208   Novembre - Dicembre  2016
ISSN 2282-3794
“MODELLAZIONIE STRUTTURALE AVANZATA”
E’ sempre sinonimo di maggiore precisione?
di
Roberto Crocetti, 
Division of Structural Engineering, Lund University, Sweden
roberto.crocetti@kstr.lth.se
Ivar Björnsson, 
Division of Structural Engineering, Lund University, Sweden
Martin Fröderberg, 
Division of Structural Engineering, Lund University, Sweden
Anders Klasson
Division of Structural Engineering, Lund University, Sweden

In passato, nell’ambito della progettazione strutturale, gli ingegneri erano costretti a usare metodi semplificati, quali calcoli a mano, "regole del pollice", esperienza e intuizione ingegneristica. La progettazione strutturale veniva pertanto effettuata in base ad ipotesi spesso molto prudenti, appunto per tenere conto delle incertezze legate ai modelli adottati.
Negli ultimi decenni, tuttavia, la tendenza è stata di adottare modelli numerici sempre più sofisticati quale mezzo di progettazione strutturale. Lo sviluppo della potenza di elaborazione dei computers moderni ha fatto si che l'analisi di modelli anche assai complessi potesse essere condotta in maniera rapida, permettendo quindi una modellazione delle strutture molto dettagliata.
Un altro fattore di complicazione nell’ambito della progettazione strutturale viene offerto dalle odierne normative, le quali spesso obbligano l’ingegnere a far uso di numerose configurazioni e combinazioni di carico. Di conseguenza, la mole di dati generati dall’elaboratore elettronico risulta tale che una corretta valutazione ed interpretazione dei risultati è spesso molto impegnativa e possibile fonte di errori.
Si può affermare pertanto che il prudenzialismo degli ingegneri del passato è stato sostituito da un aumento di fiducia nella “precisione” dei moderni strumenti di calcolo strutturale. Una questione fondamentale che si pone in questo contesto è se tale fiducia è legittima. La presente memoria analizza le suddette tematiche nel tentativo di fornire alcune interessanti fonti di riflessione circa il modus operandi degli ingegneri strutturisti. In particolare, verranno toccate le seguenti tematiche:
• I rischi connessi all’eccessiva fiducia data ai moderni strumenti di progettazione
• Le possibili strategie per ridurre tali rischi (ad esempio attraverso verifiche semplificate complementari e ipotesi appropriate per quanto riguarda la modellazione).
Il recente crollo di un ponte di legno in Norvegia viene presentato come caso studio al fine di sottolineare l’importanza delle tematiche trattate in questa memoria.
Infine, si auspica in futuro una maggiore attenzione sulla progettazione concettuale, seguita da opportune verifiche atte a confermare la ragionevolezza dei risultati. Si ritiene inoltre opportuno evitare approcci di progettazione eccessivamente complessi nei casi in cui tale complessità non risulta supportata da adeguate conoscenze sulle fondamentali variabili di progetto in gioco.

English version
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IS ADVANCED STRUCTURAL MODELING ALWAYS SYNONYMOUS WITH INCREASED ACCURACY?

In the past, structural engineers have had to base their design on simplified methods such as hand calculations, rules of thumbs, experience and engineering intuition. Predominantly, engineers worked with safe sided assumptions and design conservatism as a way to compensate for the uncertainties involved. In more recent decades, the trend has been towards relying on ever more sophisticated numerical models as a means of designing structures. Developments in modern computing power mean that analyses of these complex models are relatively fast to carry out and that structures are nowadays modeled in a rather detailed fashion in design. For instance, structural modeling often takes into account the presence of secondary members and possibly the flexibility of the connections involved. Furthermore, due to the complex nature of modern design codes, a very large amount of load combinations is typically employed in the structural analyses. Accordingly, the results generated by the analysis are commonly extensive and both hard to interpret and review. The design conservatism of the past has been offset by increased confidence in the accuracy of modern computational design tools. A critical question that arises in this context is whether such confidence is warranted. This paper investigates this and similar questions and tries to provide some valuable discussion relating to the way in which engineers design structures to be safe and functional. Some critical issues which are identified include:
- The risks associated with overreliance on sophisticated modeling approache
- Strategies for reducing these risks (e.g. through complementary simplified verifications and appropriate choices regarding modeling sophistication.
The recent failure of a timber bridge in Norway is presented as a case study which highlights these issues. Ultimately, engineers should focus their attention on verifying and reflecting on their designs while overreliance on sophisticated modeling approaches and overly complex design codes should be avoided.

