Più precompressione non significa sempre maggiore resistenza!

Come probabilmente sapete, la verifica normativa allo Stato Limite Ultimo indica quanta sollecitazione una struttura può sopportare prima del collasso. È valido che gli effetti del carico siano resistiti da una coppia di forze interne su un braccio della leva.

Non importa se si tratta di calcestruzzo precompresso o armato. Con la stessa quantità di acciaio con la stessa resistenza allo snervamento, le strutture precompresse e quelle armate sopportano lo stesso carico prima di raggiungere la capacità portante. La tensione di compressione aggiuntiva nel calcestruzzo precompresso non aiuta la struttura a resistere per un periodo più lungo. Quindi di cosa si parla tanto?

Approfondiamo

Con la precompressione, aggiungiamo tensione di compressione al calcestruzzo, modificando significativamente il comportamento del materiale. La formazione delle fessure è ritardata poiché la riserva di tensione resiste al primo carico. Con ulteriori incrementi di carico, il calcestruzzo raggiunge uno stato di decompressione. Successivamente, il calcestruzzo resiste alla trazione fino al superamento della resistenza a trazione.

La formazione delle fessure si verifica quindi molto più tardi rispetto al calcestruzzo armato. Inoltre, lo sviluppo delle fessure è più lento per lo stesso carico e con ampiezze di fessura minori nel calcestruzzo precompresso. Questo è importante a causa della corrosione dell'armatura. Ma è anche correlato alla rigidezza della struttura. Una maggiore rigidezza delle strutture precompresse porta a deformazioni minori.

Nella figura seguente è possibile vedere un confronto teorico degli elementi precompressi e armati caricati da una forza di trazione assiale esterna. Si supponga che i trefoli in acciaio e l'armatura siano dello stesso acciaio con la stessa resistenza allo snervamento. Anche la quantità corrisponde. L'unica differenza è che i trefoli sono tesi.

• Stato 1 - Viene applicato il primo incremento di carico. Il calcestruzzo precompresso utilizza la riserva di tensione. Anche il calcestruzzo armato resiste fino al superamento della resistenza a trazione. 
• Stato 2 - Una volta superata la resistenza a trazione nel calcestruzzo armato, si formano le fessure. A quel punto, lo sfruttamento dell'armatura aumenta, insieme alla deformazione. Nel calcestruzzo precompresso, invece, la riserva di tensione contrasta ancora gli effetti.
• Stato 3 - Una volta superata la resistenza a trazione nel calcestruzzo precompresso, si formano le fessure. A quel punto, lo sfruttamento dell'armatura aumenta, insieme alla deformazione, come nel calcestruzzo armato.
• Stato 4 - Viene superata la resistenza allo snervamento dell'acciaio.

Ciò implica che teoricamente si raggiungerebbe il collasso simultaneamente per entrambe le strutture. In altre parole, la tensione di compressione aggiuntiva non influisce sulle verifiche normative allo SLU.

Al contrario, fessure e deformazioni significative si verificherebbero molto prima con lo stesso carico nella struttura armata rispetto a quella precompressa. Pertanto, il progetto non soddisferebbe le verifiche allo Stato Limite di Esercizio.

È giusto menzionare anche che, oltre ai vantaggi sopra citati del calcestruzzo precompresso, possiamo influenzare la distribuzione delle forze interne attraverso la posizione degli elementi precompressi. Questo è ampiamente utilizzato nel caso di strutture post-tese.

La teoria nella pratica

Verifichiamo come la logica corrisponde ai risultati nell'applicazione IDEA StatiCa. Osserveremo due esempi in IDEA StatiCa Detail. Il primo esempio è la trave pre-tesa, e il secondo è identico ad eccezione della precompressione.

A differenza del caso teorico, l'elemento è ora caricato anche da un momento flettente. Si osserverebbe una deformazione molto maggiore appena prima del collasso. Per il resto, il principio dovrebbe rimanere lo stesso.

IDEA StatiCa Detail

La figura seguente mostra lo sfruttamento del calcestruzzo, dell'armatura e dei trefoli. Entrambe le strutture possono trasferire il carico applicato. Come previsto, le verifiche allo SLU, anche per la trave armata, sono state superate con uno sfruttamento simile. 

Una differenza significativa si riscontra nelle verifiche allo SLE.

Le fessure sono più sviluppate nel calcestruzzo armato e, come affermato in precedenza, ciò influisce sulla rigidezza delle strutture e, quindi, sulla deformazione.

Perché è importante saperlo? 

È essenziale sottolineare che questo è un esempio teorico. Nell'uso pratico, non sarebbe possibile armare l'elemento con armatura delle stesse proprietà. Inoltre, non avrebbe funzionato a causa dei criteri di Esercizio. Quindi perché è importante?

Una corretta comprensione del comportamento del calcestruzzo precompresso ne semplifica l'utilizzo. È fondamentale essere in grado di decidere se è meglio aggiungere forza di precompressione o più trefoli precompressi/tendini di post-tensione. Oppure modificare il progetto.

Con le giuste conoscenze, la precompressione ci consente di superare distanze maggiori utilizzando meno materiale e con forme più eleganti. Sia nell'ingegneria civile, nel caso dei ponti (principalmente progetti in calcestruzzo post-teso), sia nell'ingegneria strutturale, nel caso di travi pre-tese e solette post-tese.

Quale applicazione è adatta per il progetto della precompressione?

Per progettare elementi precompressi generali (pre- o post-tesi), è possibile utilizzare l'applicazione Beam di IDEA StatiCa. Fornisce la soluzione, incluse le fasi costruttive e il calcolo delle perdite.

Raccomandiamo di utilizzare l'applicazione Detail di IDEA StatiCa e non solo per le regioni di discontinuità.