Formazione, Software di calcolo strutturale, Progettazione antisismica, Metodologia di intervento antisismico
Il Prof. Ing. Mario De Matteo, legale rappresentante della Sviluppo & Ricerca S.r.l., è Docente Universitario in pensione presso la Facoltà di Ingegneria Federico II di Napoli (sia del Corso di “Strutture Speciali” che del Corso di “Strutture nella difesa del territorio”), Ingegnere Strutturista (laureato nel ’73 con 110/110 presso la predetta Università e iscritto dal ’73 all’Ordine degli Ingegneri di Potenza) e Ricercatore Scientifico che ha dedicato più di 50 anni della sua attività didattica, professionale e di ricerca alla Prevenzione Sismica. Il tutto elaborando svariati “Software di Calcolo strutturale”, proponendo nuove “Metodologie di adeguamento e miglioramento sismico degli edifici”, svolgendo vari “Progetti di Ricerca Scientifica” volti a garantire la sicurezza antisismica in edilizia e pubblicando numerosi “Testi sugli interventi strutturali sui fabbricati in zona sismica”.
Il Prof. Ing. Mario De Matteo è nato a Cersosimo (Pz) il 12/08/1947, è residente a Episcopia (Pz) ed è domiciliato a Napoli.
Si è laureato in Ingegneria Civile – Sezione Edile presso l’Università degli Studi di Napoli Federico II il 26/02/73 con voto 110/110 ed ha subito iniziato a svolgere attività didattica e scientifica presso l’Istituto di Tecnica delle Costruzioni della stessa Facoltà di Ingegneria di Napoli.
Dall’1 novembre 1973 al 31 marzo 1975 ha usufruito di una borsa di studio di addestramento didattico e scientifico.
Dall’1 aprile 1975 al 9 marzo 1982 ha usufruito di un contratto quadriennale presso lo stesso Istituto per il gruppo di discipline “Ingegneria Civile”.
Nell’anno accademico 1974/75, ha seguito e superato il “Corso di Specializzazione in teoria e tecnica per l’impiego dei calcolatori elettronici”.
Dal 10 marzo 1982 ha prestato servizio in qualità di Ricercatore Confermato per il raggruppamento disciplinare n. 138 (I disciplina: Analisi strutturale con l’elaboratore elettronico).
Dall’anno accademico 1998/99 è stato Professore Incaricato del Corso di “Strutture Speciali” (gruppo H07B) e dall’a.a. 2006/2007 anche del Corso di “Strutture nella difesa del territorio”.
Si riportano, di seguito, brevi cenni sulle attività didattica, scientifica e professionale.
Ha svolto la sua attività didattica, consistente in lezioni teoriche, esercitazioni collettive e correzioni individuali agli allievi, nell’ambito del corso di “Complementi di Tecnica delle Costruzioni” fino all’anno accademico 1994/95.
Dall’anno accademico 1995/96 ha svolto analoghe attività didattiche nell’ambito del corso di “Riabilitazione Strutturale”.
Fino al 2012, anno di pensionamento, ha tenuto annualmente seminari sul calcolo a rottura e sul calcolo di edifici in zona sismica con particolare riferimento alle strutture piane e spaziali a maglie di forma qualsiasi, spingendo tali lezioni fino alla stesura di programmi completi di calcolo e di grafica.
Dall’anno accademico 1998/99 è stato Professore Incaricato del Corso di “Strutture Speciali” (gruppo H07B) e dall’a.a. 2006/2007 anche del Corso di “Strutture nella difesa del territorio”.
L’attività didattica si è concretizzata anche nella partecipazione, in veste di Membro e di Presidente, alle commissioni di esami di profitto e, in veste di Relatore di tesi, alle commissioni di laurea. È infatti particolarmente intensa l’attività di svolgimento di tesi di laurea di carattere teorico e teorico-sperimentale (in media dieci tesi all’anno), come rilevabile, a titolo esemplificativo, dall’elenco delle tesi allegato.
È stato Responsabile Scientifico dei “Corsi sulla Sicurezza ex D.L.494/96 e D.L. 626/94” e del “Corso di Prevenzione incendi”, tenuti dal Dipartimento di Analisi e Progettazione Strutturale della Facoltà di Ingegneria dell’Università degli Studi di Napoli Federico II.
Nel Master di II livello di “Infrastrutture Aeronautiche” tiene lezioni di calcolo strutturale.
