II° Lab. Tesi

Università degli Studi di Napoli "Federico II" C.d.L. in Ingegneria Edile-Architettura

Modellazione HBIM e Analisi della Vulnerabilità Sismica

Caso studio di un edificio ecclesiastico in cemento armato

Candidato: Antonio Marcone Matr.N52000526

Relatore: Prof. Pierpaolo D'Agostino Correlatori: Prof. Giuseppe Brandonisio Ing. Giuseppe Antuono

Obiettivi

1. Modellazione del "digital twin" dell'edificio esistente 2. Verifica dell'interoperabilità tra software BIM e software di calcolo strutturale 3. Analisi della vulnerabilità sismica ed eventuali interventi di miglioramento/adeguamento 4. Integrazione dell'analisi strutturale in ambiente BIM

Workflow

1. Rilevamento digitale

3. Esportazione del modello strutturale e analisi pushover

2. Modellazione H-BIM e progetto simulato

4. Controllo dati ed ipotesi di intervento

5. Implementazione dati in ambiente BIM

1. Rilevamento digitale

Caso studio: Parrocchia di San Giovanni Battista dei Fiorentini (NA)

Nuvola di punti

Punti di scansione laser

Fonte: Google Maps Indirizzo: P.za degli Artisti, 80128 Napoli NA

Progetto: Arch. Renato Chiurazzi e Arch. Elio Lo Cicero (1952-1958)

Sezione AA'

Pianta della navata (+3.25m)

Sezione BB'

Prospetto Est

2. Modellazione H-BIM - Struttura

2. Modellazione H-BIM - Architettonico

Modello 3D

Pianta piano terra

Telaio tipo

Sezione longitudinale

Vista prospettica renderizzata

Schema telaio laterale

Vista posteriore

Prospetto Sud

Prospetto Est

Prospetto Nord

Prospetto Ovest

Vista laterale

Workflow

1. Rilevamento digitale

3. Esportazione del modello strutturale e analisi pushover

2. Modellazione H-BIM e progetto simulato

4. Controllo dati ed ipotesi di intervento

5. Implementazione dati in ambiente BIM

Workflow

1. Rilevamento digitale

3. Esportazione del modello strutturale, progetto simulato e analisi pushover

2. Modellazione H-BIM

4. Controllo dati ed ipotesi di intervento

5. Implementazione dati in ambiente BIM

Workflow

1. Rilevamento digitale

3. Esportazione del modello strutturale, progetto simulato e analisi pushover

2. Modellazione H-BIM

4. Controllo dati ed ipotesi di intervento

5. Implementazione dati in ambiente BIM

Workflow

2. Modellazione H-BIM

1. Rilevamento digitale

Modello architettonico

Modello strutturale "as built"

3. Esportazione del modello strutturale, progetto simulato e analisi pushover

4. Controllo dati ed ipotesi di intervento

5. Implementazione dati in ambiente BIM

CDS-Win

Workflow

Esportazione del modello strutturale "as built"

2. Modellazione H-BIM

1. Rilevamento digitale

Plug-in di CDS-Win in Revit

Modello architettonico

Modello strutturale "as built"

3. Esportazione del modello strutturale

4. Controllo dati ed ipotesi di intervento

5. Implementazione dati in ambiente BIM

Selezione degli elementi da esportare

Workflow

Importazione del modello in CDS-Win

2. Modellazione H-BIM

1. Rilevamento digitale

File .txt con i dati del modello strutturale Comando "Importa da CAD" in CDS-Win

Modello architettonico

Modello strutturale "as built"

3. Esportazione del modello strutturale

4. Controllo dati ed ipotesi di intervento

5. Implementazione dati in ambiente BIM

Errori di lettura in CDS-Win

- Impossibile modellare aste a sezione variabile

Mancata lettura aste a sezione variabile

Workflow

Importazione del modello in CDS-Win

2. Modellazione H-BIM

1. Rilevamento digitale

File .txt con i dati del modello strutturale Comando "Importa da CAD" in CDS-Win

Modello architettonico

Modello strutturale "as built"

3. Esportazione del modello strutturale

4. Controllo dati ed ipotesi di intervento

5. Implementazione dati in ambiente BIM

Errori di lettura in CDS-Win

- Impossibile modellare aste a sezione variabile

Mancata lettura aste a sezione variabile

Workflow

2. Modellazione H-BIM

1. Rilevamento digitale

Modello architettonico

Modello strutturale "as built"

