Le azioni sulle costruzionigeneralità e normative

Si definisce azione ogni causa o insieme di cause capace di indurre t ti di ll it i i t tt È it d l P tti tstati di sollecitazione in una struttura. È compito del Progettista

individuare le azioni significative da considerare nel progetto e nella verifica strutturale.

PERMANENTE:PERMANENTE:

- Solaio (peso proprio ~ 250÷300 kg/m2)

- Intonaco dell’intradosso

- Pavimenti

- Tamponamenti interni

- Tegole e isolanteCARICOVARIABILE:

- presenza di persone e/o macchinari derivanti da

CARICO TOTALE

- presenza di persone e/o macchinari derivanti dadestinazioni d’uso

- ambientali (es. neve, vento…)( , )

ECCEZIONALE

SISMICO

CARICHI PERMANENTI

• Il pavimento (fra 0.3 e 0.5 kN/m2);• Massetto e allettamento (fra 19 e 21 kN/m3);

b l ( i 0 3 k / 2)• Impermeabilizzazione (circa 0.3 kN/m2);• Intonaco (circa 0.3 kN/m2);• Isolamento termico (circa 0.05 kN/m2); • tramezzature (circa 0.8-1.2 kN/m2).

La normativa italiana recita:“I tramezzi e gli impianti leggeri di edifici residenziali possono assumersi comecarichi equivalenti distribuiti, quando i solai hanno adeguata capacità diripartizione trasversale ” In genere ogni solaio in c a ha una adeguata capacità diripartizione trasversale. In genere ogni solaio in c.a. ha una adeguata capacità diripartizione trasversale i tramezzi vengono considerati come carico ripartito.Il valore medio di questo peso dipende dal tipo di tramezzature utilizzate e spessoè compreso fra 0 8 e 1 2 kN/m2 Un’incidenza più precisa dei tramezzi sul solaioè compreso fra 0.8 e 1.2 kN/m2. Un incidenza più precisa dei tramezzi sul solaiopuò essere valutata quando è nota la loro esatta distribuzione in pianta calcolandoil peso totale delle tramezzature e poi dividendo per la superficie dell’impalcato.

Elementi divisori interni

CARICHI VARIABILI

CARICO DI NEVECARICO DI NEVE

Il carico di neve sulle coperture viene valutato in relazione al sitocostruttivo (condizioni locali di clima e di esposizione variabilità dellecostruttivo (condizioni locali di clima e di esposizione, variabilità delleprecipitazioni nevose) e in relazione al tipo della copertura.

O i di d l bili i l i d l d l lOccorre quindi, da un lato, stabilire i valori del carico di neve al suolo,dall'altro, determinare l'influenza della forma della copertura sull'effettivocarico che andrà ad accumularsi su questa e a sollecitare poi la struttura.

Esempio:

Mantova (Zona II) a < 200 m → q k= 1 00 kN/mq (carico neve al suolo)Mantova (Zona II), as< 200 m → qsk 1.00 kN/mq (carico neve al suolo)

Copertura piana (µ= 0.8) →qs= µ qsk= 0.8*1.00*1*1 = 0.80 kN/mq.

Il sovraccarico dovuto alla neve non deve essere cumulato, sulle medesimesuperfici con gli altri sovraccarichi variabili.Di d t il i i bil d ll t ( ti bilDi conseguenza, dato il sovraccarico variabile della copertura (praticabile omeno), e dato il sovraccarico dovuto alla neve, tra i due si scelga quello piùgravoso:

Qk= max {Qvar; qs}

AZIONI DEL VENTO

Possibili effetti indesideratiPossibili effetti indesiderati del vento su elementi non portanti nelle coperture.

COEFFICIENTE DI FORMA

4

TEMPERATURA E INSOLAMENTO GELO E DISGELO RITIRO E

EFFETTO DELLA TEMPERATURA

TEMPERATURA E INSOLAMENTO, GELO E DISGELO, RITIRO EVARIAZIONI IGROMETRICHESi tratta di azioni alle quali una costruzione risulta inevitabilmente sottoposta per il fattoche essa vive in un ambiente la cui temperatura varia lungo l'arco delle stagioni ed altresìche essa vive in un ambiente la cui temperatura varia lungo l arco delle stagioni ed altresìdal giorno alla notte, o laddove i raggi del sole possono direttamente riscaldare le superficidei corpi oppure aversi all'opposto, per la bassa temperatura, fenomeni di gelo e poi didisgelo. Inoltre, la natura stessa dei materiali costruttivi può generare variazioni di volumeg , p g(fenomeni di ritiro o di natura igrometrica).

