I programmi calcolano le strutture senza armature? Perchè?

Giovanni2

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Ciao a tutti
avrei una domanda da studente.

Perchè con i programmi si calcolano le strutture in calcestruzzo senza le armature?
Dopo il calcolo si valutano le deformazioni e le sollecitazioni e solo dopo in fase di verifica si inseriscono le armature.

Così facendo gli spostamenti e le sollecitazioni non sono reali.
In quanto, in fase di elaborazione, non si considera la capacità a trazione e compressione dell'acciaio.
O sbaglio?

Sarebbe più corretto che i programmi di calcolo permettessero di inserire le armature di progetto e verificare le deformazioni e le sollecitazioni.
 
Il mio intervento non servirà a rispondere alla tua domanda, è la stessa che mi faccio sempre... io utilizzerei un'area, un momento d'inerzia e delle grandezze statiche omogenizzate e riferite al cemento piuttosto che all'acciaio...
 
Ottima osservazione. Se riesco a ritrovare il mio vecchio testo di scienza delle costruzioni dell'università ti faccio la scansione della prefazione.
Si preferisce separare la fase dell'analisi da quella delle verifiche per un semplice motivo: il peso computazionale.
Si possono fare alcune considerazioni: il calcolo con le effettive armature fa perdere la linearità della soluzione (quindi non posso più sovrapporre gli effetti), si complica l'analisi e si perde l'unicità della soluzione (adesso dipende dalla storia di carico).
Attenzione però, le armature incidono molto poco in realtà sul calcolo (perché sono dell'ordine del 1%). Il calcolo a sezioni interamente reagenti porta a distribuzioni delle sollecitazioni molto prossime a quelle che si avrebbero considerando la parzializzazione perché le armature sostituiscono le zone tese.
Nel complesso le differenze sono, in genere, trascurabili. Per questo si continua a lavorare in questo modo (senza contare la possibilità di sovrapporre gli effetti. Pensa al problema di non poter più usare l'analisi modale con le analisi non lineari).
Però, quello che chiedi tu si può fare e si fa ma richiede una certa attenzione e introduce delle complicazioni. Ma si fa. Diciamo che in genere le complicazioni introdotte non ne giustificano il costo che si deve sostenere (in termini di tempo che bisogna dedicargli). Però ci sono dei casi dove è utile farlo. Si tratta di bilanciare i costi e i benefici.
 
il calcolo con le effettive armature fa perdere la linearità della soluzione (quindi non posso più sovrapporre gli effetti), si complica l'analisi e si perde l'unicità della soluzione (adesso dipende dalla storia di carico).
Neppure facendo l'ipotesi di materiale indefinitamente elastico? (Come per l'analisi elastica delle strutture in acciaio)...

Poi hai ragione la mancata modellazione delle barre è la cosa forse di minor conto se non si considera la non-linearità del cls e il fatto che quello teso non reagisce...
 
Neppure facendo l'ipotesi di materiale indefinitamente elastico? (Come per l'analisi elastica delle strutture in acciaio)...

Poi hai ragione la mancata modellazione delle barre è la cosa forse di minor conto se non si considera la non-linearità del cls e il fatto che quello teso non reagisce...

