CORSO DI PROGETTAZIONE COSTRUZIONI ED IMPIANTI

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1 CORSO DI PROGETTAZIONE COSTRUZIONI ED IMPIANTI NORMATIVA TECNICA (NTC2008) - PRINCIPI GENERALI, AZIONI SULLE COSTRUZIONI, COMBINAZIONI

2 Principi generali Il dimensionamento di un sistema strutturale è quella operazione con cui attraverso un procedimento di verifica numerica è possibile accertare la corrispondenza tra la forma, le geometrie, le connessioni di un complesso resistente e le prescrizioni contenute nelle norme. In Europa, le normative nazionali sono armonizzate a dei codici comunitari detti "EUROCODICI". EUROCODE D.M. Infrastrutture 14 gennaio 2008 Nuove norme tecniche per le costruzioni Circolare 02 febbraio 2009 nº617 C.S.LL.PP.

3 Le norme tecniche per le costruzioni (abbrev. NTC2008) individuano nel Cap.2 i requisiti che devono essere posseduti dai sistemi strutturali. - sicurezza rispetto ai crolli, perdite di equilibrio o dissesti gravi che possano compromettere l'incolumità delle persone o creare gravi danni ambientali. La norma sintetizza questo requisito con un acronimo S.L.U. (Stato Limite Ultimo) - sicurezza rispetto alle deformazioni che possono menomare il funzionamento in esercizio della struttura. a norma sintetizza questo requisito con l'acronimo S.L.E. (Stato Limite di Esercizio) - robustezza di comportamento a fronte di eventi eccezionali quali esplosioni, urti, incendi IL CROLLO DEL PONTE SUL TAKOMA NARROWS IL SUPERAMENTO DI UNO STATO LIMITE ULTIMO HA CARATTERE IRREVERSIBILE E SI DEFINISCE COLLASSO IL SUPERAMENTO DI UNO STATO LIMITE DI ESERCIZIO PUÒ AVERE CARATTERE REVERSIBILE OPPURE IRREVERSIBILE

4 TIPI DI 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 delle sezioni strutturali, dei collegamenti, fondazioni d) raggiungimento della massima capacità di resistenza della struttura e) collasso del terreno di fondazione f) rottura per fatica g) rottura di membrature e/o collegamenti per degrado h) instabilità di parti di struttura o del suo insieme TIPI DI STATI LIMITE DI ESERCIZIO a) danneggiamenti locali (es. fessurazioni) che possano indurre una minore durabilità dell'opera b) spostamenti e deformazioni che possono limitare l'uso della costruzione c) spostamenti e deformazione che possono compromettere l'efficienza o l'aspetto di elementi non strutturali d) vibrazioni che possono compromettere l'uso della costruzione e) danni per fatica che possano compromettere la durabilità dell'opera f) corrosione e/o eccessivo degrado dei materiali in funzione dell'ambiente di esposizione

5 La valutazione della sicurezza La valutazione della sicurezza nella normativa italiana si effettua mediante il confronto tra la resistenza e l'effetto delle azioni. Il metodo di verifica viene detto "metodo semi probabilistico agli stati limite" Il metodo, considerata l'aleatorietà delle grandezze in gioco, prevede che la verifica delle proprietà che influiscono in senso positivo sulla sicurezza siano valutate in modo da avere una accettabile probabilità di non essere superate e che risultino più grandi delle grandezze che influiscono in senso negativo sulla sicurezza valutate in modo da avere una accettabile probabilità di essere superate. per resistenza accettabile si intende quella che ha una probabilità inferiore al 5% di non essere superata per azione accettabile si intende quella che ha una probabilità inferiore al 95% di non essere superata QUI È STATA SOTTOSTIMATA LA RESISTENZA DEL SISTEMA ALLO SLU DI EQUILIBRIO