L’attività scientifica è stata rivolta a vari filoni di studio, in riferimento ai quali si riportano di seguito i risultati raggiunti.
Si è dedicato fin dal 1973 alla ricerca teorico-sperimentale sul comportamento a rottura di travi in c.a. in regime di flessione e taglio; i risultati relativi ad un primo periodo, culminati nella proposta di un modello di calcolo, sono stati pubblicati a livello internazionale sulla rivista “ L’industria Italiana del Cemento” nel novembre 1973.
La discussione, aperta sull’argomento, ha portato, in particolare dall’estero, i contributi di molti studiosi i cui apprezzamenti e suggerimenti hanno indotto a proseguire lo studio; i risultati della discussione sono stati pubblicati sulla stessa rivista nel luglio-agosto 1975.
La vastità e le difficoltà dell’argomento hanno richiesto un lungo e meditato periodo di studio, non privo di difficoltà nel campo sperimentale in particolare, concretizzatosi in una vasta ricerca numerica ed in una esigua ricerca sperimentale.
I risultati di questo secondo periodo, che non esauriscono certo l’argomento, sono stati pubblicati ancora sulla rivista “L’industria Italiana del Cemento” nel luglio-agosto 1984.
Si è interessato, inoltre, di studi di tipo teorico e teorico-numerico, alcuni già pubblicati ed altri in corso di pubblicazione.
Nel marzo 1988 ha pubblicato sulla Rivista “l’Edilizia e l’Industrializzazione” l’articolo “Calcolo delle armature a taglio nelle travi in c.a.”, recensito nel giugno 1989 sulla rivista AICAP, con il quale ha fatto chiarezza sulle formule per il calcolo delle staffe, delle armature di parete e dei sagomati, nonché sulle combinazioni possibili di dette armature.
Le tesi Raimondo e Ventura hanno consentito la messa a punto di un modello di calcolo delle murature intelaiate.
Nel marzo 1986 ha pubblicato il testo “Sul calcolo delle strutture piane a maglie di forma qualsiasi”.
Ha esteso alle strutture spaziali le metodologie precedenti relative ai telai piani ed ha pubblicato, nell’aprile del 1990, il testo “Sul calcolo delle strutture spaziali a maglie di forma qualsiasi”. La procedura di calcolo annessa ha consentito di indagare sull’influenza dei carichi termici e di eseguire confronti con il modello a telai piani.
Nell’ottobre 2001, in versione riveduta e ampliata, è stato pubblicato in seconda edizione il testo “Sul calcolo delle strutture piane a maglie di forma qualsiasi”. A titolo illustrativo dei contenuti si riporta la prefazione:
Nel presente volume, che costituisce un’edizione aggiornata e ampliata della precedente, viene fornita una metodologia di calcolo e verifica di strutture piane a maglie di forma qualsiasi tenendo conto della deformabilità flessionale, assiale e tagliante, nonché del fattore di taglio.
Il primo capitolo si occupa della risoluzione di strutture piane a maglie di forma qualsiasi. La struttura può essere comunque vincolata all’esterno; le aste costituenti la struttura possono essere comunque vincolate tra loro, comunque disposte nel piano e la sezione può essere di forma e composizione qualsiasi. I carichi sulle aste sono di tipo uniforme e verticale, decomponibili di volta in volta secondo una componente ortogonale e una componente tangenziale all’asta. Nei nodi è possibile l’applicazione di momenti, sforzi orizzontali e verticali.
La generalità della geometria e dei carichi della struttura, nonché l’assenza di ipotesi restrittive farebbero pensare a calcoli molto complessi. Detta impressione viene vanificata dalla semplicità concettuale del metodo che in effetti, assunte come componenti dello spostamento nodale la rotazione φ, lo spostamento orizzontale u e lo spostamento verticale v, fornisce i coefficienti delle equazioni di equilibrio nodale.
Si tratta di scrivere 3 equazioni di equilibrio per ogni nodo, ottenendo così un sistema di 3N equazioni in 3N incognite, essendo N il numero di nodi della struttura.
Il numero di equazioni anche se è generalmente elevato, non deve più condizionare sulla scelta dei metodi di calcolo basati su ipotesi restrittive in quanto l’avvento dei computer ci consente di risolvere in maniera agevole anche sistemi costituiti da un gran numero di equazioni.
