Fondazioni CA

Description

Modellazione del terreno per i pali
In zona sismica per la valutazione delle sollecitazioni e degli spostamenti dei pali devono tener conto della dipendenza della rigidezza del terreno dallo stato tensionale e deformativo. Il pratico conseguimento di tale direttiva può essere ottenuto utilizzando un valore secante opportunamente ridotto del modulo elastico del terreno o, più propriamente, utilizzando un modello non lineare del terreno.
Nel programma l’interazione palo-terreno può essere modellata sia considerando il terreno come un mezzo elastico continuo ed omogeneo (Poulos-Randolph), sia come un mezzo alla Winkler con molle lineari o non lineari con la possibilità di scelta tra più legami costitutivi (curve p-y per l’interazione trasversale e curve di trasferimento t-z per quella assiale) da assegnare a terreni stratificati. In particolare sono previsti i seguenti modelli non lineari applicabili a terreni sia coerenti che incoerenti:
> Modello iperbolico (Carter)
> Modello parabolico (Matlock)
> Modello elasto-plastico
E’ previsto (in separata finestra di servizio) il calcolo approssimato del momento flettente cinematico in terreno a due strati (Gazetas 1997). Il momento così calcolato va sommato, nei casi in cui sia esplicitamente richiesto dalle norme, a quello presente nel palo sia nel tratto a cavallo dell’interfaccia tra i due strati sia nel tratto all’attacco con la testata.

La risoluzione della struttura avviene mediante discretizzazione automatica di tutti gli elementi resistenti sulla base di una prefissata dimensione media della mesh.
E’ inoltre possibile assegnare offset rigidi ai nodi di estremità delle travi per tenere conto di eventuali eccentricità rispetto ai nodi e/o per modellare i tratti delle travi che ricadono all’interno dei pilastri.

Opzionalmente possono essere calcolati automaticamente gli effetti dell’interazione per i pali in gruppo in riferimento ai carichi trasversali (la nuova normativa sismica ne prescrive esplicitamente la valutazione).
Il progetto e la verifica della resistenza delle sezioni delle travi, delle piastre e dei pali e dei plinti viene svolto agli stati limite ultimi con riferimento alle combinazioni non sismiche, allo stato limite di prima plasticizzazione per le resistenze flettenti con riferimento alle combinazioni sismiche. Le combinazioni di esercizio vengono calcolate, come di consueto, mediante diagrammi lineari delle tensioni.
Per le platee, i plinti superficiali e le travi continue (anche appartenenti a graticci) è prevista, inoltre, la progettazione delle armature con possibilità di modifiche interattive da parte dell’utente e la creazione di file in formato *.dxf per consentire l’esportazione dei grafici generati dal programma in qualunque programma CAD.

Travi continue
Possono essere generate come modello predefinito autonomo o come serie consecutiva di travi all’interno di un graticcio di travi. Le singole campate possono essere costituite sia come travi prive di contatto col terreno che come travi su suolo elastico alla Winkler.
Il suolo viene modellato a mezzo di molle elastiche concentrate applicate in corrispondenza dei nodi generati dalla discretizzazione automatica delle travi.
Gli appoggi (nodi principali del modello) delle travi possono anche essere costituiti da pali (o da plinti su pali) di fondazione (le cui caratteristiche geometriche e geotecniche vanno definite in appositi archivi del programma). Detti pali (o plinti su pali) vengono considerati collegati alla trave con vincolo di continuità alla traslazione ed alla rotazione.
Ognuna delle travi può avere forma rettangolare a T, doppio T ad L, a doppio T con ali diseguali, circolare per i pali e generica (per dati). I tratti di estremità delle travi ricadenti all’interno delle sezioni dei pilastri possono essere modellati mediante la definizione automatica o numerica di conci rigidi (offset). Possono allo stesso modo essere modellate eventuali eccentricità delle travi rispetto ai nodi di appoggio.
Sono ammessi carichi distribuiti costanti e linearmente variabili. Qualsiasi nodo può essere vincolato o caricato secondo la direzione traslatoria verticale e quelle rotatorie intorno agli assi X ed Y del riferimento generale in pianta.
Vanno sempre definite condizioni di carico e combinazioni di carico ed i relativi fattori di combinazione. Le combinazioni degli sforzi agenti sui nodi di tipo non sismico e di esercizio non sismico devono essere ordinate in modo da precedere le combinazioni sismiche.

