M. Simoncelli
Politecnico di Milano, Dipartimento ABC
Nella giornata del 30 maggio 2020 si è tenuto il primo corso online organizzato dal Collegio dei Tecnici dell’Acciaio (CTA), intitolato: “Errori e criticità nella progettazione, esecuzione e controllo di strutture di acciaio” (figura 1).
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| Fig. 1. Screenshot di un momento dell’intervento introduttivo. |
Vista la recente emergenza sanitaria, dovuta dalla diffusione del COVID19, si è scelto di erogare il corso di formazione in modalità totalmente online (attraverso la piattaforma Microsoft Teams), in modo da non interrompere l’offerta formativa che il CTA sta garantendo da anni ai propri soci e non. I relatori coinvolti nell’evento sono stati tre: il prof. ing. Vincenzo Piluso (presidente del CTA e professore ordinario di Tecnica delle Costruzioni dell’Università degli studi di Salerno), il prof. ing. Claudio Bernuzzi (professore ordinario di Tecnica delle Costruzioni del Politecnico di Milano) e l’ing. Marco Simoncelli (assegnista di ricerca del Politecnico di Milano). Il corso ha avuto una durata totale di circa 4 ore (tre interventi da circa 1:20 l’uno). Gli oltre 160 partecipanti alla fine dell’evento hanno compilato un questionario di gradimento evidenziando come questa modalità online sia stata molto gradita e sottolineando la volontà di voler continuare su questa via anche quando la situazione globale tornerà alla normalità.
Come richiamato dal titolo, i principali argomenti trattati sono stati:
- richiamo ai concetti fondamentali sul materiale acciaio e sui prodotti con riferimento al contesto normativo vigente;
- discussione sulle criticità e ambiguità che si possono incontrare durante la fase di progettazione;
- considerazioni sulla realizzazione e controllo delle strutture di acciaio con un occhio ai dettami della 1090-2;
- infine si sono presentate le principali criticità e limitazioni dei pacchetti software, molto spesso reclamizzati con potenzialità non esistenti.
Dopo il saluto iniziale, il prof. Piluso ha presentato i principali problemi che si incontrano nella progettazione discutendo e mostrando alcuni casi realmente accaduti (figura 2).
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| Fig. 2. Slide iniziale dell’intervento del prof. Piluso |
Innanzitutto sono stati presentati due casi pratici in cui si è evidenziato un grave errore nella fase di montaggio: il primo era un edificio destinato ad impianti sportivi collassato principalmente per una non corretta cura nella fase di assemblaggio dell’opera, che ha causato l’instabilità latero-torsionale della capriata sotto il solo peso proprio; mentre il secondo era un capannone industriale dove l’assenza dei controventi di falda ha portato a problemi strutturali.
Si è poi discusso in merito al ben noto caso del crollo avvenuto in Kansas, America, all’Hotel Hyatt Recency dove 111 persone hanno perso la vita e altre 188 sono rimaste ferite. Come è riportato in letteratura l’errore in questo caso stava tutto nella costruzione del dettaglio dei tiranti (figura 3).
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| Fig. 3. Una slide dall’intervento del prof. Piluso. |
È seguito il caso di una scala che risultava non collaudabile per le eccesive vibrazioni esibite in presenza di spinte orizzontali minime. L’indagine presentata ha mostrato come la non corretta assunzione nella modellazione delle connessioni della struttura abbia portato il progettista a sottostimare la lunghezza libera di inflessione dell’opera, che risultava invece molto snella con un moltiplicatore di carico critico ridotto. In seguito all’indagine discussa sono stati predisposti degli interventi di consolidamento dell’opera.
L’intervento si è concluso con la presentazione delle problematiche relative alla copertura di acciaio di uno stadio di calcio di una squadra Europea e con le problematiche riscontrate da alcune tribune modulari di acciaio sotto l’azione del vento.
A compendio del suo intervento, il prof. Piluso ha riportato un pensiero dell’ing. Lev Zetlin, che ben riassume l’atteggiamento che dovrebbe avere l’ingegnere strutturista:
“Gli ingegneri dovrebbero essere leggermente paranoici durante la fase di progettazione. Dovrebbero considerare e immaginare che l’impossibile può verificarsi. Non dovrebbero avere un atteggiamento troppo compiaciuto e sicuro, confidando che sia sufficiente attenersi ai requisiti previsti dai manuali di progettazione per garantire la sicurezza e la solidità di una struttura”.
Alla fine del primo intervento si è effettuata una pausa, utilizzata dai partecipanti per porre quesiti pratici su quanto appena mostrato dal primo relatore.
Nel secondo intervento il prof. Bernuzzi ha iniziato sottolineando l’importanza di utilizzare, nella progettazione, un materiale acciaio certificato avente una specifica composizione chimica che ne garantisca, tra gli altri parametri, la saldabilità. Successivamente ha esposto la questione della variabilità del modulo elastico E (figura 4), ad oggi preso come un numero certo nelle principali normative, consigliando di effettuare sempre la misura di tale parametro ogni qualvolta venga eseguita una prova di trazione.
