Progetta facilmente pareti di trasferimento interrate utilizzando il BIM Link di ETABS

L'edificio è situato direttamente sopra una struttura interrata. Di conseguenza, alcuni pali che normalmente verrebbero installati sotto le colonne non possono essere realizzati. Per risolvere questo problema, gli ingegneri hanno proposto l'utilizzo di pareti di trasferimento per sostenere le colonne interessate.

Tuttavia, la progettazione delle pareti di trasferimento è intrinsecamente complessa, in particolare quando sono presenti aperture. Inoltre, per le strutture interrate, le considerazioni relative allo stato limite di esercizio (SLE), 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, tra cui la corrosione. I metodi di progettazione consolidati, come il metodo Puntone-e-tirante, affrontano principalmente i requisiti dello stato limite ultimo (SLU) ma non coprono adeguatamente il comportamento allo SLE.

Progettazione della parete di trasferimento

La progettazione della parete di trasferimento è un argomento complesso perché spesso si comporta come regioni D, dove l'ipotesi di sezione piana non è valida, pertanto le normali formule empiriche presenti nelle norme di progettazione non possono essere utilizzate. Ciò significa che la funzione di progettazione nei software FEA globali, che spesso utilizza un'ipotesi di progettazione a trave o colonna, non è adatta a questo problema.

Per la parete mostrata sopra, gli ingegneri dispongono di due opzioni per la progettazione. La prima consiste nell'utilizzare il metodo Puntone-e-tirante: sebbene sia un metodo valido e appropriato, richiede molto lavoro manuale e tentativi iterativi, il che può risultare dispendioso in termini di tempo. La seconda consiste nell'utilizzare un'approssimazione nel software FEA globale, valutando le tensioni principali di trazione per determinare i requisiti di armatura e verificando che le tensioni 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 Detail

IDEA StatiCa Detail utilizza il CSFM (Metodo del Campo di Tensioni Compatibile), in grado di gestire con precisione sia le regioni B che le regioni D. Detail incorpora inoltre gli effetti di ammorbidimento a compressione nella propria analisi tramite un fattore kc2, fornendo così una valutazione più realistica e sicura della capacità del puntone compresso in calcestruzzo.

IDEA StatiCa 25.1 consente l'importazione degli elementi parete da ETABS in IDEA StatiCa Detail. Sfruttando questo BIM Link, gli ingegneri possono importare facilmente le pareti da ETABS per un'analisi più approfondita in IDEA StatiCa Detail.

Di seguito è mostrata 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 fornita, l'analisi SLU mostra un collasso anche se le tensioni di compressione sono simili (circa 17 MPa). Perché?

Questo collasso allo SLU è causato dalla considerazione dell'effetto di ammorbidimento a compressione tramite il fattore kc2, che riduce la capacità del calcestruzzo di un fattore pari a 0,87. Pertanto la capacità del calcestruzzo diventa: σc,lim = fcd x k2 = 20 x 0,87 = 17,4 MPa. Ecco perché, con una tensione di compressione di 17 MPa, lo sfruttamento (σc/σc,lim) risulta pari al 99,5%. Ma cos'è questo effetto di ammorbidimento a compressione?

Ammorbidimento a compressione

Quando il calcestruzzo è sottoposto a forte compressione, spesso subisce deformazioni di trazione nella direzione perpendicolare, fenomeno noto come trazione trasversale. Quando ciò accade, si formano microfessure e il calcestruzzo diventa meno confinato e più debole a compressione. Questo effetto, noto come ammorbidimento a compressione, implica che il calcestruzzo fessurato non è in grado di sopportare la stessa forza di compressione del calcestruzzo non fessurato. Nelle norme di progettazione, questo effetto viene considerato nella progettazione di, ad esempio, una trave alta. Nei puntoni e nei nodi delle travi alte, un fattore k nell'Eurocode (o β nell'ACI), con valori diversi a seconda della situazione, viene utilizzato per ridurre la capacità massima a compressione del calcestruzzo a causa dell'effetto di ammorbidimento a compressione. Utilizzando IDEA StatiCa Detail, questo fattore di riduzione kc2 viene calcolato automaticamente in base alle condizioni di tensione effettive.

La soluzione

La soluzione consiste nell'aggiungere armatura aggiuntiva per ridurre parte della tensione di compressione nel calcestruzzo. In questo modo, la parete di trasferimento può superare la verifica normativa come mostrato di seguito. La necessità di aggiungere armatura compressa aggiuntiva sarebbe altrimenti trascurata se gli ingegneri non utilizzassero IDEA StatiCa Detail.

Se non lo si è notato, nell'angolo in alto a sinistra viene considerato anche il risultato SLE, che include la limitazione delle tensioni, la freccia (con effetto a lungo termine) e l'ampiezza delle fessure, all'interno di IDEA StatiCa Detail. Il risultato SLE è qualcosa che i due approcci descritti in precedenza non sono in grado di fornire. 

Pertanto, utilizzando IDEA StatiCa Detail, gli ingegneri possono essere pienamente informati sul comportamento della propria parete di trasferimento, non solo allo SLU, ma anche allo SLE.

Relazione di calcolo

Una volta completata la progettazione, gli ingegneri possono produrre una relazione di calcolo completa che mostra tutti i risultati dell'analisi per la presentazione. Inoltre, è possibile generare anche il computo dei materiali per le armature a fini di produzione.

Conclusioni

La progettazione delle pareti di trasferimento richiede un'attenta considerazione delle complesse interazioni di tensione che si verificano nelle regioni D. Approcci semplificati o l'utilizzo diretto dei risultati FEA globali possono trascurare effetti importanti come l'ammorbidimento 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 sia allo SLU che allo SLE siano correttamente verificati.

Risorse

• Tutorial per il BIM Link da ETABS a Detail