Pali e micropali di fondazione
Pali in c.a. e micropali in c.a. o in tubolare d’acciaio possono essere calcolati sia isolatamente che in gruppo collegati con vincolo di continuità o di cerniera sferica a qualsivoglia graticcio di travi, piastra o plinto rettangolare predefinito. L’asse longitudinale dei singoli pali può essere inclinato a piacere rispetto alla verticale. Lo spessore di solito non trascurabile della testata di collegamento del palo può essere modellato automaticamente dal programma mediante un concio rigido che collega la sezione di attacco del palo all’intradosso della testata con il nodo di riferimento del palo posto di norma sull’estradosso della testata. A partire da un comportamento elastico lineare del palo il programma prevede la scelta tra più modelli di interazione palo-terreno di tipo lineare e non lineare:
– terreno modellato come un mezzo omogeneo continuo a comportamento elastico lineare con soluzione dell’equazione integro-differenziale di Midlin approssimata mediante lo studio parametrico di M.F. Randolph
– terreno schematizzato come molle alla Winkler lineari o non lineari agenti trasversalmente ed assialmente all’asse del palo le cui reazioni vengono applicate ai nodi di discretizzazione ad elementi finiti delle aste in cui viene suddiviso il palo
La schematizzazione mediante molle non lineari consente di cogliere meglio sia il comportamento spiccatamente non lineare dell’interazione, sia la variabilità delle caratteristiche del terreno con la profondità (terreno stratificato). A tal fine nel programma sono implementate curve di interazione p-y (per deformazioni trasversali) di tipo iperbolico, parabolico (Matlock) ed elasto-plastico. Per le deformazioni assiali sono previste curve non lineari di tipo t-z valide lungo il fusto e curve q-b relative al comportamento in corrispondenza della punta del palo.
Per i pali in c.a. vengono progettate e rappresentate graficamente le armature longitudinali e trasversali sulla base di un apposito elenco di opzioni.
L’impalcato in cui sono disposte le teste dei pali può essere calcolato estensionalmente rigido (caso delle platee su pali) o deformabile estensionalmente (caso di plinti su pali molto distanti o con travi di collegamento non sufficientemente rigide nel piano orizzontale). In zona sismica è opportuno realizzare sempre un efficace collegamento estensionale nel piano orizzontale della fondazione per meglio ripartire le azioni orizzontali e poter, in tal modo, assegnare il piano come rigido nei dati del modello di calcolo,.
Il programma considera i pali collegati con vincolo di continuità alle travi ed ai campi in corrispondenza dei nodi, per cui, lo schema complessivo di calcolo è sempre quello di un telaio tridimensionale ad un piano a nodi spostabili in cui i ritti (anche inclinati rispetto alla verticale) sono costituiti dai pali e l’orizzontamento da travi e campi di piastra. Come conseguenza i carichi orizzontali trasmessi dalla sovrastruttura al suddetto telaio risultano ripartititi tra i pali assegnati sia in funzione delle rigidezze alla traslazione orizzontale e rotazionale dei pali che delle rigidezze delle travi, dei plinti e dei campi collegati ai pali.

Graticci di travi
Sono costituiti da un generico insieme di travi comunque disposte nel piano dell’impalcato. Le travi possono essere modellate sia come travi non in contatto col terreno che come travi su suolo elastico alla Winkler. Le caratteristiche delle sezioni delle travi e dei carichi ad esse applicati sono quelle illustrate per le travi continue. L’eventuale eccentricità dell’asse delle travi rispetto ai due nodi di estremità può essere modellata mediante conci rigidi (offsets dei nodi). I nodi di intersezione delle travi possono essere sedi di vincoli fissi o elastici o di carichi concentrati provenienti da pilastri o altro (carico verticale e coppie nelle due direzioni X,Y del riferimento). Nel calcolo può anche considerata sia la possibile fessurazione a flessione e taglio con conseguente riduzione delle connesse rigidezze. Anche la rigidezza a torsione va ridotta a mezzo di apposito fattore posto per default al 10% della rigidezza torsionale non fessurata (il Model Code 90 consiglia bassi valori sia per tener conto della forte riduzione della resistenza a torsione in presenza di fessurazione sia per il fatto che nella maggior parte dei casi la torsione è una sollecitazione secondaria).

Le uscite del programma comprendono i grafici della deformata, dei diagrammi degli sforzi (flettenti, torcenti, taglianti) ed il progetto e la verifica delle armature in tutte le sezioni di discretizzazione delle travi.
Le travate continue all’interno del graticcio di fondazione vengono armate a flessione, taglio e torsione con le stesse modalità esposte nella descrizione delle travi continue.
Le modifiche apportate (mediante l’editor numerico o nella finestra delle opzioni) alle armature longitudinali possono essere oggetto di nuova verifica interattiva. Il grafico delle armature è esportabile in formato *.dxf.