GETTI MASSIVI DI CALCESTRUZZO STRUTTURALE
Analisi degli stati tensionali indotti dal calore di idratazione del cemento
di
Franco Mola, 
Dipartimento Architettura, Ingegneria delle Costruzioni e Ambiente Costruito, Politecnico di Milano
franco.mola@polimi.it
Matteo Gardella, 
Ingegnere Strutturista, Vincitore Borsa di Studio ATE 2016
matteo.gardella91@gmail.com
Laura Maria Pellegrini, 
ECSD S.r.l., Engineering Consulting and Structural Design, Milano
laura.pellegrini@ecsd.it
Giuseppe Galassi Sconocchia
Ingegnere Strutturista, Crew - Cremonesi Workshop, Brescia
Giuseppe.galassi.sconocchia@gmail.com

Nei getti massivi di calcestruzzo armato gli effetti indotti dalla distribuzione di temperatura presente nella massa di materiale, generata dallo sviluppo del calore di idratazione del cemento, può dar luogo a stati di autotensione che, in un calcestruzzo giovane, possono provocare stati fessurativi tali da indurre un rapido degrado o persino difetti di aderenza delle armature, con conseguente perdita di prestazionalità dell’opera. La determinazione degli stati di sforzo presenti in tali strutture, nonchè la misura della sicurezza nei confronti dello stato limite di fessurazione, necessitano di approfondite analisi strutturali, inerenti la risoluzione di due problemi fondamentali: il primo di tipo termico, per descrivere le distribuzioni di temperatura all’interno della massa di calcestruzzo e il secondo di tipo meccanico, per valutare gli stati di tensione generati dalla variazione di temperatura nel getto. Nel presente articolo, assumendo l’ipotesi di disaccoppiamento dei due problemi, viene dapprima trattato quello termodinamico della trasmissione del calore in corpi omogenei, poi, definite le leggi costitutive del calcestruzzo, sono presentati i risultati di analisi termoelastiche con materiale a modulo costante nel tempo, a modulo variabile ed infine analisi viscoelastiche atte a valutare in maniera più accurata l’evoluzione dello stato tensionale a breve e a lungo termine. Tutte le soluzioni presentate vengono discusse nel dettaglio sia in forma teorica, che numerica, attraverso la presentazione del processo di validazione dei risultati ottenuti mediante modellazione tridimensionale con codice di calcolo Midas Gen applicato a casi di studio di riferimento: il confronto con il risultato teorico in tali casi base ha poi permesso di estendere affidabilmente l’applicazione dell’analisi numerica a casi di studio reali derivati dalla corrente pratica progettuale degli edifici alti: tale argomento sarà oggetto di un ulteriore lavoro di prossima pubblicazione.

English version
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Analysis of the stress patterns induced by heat of hydration in massive concrete