Ho dato per scontato che si intendesse il calcolo che tiene conto della parzializzazione delle sezioni.
Tu invece intendi l'analisi con le sezioni interamente reagenti ma con le armature omogeneizzate.
In pratica ritorna valido il discorso che le armature incidono poco. Certo c'è il fattore 15 di omogeneizzazione che ne aumenta l'efficacia ma onestamente non è così decisivo.
A me da l'impressione che considerare l'armatura porti comunque a incremento di rigidezza per tutti gli elementi strutturali. Sarebbe sicuramente più importante per gli elementi principali. Ma nel complesso non vedo stravolgimenti. Ci sarebbero comunque delle differenze (a mio avviso modeste).
(Considera anche la complessità di dover considerare le travi a sezione variabile perché decido di variare l'armatura sulla lunghezza della trave).
Però quando andiamo poi a fare le verifiche, spesso, introduciamo anche dei momenti di sicurezza.
Per dire data una certa trave magari mi calcolo un momento minimo di p*L^2/16 (tanto per fare un esempio) che di fatto si va a mangiare la lieve differenza del calcolo fatto con tanta attenzione considerando la variazione delle rigidezze introdotta con le effettive armature. In pratica posso fare delle ipotesi sui vincoli e sul loro possibile decadimento (riduzioni arbitrarie dell'efficacia dei vincoli).
O ancora, in fase di analisi strutturale, si possono assegnare moduli elastici differenti (con riduzione sino al 50%) per gli elementi maggiormente sollecitati. Anche questo va a stravolgere qualsiasi calcolo fin troppo raffinato.
Sia chiaro, non sto difendendo questo approccio "semplificato" che divide analisi e verifiche come due mondi completamente separati ma volevo soltanto evidenziare quelli che ritengo i contro di analisi più sofisticate che possono fornire una falsa maggior precisione quando ci sono fattori che vanno a devastare queste raffinatezze dei calcoli.
A mio avviso è forse meglio utilizzare calcoli sofisticati quando si vuole ad esempio far lavorare insieme sistemi differenti. Per esempio murature + telai in cemento armato o ad esempio le cerchiature fatte con putrelle. Il comportamento strutturale di una muratura è decisamente lontano da quello di una putrella. Quando si rompe il muro magari le putrelle (o gli elementi in c.a.) sono ancora in campo elastico. Qui è giocoforza fare valutazioni sofisticate.
Ma comunque l'analisi sofisticata esiste anche per il solo c.a. (ad esempio i sistemi a fibra o più banalmente analisi iterative dei sistemi di calcolo tradizionale). Ognuno è libero di usare quello che ritiene meglio.
 
alcune considerazioni nel volume 2 parte 2 pagg. 255 e 256 di Pozzati e Ceccoli, Teoria e tecnica delle strutture

(al momento poi non ricordo dove ho letto che questo procedimento è giustificato anche dal calcolo a rottura)

pozzati_3_255_256.jpg
 
Ciao a tutti
avrei una domanda da studente.

Perchè con i programmi si calcolano le strutture in calcestruzzo senza le armature?
Dopo il calcolo si valutano le deformazioni e le sollecitazioni e solo dopo in fase di verifica si inseriscono le armature.

Così facendo gli spostamenti e le sollecitazioni non sono reali.
In quanto, in fase di elaborazione, non si considera la capacità a trazione e compressione dell'acciaio.
O sbaglio?

Sarebbe più corretto che i programmi di calcolo permettessero di inserire le armature di progetto e verificare le deformazioni e le sollecitazioni.
Quanti parametri entrano in gioco nel progettare una trave note le sollecitazioni esterne?(il peso proprio incide poco se le luci sono ordinarie). Come minimo 2,altezza e larghezza. Ergo quante sezioni puoi progettare a parità di sollecitazioni esterne? Secondo me un bel po'. Puoi passare da una 30x50 a una 80x20 più tutte le misure intermedie con armature diverse. E quale scegli? Quella che ha meno armatura o quella che architettonicamente si inserisce meglio nel progetto? E che poi supera le verifiche di normativa? Quindi la scelta della sezione viene di solito privilegiata,scelta che condiziona in zona sismica quella del pilastro ecc. Prova a calcolare le deformazioni c.a. di trave considerata senza armature e con armature e vedi le differenze. Non credo siano significative. Altra roba se usi acciaio in putrelle. Le deformazioni sono il parametro principale e sono direttamente valutabili prima di un calcolo generale. Nulla vieta che,avendo ipotizzato alcune sezioni in c.a. si continui ad affinare il calcolo per ottenere,ad es.,la minima % di armatura,ma ti accorgerai che il gioco non vale la candela. Nessun committente ti ricoscera' il maggior lavoro e nessuna impresa eseguirà alla perfezione quanto faticosamente progettato. Quindi soluzioni semplici,sezioni che permettano esecuzioni semplici e soprattutto nodi gestibili. Il cantiere insegna parecchie cose.
 
