Raggiungere l'impossibile, in particolare nella progettazione degli ancoraggi

Si potrebbe dire: "Basta progettare ciò che lo standard ci consente esplicitamente". Ma facciamo un controllo della realtà: semplicemente non è così che funziona, sia per gli spazi ristretti che per i requisiti tecnici e architettonici. E così, ancoraggi che potrebbero essere considerati "al limite" (in senso figurato) - o meglio, tipi specifici di ancoraggio - si possono vedere intorno a noi. Molti casi sono stati calcolati con precisione e verificati con metodi più avanzati (anche se ciò ha richiesto un tempo eccessivamente lungo). Tuttavia, molti casi non sono stati probabilmente valutati con la dovuta attenzione.

Da qualche tempo IDEA StatiCa sta cambiando e spingendo in avanti la progettazione delle connessioni in acciaio, delle membrature in acciaio e calcestruzzo e dei dettagli in calcestruzzo. Non si tratta di semplificare il flusso di lavoro attraverso il calcolo computerizzato, ma soprattutto di metodi innovativi che ci permettono di progettare ciò che prima era impensabile. Il nostro ultimo risultato, il rilascio di IDEA StatiCa Detail 3D, estende ancora di più le possibilità di progettazione rispetto al passato.

Se fate parte del gruppo che lotta per giorni con i progetti di ancoraggio o si affida esclusivamente all'esperienza, ma poi non dorme sonni tranquilli, continuate a leggere.

Apri le porte a nuove possibilità

Se vi occupate di strutture di ancoraggio, probabilmente vi vengono in mente diversi casi che vi hanno messo in difficoltà. Ecco alcuni esempi che abbiamo recentemente identificato come molto difficili da progettare utilizzando solo le pratiche standard. Tuttavia, con l'aiuto dei nostri strumenti IDEA Statica Connection e Detail, sta diventando possibile progettare in un tempo relativamente ragionevole.

Figura 1: Ancoraggi multipli in un blocco di calcestruzzo

• Ancoraggio vicino al bordo - L'ancoraggio vicino al bordo è quasi impossibile da progettare senza armatura a causa del modo in cui il calcestruzzo cede (rottura del cono e altro). La valutazione dell'ancoraggio nel calcestruzzo armato è di per sé laboriosa; per maggiori dettagli, consultare questo articolo: Non dovrete più lottare con la progettazione degli ancoraggi. Tuttavia, Detail (modalità 3D) è specificamente progettato per questi casi - il calcestruzzo armato. Aggiungendo l'armatura, si possono prevenire modalità di rottura che altrimenti si verificherebbero nel calcestruzzo semplice. Allo stesso tempo, l'utilizzo di un metodo agli elementi finiti avanzato (CSFM 3D) e la sua implementazione in Detail rendono relativamente semplice un compito molto complesso.

Figura 2: Esempi di ancoraggio in prossimità di un bordo in Connection (compresi gli elementi in acciaio) e in Detail (compresa l'armatura)

• Ancoraggi multipli ravvicinati - Il problema che si presenta con gli ancoraggi ravvicinati è che i coni interagiscono tra loro. Nessuna guida può consigliarci direttamente come valutare questi casi. Nella letteratura comunemente utilizzata, sia che si tratti di guide EN che di guide fib, troviamo più o meno solo condizioni e limitazioni che possiamo considerare in modo conservativo. Ci consigliano semplicemente di utilizzare distanze che ci permettano di valutare i coni individualmente. Ma non appena non rientriamo in queste condizioni, siamo spacciati. Tuttavia, in Detail, poiché disponiamo di un metodo avanzato basato sulla FE, possiamo analizzare il comportamento complesso.

Figura 3: Ancoraggio multiplo in una parete

• Ancoraggio multiplo in generale (supporto di un ponte su una fondazione comune) - Una situazione tipica causata dal carico del vento, in cui un pilastro a traliccio è caricato a trazione e l'altroa compressione. Esiste un'interazione reciproca tra il cono di calcestruzzo del gruppo di ancoraggi a trazione e il carico di compressione dell'altro pilastro. Per questo caso, l'Eurocodice non offre una soluzione analitica soddisfacente, non solo perché è intrinsecamente necessario rinforzare la fondazione in calcestruzzo, ma è necessario ricorrere ad analisi più avanzate come Detail e il suo CSFM 3D.

