifici esistenti in muratura".

 

ANALISI CINEMATICA

 

 

L’analisi globale viene affiancata dall’analisi cinematica (meccanismi di collasso), avente primaria importanza per gli edifici esistenti. Comandi appositi consentono la generazione dei principali cinematismi a partire dal modello 3D; è possibile definire tiranti e considerare altre tecniche di consolidamento per stabilizzare i paramenti murari soggetti a ribaltamento.
Le verifiche cinematiche concorrono alla definizione degli Indicatori di Rischio in termini di TR e PGA, e costituiscono il riferimento fondamentale per gli edifici monumentali.
Per essi, PCM prevede anche le verifiche tipiche proposte dalla specifica normativa (Direttive sui beni monumentali), come i modelli meccanici semplificati per palazzi, ville ed altre strutture con pareti di spina ed orizzontamenti intermedi.

 

 

Meccanismi di collasso
Descrizione dei meccanismi di collasso sul modello 3D dell’edificio. Ribaltamento semplice, flessione verticale e orizzontale, pareti a doppia cortina, flessione su cerniere oblique, meccanismo nel piano della parete, meccanismo a quattro cerniere (arco).

 

 

Funzionalità avanzate
Identificazione automatica dei carichi da solai e volte agenti sui corpi ribaltanti.
Consolidamento con catene e nastri in acciaio e FRP. Verifica degli ancoraggi.
Possibilità di arretramento delle cerniere.
Calcolo in tempo reale.
 

ANALISI DI VULNERABILITA' SISMICA

 

 

L’analisi di vulnerabilità sismica degli edifici viene condotta inquadrando correttamente gli stati di fatto, e gli stati di progetto con interventi di adeguamento e di miglioramento, in relazione all’entità di incremento di indicatore di rischio sismico ζE richiesto dalle disposizioni normative.

Interventi di miglioramento e adeguamento
Confronto fra stato attuale e stato di progetto. Indicatori di rischio sismico per i vari comportamenti strutturali relativi agli stati limite richiesti. Valutazioni in termine di TR e PGA con definizione degli Indicatori di Rischio Sismico ζE.

Schede di sintesi
La scheda di sintesi presenta un layout distinto a seconda della tipologia di progetto:
- edificio esistente: stato di progetto di intervento di miglioramento, con obiettivo sul valore assoluto di ζE (limite da raggiungere). Viene effettuato il confronto con lo stato attuale cui il progetto è riferito;
- edificio esistente: stato di progetto di intervento di miglioramento, con obiettivo sull'incremento di ζE (normalmente: ΔζE = 0.100), anche in questo caso con confronto con lo stato attuale;
- edificio esistente: intervento di adeguamento: in questo caso c'è un obiettivo assoluto di ζE che deve essere raggiunto; la stessa scheda può riferirsi allo stato attuale di un intervento di miglioramento;
- progetto di nuovo edificio.
Per tutti i casi, le schede di sintesi riportano i dati ed i risultati per i diversi stati limite richiesti, evidenziando in verde o in rosso i risultati complessivi di verifiche soddisfatte o meno.
Il risultato complessivo dell'analisi di un edificio corrisponde ad un valore singolo dell'indicatore di rischio, individuato dal comportamento più sfavorevole.
Tuttavia un unico numero può non fornire informazioni esaustive sulle capacità dell'edificio.
La gerarchia dei comportamenti strutturali fornisce un elenco delle verifiche
eseguite, distinte in verifiche di resistenza RES e di rigidezza RIG, per i vari stati limite considerati.
Le verifiche vengono inoltre riportate in dettaglio in modo da evidenziare la capacità corrispondente ad ogni comportamento strutturale.