Potresti anche andare più in là e chiederti perché si usano spesso gli spostamenti di un'analisi modale e non di una time history...

Il succo è che una cosa è ciò che è possibile e cosa ti interessa ricavare dal modello di calcolo. Lì sta l'interesse del tuo modello, che deve essere adatto ai tuoi scopi. Alla fine, l'obiettivo non è risolvere un problema di ottimizzazione, ma piuttosto avere un risultato utilizzabile in un tempo ragionevole. Io, sinceramente, non ho mai fatto un comparativo fra le varie casistiche, ma non credo che vi sarebbero stravolgimenti.
 
Se ho ben capito la tua domanda è:
perchè nella PROGETTAZIONE in fase di input e modellazione di una struttura in ca non si inseriscono PURE le armature
in modo che il software di calcolo tenga conto delle resistenze, caratteristiche e rigidezze di queste e restituisca risultati più accurati?

Dico la mia.

Primo Punto.
Dovresti abbozzare la quantità di armatura (a flessione, taglio, torsione) e sperare che vada bene.
Se non verifica, modificarla e ritentare. Il software se ben fatto potrebbe farlo da solo cioè verificare se tu hai sbagliato
armatura e modificarla e proporti la soluzione e tu accettarla o meno. Ma questo e un altro discorso.

Secondo Punto.
I software di calcolo lavorano con il Metodo degli Elementi Finiti. Dove ogni elemento finito lineare (in elevazione)
è una trave, un pilatro, etc.. connesso agli altri all'inizio e alla fine dell'elemento stesso.
Se tu volessi inserire una barra di armatura come elemento finito questa non può essere collegato solo in due punti: iniziale e finale,
in quanto bisogna modellare l'aderenza della barra al cemento, quindi bisogna sezionarla in un numero congruo di elementi per poter inserire i collegamenti alla trave che quindi va anch'essa sezionata trasversalmente. E questo considerando solo le barre longitudinali, ci sono poi le staffe.
Quindi il numero di elementi finiti aumenta notevolmente e con esso la necessità di aumento di prestazioni hardware e software.

Detto ciò scomposta la sezione in tante parti (mesh) viene fuori il problema della non linearità del materiale calcestruzzo che
ha diverso comportamento a compressione e a trazione e anche se confinato dentro le staffe o all'esterno.
In tutto questo comunque il Primo Punto resta.

Oggi la capacità dell'hardware e del software è matura per svolgere cose di questo tipo e infatti si fanno soprattutto in fase di verifica degli edifici esistenti dove si conoscono le armature per superare appunto il Primo Punto.

Quindi, in fase di progettazione, quello che chiedi tu, nella maggior parte dei casi, non vale la pena.
 
Come hanno detto gli altri colleghi, generalmente è trascurabile l'apporto delle armature (in fase di analisi).
Considera che ad essere pignoli, anche i moduli elastici del Calcestruzzo e Acciaio non sono sempre costanti: nel cls, in caso di getti estesi, potrebbero esserci condizioni diverse di maturazione e quindi Ec diversi.

Spostamenti e sollecitazioni saranno sempre una stima (più o meno precisa) dell'effettivo fabbricato costruito, cosi come la rigidezza degli elementi.

Quando si fa un modello a telaio (Acciaio o c.a. per esempio) spesso vengono trascurati tamponamenti (interni, ma soprattutto esterni) applicandoli solamente come carichi, ma questi potrebbero influire in maniera più o meno incisiva.
Se aumenta la rigidezza di alcuni elementi e altri no, i primi si faranno carico di più sollecitazioni rispetto agli altri.