In massive concrete, the effects induced by the temperature distribution in the concrete mass, generated by the development of the heat of hydration of cement, can cause self-balanced stress patterns. These, in turn, may determine the early onset of cracking phenomena in the concrete, causing a quicker degradation of the structure or even defective bonding between concrete and rebar: the target design durability cannot thus be achieved. The determination of the actual stress patterns in massive concrete elements and their safety verifications for the durability limit state require refined structural analyses, to solve two basic problems: the first one is of thermodynamic nature, in order to correctly describe the temperature distribution in the concrete mass, the second one is inherent to structural mechanics, in order to reliably evaluate the stress patterns generated by the variation of the temperature in the concrete mass. In the present paper, assuming the two problems to be independent, at first the thermodynamic problem of heat transmission in homogeneous bodies is analyzed; second then, the constitutive laws of concrete are defined, the results of thermoelastic analyses are presented, with the different assumptions of constant elastic modulus and variable elastic modulus for the material. Finally, the results of thermoviscoelastic analyses are presented, more accurately describing the evolution of both short- and long-term stress patterns in the concrete mass. All the analyses are thoroughly discussed, both from a theoretical and from a numerical point of view, by detailing the process of validation of the commercial FE software Midas Gen, used for numerical analyses in reference case studies to compare the results with theoretical predictions and to test the possibility of applying it to more complex cases in current design practice. A companion paper, scheduled for publication in the next number, will follow up the present work with the discussion of a number of case studies for which the software was then used to determine temperature and stress distributions in massive foundations for recently constructed tall buildings.

INDAGINE SPERIMENTALE SUL COMPORTAMENTO A DIAFRAMMA DI SOLAI IBRIDI ACCIAIO-LEGNO A SOLETTA COLLABORANTE DI PANNELLI XLAM
di
Cristiano Loss, 
Ph.D, Assegnista di ricerca, Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica, Università degli Studi di Trento
cristiano.loss@unitn.it
Luca Baldessari, 
Ingegnere, Assistente di ricerca, Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica, Università degli Studi di Trento
lucabalde90@gmail.com
Maurizio Piazza
Professore ordinario, Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica, Università degli Studi di Trento
maurizio.piazza@unitn.it

Il settore dell’edilizia residenziale sta vivendo un momento di forte trasformazione; in parte ciò è dovuto alla situazione d’incertezza del sistema socio-economico internazionale, dall’altra spesso si tratta dell’adeguamento a nuove esigenze di tipo abitativo, quest’ultime anche per far fronte all’incessante incremento demografico degli ultimi anni. Per questo motivo gli edifici vengono costruiti con una particolare attenzione alla loro flessibilità d’uso e considerando anche la possibilità di modificare la loro struttura portante nel tempo, per esempio operando delle sopraelevazioni o degli ampliamenti in pianta. Il mercato premia particolarmente quelle soluzioni tecnologiche in grado di raggiungere predefiniti livelli di efficienza energetica e sostenibilità ambientale. Il presente articolo si occupa di un innovativo solaio ibrido acciaio-legno costituito da elementi modulari prefabbricati assemblati in opera mediante l’utilizzo di viti e bulloni precaricati. Nello specifico, sarà analizzata la risposta a taglio nel piano del solaio soggetto a carichi laterali variabili nel tempo. La rigidezza e la resistenza a taglio sono riferite a delle specifiche prove sperimentali eseguite su un prototipo di solaio full scale. Nel documento vengono inoltre riportati gli andamenti effettivi degli sforzi e delle deformazioni misurati sia sul sistema che sui suoi singoli componenti in legno e acciaio. Sulla base dei risultati ottenuti saranno fornite alcune utili indicazioni per il loro dimensionamento. In particolare, seguirà un’analisi dettagliata sul contributo offerto dai collegamenti e sulla gerarchia da rispettare nel progetto. Seguiranno inoltre dei diagrammi relativi al meccanismo resistente e al percorso di trasferimento del carico tra i singoli moduli di solaio, disposti secondo una particolare configurazione a giunti sfalsati. Il testo vuole promuovere lo sviluppo di nuove soluzioni costruttive che sappiano combinare con razionalità materiali e prodotti edili ingegnerizzati, facilmente reperibili sul mercato. La tecnologia di seguito descritta rappresenta un buon esempio di sistema costruttivo sostenibile e industrializzato in acciaio-legno, efficiente e leggero, in grado di rispondere ai più attuali modelli di sviluppo economico-sociale dei paesi europei.