6 La normativa italiana sintetizza quanto abbiamo espresso in precedenza con l'equazione formale della sicurezza Il pedice "d" sta ad indicare il termine "design" (progetto) e segnala che il valore della resistenza R e della azione E devono intendersi corretti da coefficienti di sicurezza, per questo il metodo di verifica è anche detto "metodo dei coefficienti parziali di sicurezza" Nelle verifiche si applicheranno dei coefficienti di correzione della incertezza legata alla resistenza dei materiali Altri coefficienti verranno impiegati per correggere l'incertezza derivante dalla definizione delle azioni (o dei carichi che le producono) La resistenza minorata deve risultare maggiore o tuttalpiù uguale all'azione maggiorata (o al suo effetto)

7 Le azioni sulle costruzioni Dal testo della normativa (NTC2008) Classificazione delle azioni Si definisce azione ogni causa o insieme di cause capace di indurre stati limite in una struttura Ai fini didattici è necessaria la classificazione delle azioni secondo la loro variabilità temporale G - permanenti sono permanenti le azioni che agiscono per tutta la durata della vita nominale della costruzione si dividono in due tipi: G1 sono quelle relative ai pesi degli elementi strutturali ; G2 sono quelle relative agli elementi permanenti non strutturali Q - variabili sono variabili tutti quelle azioni che agiscono sugli elementi strutturali con valori che possono risultare molto diversi da loro se misurati in funzione del tempo. Sono variabili quelle azioni che sono dovute alle attività umane (sovraccarichi accidentali), neve, vento. E - sismici sono sismiche tutte le azioni derivanti dai terremoti A - eccezionali sono eccezionali le azioni dovute a: esplosioni, incendi, urti

8 Caratterizzazione delle azioni elementari Le azioni variabili che agiscono sulle costruzioni nel corso della vita nominale del fabbricato possono essere contemporanee, per questo nelle verifiche degli stati limite occorre impiegare degli opportuni coefficienti che ne tengano conto. Dal testo della normativa (NTC2008) Combinazioni delle azioni Ai fini delle verifiche degli stati limite si definiscono le seguenti combinazioni delle azioni [2.5.1] combinazione fondamentale impiegata per gli SLU [2.5.3] combinazione frequente impiegata per gli SLE di tipo reversibile [2.5.5] combinazione sismica impiegata per gli SLU e SLE connessi alla azione sismica

9 STATI LIMITE ULTIMI La normativa italiana fa riferimento a tre principali stati limite ultimi EQU - È lo stato limite di equilibrio, considera la struttura, il terreno o l'insieme terreno-struttura come corpi rigidi (questa verifica, ad esempio si applica nel caso dei muri di sostegno) STR - È lo stato limite di resistenza della struttura da prendere a riferimento per tutti i dimensionamenti strutturali e riguarda anche gli elementi di fondazione ed i terreni. Nel caso in cui le azioni sulle strutture siano esercitate dal terreno, si deve fare riferimento ai valori caratteristici dei parametri geotecnici GEO - È lo stato limite di resistenza del terreno, si deve prendere a riferimento nel caso del dimensionamento delle opere di fondazione ed in tutte le verifiche che prevedono l'interazione tra manufatto e terreno Nelle verifiche agli SLU occorre adottare i coefficienti definiti dalla tabella [Tab.2.6.I] contenuta nel testo della norma, la scelta di un coefficiente gamma o di un altro deve essere orientata alla rappresentazione dello scenario di carico che induce sula costruzione la combinazione di azioni più gravosa.

10 Tab. 2.6.I - coefficienti gamma per le azioni o per l'effetto delle azioni nelle verifiche SLU G1 G2 Qi EQU STR GEO Favorevole 0,9 1,0 1,0 Sfavorevole 1,1 1,3 1,0 Favorevole 0,0 0,0 0,0 Sfavorevole 1,5 1,5 1,3 Favorevole 0,0 0,0 0,0 Sfavorevole 1,5 1,5 1,5 NOTA: NEL CASO IN CUI I CARICHI PERMANENTI NON STRUTTURALI SIANO COMPIUTAMENTE DEFINITI SI POTRANNO ADOTTARE PER ESSI GLI STESSI COEFFICIENTI VALIDI PER LE AZIONI PERMANENTI Coefficiente parziale da applicare al peso proprio della struttura, nonché del peso proprio del terreno e dell'acqua quando pertinenti Coefficiente parziale da applicare ai pesi propri degli elementi non strutturali Coefficiente parziale da applicare alle azioni variabili

