Realizați imposibilul, în special în proiectarea ancorelor

S-ar putea spune: „Proiectați doar ceea ce standardul ne permite în mod explicit." Dar să facem o verificare a realității: pur și simplu nu așa funcționează lucrurile, fie că este vorba de spații restrânse sau de cerințe tehnice și arhitecturale. Și astfel, ancorarea care ar putea fi considerată „la limită" (la figurat) – sau mai bine spus, anumite tipuri de ancorare – poate fi văzută peste tot în jurul nostru. Multe cazuri sunt calculate și verificate cu precizie prin metode mai avansate (chiar dacă acest lucru a necesitat uneori un timp excesiv de lung). Cu toate acestea, multe cazuri probabil nu au fost evaluate atât de riguros pe cât merită. 

IDEA StatiCa schimbă și avansează de ceva timp proiectarea îmbinărilor metalice, a elementelor din oțel și beton și a detaliilor din beton. Nu este vorba despre simplificarea fluxului de lucru prin calcul computerizat, ci în principal despre metodele inovatoare care ne permit să proiectăm ceea ce anterior era de neconceput. Cea mai recentă realizare a noastră, lansarea IDEA StatiCa Detail pentru 3D, extinde din nou posibilitățile de proiectare mai departe decât înainte.

Indiferent dacă faceți parte din grupul care se luptă cu proiectarea ancorelor zile întregi sau vă bazați exclusiv pe experiență, dar apoi nu dormiți liniștit, citiți mai departe.

Uși spre noi posibilități

Dacă sunteți implicat în ancorarea structurilor, probabil că vă puteți gândi la câteva cazuri care v-au creat dificultăți. Iată câteva exemple pe care le-am identificat recent ca fiind foarte dificil de proiectat folosind doar practicile standard. Dar, cu ajutorul instrumentelor noastre IDEA StatiCa Connection și Detail, devine posibil să proiectați într-un interval de timp relativ rezonabil.

Figura 1: Ancorare multiplă într-un singur bloc de beton

• Ancorare lângă margine – Ancorarea aproape de margine este aproape imposibil de proiectat fără armătură, din cauza modului în care cedează betonul (cedarea prin con și altele). Evaluarea ancorării în beton armat este în sine laborioasă – consultați acest articol pentru mai multe detalii: Nu mai trebuie să vă luptați cu proiectarea ancorelor. Cu toate acestea, Detail (modul 3D) este conceput special pentru astfel de cazuri – beton armat. Prin adăugarea de armătură, putem preveni modurile de cedare care altfel ar apărea în beton simplu. În același timp, utilizarea unei metode avansate cu elemente finite (3D CSFM) și implementarea acesteia în Detail face ca o sarcină foarte complexă să devină relativ simplă.

Figura 2: Exemple de ancorare lângă o margine în Connection (inclusiv elemente metalice) și în Detail (inclusiv armătură)

• Ancorare multiplă apropiată – Problema pe care o avem cu ancorarea apropiată este că conurile interacționează între ele. Niciun ghid nu ne poate sfătui direct cum să evaluăm aceste cazuri. În literatura de specialitate utilizată în mod curent, fie că este vorba de EN sau de ghidul fib, găsim mai mult sau mai puțin doar condiții și limitări pe care le putem lua în considerare în mod conservativ. Acestea ne sfătuiesc pur și simplu să folosim distanțe care să ne permită să evaluăm conurile individual. Dar de îndată ce nu ne încadrăm în aceste condiții, suntem blocați. Cu toate acestea, în Detail, deoarece avem o metodă avansată bazată pe elemente finite, putem analiza comportamentul complex.

Figura 3: Ancorare multiplă într-un perete

• Ancorare multiplă în general (reazem de pod pe o fundație comună) – O situație tipică cauzată de încărcarea din vânt, în care un stâlp al unui reazem tip grindă cu zăbrele este solicitat la întindere, iar celălalt la compresiune. Există o interacțiune reciprocă între conul de beton din grupul de ancore solicitate la întindere și încărcarea de compresiune de la celălalt stâlp. Pentru un astfel de caz, Eurocodul nu oferă o soluție analitică satisfăcătoare, nu numai pentru că este în mod inerent necesar să se armeze fundația din beton, astfel încât trebuie utilizată o analiză mai avansată, cum ar fi Detail și CSFM 3D al acestuia.