English version
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IS ADVANCED STRUCTURAL MODELING ALWAYS SYNONYMOUS WITH INCREASED ACCURACY?

Nowadays, the construction industry is undergoing major transformations. On the one hand, it is partly due to the current international social-economic uncertainty, while on the other hand this is strongly related to the changing housing needs, which respond to the uninterrupted population growth of the last few years. For this reason, buildings are constructed with a focus on their flexibility in use and also considering the possibility of modifying their structure over time, for instance by creating new storeys or expanding the floor plan. The market particularly favours those technological solutions which allow achieving predefined levels of energy efficiency and environmental sustainability. This paper deals with an innovative hybrid steel-timber floor composed of prefabricated modular elements assembled on site through the use of screws and preloaded bolts. Specifically, the in-plane shear response of the floor subjected to lateral quasi-static loads will be analysed, considering that the stiffness and shear strength refer to experimental tests performed on a full-scale prototype of the floor. The document also details the effective stress and strain profiles measured both in the system and in their timber and steel components. Some useful design guidelines will be provided on the basis of the obtained results. Moreover, the paper will delve into a detailed analysis of the influence of connections and of the hierarchy to be considered in the design phase. It will present the diagrams of the bearing mechanism and the load path among the individual floor modules, arranged using a particular configuration with staggered joints. This work encourages the development of new building solutions which allow the rational combination of materials and engineered construction products, easily reachable on the market. The technology here presented is a good example of a sustainable, industrialised, efficient and lightweight steel-timber building system able to respond to several current social-economic development models spread among the European countries.

VALUTAZIONE DELLA “SERVICEABILITY” DA VIBRAZIONI DELLE TRIBUNE DELLO STADIO G. MEAZZA DURANTE CONCERTI E PARTITE
di
Giorgio Busca, 
PhD, Politecnico di Milano, Milano
giorgio.busca@polimi.it
Marcello Vanali, 
Professore, Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università degli Studi di Parma, Parco area delle scienze, Parma
mailto.marcello.vanali@unipr.it
Marta Berardengo, 
PhD, Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università degli Studi di Parma, Parco area delle scienze, Parma
Ramona Fagiani
PdD, MediNeos S.U.R.L., Modena

Tribune di stadi e altre installazioni sportive ospitano sempre più frequentemente concerti rock / pop, per i quali non erano originariamente progettate. Alcune preoccupazioni nascono dal carico dinamico che queste strutture civili devono sostenere. I carichi dinamici generati da persone che frequentano questi eventi possono essere considerate come brevi eccitazioni casuali, come avviene ad esempio per i goals durante le partite di calcio, oppure come carichi ripetuti di natura periodica causati dal movimento sincronizzato protratto nel tempo, seguendo ad esempio il ritmo di una canzone. I livelli di vibrazione raggiunti devono pertanto essere analizzati rispetto ai limiti di serviceability indicati nelle guide esistenti. Sono due i livelli di confronto principali. Il primo riguarda i danni della struttura, mentre il secondo riguarda la valutazione della percezione delle persone per evitare sensazioni di disagio o addirittura fenomeni di panico dall’esito incontrollabile. Il presente lavoro presenta un'analisi dei livelli di vibrazione misurati allo stadio di Milano (Giuseppe Meazza) durante diversi eventi (13 concerti e 7 partite di calcio) tenutisi tra l'estate 2013 e l'estate 2014. Questi dati vengono analizzati secondo gli standard internazionali (ISO 2631, ISO 6841, ISO10137) e secondo riconosciute guide nazionali al fine di valutare la serviceability da vibrazioni in modo critico e commentando i limiti e le procedure di analisi suggerite. L'analisi mostra che, mentre i limiti di comfort sono a volte superati, i limiti relativi.al panico non sono mai raggiunti. I risultati ottenuti possono essere considerati come un riferimento per valutare le prestazioni degli standard e delle guide per la serviceability.

