Brochure - Progettazione sismica di palancole: vantaggi economici di metodi di progettazione avanzati
Per migliorare ulteriormente l'efficienza del design e del progetto con soluzioni di palancole in aree ad alto rischio sismico, la brochure "Progettazione sismica di palancole: vantaggi economici dei metodi di progettazione avanzati" presenta metodi di progettazione innovativi per condizioni di carico dinamico estreme in porti e corsi d'acqua e altre infrastrutture domini.
Non esitate a contattare ArcelorMittal Palancole per informazioni più dettagliate o per assistenza con la progettazione dinamica di palancole utilizzando FEM.
Approcci progettuali economici e sicuri per strutture di palancole in acciaio in zone altamente sismiche
Ampiamente utilizzate per la costruzione di una varietà di strutture come muri di banchine e frangiflutti nei porti, rinforzi di sponde su fiumi e canali, sottopassi, nonché schemi di protezione dai pericoli globali, le palancole hanno dimostrato le loro prestazioni in aree sismiche in molti paesi intorno al mondo.
Il Cile, il paese che ha subito i terremoti più forti nella storia, fornisce un ottimo esempio: mentre i suoi porti in cemento sono stati gravemente danneggiati, il porto di Mejillones, costruito nel 2003 utilizzando un muro combinato HZ®/AZ® per il muro della banchina e AS 500 palancole rettilinee per la diga foranea, non ha subito danni durante molti forti terremoti con magnitudo fino a 7,7. Questo è l'esempio perfetto dell'efficacia delle strutture formate da palancole flessibili in condizioni sismiche estreme.
Tuttavia, una certa riluttanza ad utilizzare palancole in zone sismiche rimane comune tra alcuni progettisti. Questa preoccupazione può derivare dalla loro esperienza di metodi di progettazione convenzionali che non favoriscono pareti flessibili in aree sismiche. Questi metodi di progettazione sono generalmente costituiti da calcoli pseudo-statici utilizzando la teoria di Mononobe-Okabe (1931).
Studi numerici ed esperimenti fisici (prova con centrifuga) hanno dimostrato che questi metodi di progettazione convenzionali sovrastimano i carichi sui muri di sostegno, specialmente nel caso di pareti flessibili. Sebbene la EN 1998-5 consenta una riduzione dell'azione sismica in funzione degli spostamenti accettabili (fattore di riduzione “r”), ciò vale solo per pareti a gravità e non per pareti ancorate come le pareti di palancole, nonostante la loro duttilità intrinseca.
Oggi, potenti strumenti di progettazione che utilizzano la modellazione agli elementi finiti (FEM) consentono calcoli dinamici in grado di prevedere con precisione il comportamento dei muri di sostegno sottoposti a diversi carichi sismici, tra cui forze interne, deformazioni, aumenti della pressione interstiziale e modalità di rottura previste.
Risparmio sui costi dei materiali grazie a metodi di progettazione dinamici
Un progetto di ricerca condotto da ArcelorMittal R&D e uno studio condotto da SENER, società di consulenza marittima leader a livello mondiale, hanno dimostrato un notevole potenziale di ottimizzazione. Nello studio è stato analizzato un ampio spettro di casi (quattro profondità dell'acqua; quattro accelerazioni sismiche; due condizioni del suolo) che hanno confrontato il metodo pseudo-statico convenzionale basato sulla EN 1998-5 utilizzando il software di reazione del sottofondo elasto-plastico e l'avanzato metodo completamente dinamico metodo utilizzando il software FEM.
Tutti i casi studiati hanno mostrato un notevole potenziale di ottimizzazione quando si utilizza la progettazione FEM. I momenti flettenti nella progettazione pseudo-statica sono dal 40% al 126% superiori a quelli della progettazione FEM. Quando si considerano le rispettive sezioni di palancole, ciò potrebbe comportare fino al 50% di risparmio sui costi dei materiali utilizzando i metodi avanzati di progettazione sismica.
I carichi idrodinamici correttamente analizzati contribuiscono a ulteriori risparmi di materiale
I carichi idrodinamici sono comunemente considerati pseudo-statici e calcolati secondo la EN 1998-5 utilizzando la formula di Westergaard come carico permanente dall'acqua durante l'intera durata del terremoto. SENER ha utilizzato la FEM e la fluidodinamica computazionale (CFD) per calcolare l'impatto dei carichi idrodinamici su una parete di palancole durante l'azione sismica, considerando le interazioni suolo-fluido sotto analisi dinamica.
L'utilizzo della tradizionale formula di Westergaard nella EN 1998-5 corrisponde ai carichi idrodinamici ottenuti da CFD in un determinato momento durante il terremoto. Tuttavia, poiché Westergaard considera questi carichi permanenti durante l'intero terremoto, è evidente una sopravvalutazione del suo effetto.
I calcoli FEM effettuati utilizzando Plaxis 2D hanno confrontato i risultati ottenuti utilizzando il tradizionale carico di Westergaard con quelli ottenuti utilizzando un carico variabile realistico dipendente dal tempo (attraverso un carico dinamico o masse aggiunte). I risultati hanno mostrato un aumento del 24,5% del momento flettente (rispetto agli effetti dell'azione puramente sismica) quando si utilizza il carico tradizionale di Westergaard rispetto al 4% quando si utilizza il carico istantaneo. In questo caso di studio, considerando un carico idrodinamico realistico si è tradotto in un risparmio sui costi del materiale del 14% quando si considerano le corrispondenti sezioni di palancole.
Testo:
ArcelorMittal Palancole
Constructalia
Immagini:
ArcelorMittal Palancole
Puerto Angamos