Figura 4: Ancoraggio di un ponte di tubi, progettato da FEVIA s.r.o.

• Considerazione dell'armatura esistente nelle ristrutturazioni - Qualsiasi ristrutturazione o ampliamento può essere un altro esempio interessante dell'uso dell'ancoraggio in Detail, poiché, idealmente, l'armatura esistente è inclusa.

Problemi che si presentano

Per riassumere:

L'Eurocodice specifica le modalità di rottura sia a trazione che a taglio per gli ancoraggi e il calcestruzzo:

Figura 5: Schema dei modi di rottura - Design of Steel-to-Concrete Joints Design Manual II

La norma EN 1992-4 è specificamente dedicata alla valutazione dettagliata del calcestruzzo semplice. La maggior parte delle modalità di rottura del calcestruzzo può essere evitata con l'aggiunta di un'armatura, che in alcuni casi è addirittura necessaria (si vedano gli esempi precedenti). Tuttavia, la norma non fornisce più indicazioni chiare su come affrontare questo problema.

Un altro problema sorge quando i coni di calcestruzzo interagiscono tra loro: l'Eurocodice e altra letteratura (fib Bulletin 58) forniscono solo le condizioni per quando e come questi coni possono essere verificati separatamente.

Figura 6: CEB-FIB: Bulletin 58 - Progettazione degli ancoraggi nel calcestruzzo (2011), cap. 1.2. 1.2

Conosciamo i problemi che possono verificarsi durante la progettazione, ma cosa fare? Rinunciare o...

trovare una soluzione.

La soluzione

Detail può risolvere i casi sopra descritti in modo molto efficiente. Consente di valutare l' influenza dell'armatura sulla capacità di carico e di valutare anche i casi non contemplati dalla norma. In combinazione con Connection, è quindi possibile ottenere verifiche complete del codice standard per tutti i tipi di rottura.

Molto è già stato scritto su entrambe le applicazioni, ma non fa certo male aggiungere un breve confronto e alcune risorse per una comprensione più approfondita dei metodi:

• IDEA StatiCa Connection - si concentra sulla valutazione delle connessioni in acciaio, compreso l'ancoraggio nel calcestruzzo. Gli ancoraggi sono valutati in base a formule empiriche in conformità alla norma. Il blocco di calcestruzzo è modellato utilizzando lo schema"Winkler", quindi la valutazione possibile è solo per il calcestruzzo semplice.
• IDEA StatiCa Detail - Il modello in Detail è costituito dagli elementi finali, compresa l'armatura. A causa dell'ipotesi di base che tutte le trazioni siano trasferite dall'armatura (nel calcestruzzo, la trazione è trascurata), la soluzione è adatta solo per il calcestruzzo armato. Utilizzando il CSFM 3D, si ottengono le sollecitazioni del calcestruzzo e delle armature/ancoraggi, valutate con i valori limite dell'Eurocodice. Inoltre, si ottiene un'idea realistica del comportamento della struttura, come i flussi di tensione e le deformazioni. Il metodo CSFM 3D ha incluso gli effetti delle tensioni triassiali.

Figura 4: Confronto tra connessione e dettaglio (input e modelli)

Come detto, per una valutazione completa è necessaria una combinazione di entrambi. Per un lavoro efficiente, è possibile importare il modello da Connection a Detail, includendo parametri e carichi aggiuntivi.

Per comprendere il metodo, si può procedere con il Background teorico. Per conoscere le funzionalità, consultate le Note di rilascio.

Cosa fare?

Il Detail 3D (con CSFM) rappresenta un significativo passo avanti, che consente di progettare con sicurezza casi più complessi. Sebbene alcuni possano essere preoccupati per questa evoluzione, le tecnologie a nostra disposizione ci permettono di ottenere più di quanto sia mai stato possibile prima d'ora, quindi perché non abbracciare il loro potenziale? Il progresso è naturale e inevitabile.

Per noi di IDEA StatiCa, l'ancoraggio è solo l'inizio. È il primo caso che abbiamo verificato completamente e ci impegniamo a estendere la nostra attenzione ad altre sfide in futuro.

La domanda è: vi adatterete a questi progressi o resisterete al cambiamento?