Platee di fondazione
Il programma schematizza una platea di fondazione di forma generica a partire da un opportuna suddivisione della sua superficie in campi quadrilateri che, nella successiva fase di calcolo, vengono automaticamente discretizzati in elementi finiti quadrilateri nei cui nodi vengono valutati gli sforzi di piastra e le armature a maglie ortogonali supposte orientate nella stessa direzione degli assi generali di riferimento.
Il terreno viene schematizzato mediante molle verticali indipendenti (comportamento alla Winkler) applicate, in maniera automatica, nei nodi degli elementi finiti.
Nei vertici dei campi di piastra possono essere inseriti vincoli fissi ed elastici o applicati carichi concentrati.
Lungo i lati dei campi possono essere assegnati vincoli fissi, carichi e coppie distribuite con intensità costante o linearmente variabile.
In ognuno dei lati dei campi (anche appartenente a due campi contigui) può essere inserita una trave che viene, in tal caso, resa continua con la platea o la piastra negli stessi nodi in cui viene discretizzato il lato dei campi in cui inserita. Ciò consente la modellazione ed il calcolo di platee nervate di fondazione (o anche di piastre nervate in elevazione). Il programma formula una proposta di armatura relativa all’intera platea prevedendo zone di raffittimento in corrispondenza dei pilastri. E’ possibile variare passo e diametro delle armature e riverificare interattivamente la nuova disposizione. Il grafico delle armature è esportabile in formato *.dxf. Oltre alle verifiche flessionali sono previste anche quelle a punzonamento in corrispondenza dei pilastri.

Plinti superficiali
Sono previsti a pianta rettangolare e sezione costante ed indeformabile. L’interazione col terreno è modellata secondo il consueto schema alla Winkler mediante l’assegnazione ad ogni tipologia di plinto di una opportuna costante di sottofondo. I plinti vanno riferiti ai nodi del generico schema planimetrico che, in questo caso, rappresentano i baricentri dei pilastri da caratterizzare mediante la loro sezione ed i carichi concentrati (carico verticale, coppie e tagli nelle due direzioni X,Y del riferimento) che essi trasmettono sull’estradosso del plinto.
I plinti assegnati possono essere isolati o collegati tra loro mediante travi (su suolo elastico o meno) vincolate agli stessi nodi cui sono riferiti i plinti. In quest’ultimo caso le pressioni esercitate dai plinti sul terreno non dipendono solo dai carichi direttamente applicati ai plinti ma anche dalle rigidezze degli altri plinti e delle travi di collegamento assegnate.
Le armature dei plinti nelle due direzioni vengono calcolate sulla base degli sforzi flettenti e di taglio trasmessi dal prisma delle reazioni del terreno; tali sforzi vengono valutati nelle sezioni dei plinti a filo dei pilastri. Ad ognuno dei plinti può essere, inoltre, assegnato un bicchiere per l’alloggiamento di pilastri prefabbricati a sezione rettangolare.

Graticci su pali
I graticci di fondazione su pali si differenziano da quelli superficiali su terreno alla Winkler per la circostanza che per le travi va esclusa la reazione del terreno per espressa disposizione normativa (§ 7.2.1 “deve essere evitato l’uso contestuale di fondazioni su pali con fondazioni superficiali”) per cui tutti i carichi orizzontali e verticali trasmessi alla fondazione vanno affidati ai soli pali. I pali vanno assegnati in corrispondenza dei nodi di estremità delle travi. I pali sono considerati sempre centrati nel nodo di appartenenza a differenza delle travi che possono essere eccentriche rispetto ai due nodi di estremità. Le travate continue all’interno del graticcio vengono armate a flessione, taglio e torsione con le stesse modalità esposte nella descrizione delle travi continue. Le modifiche apportate (mediante l’editor numerico) alle armature longitudinali possono essere oggetto di nuova verifica.

Platee su pali
Le platee di fondazione su pali si differenziano da quelle superficiali su terreno alla Winkler per la circostanza che per i campi di piastra va esclusa la reazione del terreno per espressa disposizione normativa (tutti i carichi orizzontali e verticali agenti sulla fondazione vanno affidati ai soli pali). Nel modello di calcolo i pali possono essere assegnati solo in corrispondenza dei nodi posti nei vertici dei campi di piastra; la suddivisione della platea in campi va, pertanto, effettuata sulla base della voluta disposizione dei pali. Possono inoltre essere previste nervature di irrigidimento lungo i lati dei campi assegnando travi di norma rettangolari che vengono considerate congruenti con i campi adiacenti al lato in cui esse siano inserite. La ripartizione delle azioni orizzontali e verticali agenti sulla platea viene effettuata tenendo conto delle rigidezze dei pali e della platea. Tale riduzione delle rigidezze viene effettuata col metodo dei moltiplicatori riduttivi delle curve p-y (lineari e non lineari) secondo le curve sperimentali proposte da R.L.Mokwa.

