Un approccio diffuso e consolidato quando si tratta di calcolare una connessione tra acciaio e calcestruzzo presuppone che la piastra di ancoraggio resti piana ed elastica sotto l’azione delle sollecitazioni. Molto probabilmente questo è quello che hai considerato in alcuni progetti precedenti. Come molte altre ipotesi, anche questa deve essere confermata.

Questo articolo prende ispirazione dalla documentazione tecnica pubblicata su Stahlbau (alla fine di questo articolo potrai scaricare il documento):

Fitz, M. , Appl, J. and Geibig, O. (2018), Wirklichkeitsnahe und vollständige Bemessung von Ankerplatten einschließlich der Befestigungsmittel – neue Bemessungssoftware auf Basis wirklichkeitsnaher Annahmen. Stahlbau, 87: 1179–1186. doi:10.1002/stab.201800036.

Cosa significa piastra di base rigida?

Nel comportamento teorico della piastra di ancoraggio rigida, la distribuzione del carico è semplificata assumendo che la piastra stessa non si deformi in analogia alla teoria di Eulero-Bernoulli. Le deformazioni sono distribuite linearmente attraverso la sezione trasversale della piastra di ancoraggio.

In questa ipotesi, le distribuzioni di carico su piastra e ancoranti sono determinate come illustrato nella figura seguente:

Reazioni nella connessione a causa del momento flettente,

carichi di trazione e compressione su una piastra rigida

Questa teoria semplificata è ben accettata dagli ingegneri civili, principalmente perché può dimostrare che la sezione trasversale non si deforma per elementi di travi con dimensioni di sezione ridotta rispetto all'estensione longitudinale. Questo non è sempre vero per una piastra di ancoraggio in acciaio, dove la dimensione longitudinale è rappresentata dallo spessore della piastra.

Descriviamo il problema osservando le tre principali conseguenze nel considerare la piastra rigida quando in realtà non lo è.

Conseguenza 1: Carichi più elevati sugli ancoranti e maggiori sollecitazioni sul calcestruzzo

Se, contrariamente all'ipotesi, viene utilizzata una piastra di ancoraggio flessibile, ciò può portare ad una riduzione del braccio di leva delle forze interne e quindi a carichi più elevati sulla piastra, a seconda della rigidezza. Gli angoli della piastra possono comprimersi contro il calcestruzzo, introducendo ulteriori forze di leva che, a loro volta, portano ad un aumento della forza di trazione sugli ancoranti:

La riduzione del braccio di leva in una piastra non rigida

comporta una sollecitazione maggiore sugli ancoranti

e compressione sul calcestruzzo

Queste forze di leva possono verificarsi anche quando la piastra flessibile è sottoposta principalmente a carichi di trazione. In questo caso le deformazioni della piastra possono portare ad un significativo sovraccarico degli ancoranti, portandoli a rottura:

In una piastra rigida o flessibile soggetta a trazione, le forze di leva

sono equilibrate da sollecitazioni maggiori sugli ancoranti

Inoltre, nel caso di una piastra non rigida sottoposta prevalentemente a compressione, le sollecitazioni sul calcestruzzo sotto la piastra potrebbero risultare maggiori rispetto a quelle calcolate nelle ipotesi di piastra rigida:

Nelle piastre rigidi o flessibili sottoposte a compressione,

varia la distribuzione delle sollecitazioni su calcestruzzo

Conseguenza 2: Non conformità ai codici di calcolo dell’ancoraggio

Nel codice di calcolo di riferimento per gli ancoranti post-installati, il recentissimo Eurocodice 2 parte 4, le equazioni di resistenza per un gruppo di ancoranti si basano solo su ipotesi di piastra di ancoraggio rigida. Pertanto, utilizzando le formule fornite da queste linee guida nel caso di piastre di ancoraggio flessibili, il calcolo dell'ancoraggio può portare a risultati inaccurati. Per questo motivo, all'interno del disclaimer del software PROFIS Anchor, è esplicitamente richiesto il controllo dell’effettiva rigidezza della piastra.

Conseguenza 3: Sottostima della deformata agli SLE

Le piastre base di ancoraggio non rigide portano ad avere deformazioni maggiori rispetto alle piastre rigide. Considerando una mensola, una piastra non rigida, a causa delle maggiori rotazioni, sarà sottoposta ad uno spostamento maggiore:

Spostamenti per una mensola nel caso di piastra rigida e non rigida

La soluzione

Ora dovrebbe essere chiaro che valutare la rigidezza della piastra è fondamentale per la sicurezza dell’applicazione. Nonostante questo, non sono disponibili regole chiare in letteratura su come convalidare correttamente questo requisito. Pertanto, questo passaggio è generalmente omesso oppure vengono fatte delle valutazioni qualitative (es. “la piastra è sufficientemente spessa”).

È piuttosto semplice trovare la soluzione a questo problema. Tramite un'analisi agli elementi finiti (FEM) si può valutare realisticamente la rigidezza della piastra di ancoraggio e garantire una progettazione adeguata per l’intera connessione.

Grazie al nuovo PROFIS Engineering è possibile tenere in considerazione il reale comportamento di una piastra di base. La versione gratuita del software, PROFIS Engineering Standard, permette di valutare la rigidezza della piastra, come previsto da EC2-4, in pochi secondi.

E' disponibile inoltre la versione avanzata del software, PROFIS Engineering Premium, che permette la verifica puntuale di tutti possibile eseguire una verifica puntuale su tutti gli elementi della connessione (piastra, profilo, saldature, irrigidimenti, calcestruzzo e ancoraggio) utilizzando il metodo CBFEM agli elementi finiti.

Potete consultare l'articolo tecnico Stahlbau a questo link oppure ottenere il nuovo PROFIS Engineering a questo link.

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