Se consideriamo allora una struttura fatta da uno di questi materiali, ad esempio la travatad t i i i di l L t t i fi i h i i l tda ponte in acciaio di luce L rappresentata in figura e supponiamo che essa sia vincolata aterra in A e libera di scorrere orizzontalmente in B, sotto un aumento ΔT di temperaturaessa si allungherà in B di ΔL=αT·ΔT·L.

In concreto, per L=100 m e ΔT=+25 °C, l'allungamento sarà (αT=1,2·10-5 per l'acciaio dacarpenteria):

ΔL=α ·ΔT·L=1 2·10-5·25·100=0 03 m=3 cmΔL αT ΔT L 1,2 10 25 100 0,03 m 3 cm.

Nulla accade se tale spostamento è libero di avvenire, mentre se esso è impedito (in tutto oin parte) si genera una reazione di contrasto che dà luogo a sollecitazioni di compressione

llnella travata.

Effetto delle variazioni termiche cicliche su pannelli di marmoEffetto delle variazioni termiche cicliche su pannelli di marmo

Questo fenomeno delle deformazioni sotto insolamento, o più generalmente per variazionidi t t i d i t t tt l t i i E i d l d f idi temperatura, riguarda ovviamente tutte le costruzioni. Esaminando la deformazionedella facciata di un edificio sotto un aumento di temperatura ΔT, si può osservare che ilmassimo allungamento ΔL si verifica in corrispondenza dell'ultimo piano, ma che sono le"specchiature" (cioè i riquadri compresi fra i pilastri e le travi) o le aperture nei pannellispecchiature (cioè i riquadri compresi fra i pilastri e le travi) o le aperture nei pannelliprefabbricati del primo piano, posti all'estremità dell'edificio, quelli che subiscono lamassima deformazione angolare (distorsione γ) ed hanno perciò il maggiore pericolo didisorganizzazione (fessurazioni negli angoli delle aperture): è pertanto alla distorsione γdisorganizzazione (fessurazioni negli angoli delle aperture): è pertanto alla distorsione γche va posto un limite, e non già all'allungamento ΔL.

Chiaramente, le parti in ombra e quelle interne praticamente non si dilatano, cosicché ladeformazione termica si può presentare come è segnato in figura a) con sensibilideformazioni accentrate nella prima campata e con conseguenti sollecitazioni. Se gliimpalcati della prima campata fossero invece incernierati alle colonne (in modo da

ti lib t l t i i l ti fi b) bb it t i d f iconsentire liberamente le rotazioni relative, figura b), sarebbe evitata ogni deformazione esforzo.

Ancora più sensibili possono essere gli effetti prodotti dall'insolamento quando lestrutture portanti sono esterne al volume costruttivo (strutture a vista), il che si presentaabbastanza frequente in taluni edifici (ad esempio in alcune tipologie di grattacieli)abbastanza frequente in taluni edifici (ad esempio, in alcune tipologie di grattacieli).

Basta pensare che con un'altezza H di 200 m una struttura a vista in acciaio sotto unpinsolamento di ΔT=60°C presenta un allungamento ΔH=αT·H·ΔT≅ ≅1,2·10-

5·200·60≅0,14 m=14 cm, a fronte delle strutture interne climatizzate che non siallungano (perché poste ad una temperatura costante sui 20 °C), per intuire comeg (p p p ) pdovranno nascere sollecitazioni, e non da poco, secondo il modello rappresentato nellafigura precedente: gli impalcati, specie negli ultimi piani, dovrebbero "seguire" lestrutture esterne che sotto sole si alzano in sommità di 14 cm.