11 Tab. 2.5.I - valori dei coefficienti di combinazione Categoria/azione variabile Cat. A - uso residenziale 0,7 0,5 0,3 Cat. B - uffici 0,7 0,5 0,3 Cat. C - ambienti suscettibili di affollamento 0,7 0,7 0,6 Cat. D - uso commerciale 0,7 0,7 0,6 Cat. E - biblioteche,archivi,magazzini 1,0 0,9 0,8 Cat. F - rimesse parcheggi 0,7 0,7 0,6 Cat. G - rimesse parcheggi peso > cat.f 0,7 0,5 0,3 Cat. H - coperture 0,0 0,0 0,0 Vento 0,6 0,2 0,0 Neve 0,5 0,2 0,0 Neve a quota > 1000 m.s.l.m. 0,7 0,5 0,2 Variazioni termiche 0,6 0,5 0,0

12 INDIVIDUAZIONE DEI CARICHI CHE AGISCONO SU UNA COSTRUZIONE Le azioni permanenti del tipo G1 sono legate ai carichi di tipo gravitazionale (pesi) e si ricavano nelle analisi moltiplicando il volume degli elementi per pesi specifici dei diversi materiali strutturali. A seconda dei casi in esame, il peso proprio strutturale può esprimersi come carico concentrato o ripartito (per unità di lunghezza o di superficie) Le azioni permanenti del tipo G2 sono legate ai carichi di tipo gravitazionale (pesi) di tipo non imputabili agli elementi strutturali. In questo caso si può condurre una analisi per unità di superficie o di lunghezza da applicare all'area di influenza dell'elemento strutturale da analizzare. A seconda dei casi in esame, il peso permanente portato degli elementi non strutturali può esprimersi come un carico concentrato o ripartito (per unità di lunghezza o di superficie) Le azioni variabili del tipo Q1k sono legate alle attività umane e risentono quindi della destinazione d'uso degli ambienti e dalla eventualità o meno di affollamento. La valutazione dei pesi è legata alla individuazione dell'area di influenza dell'elemento strutturale. A seconda dei casi in esame, il carico variabile può esprimersi come concentrato in un punto oppure ripartito per unità di lunghezza o di superficie. Nota: la valutazione dei carichi tali da indurre azioni variabili tipo Qsk e Qwk sarà trattata in seguito, così per i carichi di tipo sismico E

13 Dal testo della normativa (NTC2008) Tab.3.1.II - valori dei carichi di esercizio Tab. 3.1.I - pesi dell'unità di volume

14 ANALISI DEI CARICHI PER I PRINCIPALI ELEMENTI COSTRUTTIVI Solaio laterocementizio - (soluzione strutturale) Elemento Volume (BxLxH) mc kn/mc kn/mq Soletta strutturale 0,04 1,00 1,00 0, ,00 Travetti in c.a. 2x0,12 0,22 1,00 0, ,32 Laterizi di alleggerimento 2x0,38 0,22 1,00 0,17 8 1,34 TOTALE 3,66

15 Solaio in legno per zona sismica - (soluzione strutturale) Elemento Volume (BxLxH) mc kn/mc kn/mq Soletta strutturale 0,05 1,00 1,00 0, ,25 Tavelle in cotto 0,03 1,00 1,00 0, ,54 Travetti secondari 3x0,08 1,00 0,08 0,06 5 0,29 TOTALE 2,08