English version
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Evaluation of Serviceability assessment of Stadium Grandstands during live concerts and football matches

Since stadia host sporting events and rock/pop concerts, they were not originally designed for, some concerns arise on the loading that these civil structures have to support. Dynamic loads generated by people attending these events can be short random excitations like happens for goals during football matches and/or repeated periodic loading caused by motion synchronized with song rhythm. The achieved vibration level has to be analyzed against the serviceability levels given in existing guidance from two different points of view. The first regards the structure damages while the second concerns the evaluation of people perception from a disturbing to a panic sensation. The present work presents an analysis of the measured vibration levels of the Milano stadium (Giuseppe Meazza) during different events (13 concerts and 7 football matches) held between summer 2013 and summer 2014. These data are analyzed according to international standards (ISO 2631, ISO 6841, ISO 10137) and recognized national guidance in order to assess the stadium serviceability against people induced vibrations during different events and to critically face the limits imposed by the standards. To highlight how the different dynamic properties of the selected stands affect the measured vibration levels two stands (2nd and 3rd) having different dynamic response have been considered in the paper. The analysis shows that while the comfort limits are sometimes exceeded, the panic related limits are never reached, even if during rock concerts a strong horizontal motion of the rings stand is clearly perceptible. The obtained results can be considered as a reference to evaluate the performance of the standards and of structures serviceability.

AGGREGATI DI RICICLO NEL CALCESTRUZZO
Considerazioni tecniche e industriali
di
Marco Francini
Geologo, Direttore Tecnologico Unical S.p.A., Gruppo Buzzi Unicem
mfrancini@buzziunicem.it

L’industria del calcestruzzo in Europa -ma soprattutto in Italia- non è ancora realmente partita con l’utilizzo degli aggregati di riciclo, sebbene questi offrano una straordinaria leva di sostenibilità ambientale alla filiera delle costruzioni. L’uso del riciclato potrebbe far risparmiare milioni di metri cubi di rocce naturali estratte da cava, rimpiazzabili con materiali di demolizione (C&D) altrimenti destinati a discarica o ad usi meno nobili. Alla base di questo perdurante stallo vi è un pregiudizio tecnico duro a morire e una sostanziale indifferenza in campo legislativo. La diffidenza dei tecnici, ingiustificata per buona parte delle applicazioni, tende a far sopravvivere ridondanti requisiti prescrittivi che impediscono l’affermazione dell’aggregato riciclato. Il pregiudizio purtroppo persiste nonostante le numerose rassicurazioni che provengono dal campo normativo e dai numerosi studi tecnologici. Dal canto suo la sostanziale inerzia degli enti legislatori e di numerose stazioni appaltanti rende di fatto poco appetibile l’aggregato riciclato dal punto di vista economico e industriale: senza una volontà politica il materiale naturale si dimostra quasi sempre più concorrenziale. Una situazione che difficilmente potrà vedere un vero cambiamento se si confida soltanto nella capacità della filiera produttiva di rinnovarsi spontaneamente.

English version
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RECYCLED AGGREGATES IN CONCRETE
Technical and manufacturing considerations

The concrete industry in Europe -but especially in Italy- has not really started the use of recycled aggregates, although they offer a unique environmental sustainability lever to the construction industry. Recycling could save millions of cubic meters of natural rock extracted from quarries, replaceable with demolition materials (C & D) otherwise destined for landfill or less noble uses. The origin of this continuing impasse is a hard to die technical prejudice and a substantial indifference of legislators. The distrust of the engineers, unjustified for most applications, tends to maintain redundant prescriptive requirements that prevent the spread of the recycled aggregates. The prejudice persists despite numerous assurances coming from the standards and the numerous technological studies. Furthermore, the substantial inertia of legislators and contracting authorities makes recycled aggregate unappetizing from an economic and industrial perspective: without a clear political will, the natural aggregate is almost always more competitive. We can hardly see a real change if we only trust in the ability of the productive chain to renew itself spontaneously.