E' anche vero, che quando si calcolano le combinazioni applichiamo dei coefficienti di sicurezza (1,3 - 1,5) che vanno a coprire anche queste incertezze.
 
spesso non si tiene conto di questo che diceva De Saint-Venant (da E. Benvenuto, La scienza delle costruzioni e il suo sviluppo storico, 1981):
L'uso delle matematiche cesserà d'attirare rimproveri se lo si colloca nei suoi veri limiti.
Il calcolo puro è semplicemente uno strumento logico che trae conseguenze rigorose da premesse assegnate e spesso contestabili.
La meccanica vi aggiunge in verità qualche principio fisico che l'esperienza ha ormai fondato oltre ogni dubbio, ma essa lascia alle esperienze particolari il compito di determinare quali forze siano in gioco in ogni caso, e a questo riguardo permane maggiore o minore incertezza che influisce necessariamente sui risultati. I quali non debbono essere considerati come oracoli che infallibilmente dettino quel che si deve decidere; esse sono semplici indicazioni, come le deposizioni di testimoni o le perizie di esperti negli affari giudiziari, ma sono tuttavia indicazioni estremamente preziose di cui non ci si deve mai privare, poiché è utilissimo alla determinazione che si ha da prendere il conoscere la soluzione esatta di un problema molto vicino a quello che è proposto e il poter dire ad esempio, che "se gli sforzi fossero esattamente così o così, le dimensioni da assegnare sarebbero così o così".
In questo modo, il campo della valutazione istintiva si troverà ridotto alle differenze che non possono essere oggetto del calcolo teorico; e si riconosce che questi due metodi, lungi dall'escludersi, possono concorrere insieme, supplirsi e aiutarsi mutuamente, controllarsi anche qualche volta, infine stabilire sotto gli auspici del buon senso, un'alleanza feconda di risultati utili secondo il doppio rapporto della convenienza e dell'economia.
( A. Barré de Saint Venant, Leçons de mécanique appliquée, Parigi 1837-1838)
 
e quello che diceva Belluzzi al punto b) dell'inizio di questo suo capitolo
 

Allegati

  • Belluzzi - Scienza delle costruzioni vol 2.pdf
    489,7 KB · Visualizzazioni: 20
noi calcoliamo a verifica, è una sufficiente approssimazione della realtà che arriva comunque attraverso una modellazione

diverso il caso delle pushover, lì ci sono le armature
 
Ciao a tutti
avrei una domanda da studente.

Perchè con i programmi si calcolano le strutture in calcestruzzo senza le armature?
Dopo il calcolo si valutano le deformazioni e le sollecitazioni e solo dopo in fase di verifica si inseriscono le armature.

Così facendo gli spostamenti e le sollecitazioni non sono reali.
In quanto, in fase di elaborazione, non si considera la capacità a trazione e compressione dell'acciaio.
O sbaglio?

Sarebbe più corretto che i programmi di calcolo permettessero di inserire le armature di progetto e verificare le deformazioni e le sollecitazioni.
Ciao Giovanni2
nella soluzione dei telai spaziali con elementi finiti alla Eulero-Bernoulli o alla Timoshenko, per generare la matrice di rigidezza del sistema, è necessario assegnare alle aste le caratteristiche geometriche ed inerziali. In generale è quindi possibile tener conto dell'armatura presente negli elementi in C.A.. In tutti i prgrammi ad elementi finiti dovrebbe essere possibile creare una sezione con caratteristiche geometriche ed inerziali definite liberamente dall'utente, quindi anche con le armature. Potresti fare un esperimento virtuale per vedere cosa cambia (in un'analisi lineare) in termini di sollecitazioni/spostamenti modellando o non modellando l'armatura negli elementi in C.A.. Tendenzialmente non cambiano molto i risultati. Ad esempio nel software SeismoStruct le analisi, anche in campo lineare, tengono conto della presenza delle armature negli elementi in C.A. (è necessario definire preliminarmente le armature).
 
