Progettate facilmente muri sotterranei con ETABS BIM Link

L'edificio si trova direttamente sopra una struttura sotterranea. Di conseguenza, alcuni pali che normalmente verrebbero installati sotto le colonne non possono essere costruiti. Per risolvere questo problema, gli ingegneri hanno proposto l'uso di pareti di trasferimento per sostenere le colonne interessate.

Tuttavia, la progettazione delle pareti di trasferimento è intrinsecamente complessa, soprattutto in presenza di aperture. Inoltre, per le strutture interrate, le considerazioni sullo stato limite di servizio (SLS), come il controllo dell'ampiezza delle fessure, sono più critiche, poiché queste strutture sono a contatto con il terreno e quindi più suscettibili a problemi di durabilità, compresa la corrosione. Metodi di progettazione ben consolidati, come il metodo dei puntoni e dei tiranti, affrontano principalmente i requisiti dello stato limite ultimo (ULS), ma non coprono adeguatamente il comportamento SLS.

Progettazione delle pareti di trasferimento

La progettazione delle pareti di trasferimento è un argomento complesso perché spesso si comportano come le regioni D, dove l'ipotesi di sezione piana non è valida, quindi non si possono utilizzare le normali formule empiriche presenti nei codici di progettazione. Ciò significa che la funzione di progettazione all'interno del software FEA globale, che spesso utilizza un'ipotesi di progettazione di travi o colonne, non è adatta a questo problema.

Nella parete mostrata sopra, gli ingegneri hanno due opzioni per progettare la parete. La prima è quella di utilizzare il metodo "strut-and-tie", anche se si tratta di un metodo valido e adatto, che comporta molto lavoro manuale e prove-errore, che potrebbero richiedere molto tempo. La seconda è quella di utilizzare un'approssimazione nel software FEA globale, valutando le sollecitazioni principali di trazione per determinare i requisiti di armatura e verificando che le sollecitazioni principali di compressione rimangano al di sotto della resistenza di progetto del calcestruzzo.

La seconda opzione sembra una scelta più pratica ed efficiente in termini di tempo, ma nasconde un pericolo.

IDEA StatiCa Dettaglio

IDEA StatiCa Detail utilizza il metodo CSFM (Compatible Stress Field Method), in grado di gestire con precisione sia le regioni B che le regioni D. Il Detail incorpora anche gli effetti del rammollimento a compressione nella sua analisi, utilizzando un fattore kc2, e fornisce quindi una valutazione più realistica e sicura della capacità dei puntoni in calcestruzzo.

IDEA StatiCa 25.1 consente di importare elementi di parete da ETABS a IDEA StatiCa Detail. Utilizzando questo collegamento BIM, gli ingegneri possono facilmente importare pareti da ETABS per un'analisi più approfondita in IDEA StatiCa Detail.

Di seguito è riportata la stessa parete importata da ETABS e analizzata in IDEA StatiCa Detail. Si può notare nell'angolo in alto a sinistra che, con l'armatura di base data, l'analisi ULS mostra un cedimento anche se le sollecitazioni di compressione sono simili (circa 17 MPa). Perché?

Questo cedimento ULS è causato dalla considerazione dell'effetto di addolcimento a compressione mediante il fattore kc2, che riduce la capacità del calcestruzzo di un fattore pari a 0,87. Quindi la capacità del calcestruzzo è ora, σc,lim = fcd x k2 = 20 x 0,87 = 17,4 Mpa. Ecco perché con 17 Mpa di sollecitazione di compressione, l'utilizzo (σc/σc,lim) è indicato come 99,5%. Che cos'è dunque questo effetto di ammorbidimento da compressione?

Addolcimento da compressione

Quando il calcestruzzo è sottoposto a una forte compressione, spesso subisce sollecitazioni di trazione in direzione perpendicolare, chiamate tensioni trasversali. In questo caso, iniziano a formarsi piccole fessure e il calcestruzzo diventa meno confinato e più debole in compressione. Questo effetto, noto come rammollimento a compressione, significa che il calcestruzzo fessurato non può sopportare la stessa forza di compressione del calcestruzzo non fessurato. Nel codice di progettazione, questo effetto viene considerato quando si progetta, ad esempio, una trave profonda. Nei puntoni e nei nodi delle travi profonde, si utilizza un fattore k nell'Eurocodice (o β nell'ACI) con valori diversi, a seconda della situazione, per ridurre la capacità massima di compressione del calcestruzzo a causa dell'effetto di rammollimento della compressione. Utilizzando IDEA StatiCa Detail, questo fattore di riduzione kc2 viene calcolato automaticamente in base alla condizione di sollecitazione effettiva.

La soluzione

La soluzione consiste nell'aggiungere un'armatura supplementare per alleviare una parte delle sollecitazioni di compressione del calcestruzzo. In questo modo, la parete di trasferimento può superare la verifica di progetto, come mostrato di seguito. Il requisito di aggiungere un'armatura di compressione aggiuntiva sarebbe altrimenti mancato se gli ingegneri non avessero usato IDEA StatiCa Detail.

Se non l'avete notato, nell'angolo in alto a sinistra, il risultato SLS, che include la limitazione delle sollecitazioni, la deflessione (con effetto a lungo termine) e l'ampiezza della fessura, viene considerato anche all'interno di IDEA StatiCa Detail. Il risultato SLS è qualcosa che gli altri due approcci sopra descritti non possono produrre.

Quindi, utilizzando IDEA StatiCa Detail, gli ingegneri possono essere pienamente informati su come si comporta la loro parete di trasferimento, non solo in ULS, ma anche in SLS.

Relazione

Una volta terminata la progettazione, gli ingegneri possono produrre una relazione completa con tutti i risultati dell'analisi da presentare. Inoltre, è possibile generare le distinte dei materiali per le armature ai fini della fabbricazione.

Conclusione

La progettazione di pareti di trasferimento richiede un'attenta considerazione delle complesse interazioni di sollecitazione che si verificano all'interno delle regioni D. Approcci semplificati o l'uso diretto dei risultati FEA globali possono trascurare effetti importanti come il rammollimento a compressione, portando a una sovrastima della capacità del calcestruzzo. Utilizzando IDEA StatiCa Detail e la sua analisi basata sul CSFM, gli ingegneri possono tenere conto di questi comportamenti non lineari in modo accurato, garantendo che i requisiti ULS e SLS siano verificati correttamente.

Risorse

• Esercitazione per il collegamento da ETABS al dettaglio BIM