Raggiungere l'impossibile, in particolare nella progettazione degli ancoraggi

Si potrebbe dire: "Progetta solo ciò che la normativa consente esplicitamente." Ma facciamo un controllo della realtà: non è così che funziona, né per gli spazi ridotti né per i requisiti tecnici e architettonici. E così, gli ancoraggi che potrebbero essere considerati "al limite" (in senso figurato) – o meglio, specifiche tipologie di ancoraggio – si trovano ovunque intorno a noi. Molti casi sono calcolati e verificati con precisione utilizzando metodi più avanzati (anche se può aver richiesto un tempo eccessivamente lungo). Tuttavia, molti casi probabilmente non sono stati valutati con la stessa accuratezza che meriterebbero. 

IDEA StatiCa sta cambiando e spingendo avanti la progettazione dei collegamenti in acciaio, degli elementi in acciaio e calcestruzzo e dei dettagli in calcestruzzo da un po' di tempo. Non si tratta di semplificare il flusso di lavoro attraverso il calcolo computerizzato, ma principalmente dei metodi innovativi che ci permettono di progettare ciò che prima era impensabile. Il nostro ultimo traguardo, il rilascio di IDEA StatiCa Detail per il 3D, estende ulteriormente le possibilità di progettazione rispetto a prima.

Che tu appartenga al gruppo che lotta per giorni con la progettazione degli ancoraggi o che si affidi esclusivamente all'esperienza ma poi non dorma sonni tranquilli, continua a leggere.

Porte verso nuove possibilità

Se sei coinvolto nella progettazione di strutture di ancoraggio, probabilmente puoi pensare a diversi casi che ti hanno creato difficoltà. Ecco alcuni esempi che abbiamo recentemente identificato come molto difficili da progettare utilizzando solo le pratiche standard. Ma, con l'aiuto dei nostri strumenti IDEA StatiCa Connection e Detail, sta diventando possibile progettarli in un tempo ragionevolmente contenuto.

Figura 1: Ancoraggi multipli in un unico blocco di calcestruzzo

• Ancoraggio in prossimità del bordo – L'ancoraggio vicino al bordo è quasi impossibile da progettare senza armatura a causa del modo in cui il calcestruzzo si rompe (rottura a cono e altri meccanismi). La valutazione dell'ancoraggio nel calcestruzzo armato è di per sé laboriosa – vedi questo articolo per maggiori dettagli: Non devi più lottare con la progettazione degli ancoraggi. Tuttavia, Detail (modalità 3D) è specificamente progettato per tali casi – calcestruzzo armato. Aggiungendo armatura, possiamo prevenire i meccanismi di rottura che altrimenti si verificherebbero nel calcestruzzo semplice. Allo stesso tempo, l'utilizzo di un metodo FE avanzato (CSFM 3D) e la sua implementazione in Detail rende un compito molto complesso relativamente semplice.

Figura 2: Esempi di ancoraggio vicino al bordo in Connection (inclusi elementi in acciaio) e in Detail (inclusa l'armatura)

• Ancoraggi multipli ravvicinati – Il problema con gli ancoraggi ravvicinati è che i coni interagiscono tra loro. Nessuna guida può consigliarci direttamente su come valutare questi casi. Nella letteratura comunemente utilizzata, sia EN che la guida 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 singolarmente. Ma non appena non rientriamo in queste condizioni, siamo in difficoltà. Tuttavia, in Detail, disponendo di un metodo avanzato basato sugli elementi finiti, possiamo analizzare il comportamento complesso.

Figura 3: Ancoraggi multipli nella stessa parete

• Ancoraggi multipli in generale (appoggio di ponte su fondazione comune) – Una situazione tipica causata dal carico del vento, in cui una colonna di un appoggio a traliccio è caricata a trazione e l'altra a compressione. Esiste un'interazione reciproca tra il cono di calcestruzzo del gruppo di ancoraggi in trazione e il carico di compressione dell'altra colonna. Per tale caso, l'Eurocode non offre una soluzione analitica soddisfacente, non solo perché è intrinsecamente necessario armare la fondazione in calcestruzzo, quindi è necessario utilizzare un'analisi più avanzata come Detail e il suo CSFM 3D.