Ciao Giovanni2
nella soluzione dei telai spaziali con elementi finiti alla Eulero-Bernoulli o alla Timoshenko, per generare la matrice di rigidezza del sistema, è necessario assegnare alle aste le caratteristiche geometriche ed inerziali. In generale è quindi possibile tener conto dell'armatura presente negli elementi in C.A.. In tutti i prgrammi ad elementi finiti dovrebbe essere possibile creare una sezione con caratteristiche geometriche ed inerziali definite liberamente dall'utente, quindi anche con le armature. Potresti fare un esperimento virtuale per vedere cosa cambia (in un'analisi lineare) in termini di sollecitazioni/spostamenti modellando o non modellando l'armatura negli elementi in C.A.. Tendenzialmente non cambiano molto i risultati. Ad esempio nel software SeismoStruct le analisi, anche in campo lineare, tengono conto della presenza delle armature negli elementi in C.A. (è necessario definire preliminarmente le armature).

Sono curioso di sapere come fa Seismostruct a tenere conto delle armature nelle analisi lineari, visto che le caratteristiche geometriche ed inerziali della sezione dipendono dalle sollecitazioni... Cioè non basta mettere le armature e bon, abbiamo le caratteristiche fisse della sezione. Come fa quindi? Che ipotesi prende in conto o che procedimento adotta?
 
Sono curioso di sapere come fa Seismostruct a tenere conto delle armature nelle analisi lineari, visto che le caratteristiche geometriche ed inerziali della sezione dipendono dalle sollecitazioni... Cioè non basta mettere le armature e bon, abbiamo le caratteristiche fisse della sezione. Come fa quindi? Che ipotesi prende in conto o che procedimento adotta?
Per caratteristiche inerziali intendevo ad esempio Jx Jy ecc. in che senso queste caratteristiche dipendono dalle sollecitazioni?
Non mi riferisco al progetto delle armature in automatico, ma solo al fatto che è possibile fare un'analisi lineare definendo a priori delle sezioni con le armature al suo interno, credo si possa fare con tutti i software.
 
Per caratteristiche inerziali intendevo ad esempio Jx Jy ecc. in che senso queste caratteristiche dipendono dalle sollecitazioni?
Non mi riferisco al progetto delle armature in automatico, ma solo al fatto che è possibile fare un'analisi lineare definendo a priori delle sezioni con le armature al suo interno, credo si possa fare con tutti i software.

Intendo ad esempio un pilastro che può essere soggetto a pressoflessione o tensoflessione: per diversi valori di N-M avrai diversi valori di Jx-Jy (caso limite: pilastro uniformemente compresso o uniformemente teso, avrai dei valori diversi). Se definisci te le caratteristiche inerziali della sezione, quale scegli? Oppure: se il programma ti dà la possibilità di mettere le armature, poi cosa usa nella sua analisi? Che uno possa definire le armature prima son d'accordo, ma come questo venga incluso nell'analisi non lo so (pensavo più a livello di verifica di resistenza)
 
Intendo ad esempio un pilastro che può essere soggetto a pressoflessione o tensoflessione: per diversi valori di N-M avrai diversi valori di Jx-Jy (caso limite: pilastro uniformemente compresso o uniformemente teso, avrai dei valori diversi). Se definisci te le caratteristiche inerziali della sezione, quale scegli? Oppure: se il programma ti dà la possibilità di mettere le armature, poi cosa usa nella sua analisi? Che uno possa definire le armature prima son d'accordo, ma come questo venga incluso nell'analisi non lo so (pensavo più a livello di verifica di resistenza)
L'affermazione di Edivad sembra molto strana anche a me.
Sulle travi, variando le armature lungo lo sviluppo dell'asta, J cambia anche lungo la luce...
 
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