Modello strutturale per il CDS-Win

3. Esportazione del modello strutturale, progetto simulato e analisi pushover

Modello importato in CDS-Win

- Intervento dell'utente

3. Esportazione del modello strutturale

Progetto simulato e verifica dei risultati

Analisi statica non lineare (pushover)

4. Controllo dati ed ipotesi di intervento

5. Implementazione dati in ambiente BIM

- Carichi inseriti dell'utente

Riferimento normativo R.D. '39

Errori di lettura in CDS-Win

Classe di rischio sismico

- Impossibile modellare aste a sezione variabile

Workflow

2. Modellazione H-BIM

1. Rilevamento digitale

Modello architettonico

Modello strutturale "as built"

Modello strutturale per il CDS-Win

3. Esportazione del modello strutturale, progetto simulato e analisi pushover

Modello importato in CDS-Win

- Intervento dell'utente

3. Esportazione del modello strutturale

Progetto simulato e verifica dei risultati

Analisi statica non lineare (pushover)

4. Controllo dati ed ipotesi di intervento

5. Implementazione dati in ambiente BIM

- Carichi inseriti dell'utente

Riferimento normativo R.D. '39

Errori di lettura in CDS-Win

Classe di rischio sismico

- Impossibile modellare aste a sezione variabile

Esportazione del modello strutturale (CDS-Win)

2,00

1,50

Geometria semplificata

Errore di lettura in CDS-Win

Corretta importazione del modello

Geometria reale

10

Esportazione del modello strutturale (CDS-Win)

Geometria semplificata

Errore di lettura in CDS-Win

Corretta importazione del modello

Geometria reale

10

Esportazione del modello strutturale (CDS-Win)

2,00

1,75

1,50

Geometria semplificata

Errore di lettura in CDS-Win

Corretta importazione del modello

Geometria reale

Divisione dei pilastri in tre tronchi a sezione costante

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Caratteristiche dei materiali

Evoluzione fisica e meccanica del calcestruzzo negli anni

Percentuali di utilizzo dell’acciaio per le diverse categorie per ciascun anno esaminato

L’acciaio maggiormente utilizzato nel decennio 1950-1960 è l’AQ42 (acciaio dolce) il quale costituisce il 55%della popolazione nell’anno 1950.

Fonte: https://www.ingenio-web.it/articoli/come-sono-evolute-le-resistenze-del-calcestruzzo-dagli-anni-30-ad-oggi/

Fonte: "LE CARATTERISTICHE MECCANICHE DEGLI ACCIAI IMPIEGATI NELLE STRUTTURE IN C.A. REALIZZATE DAL 1950 AL 1980 " di Gerardo Mario Verderame, Paolo Ricci, Marilena Esposito, Filippo Carlo Sansiviero

Fonte: https://www.marcodepisapia.com/il-cemento-armato-ai-tempi-di-sua-maesta-il-regio-decreto-del-39/

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Normativa dell'epoca

Valori delle tensioni ammissibili dell'acciaio

Regio Decreto del 16 novembre 1939, n.2229 Normativa vigente negli anni '50 Metodo delle Tensioni Ammissibili

Valori delle tensioni ammissibili per elementi semplicemente compressi

Percentuali geometriche minime di armatura longitudinale

Relazione di calcolo della canonica (documentazione storica)

Valori delle tensioni ammissibili per elementi inflessi o presso-inflessi

Fonte: Archivio corrente della Diocesi di Napoli

Fonte: https://www.marcodepisapia.com/il-cemento-armato-ai-tempi-di-sua-maesta-il-regio-decreto-del-39/

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Progetto simulato

Altri dati:Comportamento a telaio non dissipativo (2 direzioni) Moltiplicatore ferri long. per il massimo passo delle staffe Coefficienti parziali dei materialiCoefficienti dei carichi

Dati inseriti in CDS-Win:

• Caratteristiche dei materiali
• Carichi (solai e tamponature)
• Dati verifica tensioni ammissili
• Diametri barre di armatura (min/max)

Tensioni ammissibli travi

Tensioni ammissibli pilastri

Resistenze medie del calcestruzzo e dell'acciaio (travi e pilastri)

Fonte: "LE CARATTERISTICHE MECCANICHE DEGLI ACCIAI IMPIEGATI NELLESTRUTTURE IN C.A. REALIZZATE DAL 1950 AL 1980 " di Gerardo Mario Verderame, Paolo Ricci, Marilena Esposito, Filippo Carlo Sansiviero