Plinti su pali
Per i plinti rettangolari su 2, 4, 5, 6, 8 e 9 pali di uso corrente è prevista la generazione automatica di un apposito modello predefinito che consente sia il calcolo che la rappresentazione grafica della geometria e delle armature progettate per il plinto, i pali e per l’eventuale bicchiere in c.a. destinato all’alloggiamento del pilastro prefabbricato. Il modello predefinito è costituito da un graticcio elastico equivalente di 12 travi che collegano con vincolo di continuità il pilastro ai pali. Non vengono, cioè, utilizzate nel programma le schematizzazioni semplificate dei plinti ‘alti’ su pali costituite da puntoni inclinati e tiranti, ampiamente assunti in letteratura ed in molti programmi di calcolo. Tali schemi sono accettabili solo quando il plinto è soggetto ad un solo carico verticale trasmesso da un pilastro centrato rispetto ai pali: in presenza di forti coppie trasmesse dal pilastro al plinto (calcolo sismico) o nel caso di pilastri eccentrici o con sezione allungata (setti e pareti di taglio) i tralicci ideali resistenti andrebbero ridefiniti secondo schemi variabili a seconda della direzione della coppia applicata, della geometria del pilastro e del plinto, rendendo incerti o non più ‘semplificati’ i suddetti schemi di calcolo reticolare.
Si è assunto pertanto (sia per i plinti ‘alti’ che per quelli meno rigidi) il suddetto schema semplificato di tipo flessionale che tiene conto, sia pure in maniera approssimata, della deformabilità a taglio e flessione del plinto, delle dimensioni effettive del pilastro e del vincolo di continuità con i pali.

Input
L’input dei dati geometrici può essere svolto sia da tastiera sia mediante importazione da file *.dxf della disposizione dei pilastri e delle linee (fili fissi) che individuano la posizione dei vari elementi strutturali. Facile creazione del modello attraverso numerose funzioni grafiche acceleratrici.

Archivi
È possibile personalizzare gli Archivi di Progetto: materiali, sezione travi, platee, pali di fondazione, plinti, solai, con lo scopo di renderli più adatti alle proprie esigenze.

Calcolo
Il calcolo si sviluppa risolvendo un telaio tridimensionale (ed eventuale platea di fondazione) con il metodo degli elementi finiti.

Dimensionamento e Verifica degli Elementi strutturali a flessione semplice e composta (anche deviata), taglio e torsione, progetto di resistenza delle armature e delle staffe con il Metodo agli Stati Limite Ultimi per le combinazioni non sismiche. Per tutte le combinazioni sismiche le verifiche a flessione semplice e composta vengono, invece, effettuate allo stato limite di prima plasticizzazione (§4.1.2.3.4.1 NTC 2018). Ciò è previsto dalle nuove norme che impongono in fase sismica un comportamento sostanzialmente elastico di tutte le strutture di fondazione.

Tipologie Strutturali di Fondazione – Graticci di travi su suolo elastico alla Winkler, Plinti superficiali (anche a bicchiere) su suolo elastico collegati tra loro da travi semplici o alla Winkler, Platee su suolo elastico semplici e nervate, Pali e micropali anche inclinati, Plinti su pali (predefiniti da 1 a 9 pali), Platee semplici o nervate su pali.

Per ogni combinazione di carico vengono visualizzati:
gli spostamenti dei nodi e le reazioni nei nodi vincolati; gli sforzi nelle travi, nei pali, nei plinti e nella platea. Le armature di di travi, pali, plinti e platee vengono organizzate nei corrispondenti contesti previsti (accessibili da appositi comandi nella barra principale dell’applicazione) in cui vengono fornite i grafici esecutivi e le verifiche dettagliate finali sezione per sezione. Il programma, in accordo alle attuali disposizioni, considera tutte le combinazioni di carico nei riguardi di tutti gli Stati Limite prima elencati.

Output e Visualizzazione 3D dei risultati
Relazioni conformi al Cap. 10 delle NTC 2018.
Stampa in formato *.doc di tutti gli sforzi e le verifiche degli elementi strutturali calcolati.
Creazione di file in formato *.dxf dei disegni esecutivi delle armature degli vari elementi strutturali costituenti la fondazione.
Effettuato il calcolo è possibile visualizzare anche in 3D i risultati dell’elaborazione compresi i diagrammi delle sollecitazioni e degli spostamenti di tutti gli elementi strutturali per ogni combinazione di carico.