FACOLTÀ DI STUDI INGEGNERIA E ARCHITETTURA A. A Corso di Laurea Magistrale in Architettura

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1 FACOLTÀ DI STUDI INGEGNERIA E ARCHITETTURA A. A Corso di Laurea Magistrale in Architettura TECNICA DELLE COSTRUZIONI (9 CFU) DOCENTE: ING. GIUSEPPE MACALUSO Quadro Normativo

2 Cronologia della normativa Italiana Tecnica delle Costruzioni Ing. Giuseppe Macaluso Quadro Norma;vo

3 Quadro Norma;vo

4 Quadro Norma;vo

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7 Finalmente!!!! Una Sola Norma Tecnica delle Costruzioni Ing. Giuseppe Macaluso Quadro Norma;vo

8 FACOLTÀ DI STUDI INGEGNERIA E ARCHITETTURA A. A Corso di Laurea Magistrale in Architettura TECNICA DELLE COSTRUZIONI (9 CFU) DOCENTE: ING. GIUSEPPE MACALUSO Norme Tecniche per le Costruzioni 14 Gennaio 2008

9 Articolazione del testo (12 capitoli, 2 allegati) 1. Oggetto 2. Sicurezza e prestazioni attese 3. Azioni sulle costruzioni 4. Costruzioni civili e industriali 5. Ponti 6. Progettazione geotecnica 7. Progettazione in presenza di azioni sismiche 8. Costruzioni esistenti 9. Collaudo statico 10. Norme per le redazioni dei progetti esecutivi e delle relazioni di calcolo 11. Materiali e prodotti per uso strutturale 12. Riferimenti tecnici - Allegati A e B (pericolosità sismica) + Tecnica delle Costruzioni Ing. Giuseppe Macaluso Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) 14 gennaio 2008 Circolare 2 Febbraio 2009 Istruzioni per l applicazione delle Nuove Norme tecniche per le costruzioni di cui al D.M. 14 Gennaio 2008 Unico testo organico che sostituisce quanto prima riportato in più decreti ministeriali

10 Capitolo 1 - Oggetto della Norma Definiscono i principi di: Progetto Esecuzione Collaudo delle costruzioni Norme Prestazionali (non prescrittive) Resistenza meccanica Prestazioni Richieste: Stabilità (anche in caso di incendio) Durabilità Regolano quindi: le condizioni di SICUREZZA STRUTTURALE Definiscono: le AZIONI sulle costruzioni i MATERIALI e della loro RESISTENZA

11 Capitolo 2 - Sicurezza e prestazioni attese Le opere e le componenti strutturali devono essere progettate, eseguite, collaudate e soggette a manutenzione in modo tale da consentirne la prevista utilizzazione, in forma economicamente sostenibile e con il livello di sicurezza previsto dalle presenti norme. La sicurezza e le prestazioni di un opera o di una parte di essa devono essere valutate in relazione agli stati limite che si possono verificare durante la vita nominale. Stato Limite.è la condizione superata la quale l opera non soddisfa più le esigenze per le quali è stata progettata. () Gli stati limite sono delle situazioni a partire dalle quali la costruzione o una delle sue parti cessa di assolvere alla funzione per la quale era destinata, e per la quale era stata progettata e costruita. Pertanto la sicurezza dovrebbe caratterizzare la probabilità che questi stati non vengano superati ( E. Giangreco, Teoria e Tecnica delle Costruzioni VOL. I ).

12 Stati Limite STATI LIMITE ULTIMI STATI LIMITE DI ESERCIZIO Stati Limite Ultimi (SLU) Sono generalmente causati da eventi eccezionali di notevole intensità (terremoti, esplosioni, incendi, fatica per azioni ripetute, effetti del tempo) EFFETTI DEL RAGGIUNGIMENTO DEGLI STATI LIMITE ULTIMI a) perdita di equilibrio della struttura o di una sua parte; b) spostamenti o deformazioni eccessive; c) raggiungimento della massima capacità di resistenza di parti di strutture, collegamenti,fondazioni; d) raggiungimento della massima capacità di resistenza della struttura nel suo insieme; e) raggiungimento di meccanismi di collasso nei terreni; f) rottura di membrature e collegamenti per fatica; g) rottura di membrature e collegamenti per altri effetti dipendenti dal tempo; h) instabilità di parti della struttura o del suo insieme;

13 Stati Limite di Esercizio (SLE) Sono generalmente causati da eventi con una maggiore probabilità di manifestazione nell arco della vita della struttura ( eccessivo carico, effetti del degrado o della temperatura ) EFFETTI DEL RAGGIUNGIMENTO DEGLI STATI LIMITE DI ESERCIZIO a) danneggiamenti locali (ad es. eccessiva fessurazione del calcestruzzo) che possano ridurre la durabilità della struttura, la sua efficienza o il suo aspetto; b) spostamenti e deformazioni che possano limitare l uso della costruzione, la sua efficienza e il suo aspetto; c) spostamenti e deformazioni che possano compromettere l efficienza e l aspetto di elementi non strutturali, impianti, macchinari; d) vibrazioni che possano compromettere l uso della costruzione; e) danni per fatica che possano compromettere la durabilità; f) corrosione e/o eccessivo degrado dei materiali in funzione dell ambiente di esposizione.

14 Il superamento di uno SLU ha carattere IRREVERSIBILE e si definisce COLLASSO (la struttura diventa inutilizzabile, ma deve comunque essere garantita la salvaguardia delle vite umane)à Collasso senza Crollo Il superamento di uno SLE può avere carattere REVERSIBILE o IRREVERSIBILE (in genere è possibile ripristinare la funzionalità intervenendo sulle parti di struttura danneggiate)

15 Si deve dunque garantire.. Sicurezza nei confronti degli SLU capacità di evitare crolli, perdite di equilibrio e dissesti gravi, totali o parziali, che possano compromettere l incolumità delle persone ovvero comportare la perdita di beni, ovvero provocare gravi danni ambientali e sociali, ovvero mettere fuori servizio l opera; Sicurezza nei confronti degli SLE capacità di garantire le prestazioni previste per le condizioni di esercizio

16 Valutazione della SICUREZZA e delle PRESTAZIONI Il criterio base adottato dalla normativa è Il metodo semiprobabilistico agli stati limite METODO SEMIPROBABILISTICO AGLI STATI LIMITE Il metodo semiprobabilistico agli stati limite, uno strumento che nasce con l intento di mantenere al di sotto di una certa probabilità il verificarsi di un evento definito stato limite. Non sono note in forma probabilistica tutte le grandezze che intervengono nell applicazione del metodo Grandezze deterministiche Legami costitutivi Geometria degli elementi Moduli di elasticità Modello di calcolo Variabili In gioco Metodo semiprobabilistico Grandezze probabilistiche Azioni Resistenze Tutte le incertezze vengono tenute in conto applicando dei coefficienti parziali di sicurezza γ che operano sulle AZIONI e sulle REISISTENZE

17 AZIONI F Sono calcolate al loro valore CARATTERISTICO [k] F k Sono le azioni che hanno una probabilità del 5% di essere superate (la normativa ci dice coma calcolare i valori caratteristici delle azioni e quali azioni considerare per le varie tipologie di costruzioni) F d Si utilizzano però al loro valore DI PROGETTO [d] F d = γ F F k (in generale quindi i coefficienti γ F sono numeri maggiori di 1 che amplificano le azioni caratteristiche, così che le azioni di progetto impiegate nel calcolo abbiano una intensità maggiore incrementando così il livello di sicurezza )

18 RESISTENZE f (in termini di tensioni o altre caratteristiche dei materiali) Sono impiegate al loro valore CARATTERISTICO [k] cls acciaio f k Sono le resistenze che sono superate dal 95% dei campioni (sono fornite dai produttori secondo le procedure di controllo e di qualificazione regolate dalla presente norma) f d Si utilizzano però al loro valore DI PROGETTO [d] f d = f k / γ M (in generale quindi i coefficienti γ M sono numeri maggiori di 1 che riducono le resistenze caratteristiche, così che le resistenze di progetto impiegate nel calcolo abbiano un valore inferiore ed incrementando così il livello di sicurezza )

19 Le Azioni F d producono EFFETTI E d (RICHIESTA DI PRESTAZIONE) F d =g F F k E d =g F E k Quindi ad una azione sono associati uno o più effetti (tagli, momenti, sforzi normali ) che derivano dall analisi strutturale Note poi le resistenze di progetto si può risalire alla CAPACITA DI PRESTAZIONE R d (cap. 4) nelle sezioni che interessa verificare VERIFICA DI SICUREZZA R d E d La CAPACITA DI PRESTAZIONE deve essere sempre superiore o al più uguale alla RICHIESTA DI PRESTAZIONE

20 Verifica strutturale in genere 1) Calcolo delle azioni di PROGETTO e analisi strutturale (VALUTAZIONE DELLA RICHIESTA DI PRESTAZIONE) 2) Calcolo della CAPACITA DI PRESTAZIONE dei vari elementi strutturali nelle varie sezione (capacità in termini di resistenza, deformazione, fessurazione ) 3) Verifica R d E d

21 AZIONI SULLE COSTRUZIONI Si definisce AZIONE ogni causa o insieme di cause capace di indurre stati limite in una struttura Classificazione delle azioni DIRETTE a) in base al modo di esplicarsi Forze Concentrate Carichi distribuiti fissi o mobili INDIRETTE Spostamenti impressi Variazioni di temperatura e di umidità Ritiro Precompressione Cedimenti di vincolo -Dt +Dt d DEGRADO : Endogeno: alterazione naturale del materiale di cui è composta l opera strutturale; Esogeno: alterazione delle caratteristiche dei materiali costituenti l opera strutturale, a seguito di agenti esterni.

22 b) in base alla risposta strutturale STATICHE azioni applicate alla struttura che non provocano accelerazioni significative della stessa o di alcune sue parti; PSEUDO-STATICHE azioni dinamiche rappresentabili mediante un azione statica equivalente DINAMICHE azioni che causano significative accelerazioni della struttura o dei suoi componenti

23 c) in base alla variazione della loro intensità nel tempo PERMANENTI (G ): (la loro valutazione è introdotta al cap. 3) azioni che agiscono durante tutta la vita nominale della costruzione, la cui variazione di intensità nel tempo è così piccola e lenta da poterle considerare con sufficiente approssimazione costanti nel tempo: G 2 G 1 - peso proprio di tutti gli elementi strutturali; - peso proprio del terreno, quando pertinente; -forze indotte dal terreno forze risultanti dalla pressione dell acqua (quando si configurino costanti nel tempo) G 1 G 2 - peso proprio di tutti gli elementi non strutturali (carichi permanenti); - spostamenti e deformazioni imposti, previsti dal progetto e realizzati all atto della costruzione; - pretensione e precompressione (P); - ritiro e viscosità; - spostamenti differenziali;

24 d) in base alla variazione della loro intensità nel tempo VARIABILI (Q) (la loro valutazione è introdotta al cap. 3) azioni sulla struttura o sull elemento strutturale con valori istantanei che possono risultare sensibilmente diversi fra loro nel tempo Possono essere di brave o di lunga durata ad esempio il carico su un balcone, una scala, un solaio dovuto a persone o neve o vento sono azioni variabili nel tempo che devono essere prese in considerazione nella progettazione SISMICHE (E) (la loro valutazione è introdotta al cap. 3) azioni derivanti dai terremoti E Q G 2 G 1 ECCEZIONALI (A) azioni che si verificano solo eccezionalmente nel corso della vita nominale della struttura; incendi; esplosioni; urti ed impatti;

25 COMBINAZIONE DELLE AZIONI Azioni PERMANENTI Sono computate secondo i valori caratteristici forniti dalla norma G (G 1, G 2 ) I valori di calcolo di determinano applicando i coefficienti γ G (γ G1,γ G2 ) AZIONI VARIABILI Sono computate al loro valore CARATTERISTICO Q k (Q k1, Q k2, Q kj ) I valori di calcolo di determinano applicando i coefficienti γ Q (γ Q1,γ Q2, γ Qj ) La presenza simultanea di più azioni variabili è regolata dai coefficienti di combinazione ψ ij (ψ 2j,ψ 1j,ψ 0j ) che tengono conto della ridotta probabilità che hanno più azioni variabili di agire contemporaneamente. ψ 2j Q kj Valore Quasi Permanente INTENSITA CRESCENTE ψ 1j Q kj Valore Frequente Q K1 Azioni SISMICHE ψ 0j Q kj Valore Raro AZIONE VARIABILE DOMINANTE Sono computate in relazione alla probabilità di superamento relativa a ciascuno stato limite preso in considerazione

26 COMBINAZIONE DELLE AZIONI Il simbolo + ha il significato di combinato con COMBINAZIONE BASE ALLO SLU (carichi verticali ) COMBINAZIONE SISMICA (per SLU e SLE connessi all azione sismica) COMBINAZIONE RARA (impiegata per gli SLE irreversibili) COMBINAZIONE FREQUENTE (impiegata per gli SLE reversibili) COMBINAZIONE QUASI PERMANENTE (impiegata per effetti a lungo termine) Nei capitoli successivi la normativa specifica quali combinazioni utilizzare per gli stati limite considerati

27 COMBINAZIONE DELLE AZIONI Coefficienti γ G e γ Q

28 COMBINAZIONE DELLE AZIONI Coefficienti ψ ij

29 Classi di resistenza del calcestruzzo MATERIALI E LORO PROPRIETA Rif. Capitolo 4 Sono contraddistinte dai valori caratteristici delle resistenze cilindrica e cubica a compressione uniassiale, misurate rispettivamente su provinicilindrici (o prismatici) e cubici ed espresse in MPa. C 25 /30 Resistenza Cilindrica Resistenza Cubica

30 MATERIALI E LORO PROPRIETA Rif. Capitolo 11 Calcestruzzo (compressione) R ck f ck =0,83R ck f cd =α cc f ck /γ c γ c =1,5 α cc =0,85 f cm =f ck +8 [N/mm 2 ] Resistenza caratteristica Cubica Resistenza caratteristica Cilindrica Resistenza di Progetto Coefficiente parziale di sicurezza relativo al calcestruzzo Coefficiente riduttivo che tiene conto degli effetti di lunga durata Resistenza media a compressione cls E cm = [f cm /10] 2/3 [N/mm 2 ] Calcestruzzo (trazione) f ctm =0,30 f ck 2/3 f ctm = 2,12 ln[1+f cm /10] f ctk = 0,7 f ctm f ctd = f ctk /γ c f cfm = 1,2 f ctm Resistenza a trazione media (per classi C50/60) Resistenza caratteristica a trazione Resistenza di progetto a trazione Modulo di elasticità istantaneo del calcestruzzo in compressione [Nel caso di elementi piani (solette, pareti, ) gettati in opera con calcestruzzi ordinari e con spessori minori di 50 mm, la resistenza di calcolo a compressione va ridotta a 0,80f cd.] Resistenza a trazione media (per classi >C50/60) Resistenza media a trazione per flessione [Nel caso di elementi piani (solette, pareti, ) gettati in opera con calcestruzzi ordinari e con spessori minori di 50 mm, la resistenza di calcolo a trazione va ridotta a 0,80f ctd.] cls

31 MATERIALI E LORO PROPRIETA Rif. Capitolo 11 CALCESTRUZZO tipo C25/30 Resistenza caratteristica cubica R ck = 30.0 N/mm 2 Resistenza caratteristica cilindrica f ck = 25.0 N/mm 2 Resistenza cilindrica di calcolo f cd = N/mm 2 Resistenza media cilindrica f cm = 33.0 N/mm 2 Modulo elastico E cm = N/mm 2 Resistenza a trazione media f ctm = 2,56 N/mm 2 Resistenza a trazione caratteristica f ctk = 1,79 N/mm 2 Resistenza a trazione di calcolo f ctd = 1,19 N/mm 2 Resistenza a trazione per flessione media f cfm = 3,07 N/mm 2

32 MATERIALI E LORO PROPRIETA Acciaio Rif. Capitolo 11 f yk f yd =f yk /γ s γ s =1,15 Tensione caratteristica di snervamento dell acciaio Resistenza di progetto dell acciaio Coefficiente parziale di sicurezza relativo all acciaio acciaio Tipologie di acciaio B450C B450 A Tensione nominale di snervamento Per entrambi: Tensione nominale di rottura B450C B450 A Diametri di impiego: 6-40 mm Diametri di impiego: 5-10 mm

33 MATERIALI E LORO PROPRIETA Calcestruzzo Legami Costitutivi Sperimentali ACCIAO σ Fase plastica σ c f t f y Snervamento Fase elastica non -lineare E c ε c Fase elastica lineare ε ε y ε u Sono di difficile Applicazione per i Calcoli

34 MATERIALI E LORO PROPRIETA Legami costitutivi normativi per il Calcestruzzo Rif. Capitolo 4 Per il diagramma tensione-deformazione del calcestruzzo è possibile adottare opportuni modelli rappresentativi del reale comportamento del materiale, modelli definiti in base alla resistenza di calcolo f cd ed alla deformazione ultima ε cu. Parabola Rettangolo Triangolo-Rettangolo Rettangolo (Stress-Block) Per classi di resistenza C50/60 ε c2 =0,20% ε c3 =0,175% ε c4 =0,07% ε cu =0,35% Per sezioni o parti di sezioni soggette a distribuzioni di tensione di compressione approssimativamente uniformi, si assume per la deformazione ultima a rottura il valore ε c2 anziché ε cu.

35 MATERIALI E LORO PROPRIETA Legami costitutivi possibili l Acciaio Rif. Capitolo 4 Per il diagramma tensione-deformazione dell acciaio è possibile adottare opportuni modelli rappresentativi del reale comportamento del materiale, modelli definiti in base al valore di calcolo ε ud = 0,9e uk ( ε uk = (A gt ) k ) della deformazione uniforme ultima, al valore di calcolo della tensione di snervamento f yd ed al rapporto di sovraresistenza k = (f t / f y ) k. Bilineare finito con incrudimento; Elastico-perfettamente plastico indefinito. E s = N/mm 2 ε yd =f yd /E s ε ud =0.9 e uk ε uk = A gtk