COMBINAZIONI - Software per la determinazione delle combinazioni di carico da applicare per la verifica agli Stati Limite
Combinazioni è un nuovo programma di Castalia srl, parte del progetto
E.Str.A.D.A.. Scopo del programma è quello di generare in modo semi automatico
l'insieme delle combinazioni da adottare per le verifiche in accordo al Metodo
Semi Probabilistico degli Stati Limite.
Alla base del programma vi sono le formule di combinazione previste dagli Eurocodici
e parzialmente riprese dalle normative italiane, con le correzioni che si sono
evidenziate come necessarie a seguito di lavori specifici sul tema (v. approfondimento in .pdf - 800Kb).
In termini sostanziali il problema delle combinazioni si pone in questo modo:
dato un certo elemento strutturale qual è la combinazione dei casi di
carico elementari che massimizza lo sfruttamento dell'elemento? Posto in questi
termini il problema è tutt'altro che semplice, in quanto se si abbandonano
gli schemi strutturali più elementari e si ragiona su quelli più
complessi della normale pratica professionale non è spesso possibile
rispondere in modo chiaro a questa domanda, senza prima aver eseguito una vera
e propria ricerca numerica specifica su tutte le possibili combinazioni.
Come chiarito nell'approfondimento, un corretto approccio probabilistico richiederebbe
lo studio di molte, molte combinazioni, mentre gli approcci più semplificati
(incluse le formule proposte dalle normative) potrebbero portare a pericolose
sottostime delle azioni interne.
Muovendo dalla considerazione che una valutazione rigorosamente coerente delle
formule di normativa è ad oggi assai rara, in quanto le formule stesse
sono scritte in modo inappropriato, è sembrato che potesse essere utile
disporre di uno strumento capace di generare una moltitudine sensata di combinazioni,
coerente con i principi enunciati dalle normative, in modo da fornire un insieme
di combinazioni sufficientemente vasto da costituire un punto di riferimento
utile per il calcolo. In altre parole, pur mantenendosi sempre la possibilità
di un approccio semplificato (ed in questo caso le combinazioni potranno essere
generate "a mano") sembra necessario poter disporre di un software
in grado di generare "tutte" le combinazioni coerentemente ottenibili
con le formule di normativa, al fine di sottoporre particolari elementi costruttivi
ad una verifica sensibilmente più accurata.
Da queste considerazioni è nato Combinazioni, che di fatto rende disponibile
ad una platea più vasta il lavoro svolto per il software di calcolo aglli
elementi finiti Sargon, del quale Castalia è il produttore.
Prima di addentrarsi nella spiegazione di cosa faccia il programma e di come funzioni, si consigilia di scaricare l’articolo dal quale prende le mosse questo lavoro.
Obiettivi di Combinazioni
Il programma Combinazioni tiene in conto tutti gli effetti discussi nell'articolo: l'effetto segno, l'effetto INF-SUP, l'effetto dovuto alla matrice
di contemporaneità dei casi di carico variabili. In pratica Combinazioni
prende come dato di ingresso un certo numero di casi di carico base e restituisce
come output le corrispondenti combinazioni, valutate con i criteri specificati.
Per completezza è anche possibile aggiungere manualmente ulteriori combinazioni
oppure rimuovere parte delle combinazioni esistenti.
Il programma consente anche di "inattivare" alcuni casi di carico
facendo in modo che essi non entrino nei calcoli.
Combinazioni mette a diposizione dei progettisti uno strumento molto potente,
utile per generare e studiare le combinazioni di verifica in accordo al Metodo
Semi Probabilistico.
Come output il programma genera un file tab delimited pronto per essere importato
in Excel o in qualunque altro programma capace di leggere file di testo formattati,
per le successive elaborazioni.
» Videata iniziale
Appena aperto il programma si presenta questa videata, che raccoglie le
funzioni principali del programma.
Il tasto Aggiungi Caso serve ad aggiungere un caso di carico al caso allo
studio. Si incomincia proprio aggiungendo tutti i casi di carico mediante
il dialogo seguente. Di ogni caso di carico si specifica il tipo ed il nome
(identificatore). Se il caso è di tipo variabile occorre anche specificare
i suoi tre moltiplicatori, tali da far ottenere, a partire dal valore caratteristico,
il valore "raro", quello "frequente" quello "quasi
permanente".
»Dialogo per l'aggiunta
di un caso di carico
Il tasto Casi di Carico mostra il dialogo seguente
e consente di vedere tutti i casi di carico elencati sino a quel momento.
