Introduzione
L'Analisi agli Elementi Finiti (FEM) è diventata una risorsa imprescindibile nel campo dell'ingegneria strutturale, soprattutto in relazione alla normativa NTC2018 che stabilisce gli standard per la progettazione sismica in Italia. In questo articolo esploreremo come l'analisi FEM fornisca un supporto fondamentale per conformarsi ai requisiti normativi della NTC2018, garantendo la sicurezza e l'affidabilità delle strutture in caso di terremoti.
Il contesto normativo: NTC2018
La Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) rappresentano il riferimento principale per la progettazione, l'esecuzione e il collaudo degli edifici in Italia. L'edizione del 2018, nota come NTC2018, introduce importanti aggiornamenti in materia di progettazione sismica, mirando a migliorare la resilienza delle costruzioni in presenza di tali eventi e non solo.
Tra le sue richieste vi sono, oltre alla verifica sismica (E), anche:
Resistenza ai carichi da vento (Q).
Resistenza ai carichi da neve (Q).
Resistenza a condizioni operative quali carichi vivi, ossia il carico derivante da condizioni quali passaggio di persone o carichi derivanti da apparecchiature (G2).
Resistenza a carichi eccezionali (quali esplosione o altri carichi particolari) (P)
Resistenza al peso proprio della struttura (G1).
Definiti questi carichi che dipendono dal luogo in cui sarà posizionata la struttura, vengono combinati a seconda delle diverse condizioni che dovranno essere verificate.
Si riporta un estratto della normativa, in cui sono riportate le diverse combinazioni.
L'importanza dell'analisi FEM
Modularità e precisione
L'analisi agli Elementi Finiti si distingue per la sua capacità di simulare il comportamento strutturale di un edificio sotto l'effetto di diverse sollecitazioni, inclusi i carichi sismici. Grazie alla sua natura modulare, è possibile modellare con precisione la risposta dinamica di una struttura, valutando le tensioni, le deformazioni e le sollecitazioni che si verificano durante l'esercizio.
Figura 1: Stress Di VonMises su una struttura intelaiata
Verifica della sicurezza strutturale
Attraverso simulazioni avanzate, è possibile identificare i punti critici dell'edificio e apportare eventuali correzioni per migliorarne la resistenza e la sicurezza. Avendo a disposizione un banco prova virtuale, è possibile, in tempi relativamente rapidi, verificare le principali criticità e procedere ad un aggiornamento delle proprietà della struttura, sia in termini di variazione, ad esempio, delle sezioni selezionate, sia apportando variazioni di natura progettuale e di design, come l'aggiunta di travature di rinforzo.
Applicazioni pratiche
Volendo fare un resoconto rapido, l'analisi FEM trova numerosi campi di applicazione nell'ambito della progettazione conformemente alla NTC2018. Tra le sue principali utilità vi sono:
Ottimizzazione del design : Consentendo di testare diverse configurazioni strutturali al fine di identificare la soluzione più efficiente dal punto di vista sismico.
Valutazione del comportamento dinamico : Analizzando il modo in cui la struttura risponde alle sollecitazioni indotte e potendo così valutare le conseguenze su pilastri, travi e fondazioni.
Analisi non lineare : Per simulare situazioni estreme e valutare il comportamento della struttura al di là dei limiti elastici, prevedendo eventuali danneggiamenti e cedimenti.
Nell'esempio qui sotto è riportato il campo di forze assiali a cui è soggetta la struttura a seguito di un azione sismica laterale. Da questo diagramma è possibile, ad esempio, valutare quali zone saranno soggette a compressione e verificare se tale valore potrebbe portare a collasso, effettuando ad esempio un analisi di buckling.
Figura 2: Rappresentazione della forza assiale sugli elementi della struttura
Si deve tenere a mente che solitamente la normativa NTC2018 è accompagnata, in fase di verifica, anche da altre normative, quali ad esempio l'Eurocodice3 per la verifica delle strutture in acciaio (soprattutto relativamente ai limiti del materiale oppure ai criteri per la verifica delle zone di giunzione quali saldature o collegamenti bullonati)
Conclusioni
In definitiva, l'analisi FEM è uno strumento potente e versatile che svolge un ruolo cruciale nel garantire la conformità alle normative vigenti e nell'aumentare la sicurezza delle costruzioni in l'Italia, permettendo inoltre, a chi ne fa uso, di essere più competitivo in termini di tempistiche e di affidabilità dei risultati.
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