Non perdere tempo con le verifiche SLE

Secondo l'Eurocodice 1990, gli stati limite che riguardano:

• il funzionamento della struttura o degli elementi strutturali in condizioni normali di utilizzo;
• il comfort delle persone;
• l'aspetto delle opere di costruzione;

devono essere classificati come stati limite di esercizio (SLE). Ciò include deformazioni, vibrazioni e danni che influenzano l'aspetto o la durabilità, come ad esempio la fessurazione.

In altre parole, queste verifiche agli stati limite non sono limitate dalla resistenza degli elementi della struttura, ma riguardano maggiormente la durabilità complessiva della struttura e il comfort psicologico delle persone.

Permettetemi di spiegare questo in modo più dettagliato. Dove vi sentireste più a vostro agio? In un edificio nuovo con pareti già fessurate e soffitti o travi deformati, dove la situazione potrebbe peggiorare nel tempo? Oppure in un edificio con pareti belle e lisce, dove non si nota la leggera freccia del solaio? Non ho nemmeno bisogno di indovinare che tutti scelgono il secondo esempio. Ed è esattamente per questo che dovremmo prestare attenzione alle verifiche SLE.

Tuttavia, sappiamo tutti che il tempo degli ingegneri strutturali è prezioso, quindi vogliono essere il più efficienti possibile nei loro progetti. Come soluzione, abbiamo sviluppato nuove funzionalità nell'app IDEA StatiCa Detail per garantire che gli ingegneri che utilizzano i nostri strumenti possano completare la progettazione e le verifiche in modo rapido, economico e sicuro.

Verifica della limitazione delle tensioni – non più così limitante

Quante volte avete ottenuto risultati insoddisfacenti per la verifica della limitazione delle tensioni? Nel mio caso, devo dire molte volte. E nella maggior parte dei casi sapevo già che avrebbero potuto essere trascurati a causa della natura dei risultati.

Uno dei problemi più tipici sono i picchi di tensione – singolarità che si verificano solitamente negli spigoli vivi. Vediamo di cosa si tratta e perché è importante non confondere una singolarità con una concentrazione di tensione.

A prima vista, potreste notare che non vedete la differenza tra le due situazioni. Tuttavia, esistono distinzioni di cui dovreste sempre essere consapevoli. Perché, alla fine, la progettazione complessiva dipende sempre dall'ingegnere responsabile e dal suo giudizio.

Quindi, cos'è una singolarità e come possono gli ingegneri strutturali distinguerla da una concentrazione di tensione?

Una singolarità di tensione è un punto della rete in cui la tensione non converge verso un valore specifico, ovvero che, teoricamente, il valore della tensione nella singolarità è infinito.

Si verifica tipicamente in:

• Un'area in cui viene applicato un carico concentrato.
• Uno spigolo vivo della struttura.
• Un vincolo puntuale.
• Spigoli di corpi in contatto.

E si può essere certi che si tratta di una singolarità quando:

• Si verifica una variazione rapida della tensione in un elemento della rete.
• Il valore della tensione in un nodo della rete è superiore al valore limite.
• Interessa solo una piccola area della struttura e non raggiunge gli elementi adiacenti.

In passato, quando mi occupavo di strutture con singolarità, sapevo che nella quasi totalità dei casi avrebbero potuto essere trascurate per i motivi sopra menzionati, ma non era possibile farlo se volevo ottenere verifiche soddisfacenti nell'applicazione utilizzata. Ciò significava dover modificare il modello in vari modi, con conseguente perdita di tempo, oppure aumentare la classe del materiale o inserire ulteriore armatura.

Ed è qui che entra in gioco l'applicazione Detail con la sua nuova funzionalità di verifica della limitazione delle tensioni.

Vediamo come funziona la funzionalità in un esempio pratico. Abbiamo una trave con estremità ribassata e apertura. Il carico è una combinazione di un carico distribuito e un carico concentrato. Dopo aver eseguito l'analisi, possiamo vedere che la verifica della limitazione delle tensioni per il calcestruzzo non è soddisfatta, con tutte le informazioni necessarie.

Dopo un esame più attento, è chiaro che si sono verificate entrambe le situazioni descritte in precedenza. Vi è una concentrazione di tensione nella parte superiore della trave sotto la piastra di appoggio del carico concentrato e una singolarità nello spigolo vivo dell'apertura.

Ora è il momento giusto per applicare il giudizio ingegneristico! La singolarità nello spigolo può essere trascurata senza dubbio nel progetto. Ma che dire della piccola area con concentrazione di tensione? Cosa dovrei fare? La prima cosa è attivare la visualizzazione della rete, che potrebbe aiutare a valutare l'impatto. Se non è ancora chiaro, posso andare nelle Impostazioni, impostare una rete più fine e valutare nuovamente.

Tuttavia, nel nostro caso, è visibile a prima vista che l'area di concentrazione delle tensioni è molto piccola, quindi, dal mio punto di vista, è accettabile escluderla dal calcolo.

E può essere fatto abbastanza facilmente! A tale scopo, abbiamo sviluppato una funzionalità chiamata Verifica Limitata. La funzionalità consente di trascurare le aree non soddisfacenti. Cosa significa questo?