Figura 4: Ancorarea unui pod pentru conducte, proiectat de FEVIA s.r.o

• Luarea în considerare a armăturii existente în cazul renovărilor – Orice renovare sau extindere poate reprezenta un alt exemplu interesant de utilizare a ancorării în Detail, deoarece, în mod ideal, armătura existentă este inclusă. 

Probleme care apar

Pe scurt:

Eurocodul specifică modurile de cedare atât la întindere, cât și la forfecare pentru ancore și beton:

Figura 5: Schema modurilor de cedare – Design of Steel-to-Concrete Joints Design Manual II

EN 1992-4 este dedicat în mod specific evaluării detaliate a betonului simplu. Majoritatea acestor cedări ale betonului pot fi prevenite prin adăugarea de armătură, care este chiar necesară în unele cazuri (a se vedea exemplele de mai sus). Cu toate acestea, standardul nu ne mai oferă îndrumări clare cu privire la modul de abordare a acestei situații.

O altă problemă apare atunci când conurile de beton interacționează între ele – Eurocodul și alte lucrări de specialitate (fib bulletin 58) oferă doar condiții pentru când și cum pot fi verificate aceste conuri separat.

Figura 6: CEB-FIB: Bulletin 58 – Design of anchorages in concrete (2011), cap. 1.2

Cunoaștem problemele care pot apărea în timpul proiectării, dar ce putem face în privința lor? Renunțăm sau...

...găsim o soluție.

Soluția 

Detail poate rezolva cazurile de mai sus foarte eficient. Permite evaluarea influenței armăturii asupra capacității portante și permite, de asemenea, evaluarea cazurilor neacoperite de standard. În combinație cu Connection, este posibil să se obțină verificări complete conform codului standard pentru toate tipurile de cedare. 

S-a scris deja mult despre ambele aplicații, dar cu siguranță nu strică să adăugăm o scurtă comparație și câteva resurse pentru o înțelegere mai profundă a metodelor:

• IDEA StatiCa Connection – axat pe evaluarea îmbinărilor metalice, inclusiv ancorarea în beton. Ancorele sunt evaluate conform formulelor empirice în conformitate cu standardul. Blocul de beton este modelat folosind schema „Winkler", astfel încât evaluarea posibilă este doar pentru beton simplu.
• IDEA StatiCa Detail – Modelul din Detail este bazat pe elemente finite, inclusiv armătura. Datorită ipotezei de bază că toată întinderea este preluată de armătură (în beton, întinderea este neglijată), soluția este potrivită doar pentru beton armat. Folosind 3D CSFM, obținem tensiunile din beton și armătură/ancore, care sunt evaluate cu valorile limită din Eurocode. În plus, obținem o imagine realistă a comportamentului structurii, cum ar fi fluxurile de tensiuni și deformațiile. Metoda 3D CSFM include efectele tensiunilor triaxiale. 

Figura 4: Comparație între Connection și Detail (date de intrare și modele)

Așa cum s-a menționat, o combinație a ambelor este necesară pentru o evaluare completă. Pentru un lucru eficient, este activat un import din Connection în Detail, inclusiv parametri și încărcări suplimentare. 

Pentru a înțelege metoda, puteți accesa Fundamentele Teoretice. Pentru a vă familiariza cu funcționalitățile, accesați Notele de lansare. 

Ce veți face?

Detail 3D (cu CSFM) reprezintă un pas semnificativ înainte, permițând proiectarea unor cazuri mai complexe cu încredere. Deși unii pot fi reticenți față de această evoluție, tehnologiile de care dispunem ne permit să realizăm mai mult ca niciodată – deci de ce să nu le valorificăm potențialul? Progresul este atât natural, cât și inevitabil.

La IDEA StatiCa, considerăm ancorarea ca fiind doar începutul. Este primul caz pe care l-am verificat complet și ne angajăm să ne extindem atenția și asupra altor provocări în viitor.

Întrebarea este: Vă veți adapta la aceste progrese sau veți rezista schimbării?