Dopo aver definito tutti i casi di carico che interessano, per quella certa
struttura, si passa alla generazione delle combinazioni mediante il tasto
Genera Combinazioni, che dà accesso al dialogo seguente.
Questo dialogo è molto importante perché consente di "pilotare"
il modo in cui verranno generate le combinazioni ad opera del programma.
Il dialogo è diviso in tre riquadri.
Il primo riquadro Attività casi-Variabilità segni-Compresenza
casi serve a stabilire alcune importanti caratteristiche dei casi di carico
base, precisamente dei casi di carico base di tipo non-permanente (vento,
variabili, neve, sisma…).
Il secondo riquadro Coefficienti Gamma serve a stabilire il valore da adottare
per i coefficienti g, q, A da utilizzare nella generazione delle combinazioni.
Questo riquadro serve anche a stabilire se occorre considerare il solo valore
superiore o anche quello inferiore (cfr infra).
Il terzo riquadro Tipo di stato limite serve a decidere se le combinazioni
si riferiscono allo stato limite ultimo (SLU) o allo stato limite di danno
(SLD).
Esistono poi tre bottoni isolati: il bottone "Stima quante ne verrebbero
con queste scelte" che serve a calcolare in modo approssimato il numero
di combinazioni che risulterebbero dalle scelte fatte (le ragioni per cui
è approssimato saranno chiarite più oltre), il bottone Genera!
che materialmente genera queste combinazioni, il bottone Cancel che fa uscire
dal comando senza fare nulla.
» Attività casi-Variabilità
dei segni-Compresenza casi
Questo riquadro è fondamentale.
Nella lista di sinistra vengono elencati tutti i casi di carico di tipo
non permanente (tutti tranne quelli Permanenti e Gravità). Ognuno
di questi casi di carico ha un suo segno di spunta che dice se il caso di
carico è attivo, ovvero occorrerà tenerne conto nelle combinazioni,
oppure se è inattivo, ed in tal caso il suo moltiplicatore sarà
nullo in ogni combinazione, nessuna esclusa. Per attivare tutti i casi di
carico variabili con un solo click basta premere il bottone Tutti!, mentre
per disattivare tutti i casi di carico basta premere il bottone Nessuno!.
Se si vuole che un caso di carico venga scartato (casi di carico utili per
costruzioni o passaggi intermedi) è dunque necessario non etichettarlo
Permanente o Gravità.
La casella di spunta Cambia segno si riferisce al caso di carico base variabile
selezionato in un dato istante. Se la selezione cambia, il contenuto della
casella di spunta cambia. Se la casella di spunta è selezionata (compare
il segno di spunta), allora il corrispondente caso di carico dovrà
comparire nelle combinazioni sia con il segno "+" che con il segno
"-". Se invece il segno di spunta non compare, allora il segno
sarà sempre solo positivo.
Il contenuto del riquadro di destra cambia a seconda della selezione attiva
nel riquadro di sinistra. Nel riquadro di destra (Ammissibilità compresenza
altri casi) vengono elencati tutti i casi di carico di tipo non permanente
(tutti i tipi tranne Permanente e Gravità), ad eccezione del caso
di carico variabile correntemente selezionato nel riquadro di sinistra.
Ogni caso nel riquadro di destra presenta un nuovo segno di spunta diverso
per significato dal segno di spunta presente nel riquadro di sinistra. Se
il segno di spunta del caso di carico J posto a destra relativo al caso
di carico I posto a sinistra è presente, questo vuol dire che è
ammessa la contemporanea presenza di I e J in una stessa combinazione. Se
invece il medesimo segno di spunta è assente, allora quando è
presente I non deve essere presente J. In partica occorre definire i termini
extradiagonali di una matrice quadrata booleana avente tante righe quanto
sono i casi di carico non variabili. La matrice deve essere simmetrica (il
segno di spunta IJ deve essere eguale al segno di spunta JI). Se la matrice
non è simmetrica il programma la segnala quando gli si chiede di
generare le combinazioni o di stimarne il numero.
Si noti che è ben possibile che casi di carico variabile non possano
agire contemporaneamente: si pensi alle diverse posizioni di un carico mobile,
alle diverse configurazioni di un carico variabile, alle diverse direzioni
di un carico da vento, alla eventuale contraddittorietà di due casi
(termico a +30°C e neve).
Il fatto che due o più casi di carico siano mutuamente esclusivi
obbliga a generare nuove combinazioni di carico nelle quali si permutino
tutte le possibilità incrociate di compresenza di casi di carico
variabili differenti
» Coefficienti Gamma In questo riquadro si definiscono i valori dei coefficienti gamma. I
valori proposti sono quelli previsti dalle norme italiane, ma in caso di
commesse estere o lavori da eseguirsi in accordo ad altre normative, è
possibile variare a proprio piacimento questi coefficienti.