Effetti del gelo e disgeloEffetti del gelo e disgelo

Una breve parola per gli effetti del gelo e del disgelo, anch'essi dovuti al fatto che lacostruzione vive in un ambiente esterno dove possono avvenire questi fenomeni (sip q (pensi, ad esempio, ad un viadotto di alta montagna).Per le strutture in cemento armato, il gelo e il disgelo hanno soprattutto come effettoquello di insidiare la durata dell'opera, accelerando eventuali processi di degrado già inq p p g gatto o generandone nuovi. In particolare, la solidificazione dell'acqua racchiusa nei poridel calcestruzzo indurito, con il conseguente aumento di volume del ghiaccio rispettoall'acqua, genera pressioni e spinte interne che, in prossimità delle superfici, possonodisgregare il materiale producendo lesioni e anche distacchi di parti di calcestruzzo. Learmature metalliche non risultano più debitamente protette e sono alla mercédell'ossidazione: gli ossidi di ferro che si producono, avendo un volume superiore aquello del metallo base, a sua volta generano pressioni e spinte sul calcestruzzocircostante, innescando così un fenomeno irreversibile di rapido degrado. Ovviamente,ne consegue una vistosa perdita di resistenza della struttura che può giungere anche alla

li d l llsoglia del collasso.

AZIONE SISMICA

C0MBINAZIONI DI CARICO

Una volta completata l’analisi dei carichi bisogna “caricare” le strutture e diUna volta completata l analisi dei carichi, bisogna caricare le strutture e, diregola, individuare le condizioni per le quali si ottengono le sollecitazioni piùgravose.I carichi infatti come si è visto si suddividono in PERMANENTI eI carichi, infatti, come si è visto, si suddividono in PERMANENTI eVARIABILI.I carichi permanenti, come dice il nome stesso, sono presenti sempre durante

l i il d ll i i bili i itutta la vita utile della struttura, mentre i variabili possono essere presenti tuttiinsieme o soltanto in parte. Non è detto, infatti, che la condizione di carico per laquale è presente tutto il carico variabile sia quella che produce le sollecitazionipiù elevate in tutte le sezioni.La normativa italiana afferma che i valori caratteristici dei carichi variabilidevono essere cumulati in modo da ottenere sempre la condizione piùp psvantaggiosa.

Esempio:T ti d t liTrave continua su due campate uguali.

Sia q il carico variabile, alle condizioni 1 e2 corrispondono i valori più alti deimomenti positivi in campata, mentre allacondizione 3 corrisponde il massimopmomento negativo sull’appoggio.Quindi, per progettare correttamente questatrave, bisogna necessariamente prendere intrave, bisogna necessariamente prendere inconsiderazione tutte e tre le eventualità.

Solaio a due campate con mensola (balcone): combinazioni di carico e di i d i ti fl tt tidiagrammi dei momenti flettenti.

max: MAB

max: MBCmax: MBC

max: MB

max: MAA

Diagramma di inviluppo finale necessario al progetto delle armature aflessione sarà quello che individua sezione per sezione la massimaflessione sarà quello che individua sezione per sezione la massimasollecitazione possibile.

Un diagramma analogo può essere ottenuto per la sollecitazione di taglioUn diagramma analogo può essere ottenuto per la sollecitazione di taglio.

Esempio per un telaio

3.5 kN/m13.5 kN/m

10 5 kN10 5 kN10 5 kN 10 5 kN 10 5 kN

3.5 kN/m

13.5 kN/m

10 5 kN

3.00

18.5 kN/m

42 kN/m

10.5 kN

47.5 kN

10.5 kN10.5 kN

10.5 kN47.5 kN

18.5 kN/m

42 kN/m

3.00

47.5 kN 10.5 kN

10.5 kN 10.5 kN

47.5 kN

10.5 kN

5 00 6 00

3.25

5 00 6 00

3.25

5.00 6.00 5.00 6.00

13 5 kN/m

3.5 kN/m Combinazioni di carico:

3.00

47 5 kN

10.5 kN

18.5 kN/m

13.5 kN/m

42 kN/m10 5 kN 47 5 kN

10.5 kN 10.5 kN

- Carico variabile a “scacchiera” per ottenere i massimi momenti in campata o all’estremità delle travi

3.25

47.5 kN 10.5 kN 47.5 kN campata o all estremità delle travi.- Carico variabile distribuito “ovunque” per ottenere la massima azione normale sui pilastri centrali

5.00 6.00azione normale sui pilastri centrali.

NORMATIVA