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

• Considerazione dell'armatura esistente nelle ristrutturazioni – Qualsiasi ristrutturazione o ampliamento può essere un altro interessante esempio di utilizzo dell'ancoraggio in Detail, poiché, idealmente, l'armatura esistente viene inclusa nel modello. 

I problemi che emergono

In sintesi:

L'Eurocode specifica i meccanismi di rottura sia a trazione che a taglio per gli ancoraggi e il calcestruzzo:

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

EN 1992-4 è specificamente dedicata alla valutazione dettagliata del calcestruzzo semplice. La maggior parte di queste rotture del calcestruzzo può essere prevenuta aggiungendo armatura, che in alcuni casi è addirittura necessaria (vedi esempi sopra). Tuttavia, la normativa non ci fornisce più indicazioni chiare su come affrontare questo aspetto.

Un altro problema si presenta quando i coni di calcestruzzo interagiscono tra loro – l'Eurocode 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 – Design of anchorages in concrete (2011), cap. 1.2

Conosciamo i problemi che possono verificarsi durante la progettazione, ma cosa fare al riguardo? Arrendersi oppure...

...trovare una soluzione.

La soluzione 

Detail può risolvere i casi sopra descritti in modo molto efficiente. Consente la valutazione dell'influenza dell'armatura sulla capacità portante e permette anche la valutazione dei casi non coperti dalla normativa. In combinazione con Connection, è quindi possibile ottenere verifiche normative complete per tutti i tipi di rottura. 

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

• IDEA StatiCa Connection – focalizzato sulla valutazione dei collegamenti in acciaio, incluso l'ancoraggio nel calcestruzzo. Gli ancoraggi sono verificati secondo formule empiriche in conformità con la normativa. Il blocco di calcestruzzo è modellato con lo schema "Winkler", quindi la valutazione possibile è solo per calcestruzzo semplice.
• IDEA StatiCa Detail – Il modello in Detail è agli elementi finiti, inclusa l'armatura. Per l'ipotesi di base che tutta la trazione sia trasferita dall'armatura (nel calcestruzzo la trazione è trascurata), la soluzione è adatta solo per il calcestruzzo armato. Utilizzando il CSFM 3D, si ottengono le tensioni del calcestruzzo e dell'armatura/ancoraggi, che vengono valutate con i valori limite dell'Eurocode. Inoltre, si ottiene un'idea realistica del comportamento della struttura, come i flussi di tensione e le deformazioni. Il metodo CSFM 3D include gli effetti dello stato tensionale triassiale. 

Figura 4: Confronto tra Connection e Detail (input e modelli)

Come detto, è necessaria una combinazione di entrambi per una valutazione completa. Per un lavoro efficiente, è disponibile un'importazione da Connection a Detail, inclusi parametri aggiuntivi e carichi. 

Per comprendere il metodo, puoi consultare il Background Teorico. Per aggiornarti sulle funzionalità, vai alle Note di Rilascio. 

Cosa farai?

Detail 3D (con CSFM) rappresenta un significativo passo avanti, consentendo la progettazione di casi più complessi con sicurezza. Sebbene alcuni possano sentirsi titubanti di fronte a questa progressione, le tecnologie a nostra disposizione ci permettono di raggiungere più di quanto mai prima – quindi perché non abbracciarne il potenziale? Il progresso è naturale e inevitabile.

In IDEA StatiCa, vediamo l'ancoraggio solo come l'inizio. È il primo caso che abbiamo completamente verificato e siamo impegnati ad ampliare la nostra attenzione ad altre sfide in futuro.

La domanda è: Ti adatterai a questi progressi, o resisterai al cambiamento?