16 Solaio in acciaio con soletta collaborante in cls per zona sismica - (soluzione strutturale) Elemento Volume (BxLxH) mc kn/mc kn/mq Soletta strutturale 0,05 1,00 1,00 0, ,25 Riempimento lamiera 0,03 1,00 1,00 0, ,54 Lamiera tipo Hi-bond Da catalogo 0,10 TOTALE 1,89

17 Pacchetto di finitura di solai per civile abitazione Elemento Volume (BxLxH) mc kn/mc kn/mq Pavimento 0,02 1,00 1,00 0, ,36 Massetto di allettamento 0,04 1,00 1,00 0, ,72 Protezione acustica 0,03 1,00 1,00 0,03 8 0,24 Massetto per impianti 0,06 1,00 1,00 0, ,84 Intonaco (estrad. Solaio) 0,30 TOTALE 2,46

18 Pacchetto di finitura di tetti a giardino Elemento Volume (BxLxH) mc kn/mc kn/mq Terreno vegetale umido 0,12 1,00 1,00 0, ,16 Ghiaia umida 0,06 1,00 1,00 0, ,02 Pannello isolante 0,10 Strati di tenuta 0,20 Massetto di pendenza 0,08 1,00 1,00 0, ,12 TOTALE 4,60

19 Solaio di copertura - (non adatto per le zone sismiche) Elemento Volume (BxLxH) mc kn/mc kn/mq Tegole in laterizio (olandesi) 0,50 Guaina ardesiata 0,10 Pannelli in OSB + orditura 0,10 Pannelli in sughero 1,00 1,00 0,18 0,18 3 0,54 Tavolato rifinito 0,033 1,00 1,00 0, ,16 TOTALE 1,40

20 Parete portante per zona sismica con isolamento nell' intercapedine Elemento Volume (BxLxH) mc kn/mc kn/mq Intonaco 0,02 1,00 1,00 0, ,36 Blocco laterizio portante 0,30 1,00 1,00 0, ,20 Pannello isolante Laterizio forato 0, , ,96 Intonaco 0,02 1,00 1,00 0, ,36 TOTALE 5,88

21 Parete di tamponamento con cappotto esterno e finitura in mattoni faccia vista Elemento Volume (BxLxH) mc kn/mc kn/mq Intonaco 0,02 1,00 1,00 0, ,36 Blocco laterizio 0,25 1,00 1,00 0, ,50 Pannello termoisolante Mattoni pieni 0,12 1,00 1,00 0, ,16 TOTALE 6,02

22 Parete divisoria tra due unità ambientali Elemento Volume (BxLxH) mc kn/mc kn/mq Intonaco 0,02 1,00 1,00 0, ,36 Laterizio forato 0,12 1,00 1,00 0,12 8 0,96 Pannello isolante Vedi catalogo 0,05 Laterizio forato 0,12 1,00 1,00 0,12 8 0,96 Intonaco 0,02 1,00 1,00 0, ,36 TOTALE 2,69

23 Elementi divisori interni Gli elementi divisori interni sono normalmente realizzati al di sopra dei solai e rappresentano per questi un carico permanente portato che la normativa tecnica consente di considerare come un carico uniformemente ripartito su una superficie unitaria. Il carico uniformemente ripartito viene definito dalla normativa attraverso la tabella seguente in funzione del peso che la parete trasmette su di un metro lineare Peso trasmesso dall'elemento divisorio su di una striscia di un metro G2 < o = 1,00 KN/m g2 = 0,40 kn/mq 1,00 < G2 < o = 2,00 kn/m g2 = 0,80 kn/mq 2,00 < G2 < o = 3,00 kn/m g2 = 1,20 kn/mq 3,00 < G2 < o = 4,00 kn/m g2 = 1,60 kn/mq 4,00 < G2 < o = 5,00 KN/m g2 = 2,00 KN/mq Esempio Supponendo di avere un divisorio tra due ambienti in laterogesso spessore 12 cm. - peso di una striscia di un metro -> (0,80 kn/mq) x 2,70 = 2,16 kn/m In questo caso assumeremo un carico g2 = 1,20 kn/mq