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| Fig. 4. Una slide dell’intervento del prof. Bernuzzi. |
Il passaggio successivo è stato focalizzato sul “design assisted by testing” ovvero su quei casi in cui è indispensabile affidarsi alla sperimentazione per studiare il comportamento di una componente specifica o di un dettaglio strutturale (figura 5).
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| Fig. 5. Slide dall’intervento del prof. Bernuzzi. |
Si è poi discusso sull’importanza della realizzazione e del controllo in fase di esecuzione di una struttura, mostrando i principali punti riportati sulla 1090-2, in particolar modo quelli riguardanti le tolleranze accettabili. Un primo esempio di studio reale ha trattato il caso di un albergo costruito in montagna in cui i disallineamenti dei pilastri, riscontrati solo a fine opera, hanno portato a rendere inutilizzabile la struttura che è rimasta un’opera incompiuta.
Si sono successivamente mostrati altri casi pratici di errori progettuali: una struttura reticolare di acciaio, in cui in progettista aveva commesso errori di calcolo; un’altra struttura in cui dopo un modesto vento, si è avuto il distaccamento dei pannelli verticali esterni poiché risultavano mal fissati.
L’ultima parte è stata su quanto non detto dalle normative attualmente in vigore esplicitando il limite di alcune formule di verifica proposte, come quelle utilizzate per la verifica degli elementi presso-inflessi.
L’intervento conclusivo, presentato dall’ing. Marco Simoncelli, è stato incentrato sulle principali limitazioni dei pacchetti software commerciali (figura 6), discutendo nel dettaglio i seguenti problemi: i) la corretta modellazione degli elementi di controvento; ii) il calcolo e la verifica dei profili senza assi di simmetria e in parete sottile; iii) le formule di verifica delle aste in generale e i “verificatori automatici”; iv) l’importanza della calibrazione delle analisi non-lineari.
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| Fig. 6. Slide di apertura dell’ing. Simoncelli. |
L’intervento è dunque iniziato con un esempio pratico di calcolo corretto delle azioni agenti su un controvento capace di resistere a trazione ma non a compressione, mostrando soprattutto di che entità è l’errore qualora questo calcolo venga effettuato con metodi (e software) non adeguati.
Si è poi presentata la teoria delle aree settoriali di Vlasov per introdurre il problema del Bimomento (figura 7) e del calcolo della costante di ingobbamento dei profili in parete sottile (bi- e mono-simmetrici), mostrando passo a passo come può essere calcolata questa quantità anche in profili dove normalmente viene posta uguale a zero (profili a croce o ad L).
L’introduzione della teoria di Vlasov ha permesso poi di spostare l’attenzione sul comportamento torsionale delle membrature con occhio ai profili non simmetrici, mostrando come l’unico modo per cogliere il comportamento di questi elementi con un software sia quello di ricorrere alla modellazione shell/brick oppure ad un elemento beam avente 7 gdl per ogni nodo.
Una volta introdotto il 7° gdl è stato presentato il calcolo passo a passo del carico critico per compressione e del momento-critico (carico critico per flessione) si una membratura di sezione bi- o mono-simmetrica sottoposta a differenti vincoli.
In questo ambito si sono introdotte le critiche ai verificatori automatici che non considerano parametri essenziali quali:
- la corretta lunghezza libera di inflessione dell’elemento sotto verifica;
- il corretto calcolo delle proprietà efficaci di profili in classe 4;
- l’influenza del comportamento non simmetrico del profilo.
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| Fig. 7. Slide dall’intervento dell’ing. Simoncelli |
L’intervento si è concluso con alcuni consigli su come controllare le analisi non-lineari per strutture non standard, mostrando anche il comportamento di una scaffalatura metallica in zona sismica.
La mattinata si è conclusa con una tavola rotonda finale generale, nella quale sono emerse tantissime domande e si sono discussi i principali argomenti trattati nelle 4 ore di corso.
Si segnala che con questa modalità online si è permesso a Ingegneri provenienti da differenti parti di Italia di partecipare, e che anche a detta di tutti i partecipanti, non si sono avuti problemi di linea o connessione.
Le valutazioni positive ed i consigli ricevuti a fine corso hanno convinto il CTA ad organizzare nuovi corsi online di modalità simile che si sono tenuti:
– 10.06.2020 dal titolo “Opere in acciaio- Linea guida alla determinazione dei requisiti di esecuzione in accordo alla norma UNI EN 1090-2”
– 26.06.2020 dal titolo “Progettazione di collegamenti prequalificati per strutture sismo-resistenti”
– 11.07.2020 dal titolo “Approcci semplificati per il controllo della progettazione di strutture di acciaio e per la risoluzione di casi insolubili”.