Verifica completa in accordo al codice degli ancoraggi e dei blocchi in calcestruzzo con IDEA StatiCa

L'Eurocodice specifica diversi metodi di rottura degli ancoraggi e delle fondazioni in calcestruzzo e li suddivide ulteriormente in base al tipo di carico. In IDEA StatiCa Connection, siamo stati in grado di valutare gli ancoraggi fino ad ora, ma con alcune limitazioni, le valutazioni dovevano essere fatte manualmente.

Allo stesso tempo, era impossibile tenere conto del rinforzo dei blocchi di cemento. Questo ora sta cambiando con IDEA StatiCa Detail 3D, che aggiunge ulteriori possibilità. IDEA StatiCa Detail 3D non offre valutazioni come siamo abituati nella norma che le definisce per il calcestruzzo semplice. Tuttavia, con l'analisi agli elementi finiti, possiamo verificare che il calcestruzzo armato soddisferà il carico specificato e, in questo caso, impedirà il cedimento del calcestruzzo, che corrisponderebbe a tali condizioni. Le applicazioni funzionano in modo indipendente e possono essere utilizzate separatamente, ma grazie al collegamento tra Connection e Detail è possibile utilizzare Detail anche solo come calcolo supplementare. 

Forza di trazione

L'Eurocodice suddivide il primo tipo di carico (forza di trazione) in 6 possibili casi di rottura dell'ancoraggio o del blocco di calcestruzzo (a, b, c, d, e, f) e in altri due per le fondazioni armate (g, h).

La figura seguente mostra schematicamente quale tipo di rottura è possibile valutare con l'applicazione Connection e quale comportamento può essere coperto dall'uso del cemento armato e, quindi, dall'analisi in Dettaglio. IDEA StatiCa Connection utilizza le formule empiriche dell'Eurocodice (EN 1992-4-7.2.1) per la progettazione degli ancoraggi (CBFEM), mentre IDEA StatiCa Detail si basa completamente sul metodo degli elementi finiti (3D CSFM). Alcune opzioni di valutazione si sovrappongono quindi in entrambe le applicazioni, ma sempre con un metodo diverso.

Per la natura dei metodi implementati nel software, solo il calcestruzzo semplice può essere considerato nel Connection, mentre solo il calcestruzzo armato può essere valutato in Detail.

I principali presupposti e limiti dell'analisi per IDEA StatiCa Detail 3D sono menzionati nell'articolo Limitazioni note. 

a) Rottura dell'acciaio

La rottura dell'acciaio degli ancoraggi caricati a trazione è verificata in entrambe le applicazioni. La resistenza a trazione dell'ancoraggio è verificata in Connection secondo la seguente formula:

In Detail, gli ancoraggi sono verificati come le normali barre armate secondo i diagrammi sforzo-deformazione definiti per i particolari materiali, utilizzando il valore di deformazione limite massimo del 5% (calcolato in base all'effetto di irrigidimento della tensione, come riportato nel Background teorico).

b) Rottura del cono di calcestruzzo 

La rottura conica del calcestruzzo può essere verificata in Connection. Tuttavia, in Connection, l'applicazione può considerare solo il calcestruzzo semplice.

Pertanto, in caso di rottura del cono in calcestruzzo, è opportuno passare a IDEA StatiCa Detail, dove viene fornita un'analisi dell'intero blocco armato. La resistenza a trazione del calcestruzzo viene conservativamente trascurata, il che significa che la capacità portante per il cono è, in misura considerevole, determinata dalla quantità di armatura specificata. Nell'immagine sottostante, si possono vedere le direzioni delle tensioni principali che indicano la forma del cono di cui sopra. Nella parte destra, si possono vedere i valori delle sollecitazioni del calcestruzzo, che sono valutati con i valori limite.

 c) Rottura a pull-out

Questa verifica è nel Connection solo per alcuni casi (vedi la prima immagine in quell'articolo). Un'ulteriore valutazione è necessaria per gli ancoraggi meccanici post-installati. 

In Detail, è possibile impostare i cosiddetti ancoraggi chimici e specificare la forza di adesione di progetto in base ai loro parametri tecnici. Gli ancoraggi verranno quindi verificati in base a questi parametri. (Applicabile solo per il calcestruzzo armato.)

d) Rottura combinata del calcestruzzo e a pull-out di elementi di fissaggio inghisati

Questo cedimento può essere rilevato solo nel Detail, dove le sollecitazioni del calcestruzzo e le aree di ancoraggio sono valutate con il CSFM 3D. Il meccanismo combinato di estrazione (pull-out) e rottura del calcestruzzo è in Detail basato sui principi definiti sopra e la sua valutazione fa parte della verifica della resistenza del calcestruzzo e dell'ancoraggio. (Applicabile solo per il calcestruzzo armato.)

e) Rottura del calcestruzzo per splitting 

Non è possibile valutarla nel Connection. Nel Detail, la rottura a spacco (per splitting) è di solito un problema del calcestruzzo semplice, pertanto l'uso dell'armatura impedisce il verificarsi di tale meccanismo. E' possibile visualizzare le tensioni e le deformazioni dell'armatura in compressione o in trazione e le tensioni del calcestruzzo in compressione nell'applicazione Detail.

f) Rottura del calcestruzzo per blow-out

Per il calcestruzzo semplice, nel Connection è possibile una verifica empirica secondo in accordo all'Eurocodice. 