 

CLASSIFICAZIONE SISMICA

 

 

Alla Classificazione del rischio sismico delle costruzioni, condotta secondo il Decreto 65/2017, è legato il Sismabonus, cioè l'incentivo economico per gli interventi di consolidamento che prevedono una diminuzione del rischio sismico dell'edificio.
Un'apposita procedura di PCM genera un foglio di calcolo dove viene elaborato il diagramma PAM (Perdita Annuale Media) che, unitamente all'accelerazione sismica sostenibile (quantificata come indicatore di rischio IS-V), determina la classe di rischio cui l'edificio appartiene.
 

Il software Aedes.ECS è un'estensione (add-in) per Aedes.PCM dedicata a modellazione, analisi e verifica di elementi costruttivi storici e monumentali, fra cui: archi, volte e pilastri murari o colonne in pietra, torri e campanili. 
Le funzionalità introdotte da ECS sono peraltro applicabili a tutti quegli edifici che presentano nella propria struttura tali tipologie, indipendentemente dal loro valore storico (si pensi ad esempio a casi di edifici residenziali con alcune aperture ad arco).

Elementi costruttivi quali archi, colonne in pietra o torri in muratura richiedono approcci particolari, non essendo per essi applicabili in modo diretto le formulazioni proposte dalla Normativa per le strutture murarie e riferite
esplicitamente a maschi e fasce. Sia la fase di modellazione che quella di verifica vengono calibrate in PCM attraverso un'adeguata rappresentazione del comportamento strutturale. 

1. In download: la Guida per ECS: Teoria + Manuale d'uso + Esempi applicativi
2. Guarda i Video nella playlist dedicata ad ECS nel canale AedesSoftware di YouTube
 

 

Per la modellazione degli archi, il sistema 'blocchi(=conci)-giunti' si propone come tecnica di modellazione dettagliata. Vengono colti i comportamenti nel piano e fuori piano, con la massima precisione possibile relativamente alla formazione delle cerniere laddove insorgono sollecitazioni di trazione non consentite dal materiale.

 

 

Volta a crociera: analisi modale, analisi pushover.

 

 

Meccanismo di collasso a 4 cerniere.

 

 

Costruzione rurale con colonne rinforzate. Domini di resistenza per lo studio di pilastri murari consolidati.
In uno Stato di Progetto il consolidamento sismico dovrà curare il collegamento del pilastro alle altre strutture portanti verticali, in modo da limitare gli effetti flessionali indotti dai carichi agenti in sommità, ipotizzando che l'azione sismica venga trasferita a pareti limitrofe, di adeguata rigidezza. A tal fine possono essere predisposte opportune controventature di solaio.
Questa metodologia può essere sufficiente per raggiungere il miglioramento sismico, eventualmente insieme a consolidamento del pilastro stesso (ad es. con elementi in acciaio). In generale, è opportuno eseguire verifiche a pressoflessione, evitando la predefinizione dello schema a biella. PCM consente queste modalità operative, illustrate in esempi applicativi a corredo del software.
 

 

Un'importante applicazione di ECS riguarda i ponti in muratura. Viene utilizzata una modellazione denominata a blocchi e giunti che consente di studiare un arco, o una serie di archi attraverso la schematizzazione con elementi monodimensionali. Se collegati in modo corretto, tali elementi consentono di rappresentare adeguatamente anche il comportamento trasversale della struttura.
Un approccio del genere è di tipo semplificato, ma a vantaggio di sicurezza.
Con la metodologia proposta è possibile controllare in modo semplice ed efficace la posizione della curva delle pressioni in analisi statica e sismica, consentendo l’analisi di vulnerabilità dell’opera.
 