Nel secondo capitolo, dopo aver definito come il vincolo esterno, rigido o elastico, modifica la matrice di rigidezza A dell’intera struttura piana, si pone l’attenzione sul problema dell’influenza del tipo di fondazione sulla struttura in elevazione. Infatti attraverso uno studio numerico, svolto su un telaio in c.a., sarà possibile rendersi conto come variano le caratteristiche della sollecitazione nonché le componenti dello spostamento al variare della dimensione della fondazione nei due casi proposti di pilastro centrale 30×30 e 30×200. Quindi si evincerà come la capacità della fondazione di impedire alcune o tutte le componenti dello spostamento dei nodi vincolati alla stessa, non è funzione esclusiva della rigidezza assoluta della fondazione bensì principalmente delle caratteristiche delle aste concorrenti nel nodo fondazione.
Nel terzo capitolo, dedicato all’influenza del fattore di taglio, si ricaveranno prima le caratteristiche della sollecitazione agli estremi di una generica asta i-k tenendo conto di questo ulteriore parametro, discutendo poi sulla loro variazione a secondo del tipo di materiale componente l’asta nonché della sua sezione trasversale. Ciò sarà suffragato da due applicazioni numeriche svolte su un telaio in c.a., in cui si farà variare il modulo di Poisson del cls e la dimensione del pilastro centrale, e su un allineamento murario in tufo.
Il quarto capitolo è stato dedicato ai vincoli interni, cioè ai vincoli posti all’estremità della generica asta di una struttura piana. Partendo dall’asta ipotizzata incastrata agli estremi e liberando di volta in volta una o più componenti dello spostamento in un estremo, si cercheranno le caratteristiche della sollecitazione agli estremi dell’asta in presenza ed in assenza del fattore di taglio, in modo da ottenere le espressioni di M, N, T di un’asta comunque vincolata.
Il quinto capitolo affronta il problema dell’influenza della deformazione assiale sia sullo stato di deformazione che su quello di sollecitazione della struttura. In particolar modo, dagli studi numerici svolti, ci si renderà conto sia fino a che punto è possibile trascurare la deformazione assiale sulle componenti dello spostamento (quindi sulle rigidezze) e sulle caratteristiche della sollecitazione, sia come varia il comportamento strutturale in presenza ed in assenza di deformazione assiale di un telaio, al variare della luce e della sezione del traverso.
Nel capitolo sesto vengono spiegati alcuni modi di risoluzione del sistema di equazioni di equilibrio.
Il capitolo settimo è dedicato alla ricerca delle caratteristiche inerziali di una sezione tipo composta da elementi di natura e forma diversa, dopodiché trovate le relazioni tra asse di sollecitazione e asse neutro nella presso-flessione deviata, si procederà alla verifica della sezione tipo attraverso l’utilizzo dei domini di resistenza.
Nel capitolo ottavo si proporrà la schematizzazione a telaio di un allineamento murario attraverso l’introduzione del modello di “ritto stampella” o “ritto a testa rigida”. Tale modello ci permetterà di portare in conto le eccentricità proprie, causate dal non allineamento degli assi dei setti ai vari ordini, nonché le eccentricità degli scarichi d’incrocio.
Nell’ultimo capitolo verranno svolte due applicazione numeriche che avranno il compito di rendere quanto più semplice possibile la comprensione di argomenti teorici precedentemente illustrati.
Le elaborazioni numeriche presenti in diversi capitoli sono state svolte con la procedura di calcolo “SPECIALSTRU”, nella quale sono stati recepiti i modelli teorici, oggetto del presente volume.
Un riconoscimento particolare và espresso al laureando Matteo Di Giovanni per la proficua collaborazione profusa durante lo svolgimento della sua tesi di laurea.
Napoli, ottobre 2001 – Mario De Matteo
Fin dagli anni ‘80 si è dedicato alla stesura di procedure di calcolo relative a fabbricati in zona sismica coniugando, in maniera sinergica, didattica, ricerca, professione e programmazione.
Ha iniziato utilizzando il linguaggio Basic HP sul primo PC “HP 85” con capacità di 16 K, passando poi, al passo con l’evoluzione della tecnologia e dei linguaggi di programmazione, successivamente al “GW Basic”, al “Quick Basic” (linguaggio utilizzato per la versione “Specialstru”), fino al linguaggio “Visual Basic” utilizzato nella versione “SCS”.
La procedura di calcolo ha sempre recepito le metodologie proposte a livello scientifico ed ha costituito sempre un “motore” per la ricerca e per la didattica.