Per gli elementi strutturali in calcestruzzo armato è possibile utilizzare il Detail. La rottura per blow-out del calcestruzzo è coperto nell'analisi della resistenza del calcestruzzo. Dove le sollecitazioni di trazione sono trasferite solo dall'armatura (come già precisato in precedenza).

Verifiche aggiuntive per blocchi in calcestruzzo armato:

Per le fondazioni armate è necessaria un'ulteriore valutazione dell'armatura. La rottura dell'acciaio dell'armatura e la rottura dell'ancoraggio dell'armatura fanno parte della valutazione dell'armatura in Detail. 

g) Rottura per crisi dell'acciaio

h) Rottura per sfilamento della barra d'armatura dall'ancorante

Carico di taglio

L'Eurocodice divide il secondo tipo di carico (forza di taglio) in 4 possibili casi di rottura dell'ancoraggio o del blocco di calcestruzzo (a, b, c, d) e altri due per plinti rinforzati (e, f).  

La figura seguente mostra schematicamente quale tipo di rottura è possibile valutare con l'app Connection e anche quale comportamento può essere coperto utilizzando il calcestruzzo armato e, quindi, l'analisi in Detail.  IDEA StatiCa Connection utilizza formule empiriche dell'Eurocodice (EN 1992-4-7.2.2) per la progettazione degli ancoraggi (CBFEM). Tutti i tipi di rottura causati dalla forza di taglio possono essere coperti nell'app Connection. 

Nella versione corrente di IDEA StatiCa Detail 3D beta, c'è una limitazione quando la forza di taglio viene trasferita solo dall'attrito tra la piastra di base e il calcestruzzo. Pertanto, tali pareri sono solo indicativi. Anche in questo caso, va sottolineato che è necessario solo il calcestruzzo armato.

a) Rottura nell'acciaio senza braccio di leva

La rottura dell'acciaio senza braccio di leva degli ancoraggi caricati a taglio viene verificato solo nel Connection. La resistenza a taglio dell'ancoraggio viene verificata in IDEA StatiCa Connection secondo la seguente formula:

Poiché in Detail non è disponibile alcuna opzione per caricare l'ancoraggio con una forza di taglio, la valutazione nell'applicazione non è possibile.

b) Rottura nell'acciaio con braccio di leva

La rottura dell'acciaio con braccio di leva degli ancoraggi caricati a taglio viene verificato solo nel Connection. La resistenza a taglio dell'ancoraggio viene verificata in IDEA StatiCa Connection secondo la seguente formula:

Poiché in Detail non è disponibile alcuna opzione per caricare l'ancoraggio con una forza di taglio, la valutazione nell'applicazione non è possibile.

c) Rottura del calcestruzzo per pry-out

La rottura del calcestruzzo per pry-out degli ancoraggi caricati a taglio viene verificato solo nel Connection. La resistenza a taglio dell'ancoraggio viene verificata in IDEA StatiCa Connection secondo la seguente formula:

La capacità del calcestruzzo di resistere a taglio attraverso la piastra di base viene quindi valutata nell'applicazione Detail.

d) Rottura del bordo del calcestruzzo

La rottura del bordo del calcestruzzo degli ancoraggi caricati a taglio viene verificato solo nel Connection. La resistenza a taglio dell'ancoraggio viene verificata in IDEA StatiCa Connection secondo la seguente formula:

La capacità del calcestruzzo di resistere a taglio può essere valutata nell'applicazione Detail solo se è presente una piastra di base che dovrebbe trasferire la forza di taglio. 

Verifiche aggiuntive per blocchi in calcestruzzo armato:

Per le fondazioni armate, è necessaria un'ulteriore valutazione dell'armatura. La crisi dell'armatura in acciaio e dell'ancoraggio fa parte della valutazione dell'armatura in IDEA StatiCa Detail. 

e) Rottura per crisi dell'acciaio dell'armatura supplementare

f) Rottura per sfilamento dell'armatura supplementare dall’ancorante

Conclusioni

Il vantaggio più significativo si riscontra in esempi quali l'ancoraggio vicino a un bordo e altri casi in cui il calcestruzzo semplice non soddisfa il carico richiesto. Si noti che gli ancoraggi e i capicorda a taglio devono essere ulteriormente valutati in Connection, ma insieme questi due strumenti software forniscono una soluzione completa.

A causa del metodo e del modo in cui è progettata l'applicazione, l'applicazione Detail è adatta solo per la verifica di fondazioni armate.