Modello strutturale di un blocco in calcestruzzo

Modello di progetto

Nel CBFEM, è conveniente semplificare il blocco in calcestruzzo come elementi di contatto 2D. Il collegamento tra il calcestruzzo e la piastra di base resiste solo alla compressione. La compressione è trasferita tramite il modello di sottosuolo di Winkler-Pasternak, che rappresenta le deformazioni del blocco in calcestruzzo. La forza di trazione tra la piastra di base e il blocco in calcestruzzo è assorbita dai bulloni di ancoraggio. La forza di taglio è trasferita per attrito tra la piastra di base e il blocco in calcestruzzo, tramite chiavetta a taglio e per flessione dei bulloni di ancoraggio e attrito. La resistenza dei bulloni a taglio è valutata analiticamente. L'attrito e la chiavetta a taglio sono modellati come un vincolo completo a punto singolo nel piano del contatto piastra di base–calcestruzzo.

Rigidezza deformativa

La rigidezza del blocco in calcestruzzo può essere stimata per la progettazione delle basi di colonna come un emisfero elastico. Un modello di sottosuolo di Winkler-Pasternak è comunemente utilizzato per il calcolo semplificato delle fondazioni. La rigidezza del sottosuolo è determinata utilizzando il modulo di elasticità del calcestruzzo e l'altezza efficace del sottosuolo come:

\[ k = \frac{E_c}{(\alpha_1 + \upsilon) \sqrt{\frac{A_{eff}}{A_{ref}}}} \left( \frac{1}{\frac{h}{a_2 d} + a_3}+a_4 \right) \]

dove:

• k – rigidezza del sottosuolo in calcestruzzo a compressione
• E_c – modulo di elasticità del calcestruzzo
• υ – coefficiente di Poisson del blocco in calcestruzzo
• A_eff – area efficace a compressione
• A_ref = 1 m² – area di riferimento
• d – larghezza della piastra di base
• h – altezza del blocco in calcestruzzo
• a₁ = 1,65; a₂ = 0,5; a₃ = 0,3; a₄ = 1,0 – coefficienti

Nella formula devono essere utilizzate le unità SI; l'unità risultante è N/m³.

Trasferimento del carico di taglio alla piastra di base

Il carico di taglio alla piastra di base può essere trasferito con tre modalità:

• Attrito
• Chiavetta a taglio
• Ancoraggi

Gli utenti possono scegliere la modalità modificando l'operazione della piastra di base. Nessuna combinazione di modalità è consentita nel software; tuttavia, EN 1993-1-8 – Art. 6.2.2 e Fib 58 – Capitolo 4.2 consentono la combinazione del trasferimento del taglio tramite ancoraggi e attrito a determinate condizioni. In generale, è conservativo trascurare l'attrito nella progettazione dell'ancoraggio, sebbene in alcuni casi possa portare a una sottostima della fessurazione del calcestruzzo allo stato limite di esercizio. Di norma, la resistenza per attrito dovrebbe essere trascurata se:

• lo spessore dello strato di malta supera la metà del diametro dell'ancorante,
• la capacità di ancoraggio è governata da una condizione di bordo ravvicinato,
• l'ancoraggio è destinato a resistere ai carichi sismici.

La combinazione con una chiavetta a taglio non dovrebbe mai essere consentita a causa della compatibilità delle deformazioni.

Trasferimento del carico di taglio per attrito

La resistenza a taglio è uguale al fattore di sicurezza di resistenza moltiplicato per il coefficiente di attrito modificabile nella configurazione normativa e per il carico di compressione. Il carico di compressione include tutte le forze; ad esempio, nel caso di una base di colonna caricata da una forza di compressione e da un momento flettente, il carico di compressione utilizzato per la resistenza a taglio per attrito potrebbe essere superiore alla forza di compressione applicata.

Trasferimento del carico di taglio tramite chiavetta a taglio

La chiavetta a taglio è simulata come un troncone corto inglobato nel calcestruzzo sotto la piastra di base. Si stima che il carico di taglio venga trasferito tramite una distribuzione di carico uniforme agente sull'intera porzione della chiavetta a taglio immersa nel blocco in calcestruzzo, ovvero tutti i nodi della chiavetta a taglio al di sotto della superficie del calcestruzzo sono uniformemente caricati. Si assume che la porzione della chiavetta a taglio al di sopra della superficie del calcestruzzo nella malta non trasferisca il carico di taglio.

Si tenga presente che il braccio della leva tra il carico di taglio applicato (alla piastra di base) e la resistenza a taglio (metà altezza della chiavetta a taglio immersa nel calcestruzzo) genera un momento flettente che deve essere trasferito dalla forza di compressione nel calcestruzzo e dalle forze di trazione negli ancoraggi.

La chiavetta a taglio è composta da elementi finiti a guscio e viene verificata come una piastra ordinaria. Anche le saldature della chiavetta a taglio alla piastra di base sono verificate con le procedure standard in IDEA StatiCa Connection. Il calcolo manuale di solito assume la teoria della trave per la chiavetta a taglio, sebbene non sia accurato poiché il rapporto lunghezza/larghezza è molto piccolo per la chiavetta a taglio. Pertanto, potrebbe esserci una differenza significativa tra IDEA StatiCa Connection e il calcolo manuale.

Trasferimento del carico di taglio tramite ancoraggi

La resistenza a taglio è determinata dalla resistenza a taglio degli ancoraggi. La resistenza dell'acciaio degli ancoraggi presenta una curva carico-deformazione elastoplastica, ma le modalità di rottura del calcestruzzo sono considerate perfettamente fragili.