La procedura è stata distribuita gratuitamente agli allievi dei corsi e ai tesisti, utilizzata, quindi, sia per la redazione di elaborati nell’ambito dei corsi strutturali di Ingegneria, sia per lo svolgimento di tesi di laurea che richiedessero ricerca numerica.
L’utilizzo nella procedura della sezione qualsiasi, di telai piani qualsiasi comunque caricati e vincolati internamente ed esternamente, di fabbricati qualsiasi e di ripartizione diretta delle forze orizzontali con telai comunque orientati in pianta, ha consentito l’uso della procedura nell’ambito di tutta la Tecnica delle Costruzioni (cemento armato, murature, acciaio, legno lamellare, precompresso, ecc.), come evincibile anche dall’elenco tesi allegato.
Lo studio teorico e la ricerca numerica svolti nelle tesi: Vernale, Ferriero, Rossetti, Parmegiani, Di Giovanni e De Marco hanno consentito la proposta del modello di calcolo cosiddetto “Ritto Stampella”, pubblicato a ottobre 2001 sul testo “Sul calcolo delle strutture piane a maglie di forma qualsiasi”, presentato al Convegno Nazionale presso il Senato della Repubblica: “Progettare oggi – l’innovazione tecnologica nei processi di reingegnerizzazione degli edifici, l’edilizia di qualità e la formazione del tecnico” e, con grande soddisfazione del sottoscritto, recepito dalla Nuova Normativa Sismica”. Si riporta Comunicato Stampa:
COMUNICATO STAMPA EDILIZIA DEL 12.06.2003 A meno di un anno dal convegno “PROGETTARE OGGI: l’innovazione tecnologica nei processi di reingegnerizzazione degli edifici, l’edilizia di qualità e la formazione del tecnico”, organizzato il 4 giugno 2002 da Ambiente Azzurro presso il Senato della Repubblica, con vera soddisfazione dobbiamo evidenziare come una parte culturale e scientifica del convegno sia stata recepita nella nuova normativa sismica.
Nella bozza della Normativa (legge tra 18 mesi) del 25.03.2003 infatti al capitolo 8.1.5.2, circa l’analisi lineare, si adotta come strumento di calcolo il metodo, ormai noto come del ritto stampella, che dal prof. Mario De Matteo fu pubblicato in una ricerca già nel 2001 con la stampa del volume “sul calcolo delle strutture piane a maglie di forma qualsiasi, edito dalla CUEN, e che nel convegno del 4 giugno 2002 veniva cosi presentato dallo stesso: “Il patrimonio edilizio e la tradizione costruttiva degli edifici in muratura meritano lo sviluppo e l’adozione di nuovi modelli di calcolo e verifica, di riconosciuta validità tecnica e scientifica, che meglio interpretino il comportamento reale della struttura, supportati da procedure automatiche che devono essere certificate, devono evidenziare il responsabile scientifico e non devono escludere le responsabilità connesse all’utilizzo delle stesse”.
Ricordiamo come alla manifestazione del 2002 partecipò il sottosegretario all’Ambiente on. Antonio Martusciello che a tale proposito puntualizzò: “Considerati i costi molto elevati che la collettività deve sostenere in termini di lutti e disagi per le popolazioni colpite dagli eventi catastrofici, di perdita irreversibile di parte del patrimonio storico e di costi per gli interventi di protezione civile e di ricostruzione, sarebbe di interesse generale realizzare in via preventiva il consolidamento statico e l’adeguamento alle norme antisismiche del patrimonio edilizio, specie nelle zone a più alto rischio, in modo da evitare il danno. La verifica della condizione statica degli immobili e l’adeguamento strutturale, ove necessari, potrebbero essere la condizione preliminare per la stipula di polizze assicurative del patrimonio immobiliare tra i proprietari degli immobili e le compagnie di assicurazione”.
Dunque il postulato del Direttore del Dipartimento Protezione Civile dell’ICRI, ing. Vincenzo Tuccillo, che introdusse i lavori si è mostrato come un teorema corretto: “La difesa dell’ambiente costruito sta diventando, giustamente, una delle maggiori preoccupazioni dell’occidente, soprattutto nei confronti delle generazioni future alle quali dobbiamo garantire un compatibile e sicuro sviluppo dell’edilizia di qualità. Il patrimonio edilizio e la tradizione costruttiva degli edifici in muratura, meritano lo
sviluppo e l’adozione di nuovi modelli di calcolo e verifica, di riconosciuta validità tecnica e scientifica, che meglio interpretino il comportamento reale della struttura, supportati da procedure automatiche che devono essere certificate, devono evidenziare il responsabile scientifico e non devono escludere le responsabilità connesse all’utilizzo delle stesse. Le associazioni di categoria e gli ordini professionali devono essere impegnati, come da istituto, nella formazione e aggiornamento dell’ingegnere-architetto, alla luce dell’innovazione delle metodologie di progettazione”.