1. Invece delle aree rosse con sfruttamento superiore al 100%, le vedrete in bianco, e il valore limite della verifica è il 100% nel caso di un rapporto di tensione o il valore limite della tensione in MPa.
2. Inoltre, nella tabella di verifica complessiva, il cerchio rosso con il segno di croce viene sostituito da un triangolo giallo con un punto esclamativo che rappresenta un'informazione, e appare una non conformità con una descrizione dettagliata.
3. Come ciliegina sulla torta, è possibile visualizzare solo le regioni trascurate mentre il resto dell'elemento rimane in bianco.

Tutte le opzioni possono essere incluse nella relazione una volta completato il processo di modellazione e soddisfatti del progetto. In questo modo avrete una documentazione inattaccabile per mettere a tacere qualsiasi dubbio.

Strutture precompresse in IDEA StatiCa

Ogni ingegnere strutturale che si occupa di strutture in calcestruzzo precompresso sa quanto sia importante prestare attenzione alle particolari fasi della vita utile delle strutture, specialmente all'inizio e alla fine.

Questo perché nessuna forza di precompressione è costante. Il valore è variabile lungo la lunghezza del tendine di precompressione e, non da ultimo, nel tempo. È evidente che la corretta valutazione del valore preciso della forza di precompressione, e quindi delle tensioni nei tendini, ha un impatto significativo sul comportamento della struttura.

Le variazioni della forza di precompressione (una diminuzione della forza di precompressione potrebbe non verificarsi necessariamente!) sono causate da molti fattori e vengono denominate perdite di precompressione. Sì, ho usato correttamente il plurale. Le perdite di precompressione si distinguono in:

• Perdite a breve termine
• Perdite a lungo termine

Perdite a breve termine

Le perdite a breve termine si verificano solitamente durante il processo di produzione. Le perdite a breve termine possono essere causate, ad esempio, dall'attrito, dallo scorrimento nel dispositivo di ancoraggio, dalla deformazione elastica immediata del calcestruzzo, dal rilassamento dei tendini, ecc.

Perdite a lungo termine

Le perdite a lungo termine si verificano dopo l'applicazione della precompressione e possono influenzare la struttura durante tutta la sua vita utile. Le cause delle perdite a lungo termine possono essere considerate – viscosità, ritiro, rilassamento a lungo termine e deformazione elastica del calcestruzzo causata dall'applicazione di un carico variabile.

Un compito non facile. O forse sì?

Tenere conto di tutto ciò (che è indispensabile nella progettazione!) può portare ad avere diverse combinazioni che considerano vari coefficienti di precompressione.

È qui che IDEA StatiCa Detail entra nuovamente in scena. Grazie alla nuova funzionalità denominata Perdite a lungo termine per la verifica SLE, non è necessario avere una serie di combinazioni e trascorrere ore sul modello preoccupandosi di non aver dimenticato qualcosa.

Tutto ciò che è necessario fare nell'applicazione Detail è impostare una combinazione, e si è in grado di coprire gli effetti a breve e lungo termine sia per i tendini pre-tesi che post-tesi.

Siete curiosi di scoprire come funziona? Scopriamolo!

È importante sapere che per la verifica della limitazione delle tensioni e per ottenere i risultati degli effetti a breve e lungo termine nell'applicazione Detail, utilizziamo un diagramma tensione-deformazione lineare infinito.

Distinguiamo due rami. Uno per gli effetti a breve termine che utilizza il modulo di elasticità E_cm. L'altro è per gli effetti a lungo termine, dove la tensione nei tendini viene ridotta in incrementi per la precompressione e il carico permanente in base al valore definito delle perdite a lungo termine. L'incremento del carico variabile considera E_cm.

Come impostare correttamente il valore delle perdite a lungo termine? Possiamo fornire alcune impostazioni predefinite; tuttavia, spetta ancora agli ingegneri strutturali decidere quale valore utilizzare per il calcolo.

Si tenga presente che il valore differisce per i tendini pre-tesi e post-tesi. Ciò è dovuto al momento esatto per il quale è necessario impostare il valore della perdita. Consultare l'articolo Implementazione delle perdite a lungo termine in Detail, dove è possibile trovare una descrizione più dettagliata dell'argomento e, soprattutto, qual è il momento appropriato per impostare la stima delle perdite a lungo termine nel calcolo.

Se siete interessati ad altre nuove funzionalità di IDEA StatiCa 23.0 (forse non solo per il calcestruzzo, ma anche per l'acciaio o i collegamenti BIM), visitate la nostra pagina delle Note di rilascio.  

IDEA StatiCa Detail è un ottimo strumento per risolvere i dettagli in calcestruzzo e altre regioni di discontinuità. Scoprite di più sulle sue possibilità nel nostro Centro di supporto, dove potete anche imparare a utilizzarlo in numerosi tutorial, vedere i nostri ingegneri di prodotto in azione in uno dei nostri webinar o scaricare un progetto di esempio.

Se state iniziando con il software o volete semplicemente migliorare le vostre competenze, consultate i nostri corsi di apprendimento autonomo Campus e selezionate quello più adatto alle vostre esigenze.

Per coloro che sono interessati maggiormente alla teoria e al metodo CSFM alla base dell'applicazione Detail, consultate il Background teorico per IDEA StatiCa Detail e approfondite lo studio.