Molto importanti sono le due caselle di spunta Combina anche gli INF, relative
ai permanenti (gamma G = g) ed ai variabili (gamma Q= q).
Non è infatti detto che il valore di combinazione superiore (ad esempio
g =1.4) generi ovunque situazioni peggiori di quelle che si avrebbero con
il valore inferiore (che nel caso dei permanenti è posto dal programma
eguale a 1). Ad esempio nei riguardi del ribaltamento i permanenti possono
avere una azione stabilizzante, e quindi un loro valore inferiore risultare
più gravoso ad esempio per ancoraggi o fondazioni. Pertanto là
dove un caso di carico permanente compare con il suo valore superiore esso
dovrebbe anche essere considerato, in un'altra combinazione, con il suo
valore inferiore. Ovviamente nulla obbliga ad avere casi di carico permanenti
che abbiano le stesse distribuzioni, e pertanto vanno considerate tutte
le possibili permutazioni dei valori permanenti superiori ed inferiori di
tutti i casi di carico base.
Analogo discorso vale per i carichi "variabili" (ovvero non di
tipo Gravità o Permanente). In questo caso come valore inferiore
il programma assume il moltiplicatore 0, ovvero il caso in cui il corrispondente
caso di carico variabile manca (mentre in generale potranno esserci gli
altri).
Se non si desidera tener in conto i valori superiori e quelli inferiori,
ma solo i valori superiori, allora il segno di spunta va eliminato. Si noti
che è possibile tenere in conto dell'effetto solo per i permanenti,
solo per i variabili, per entrambi o per nessuno dei due. In generale il
numero di combinazioni diminuisce (anche di molto) se non si tiene in conto
la variabilità superiore/inferiore.
» Tipo di stato limite
Questo riquadro serve a decidere se si dovranno generare combinazioni per
gli stati limite di danno o combinazioni per gli stati limite ultimi.
Il pulsante "Stima quante ne verrebbero con queste scelte" consente
di avere preliminarmente una stima (un limite superiore) di quante combinazioni
verrebbero aggiunte con le impostazioni scelte. Non è possibile dare
il numero esatto senza materialmente aggiungere le combinazioni, perché
solo se queste sono state aggiunte è possibile eliminare le combinazioni
ridondanti. Le combinazioni sono considerate ridondanti quando:
• sono già state aggiunte eguali in precedenza;
• sono identiche ad un altra aggiunta in precedenza, a meno di un fattore
K eguale per tutti i casi di carico base. In altre parole se Fi sono i fattori
della combinazione già aggiunta, e Gi sono i fattori della combinazione
da aggiungere (i=1, numero di casi di carico), risulti per ogni i: Fi=KGi.
In questo caso: se K è < 1 la Gi sostituirà la Fi, ma comunque
rimarrà un'unica combinazione. Se invece K > 1, allora rimarrà
la Fi e la Gi verrà scartata.
I controlli di ridondanza consentono di evitare la generazione di combinazioni
platealmente inutili.
Una volta generate le combinazioni, queste potranno essere scorse sia mediante
il pulsante Combinazioni di Carico, che dà accesso al dialogo
seguente,
eppoi col bottone Modifica al dialogo seguente
sia creando un file ASCII tab delimited che riporta tutte le combinazioni
in un file esterno, pronto per essere trattato da altri programmi e/o importato
in EXCEL. In questo caso si usa il bottone Esporta Combinazioni della
videata principale.
In Excel si ottiene qualcosa del genere:
» Matrice dei moltiplicatori
in Excel La prima colonna indica il numero progressivo della combinazione. La
seconda colonna il moltiplicatore associato al caso di carico numero 1,
la terza il moltiplicatore del caso 2, e, in generale, l'n-esima colonna
indica il moltiplicatore del caso di carico n-1 - esimo.
Le combinazioni possono essere eliminate sia in blocco che singolarmente.
Inoltre è possibile aggiungere ulteriori combinazioni a quelle generate
automaticamente.
Ulteriori funzionalità consentono la creazione di un report con i
casi di carico base e il salvataggio e la lettura di un file precedentemente
studiato (bottoni Salva Salva In e Apri).
Caratteristiche Tecniche
Installazione, requisiti hardware
Il programma funziona in ambiente Windows a 32 bit (Windows 95, 98, ME, NT 3.51
o sup, 2000, XP). I requisiti hardware sono quelli del sistema operativo.