 

La modellazione prevede la discretizzazione della torre mediante elementi beam (monodimensionali), e considera quindi una mensola a sezione variabile lungo l'elevazione, a comportamento non lineare.
La metodologia proposta costituisce un perfezionamento di quanto suggerito per LV1 dalle normative (Dir. P.C.M. 9.2.2011), superando alcune ipotesi semplificative, e aderendo in tal modo alle richieste di accuratezza secondo i livelli superiori di valutazione della sicurezza.
Descrizione delle reali sezioni (anche non simmetriche) attraverso la discretizzazione in conci, seguendo puntualmente ogni variazione su geometria, vincoli, materiali lungo l'elevazione della struttura.
Distribuzione delle masse lungo l'altezza, con corretta valutazione di modi e periodi senza necessità di ricorrere a formule semplificate.
Schematizzazione del vincolamento offerto a nodi ad una certa quota dagli edifici adiacenti.
Considerazione degli effetti di un eventuale fuori-piombo.
Diversificazione delle proprietà di singoli conci, ad esempio per tenere conto di variazioni di materiale murario, o di situazioni fessurative locali.
Nelle analisi statiche e sismiche: verifiche di sicurezza per pressoflessione deviata su dominio di resistenza 3D calcolato con legge di comportamento stress-block.
In analisi statica non lineare (pushover): varie distribuzioni di forze, ed in particolare la distribuzione modale adattiva per tenere conto dell'evoluzione di rigidezza;
aggiornamento delle rigidezze ad ogni passo, considerando per ogni concio la propria zona reagente, calcolata sotto la sollecitazione di pressoflessione deviata;
verifica globale con oscillatore elastoplastico equivalente e calcolo degli indicatori di rischio sismico.
 

 

Arco: modellazione con blocchi e giunti.
Analisi modale, analisi pushover, forze di precompressione da rinforzo attivo.

 

 

Archi consecutivi: analisi modale, analisi pushover per la definizione del cinematismo di collasso.

 

 

Chiesa. Modello architettonico; meccanismi locali di collasso.

 

 

Le campagne di indagine sui danni subiti dalle chiese, in occasione dei più recenti eventi sismici, hanno messo in luce come il comportamento sismico di questa tipologia strutturale possa essere rappresentato realisticamente attraverso la scomposizione in macro-elementi, cioè elementi architettonici caratterizzati da una risposta sostanzialmente indipendente rispetto alla costruzione nel suo complesso. Solo in rari casi di chiese caratterizzate da piante compatte e simmetriche, con una buona tessitura muraria e un buon grado di ammorsamento tra le pareti trasversali, la modellazione globale può avere significato ai fini delle verifiche di sicurezza.
I macro-elementi possono essere studiati in modo appropriato attraverso analisi non lineari e analisi cinematiche. Si dovrà tenere conto delle sollecitazioni di interscambio fra macroelementi adiacenti, dipendenti da vincoli, carichi, masse e rigidezze coinvolti nelle interazioni.

 

 

Modello strutturale generato dal modello architettonico.

 

 

Allineamento longitudinale.
L'analisi statica non lineare applicata ad un macroelemento come l'allineamento longitudinale in figura permette di determinare, attraverso le crisi progressive, una configurazione di collasso altrimenti difficilmente codificabile tra cinematismi noti a priori.

 

 

Deformata modale.
L'analisi modale è significativa ai fini della determinazione delle proprietà dinamiche delle strutture, fra cui i periodi propri e le masse partecipanti. In organismi complessi, non solo nelle chiese ma più in generale in costruzioni monumentali, l'analisi modale può essere utilizzata per determinare comparti strutturali aventi comportamento differenziato, e pertanto costituisce un valido approccio nei confronti della scomposizione in macroelementi.
Dopo questa prima fase, la verifica strutturale dei vari macroelementi, fra loro interagenti, procederà non con forze dinamiche modali e analisi lineari non realistiche, ma attraverso analisi pushover o cinematiche in grado di rappresentare adeguatamente il comportamento strutturale.

Applicazione in PCM dei cinematismi proposti nella Direttiva 9.2.2011 sugli edifici monumentali: abaco dei meccanismi di collasso delle chiese.

 

 

Ribaltamento della facciata.

 

 

Meccanismi nella sommità della facciata.

 

 

Meccanismi nel piano della facciata.

 

 

Risposta longitudinale del colonnato.

 

 

Archi trionfali.

 

 

Ribaltamento dell'abside.

 

 

Elementi di copertura: aula.

 

 

Ribaltamento delle cappelle.