Diametri ferri travi in CDS-Win (min = 14mm)

Carico per i solai della canonica

Carico per il solaio della navata

Carico per la copertura della navata

Diametri ferri pilastri in CDS-Win (min = 14mm)

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Progetto simulato

Esempio di esecutivi generati in CDS-Win

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Progetto simulato

Esempio di esecutivi generati in CDS-Win

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Analisi statica non lineare

Parametri sismici calcolati automanticamente da CDS-Win (dopo aver inserito le coordinate e la classe d'uso dell'edificio)

Attraverso le mappe sismiche, è possibile ottenere tutti i parametri relativi alla pericolosità sismica e alla classe dell'edificio, inclusi il tempo di ritorno del sisma, l'accelerazione al suolo, il fattore di amplificazione dello spettro, e il periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro. Questi parametri sono fondamentali per condurre il calcolo, e sono suddivisi in relazione a ciascuno dei vari stati limite previsti dalle Norme Tecniche delle Costruzioni, che comprendono l'operatività, il danno, la salvaguardia della vita e il collasso.

Fonte:https://www.acca.it/edilus-ms/

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Analisi statica non lineare

Modello 1

Modello 2

• Utile per studiare il comportamento strutturale dei soli telai principali

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Push-over 1

Push-over 2

Fx(+) Prop. Modo

Fx(-) Prop. Modo

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Push-over 3

Push-over 4

Fy(+) Prop. Modo

Fy(-) Prop. Modo

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Push-over 5

Push-over 6

Fx(+) Prop. Massa

Fx(-) Prop. Massa

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Push-over 7

Push-over 8

Fy(+) Prop. Massa

Fy(-) Prop. Massa

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Controllo dati ed ipotesi di intervento

Modi di collasso - Direzione x

Modi di collasso - Direzione y

Classe di rischio sismico - Modello 1

I risultati dell'analisi pushover evidenziano che l'edificio presenta problematiche in entrambe le direzioni del sisma, con particolare rilevanza per i pilastri del succorpo. In particolare, in direzione y, i pilastri risentono notevolmente dell'azione sismica, anche a causa della minore inerzia della loro sezione.

Possibili interventi:

• Inserimento di controventatura o pareti in c.a. sismoresistenti in direzione y
• Incremento di sezione ed armature dei pilastri del livello 0 (succorpo)
• Rinforzo con incamiciatura di acciaio
• Rinforzo con materiali fibrorinforzati (FRP)

Classe di rischio sismico - Modello 2

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Interoperabilità Revit/CDS-Win

Principali limiti di CDS-Win:

• Non permette di modellare aste a sezione variabile
• Non legge i carichi inseriti nel modello di Revit
• Non consente l'importazione delle barre di armatura modellate in Revit e viceversa

Struttura in formato IFC inserita in Revit

Elementi che è possibile importare in CDS-Win

Elaborati architettonici

Esecutivi strutturali

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Interoperabilità Revit/CDS-Win

Famiglia pilastro fornita dalla STS con i relativi dati sulle armature - Non vengono lette in CDS-Win

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Conclusioni e sviluppi futuri

• Le criticità riscontrate in questo lavoro di tesi sono frutto del particolare caso studio affrontato (aste a sezione variabile)
• L'interoperabilità tra Revit e CDS-Win si riduce alla sola possibilità di scambiare dati circa la geometria della struttura, in particolare il flusso di informazioni è unidirezionale (da Revit verso CDS) e non permette l'integrazione in ambiente BIM dei risultati ottenuti
• L'analisi push-over mostra come la chiesa sia resa più vulnerabile dalla presenza della canonica (realizzata in corso d'opera), che si innesta sulla struttura della chiesa, senza però essere prevista nel progetto originale

Possibili sviluppi:

• Approfondire la conoscenza riguardo le caratteristiche dei materiali e le tecniche utilizzate per la costruzione della chiesa (indagini non distruttive)
• Integrare la nuvola di punti con ulteriori scansioni laser, in modo da avere dati sufficienti alla modellazione completa di tutto l'edificio (succorpo, vani di servizio...)
• Progettazione di interventi di miglioramento/adeguamento sismico
• La possibilità, da parte della STS, di aggiornare e integrare nuove funzioni in CDS-Win, in modo tale da fornire maggiore possibilità di interagire con software BIM

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