Ora, afferma Ambiente Azzurro, ciò che la normativa ha recepito dovrà concretizzarsi in azioni di ricerca e formazione volte all’aggiornamento dei professionisti e degli strumenti di calcolo che dovranno confrontarsi anche con il “fascicolo del fabbricato”, la cui legge introduttiva ha avuto come primo firmatario il Sen. Luigi Manfredi vice presidente Onorario di Ambiente Azzurro.
Infine sarebbe auspicabile che la normativa italiana che, senza ombra di dubbio, fa un notevole balzo in avanti, potesse essere di esempio a tutti i paesi del Mediterraneo affinché si possa parlare di un edilizia mediterranea di qualità, di tale idea anche il Senatore Salvatore Lauro, presidente del Movimento Politico Culturale Mezzogiorno Euro Mediterraneo che ribadisce quanto affermato nel 2002: “Non minor rischio deriva dalla presenza sul territorio del bacino Euro Mediterraneo di edilizia di bassa qualità, sono ancora vive le immagini dei terremoti di Grecia, Turchia, e Iran migliaia di morti che la tecnologia e le azioni di controllo avrebbero potuto evitare”.
“In un villaggio globale dove la comunicazione avvicina i popoli e le culture, dove le catastrofi incidono sulle economie di più stati, coinvolgendo intere popolazioni, credo sia impensabile una Difesa Civile che non sia improntata anche sulla collaborazione e sullo scambio tra nazioni limitrofe e con problematiche consimili come quelle del bacino Euro Mediterraneo.”
È stato pubblicato sulla rivista Rassegna ANIAI (n.2/2003) l’articolo “Verifiche dei setti murari alla luce della Nuova Normativa Sismica”, che evidenzia l’attenzione posta nei confronti delle nuove metodologie di verifica imposte dalla Norma.
In maniera coerente sono in corso le modifiche alla procedura “S.C.S. – Software Calcolo Strutturale” con riferimento al calcolo delle forze orizzontali, alle verifiche a flessione e taglio delle sezioni rettangolari in c.a. ed alla verifica a presso-flessione di sezione rettangolare in c.a.
Nel CD “Raccolta informatica di materiale didattico e scientifico” sono inseriti argomenti elaborati in Power-Point ed altri in Word, utilizzati nelle seguenti attività didattiche svolte presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università degli Studi di Napoli “Federico II”:
L’indice degli argomenti è riportato in appendice.
Si sottolinea l’attenzione rivolta alla ripartizione delle forze orizzontali negli edifici, concretizzatasi con la proposta di un metodo iterativo (Treno dei telai) e di un metodo diretto, ambedue elaborati nell’ipotesi di impalcato infinitamente rigido.
Su quest’ultima ipotesi si è cimentato in passato pubblicando, nel dicembre 1988, sulla “Industria Italiana del Cemento” l’articolo “Sulla deformabilità dell’impalcato negli edifici in c.a. in zona sismica”; detto articolo è stato autonomamente ripubblicato nel maggio 1989 sulla rivista dell’Ordine degli Ingegneri di Roma.
Considerata la vasta disponibilità di materiale didattico e scientifico, vista l’esigenza di fornire agli allievi un valido supporto didattico, è stato pubblicato un testo completo sul calcolo di fabbricati in zona sismica alla luce della nuova normativa “Edifici in zona sismica” -Sistemi Editoriali SE- giugno 2006.
Iscritto all’Ordine degli Ingegneri della provincia di Potenza dal settembre 1973 con il n. 242, ha svolto la sua attività professionale prevalentemente in campo strutturale.
Tale attività è risultata particolarmente utile e formativa, in quanto ha tratto sempre spunto dalle esigenze progettuali per approfondire problemi strutturali.
Tali studi sono sfociati quasi sempre nella proposta di modelli strutturali e metodologie di calcolo che hanno costituito oggetto di pubblicazioni scientifiche.
Si riportano di seguito i momenti salienti dell’attività professionale: