6 I componenti strutturali e le loro verifiche 6.1 Arcarecci

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1 6 I componenti strutturali e le loro verifiche 6.1 Arcarecci L arcareccio di copertura è una trave che regge il peso del manto ed i carichi accidentali della copertura stessa (la neve, o eventuali sovraccarichi, se previsti). Se sono presenti torrini di aerazione, il loro peso andrà anch esso sugli arcarecci. I carichi sopra descritti agiscono dall alto verso il basso. C è poi da considerare la depressione dovuta al vento che è invece una forza che agisce dal basso verso l alto. Gli arcarecci appoggiano sui traversi dei portali (o capriate) e vanno tipicamente su luci di 4-8 metri. Di solito si impiegano profili tipo IPE, HEA o UPN, oppure profili a C o a Z piegati a freddo. Luci maggiori a quelle indicate sono inusuali: se i portali distano, per e- sempio, 12 metri, allora piuttosto che adottare arcarecci da 12 metri è preferibile impiegare un falso traverso, cioè un traverso che non poggia direttamente sulle colonne ma su 2 travi longitudinali, in modo da dimezzare la luce per l arcareccio, e arrivare ad una più usuale di 6 metri. Gli arcarecci svolgono anche l importante funzione di stabilizzare il traverso o la capriata su cui poggiano: nel caso del traverso tenendone l ala superiore compressa e riducendo così la luce libera su cui si calcola lo sbandamento dell ala compressa (flessotorsione), nel caso della capriata tenendo il corrente superiore compresso e riducendone la lunghezza di libera inflessione, e quindi la snellezza, fuori dal piano della capriata. A volte anche l ala inferiore del traverso viene tenuta mediante sbadacchi che si ancorano sui traversi (nel capitolo 13 indicheremo un dettaglio tipico). Gli arcarecci si calcolano come travi semplicemente appoggiate soggette a flessione deviata. È vero che, da un punto di vista costruttivo, potrebbero essere realizzati come continui su più appoggi. Per esempio, se la loro luce è di 4 metri, il costruttore potrebbe impiegare barre da 12 metri e renderli perciò continui su 4 appoggi. Ma voi non saprete mai cosa farà il costruttore e non sarebbe neanche prudente limitarlo, perciò è meglio calcolarli come semplicemente appoggiati e fornire al costruttore 2 dettagli costruttivi: l appoggio sul traverso con giunzione, e l appoggio sul traverso senza giunzione, lasciando a lui la scelta di dove porre la giunzione, ma sempre in corrispondenza di un traverso. La flessione deviata è dovuta al fatto che in genere le coperture sono in pendenza, ed il carico verticale dovuto ai permanenti e alla neve verrà scomposto in 2 componenti: una (più grande) che agisce secondo il piano di maggiore inerzia dell arcareccio, ed una minore che però, agendo nel piano nel quale il profilo presenta una bassa inerzia, dà luogo in genere a sforzi non proprio trascurabili. Il carico della depressione del vento invece agisce normalmente alla superficie del tetto, quindi non genera una componente orizzontale. Poiché i profili usati per gli arcarecci hanno una bassa inerzia nel piano della copertura, essi tenderebbero a spanciare per il solo peso proprio e peso del manto, prima che questo venga fissato. È buona norma quindi pendinarli: cioè collegarli, a metà o ai terzi della lu-

2 32 CAPITOLO 6 ce, con dei pendini, profili che agiscono in trazione. Come pendini si usano in genere tondi filettati (diametro mm) o un piatto di sezione molto limitata (40 x 3 per esempio). Tipicamente: un arcareccio con luce sino a 6 metri, verrà pendinato in mezzo; un arcareccio con luce da 6 a 8 metri verrà pendinato ai terzi; un arcareccio con luce di 8-10 metri ai quarti. Con la pendinatura si ottiene anche il vantaggio di calcolare gli sforzi di flessione nel piano di minore inerzia su una luce minore. Per gli arcarecci si può trascurare o meno l instabilità flesso-torsionale o sbandamento laterale dell ala compressa (lateral buckling). È possibile trascurarla se il manto soprastante contrasta il possibile movimento. Occorre però che il manto sia fissato in modo sufficientemente robusto, anche al fine di sostenere le forze del vento che, agendo in depressione, tendono a staccare il manto dalle strutture. Sarebbe buona norma indicare sui disegni o nel capitolato l azione del vento a mq alla quale il sistema di fissaggio del manto deve resistere. Se non si ha fiducia nel sistema di fissaggio, o perché non idoneo di per sé a tener ferma l ala compressa o perché non si ha fiducia nell accuratezza della realizzazione, o perché infine non si è ancora scelto un manto specifico, allora conviene (come fanno alcuni) considerare nel calcolo l instabilità flesso-torsionale. In questo caso, per evitare di dover usare profili troppo grossi e pesanti, si può usare come pendini non dei tondi (che connettendosi all arcareccio in un sol punto non possono impedirne lo sbandamento laterale) ma profili tipo IPE magari un po più piccoli dell arcareccio e collegati con 2 bulloni (almeno), oppure angolari che si collegano con una squadretta saldata all angolare stesso e 2 bulloni sull arcareccio. Questo tipo di collegamento è considerato un collegamento a cerniera ma, ai fini dell instabilità laterale, il debole grado d incastro che sviluppa si considera sufficiente e prevenire il fenomeno. Attenzione però: la forza di depressione del vento, che agisce dal basso verso l alto, manda in flessione l arcareccio comprimendo l ala inferiore che in genere non è tenuta. Quindi occorrerebbe verificare la flessione per la depressione del vento considerando comunque l instabilità per sbandamento laterale. C è da dire che, se la luce dell arcareccio è bassa, tra i 4 ed i 6 metri, in genere questa verifica non è dimensionante. Se si vuole approfondire il problema dell azione stabilizzante realizzata o meno dal manto di copertura, si può leggere l Eurocodice EN che tratta in modo esteso l argomento. Gli arcarecci non sono soggetti a carichi assiali di compressione o trazione, tranne quelli che fanno parte dei controventi di falda. Per questi, nei casi in cui si sono scelte le IPE, si ricorre spesso alla sostituzione con una HEA nel tratto interessato dal controvento, poiché ovviamente l HEA resiste meglio ad azioni assiali. Qualcuno trascura le azioni assiali poiché, se il manto è ben fissato, la snellezza dell arcareccio è praticamente nulla. Personalmente ritengo che, in coperture di dimensioni ampie, dove queste compressioni non sono trascurabili, sia meglio prescindere dall effetto stabilizzante del manto. La pendinatura, nel caso di arcareccio che agisce anche in compressione, svolge l ulteriore funzione di ridurre la lunghezza di libera inflessione nel piano del tetto che è anche quello di minore inerzia per l arcareccio stesso.

3 I COMPONENTI STRUTTURALI E LE LORO VERIFICHE 33 Suggerimento: se avete usato, per esempio, le IPE 180 come arcarecci, sostituite quelle che fanno parte del controvento di falda, e che quindi si comprimono, con una HEA 180: resisteranno a compressione benissimo, e compenserete la differenza di spessore con un piatto da 8-10 mm posto tra l HEA e il traverso, necessario per collegare i diagonali del controvento. Degli arcarecci va infine controllata la freccia che, di norma, non deve superare 1/200 della luce. Anzi questa verifica spesso finisce per essere quella dimensionante. Nel paragrafo presenteremo un esempio di calcolo di un arcareccio. 6.2 Controventi di falda I controventi di falda hanno il duplice compito di portare le forze del vento e di stabilizzare la copertura. Essi possono essere di testata o laterali. Quelli di testata (figure 6.1 e 6.2) raccolgono le forze del vento delle testate e li riportano sulle colonne. Essi inoltre impediscono lo sbandamento dell ala compressa del traverso del portale trasversale (o della biella che collega le colonne a mensola, o del corrente superiore della capriata, a seconda della tipologia adottata). Figura 6.1 Controventi di falda di testata: funzioni.

4 34 CAPITOLO 6 Figura 6.2 Controventi di falda di testata: disposizioni efficaci o meno. Figura 6.3 Controventi di falda laterali.

5 I COMPONENTI STRUTTURALI E LE LORO VERIFICHE 35 I controventi di falda laterali, se presenti, raccolgono le forze del vento che agiscono nelle pareti laterali tra una colonna e l altra e le riportano sulle colonne stesse. Se è presente la trave longitudinale che regge il falso traverso, ne stabilizzano l ala compressa impedendole di sbandare nel suo piano orizzontale. Nella figura 6.3 la trave longitudinale è tralicciata, e quindi il controvento di falda ne stabilizza il corrente superiore. I controventi di falda di testata sono delle travi reticolari che hanno come correnti le flange superiori di due traversi contigui, come montanti un tratto degli arcarecci e come diagonali dei profili opportunamente aggiunti. In genere si impiegano L semplici o schiena a schiena, oppure degli UPN. In strutture piccole anche dei tondi. È preferibile adottare uno schema ad aste tese in modo da avere diagonali snelle e piccole. Il calcolo consiste dunque in: Calcolare le forze del vento e concentrarle sui nodi della reticolare. Calcolare le forze instabilizzanti delle ali compresse dei traversi (per esempio come indicato al par della CNR-UNI 10011). Esse andrebbero sommate, per quanto riguarda i diagonali, alle forze del vento. Ma pochi lo fanno, e tutti considerano solo le forze del vento. C è da dire che le azioni instabilizzanti non sono elevate e che questi controventi non si fanno lavorare al massimo della loro capacità, per cui la verifica è facilmente soddisfatta. Risolvere la reticolare considerando solo le diagonali in trazione. Dimensionare le diagonali. Usare le compressioni sui montanti per la verifica degli arcarecci in presso-flessione deviata. Usare le compressioni sull ala superiore del traverso per la verifica di quest ultimo; se si trattasse di una capriata, sommare la compressione trovata alla compressione del corrente superiore della capriata che si trova calcolando la capriata stessa. I controventi di falda, essendo travi reticolari piuttosto tozze, non richiedono di norma verifica della deformabilità. 6.3 Traverso o capriata Il traverso è la trave che collega al livello della copertura 2 colonne in senso trasversale alla lunghezza del capannone o tettoia. Se è collegato rigidamente alle 2 colonne, forma con esse un portale. Se invece il traverso è collegato alle colonne (che sono a mensola o pendolari) con attacchi che non lasciano passare il momento, cioè cerniere, allora si comporta come una trave appoggiata per quanto riguarda i carichi verticali, e, poiché lascia passare le compressioni o trazioni, anche come una biella: agisce cioè ripartendo tra le 2 colonne le forze laterali (vento o sisma). Il traverso può essere piano (se il tetto è piano), a ginocchio (se il tetto è a doppia falda), o rettilineo ma inclinato (se il tetto è ad una falda), come illustrato nella figura 6.4. Se è parte del portale, il traverso è in genere un profilo ad H, laminato o composto saldato per luci e carichi maggiori. Esso è soggetto prevalentemente a flessione, dovuta al comportamento a portale con tipico andamento del momento flettente rialzato sugli estremi, come una trave incastrata, per i carichi verticali, ed a farfalla per le azioni orizzontali del vento e sisma, ed è soggetto

6 36 CAPITOLO 6 anche a compressione, sempre derivata dall appartenenza al portale (ma è una azione di minore importanza). Se esso fa parte del controvento di falda, può avere per questo una compressione o una trazione aggiuntiva, da sommare agli sforzi del portale. Tale azione però è in genere di non grande entità, tenendo anche conto che le combinazioni di carichi con o senza le azioni del vento sono diverse ed hanno coefficienti diversi. Il traverso è soggetto all instabilità flesso-torsionale o sbandamento laterale, però è tenuto dagli arcarecci (o anche da collegamenti tra i portali che si trovano sotto gli arcarecci, per lo più però limitati ai punti di giunzione traverso-colonna). Quindi la lunghezza di sbandamento laterale da tenere in conto sarà in genere la distanza tra 2 arcarecci. A volte, specie se è molto alto, vengono aggiunte due saette inclinate a 45 gradi che collegano l ala inferiore del traverso con gli arcarecci stessi, per meglio contrastare l instabilità. Quindi, ricapitolando: a) Per il dimensionamento basta verificare il profilo in flessione semplice con controllo dell instabilità laterale, usando il massimo momento che deriva dal calcolo del portale più sollecitato (per massimo momento intendiamo ovviamente il massimo momento fattorizzato che deriva dallo sviluppo delle opportune combinazioni di carico). b) Per la verifica finale: b1) Verifica locale a presso/tenso-flessione semplice (momenti e azioni assiali dal calcolo a portale). b2) Verifica globale di stabilità a presso-flessione semplice con sbandamento laterale (momenti e compressione dal calcolo a portale). b3) Verifica locale a presso/flesso-tensione semplice per i traversi appartenenti ai controventi di falda (momenti dal telaio, azioni assiali dal telaio e dal calcolo del controvento di falda). b4) Verifica globale di stabilità a presso-flessione semplice con sbandamento laterale per i traversi appartenenti ai controventi di falda (momenti dal telaio, azioni assiali dal telaio e dal calcolo dei controventi di falda). b5) La verifica di deformabilità per carichi verticali, per quanto da fare, non è in genere determinante perché quasi sempre soddisfatta, essendo la trave incastrata agli estremi. Figura 6.4 Traversi: tipologie.

7 I COMPONENTI STRUTTURALI E LE LORO VERIFICHE 37 Figura 6.5 Traversi ad anima piena o tralicciati. Occorre ricordare che il primo portale ha un carico verticale ridotto perché l area della copertura su di esso gravante è circa la metà degli altri, ciò va tenuto conto nelle verifiche b3) e b4) (a meno che non si preveda un ampliamento del capannone/tettoia). Se in traverso non fa parte di un portale, ma è collegato a cerniera alle colonne a mensola o pendolari, non cambia nulla di quanto detto sopra, tranne che: 1) Il diagramma del momento è quello tipico delle travi appoggiate, con momento nullo agli estremi e massimo in campata (e questo sarà un parametro dominante il dimensionamento). 2) Le forze orizzontali non generano momenti ma solo azioni assiali. 3) La verifica di deformabilità diventa importante e spesso dimensionante. Pertanto i momenti flettenti potranno essere calcolati semplicemente considerando la trave come appoggiata. Le azioni assiali, dovute al vento, potranno essere facilmente calcolate con l ipotesi che il traverso consenta la distribuzione equa di esse tra le 2 colonne. Su luci molto ampie, sopra i metri direi, un traverso ad H diventa oneroso da realizzare. Si preferisce allora ricorrere ad una capriata, cioè ad una trave tralicciata, saldata o bullonata, con correnti, diagonali e montanti realizzati in genere con L semplici o doppi L, oppure con UPN (figura 6.5). Queste strutture hanno il pregio di coprire ampie luci con pesi ridotti rispetto alle travi ad H. In compenso hanno alcuni difetti: a) sono di solito più costose (costano almeno il 15-20% in più al kg, ma questo numero è solo indicativo); b) sono più alte delle travi ad anima piena, ad H cioè, e quindi determinano, a parità di altezza utile, un altezza totale del capannone maggiore. Se si usano angolari schiena a schiena per realizzare la capriata, soluzione bella da un punto di vista strutturale ed anche costruttivo, occorre tener presente che ci saranno problemi di verniciabilità (è difficile far penetrare la vernice tra i 2 angolari distanti mm), e quindi ci saranno maggiori rischi di corrosione. Sarebbe preferibile per risolvere il problema zincare a caldo gli angolari, oppure impiegare solo angolari semplici o doppi a farfalla. È preferibile collegare le capriate alle colonne mediante cerniera e non con attacchi a momento, realizzando quindi schemi del tipo colonna a mensola/puntone, o colonna pendolare/puntone, piuttosto che portali. Perché?

8 38 CAPITOLO 6 Innanzi tutto diciamo come realizzare un attacco a cerniera. La capriata si connette alla colonna col corrente superiore (e il primo diagonale) e con il corrente inferiore. Occorre realizzare il primo dei due attacchi come cerniera, solitamente bullonato, e bullonare anche il corrente inferiore ma lasciare dei fori asolati. Se invece non si asolano i fori, il doppio attacco costituisce un attacco a momento con la colonna, che consente il transito dei momenti nella forma di trazioni/compressioni aggiuntive sui correnti. Ora, se si realizza un attacco a momento, un momento negativo sul nodo capriatacolonna genererà trazioni nel corrente superiore della capriata e compressioni in quello inferiore. Quest ultimo è dimensionato per le trazioni, quindi è più snello di quello superiore e non è tenuto lungo la sua lunghezza, mentre il corrente superiore è ben tenuto dagli arcarecci. Assoggettarlo a compressioni vuol dire essere costretti ad aggiungere strutture simili agli arcarecci sul piano del corrente inferiore al fine di contrastarne appunto la instabilità fuori dal suo piano, complicando quindi costruttivamente le cose. Se la capriata è realizzata come incernierata, può essere agevolmente calcolata come struttura reticolare isostatica, soggetta alle forze verticali trasmesse dagli arcarecci e alla compressione che si trasmette tra colonna e colonna (calcolata come detto sopra per il traverso). Se siete ancora capaci di fare un Cremoniano a mano (e se ne avete ancora voglia), vi basta un foglio di carta millimetrata e 2 squadrette per calcolare le azioni interne, altrimenti ricorrete ad un qualsiasi programma di calcolo, cosa che è francamente meglio (nel capitolo 10, quando parleremo della modellazione, daremo qualche indicazione su semplici calcoli manuali di predimensionamento). Le aste risulteranno semplicemente compresse o tese. Il corrente superiore sarà compresso, con lunghezza di libera inflessione pari alla distanza tra 2 nodi nel piano, e alla distanza di 2 arcarecci fuori dal piano. Pertanto va verificato a instabilità per compressione semplice. Se ci fossero arcarecci in falso che generano quindi momenti flettenti, lo si verificherà a instabilità in presso-flessione. Il corrente inferiore si verificherà a trazione semplice, sull area netta depurata dai fori. I montanti si verificheranno a instabilità per compressione semplice con lunghezza di libera inflessione pari alla loro lunghezza teorica. Le diagonali saranno tese o compresse a seconda dell inclinazione, e come tali andranno verificate. La deformabilità non è determinante per queste strutture intrinsecamente rigide. Se comunque vorrete considerare la capriata incastrata nelle colonne, allora dovrete calcolare il portale che ne deriva (questa volta senz altro con un programma di calcolo). Poi dimensionerete come prima, facendo attenzione che il corrente inferiore molto probabilmente si comprimerà nei tratti di estremità, e bisognerà fare attenzione alla sua lunghezza di libera inflessione fuori dal piano (con aggiunta di collegamenti, come detto sopra). Vedrete in questo caso che le trazioni massime del corrente inferiore, proprio per l effetto d incastro, risulteranno minori di quelle che trovereste considerando la capriata semplicemente appoggiata. Il mio personale parere è che, anche se la capriata fa parte del portale, il corrente inferiore venga comunque dimensionato per la trazione che avrebbe se la capriata fosse semplicemente appoggiata. Perché? È solo una norma di prudenza: se per caso i giochi foro-bullone fanno sì che il corrente inferiore fiati senza entrare in compressione, allora si tenderebbe al comportamento di capriata appoggiata, cioè con trazione del corrente inferiore maggiore, e questo sarebbe molto pericoloso, perché un suo cedimento comporterebbe il cedimento della capriata stessa essendo questa sostanzialmente isostatica.

9 I COMPONENTI STRUTTURALI E LE LORO VERIFICHE 39 L aggravio in termini di peso è minimo, il grado di sicurezza che ne deriva ben maggiore. 6.4 Falso traverso o capriata e trave longitudinale di copertura Se la distanza tra 2 portali trasversali è, poniamo, di 12 metri, si potrebbe pensare di gettare arcarecci su tale luce, ma non sarebbe una soluzione ottimale, come già detto. È molto meglio porre a metà tra i 2 traversi dei portali un falso traverso, cioè un traverso che non poggia su colonne ma su 2 travi longitudinali che vanno da portale a portale e che possiamo chiamare Trave longitudinale di copertura o Trave porta traverso. Così potremo disporre gli arcarecci su 6 metri di luce, scelta molto più appropriata (figura 6.6). Il falso traverso (o falsa capriata, se la copertura è realizzata con capriate) sarà una trave appoggiata sulle travi longitudinali, quindi da calcolare come trave appoggiata soggetta a flessione. Si dovrà tener conto dello sbandamento laterale dell ala compressa come per i traversi tra le colonne. Il falso traverso non avrà forze di compressione. Le forze del vento della facciata laterale tra colonna e colonna verranno, mediante il controvento di falda laterale, scaricate sulle colonne contigue. Non dovendo fare da traverso di un portale, il falso traverso avrà verosimilmente una sezione minore. Se si tratta di una falsa capriata, conviene invece farla uguale a quella tra i portali, per una ragione di uniformità. La trave longitudinale di copertura è una trave su semplice appoggio, caricata in mezzeria dalla reazione del falso traverso/falsa capriata. Inoltre esso convoglia le forze del vento di facciata che viaggiano a livello della copertura sino a scaricarsi sui portali di controvento. Pertanto esso va verificato in presso-flessione semplice, tenendo anche conto dell instabilità laterale, contrastata in genere dal controvento di falda. Figura 6.6 Capriate e false capriate.

10 40 CAPITOLO Collegamenti longitudinali dei portali In genere i portali sono collegati, oltre che dagli arcarecci, da altre travi: all incrocio tra colonna e traverso; al centro del traverso; lungo la colonna, ad una quota circa a metà tra piastra di base e via di corsa o copertura. Non è detto che tali collegamenti debbano esserci, o esserci tutti. Sono più probabili in edifici di maggiori dimensioni con sollecitazioni verosimilmente più grandi. I collegamenti longitudinali tra i portali hanno diversi scopi: trasmettere le forze del vento dalla facciata ai portali longitudinali di controvento; reggere il falso traverso, se presente; evitare lo sbandamento fuori dal suo piano del nodo trave/colonna del portale, in caso di formazione di cerniera plastica; ridurre la lunghezza di libera inflessione delle colonne fuori dal piano del portale; fornire un sostegno alle orditure di parete che reggono la pannellatura (e quindi il vento laterale). Sono quindi elementi da verificare in genere per stabilità in compressione semplice (più la flessione in alcuni casi: trave che regge il falso traverso e trave che regge orditure di parete). Le forze sono quelle che dipendono dalle funzioni sopra dichiarate. In qualche soluzione progettuale, i controventi di falda non sono posti tra gli arcarecci ma tra i collegamenti di cui si è appena detto, cioè quelli all incrocio tra colonna e traverso, quelli al centro del traverso e qualcuno intermedio (figura 6.7). In pratica così si realizzano 2 strutture distinte di copertura: una, sopra i traversi dei portali, formata dai soli arcarecci, e che ha l unico compito di sorreggere i carichi verticali; un altra, a livello un po più basso (all altezza della flangia superiore del traverso o all altezza del baricentro dello stesso), con il compito di stabilizzare la struttura e portare le forze orizzontali. Figura 6.7 Sistema di copertura su due livelli.

11 I COMPONENTI STRUTTURALI E LE LORO VERIFICHE 41 Questa soluzione, adatta per strutture di maggiori dimensioni, è concettualmente corretta, ma più complessa e pesante di quella, a mio avviso preferibile, con un unica copertura che integra le funzioni di sostegno dei carichi verticali, di quelli orizzontali e di stabilizzazione. 6.6 Via di corsa Le vie di corsa sono la travi che sostengono le rotaie per lo scorrimento del carroponte. I carroponti possono essere di portata variabile, sino a qualche centinaio di tonnellate, e ovviamente le tipologie delle vie di corsa varieranno di conseguenza. I carichi trasmessi dal carroponte sono di 4 tipi: carichi verticali; carichi trasversali (tiri obliqui, serpeggiamento); carichi longitudinali (frenata); azioni dovute al disassamento dei carichi verticali (rotaia non perfettamente centrata sulla trave). Per carroponti di bassa portata basta come via di corsa una trave laminata tipo HE, la quale assorbe sia le forze verticali che quelle trasversali, lavorando in flessione deviata. In realtà le forze orizzontali, essendo generate dalle ruote al livello dell ala superiore della trave, genererebbero anche torsione oltre che flessione nel piano orizzontale, ma in genere questa non viene considerata. Per portate maggiori occorre aiutare l ala superiore ad assorbire le flessioni orizzontali. Si può ricorrere ad un profilo ad L saldato lateralmente all ala superiore, oppure ad un UPN saldato sull ala superiore e posto in modo da avere l inerzia maggiore nel piano orizzontale (figura 6.8). Per portate ancora maggiori, la via di corsa tenderà a diventare un profilo composto saldato di notevole altezza, e per il sostegno delle spinte laterali si costruirà una trave orizzontale che ha come correnti da una parte l ala superiore della trave di scorrimento, e dall altra un profilo quale un L, una coppia di L schiena a schiena, una HE, o altre soluzioni. Questa trave sarà tralicciata, e su di essa si porrà un grigliato o della lamiera striata che potrà anche fungere da passerella. In alcune soluzioni i diagonali e montanti sono sostituiti semplicemente dalla lamiera striata opportunamente rinforzata se necessario. Figura 6.8 Vie di corsa: tipologie.

12 42 CAPITOLO 6 Con carroponti di grande portata ( tonnellate e più) e travi piuttosto alte (da 1000 mm in su) le azioni dovute al disassamento dei carichi verticali non sono più trascurabili. Esse tendono a generare delle spinte torcenti sulla trave di scorrimento. L ala superiore è ben bloccata dalla trave orizzontale che serve principalmente per sostenere le spinte orizzontali, ma l ala inferiore è libera e la trave potrebbe tendere a inclinarsi e ruotare attorno all asse longitudinale. Si può ovviare a ciò principalmente in 2 modi: a) introducendo delle bielle inclinate che collegano la trave orizzontale con l ala inferiore; b) creando una sorta di cassone, aggiungendo cioè un corrente inferiore e tralicciando la faccia inferiore della trave e poi quella verticale. La trave verticale parallela alla trave di scorrimento si chiama di solito trave di sponda. In genere si aggiungono poi anche delle diagonali interne per irrigidire il cassone agli appoggi, ed anche ai terzi della trave. Se si usa la soluzione b), si potrà impiegare parte del cassone, generalmente la trave tralicciata inferiore, che avrebbe solo una funzione stabilizzante, per sostenere le spinte del vento che agiscono sulle orditure di parete. In una via di corsa di un carroponte all aperto è preferibile utilizzare il grigliato invece della lamiera striata per la passerella. Infatti all aperto sono possibili dei ristagni d acqua con la striata, e quindi ci sono maggiori rischi di corrosione e soprattutto di formazione di ghiaccio con conseguente scivolosità del piano camminabile. Vediamo allora come si calcolano le vie di corsa. La trave di scorrimento La trave di scorrimento deve sopportare i seguenti carichi: il peso proprio ed il peso di metà della trave orizzontale superiore, se questa è presente; i carichi verticali del carroponte; metà dei sovraccarichi della passerella, se questa esiste; le spinte trasversali del carroponte. Essa inoltre deve avere una freccia verticale non maggiore di 1/800 della luce, ed orizzontale di non più di 1/1600 della luce, in accordo alla norma CNR-UNI 10021, per gli apparecchi di sollevamento. Prima cosa occorre procurarsi i carichi verticali del carroponte. Se si sa già quale sarà il carroponte da installare siamo a posto: il costruttore fornisce i carichi statici alle ruote, minimi e massimi, ed in base alla classe di funzionamento il coefficiente dinamico da adottare. Ma spesso il progettista deve dimensionare la via di corsa prima che sia stato acquistato il carroponte, per cui disporrà solo della portata nominale richiesta dal cliente e dello scartamento. In base a questi dati è possibile, ricorrendo alla letteratura o a dati presi dai cataloghi dei costruttori, ricavare i carichi verticali in modo sufficientemente cautelativo. Un buon riferimento è, a mio avviso, L Acciaio nelle Costruzioni, Edizioni Cremonese, 1973, non più pubblicato per quanto ne so io. Lì viene riportata una tabella, che qui riproduco (figure 6.9, 6.10 e 6.11), con le reazioni alle ruote di una certa gamma di carroponti da 3 a 250 ton di portata utile.

13 I COMPONENTI STRUTTURALI E LE LORO VERIFICHE Figura 6.9 Carroponti: carichi alle ruote 1/3. Bozza 1 luglio

14 44 CAPITOLO 6 Figura 6.10 Carroponti: carichi alle ruote 2/3. Bozza 1 luglio 2008

15 I COMPONENTI STRUTTURALI E LE LORO VERIFICHE 45 Figura 6.11 Carroponti: carichi alle ruote 3/3. I carroponti hanno di solito 2 o 4 ruote per testata, a seconda della portata. Se si ricorre a dati preliminari e non a quelli veri, il mio consiglio è di usare, per carroponti Da ton di portata in su, sia uno schema a 2 ruote che uno a 4, perché si trovano appunto modelli sia a 2 che a 4 ruote. Si dovrà poi valutare un coefficiente dinamico, riferendosi alle modalità di funzionamento ed alle indicazioni della CNR UNI Bozza 1 luglio 2008

16 46 CAPITOLO 6 Una volta determinati i carichi verticali, maggiorati del coefficiente dinamico, occorrerà con essi dimensionare la trave di scorrimento. Lo schema statico che in genere si adotta per le travi di scorrimento è quello di trave appoggiata. È conveniente, a mio avviso, adottare schemi di trave continua solo per carroponti di bassa portata con campate piuttosto brevi (in modo da usare un profilo commerciale tipo HE in un pezzo unico continuo su 3 appoggi, per esempio). In genere lo schema a trave appoggiata tra un portale e l altro è comunque preferibile. I carichi verticali vanno posti sulla trave in 3 posizioni: a) quella che genera il massimo taglio; b) quella che genera il massimo momento flettente; c) quella che genera la massima freccia. La b) e la c) non coincidono necessariamente, ma di solito tutti usano la b) anche per il calcolo della freccia massima. La posizione che genera il taglio massimo è quella con la prima ruota gravante direttamente sull appoggio. Quella che genera il massimo momento flettente può essere trovata spostando i carichi sulla trave in modo tale che, se si hanno 4 carichi, la mezzeria della trave cada a metà della distanza tra la seconda ruota ed il baricentro di tutti i carichi di una testata. Se invece si hanno 2 carichi, la mezzeria della trave deve cadere a metà della distanza tra il primo carico e il baricentro dei carichi (figura 6.12). Coi carichi verticali del carroponte, i pesi propri e gli eventuali sovraccarichi si dimensiona la trave di scorrimento. Figura 6.12 Azioni del carroponte: posizione di massimo momento e massimo taglio.

17 I COMPONENTI STRUTTURALI E LE LORO VERIFICHE 47 Figura 6.13 CNR-UNI 10011: valori limite della snellezza dei pannelli d anima. Per travi laminate tipo HE (carroponti di bassa portata) sarà dominante il dimensionamento a flessione e la verifica della freccia. Dopo si verificherà che il profilo scelto vada bene anche a taglio. Se la trave di scorrimento non ha una trave orizzontale superiore per le spinte laterali, si dovrà considerare lo sbandamento laterale (tenendo conto ovviamente dell effetto benefico dell eventuale L saldato di lato all ala superiore o dell UPN posto sopra ad essa). Se invece abbiamo un carroponte di alta portata allora avremo, come dicevamo, una trave di scorrimento realizzata con una trave composta saldata, ed in questo caso giocano un ruolo rilevante sia il momento flettente, che la deformabilità che infine il taglio. Per dimensionarla possiamo seguire il seguente schema logico: a) Determiniamo l altezza e lo spessore dell anima. L altezza dell anima determina l altezza della trave, e l area dell anima è determinata dal taglio massimo. Allora fissiamo lo sforzo di taglio massimo che vogliamo raggiungere, diciamo il 60% del massimo ammissibile per il materiale scelto. Con questo numero e con il taglio massimo calcolato determiniamo l area minima necessaria per l anima della trave. È chiaro che, a parità di area, è più efficiente ridurre lo spessore ed alzare l altezza, perché così si alza l inerzia e occorrerà meno area sulle ali per portare il momento flettente massimo e quindi si otterrà una trave meno pesante e più economica. Ma più si fa snella l anima e più questa è soggetta ai fenomeni di instabilità. Da ciò ci si difende ponendo degli irrigidimenti verticali sull anima (che vanno da ala superiore ad ala inferiore). Più snella è l anima più fitti devono essere gli irrigidimenti, e più fitti sono più lavorazioni ci sono, e quindi il costo aumenta. Per ottimizzare il tutto si può immaginare di porre irrigidimenti che creano pannelli di larghezza 1 1,5 volte l altezza dell anima. In queste condizioni in

18 48 CAPITOLO 6 genere l anima è verificata per l instabilità con rapporti altezza/spessore dell ordine di Osserviamo infatti il prospetto 7-XI della CNR-UNI (figura 6.13). Si vede che, con α compreso tra 1 e 1,50 (cioè con pannelli larghi sino a una volta e mezzo l altezza della trave), nei pannelli centrali dove la σ può andare da 12 a 24 kn/cmq e la τ sarà minore di 9 kn/cmq, i pannelli possono avere una snellezza sino a 140. Nei pannelli agli appoggi, con una τ sino a 10,5 kn/cmq (quindi al 66% della τ massima per un acciaio S275) e una σ molto bassa, la snellezza scende a 120. Usando quindi un rapporto altezza/spessore di e nota l area necessaria, troviamo spessore ed altezza. Il calcolo è banale: se A t è l area necessaria, 120 il rapporto altezza/spessore, h w l altezza dell anima e t w il suo spessore: da cui consegue: A = h t = h t w w h w ( w hw = 120A t /120) t w = h w /120 b) Determiniamo le dimensioni delle ali o flange. Andiamo per tentativi, in modo da ottenere una sezione il cui modulo di resistenza sia tale da sopportare il momento massimo e il cui momento di inerzia sia tale da dare una freccia non superiore ad 1/800 della luce. Lo spessore è meglio che sia almeno 1,5 volte quello dell anima, senza superare, diciamo, valori di mm. Probabilmente la verifica della deformabilità sarà quella dominante. Se invece comandasse la verifica a flessione, in questo caso non dimensioniamo le flange in modo da arrivare al 100% della σ ammissibile, perché dobbiamo lasciare un po di margine per le compressioni aggiuntive dell ala superiore dovute al suo appartenere alla trave orizzontale che contrasta le spinte trasversali del carroponte, ed anche dell ala inferiore che potrebbe avere extra-sforzi dovuti alle azioni del vento sulla trave orizzontale inferiore. Potremmo arrivare ad un 70% della σ massima (o forse anche meno, dipende anche dal grado di confidenza che abbiamo nei confronti dei carichi adottati e dalla probabilità che possano aumentare). La larghezza della flangia, per carroponte da ton in su, non deve essere inferiore a 350 mm: infatti la rotaia sarà larga 200 mm e gli apparecchi di fissaggio laterali (detti a volte pizzicotti ) circa 60 mm ciascuno. Quindi occorrono 320 mm più lo spazio per saldare gli apparecchi di fissaggio. Se poi c è una lamiera striata superiore saldata anch essa sulla flangia, è meglio avere 400 mm. Per carroponti da 5-15 ton, 300 mm saranno sufficienti (un profilo tipo HE, per esempio). c) Dimensioniamo la trave orizzontale superiore. È una trave tralicciata, incernierata alle estremità, che ha come corrente interno l ala superiore della trave di scorrimento. I carichi sono quelli dovuti alle spinte trasversali del carroponte, pari a 1/10 dei corrispondenti carichi verticali. Se il corrente esterno è impiegato anche come collegamento tra i portali, potrebbe avere una compressione aggiuntiva, dovuta al transito delle forze del vento agenti sulla facciata.

19 I COMPONENTI STRUTTURALI E LE LORO VERIFICHE 49 Possiamo calcolare questa trave come tralicciata oppure, in modo più approssimato ma più semplice, come una trave appoggiata della quale il taglio massimo ci darà la massima compressione e trazione sui diagonali (basta moltiplicare il taglio massimo per l opportuno seno o coseno dell angolo che il diagonale forma coi correnti), ed il momento flettente massimo ci darà, diviso per la distanza tra i due correnti, la massima trazione e/o compressione sul corrente esterno e sull ala superiore della trave di scorrimento. L azione del corrente esterno andrà incrementata della compressione che si trova calcolando la trave di sponda. d) Dimensioniamo la trave di sponda. È una trave tralicciata anch essa, come la trave orizzontale superiore. È soggetta, oltre che ai pesi propri, all eventuale sovraccarico sulla passerella. Il metodo di calcolo è analogo a quello della trave orizzontale superiore. La compressione del corrente superiore va sommata a quella trovata nel calcolo della trave orizzontale superiore. e) Dimensioniamo la trave orizzontale inferiore. È una trave tralicciata anch essa, come la trave orizzontale superiore. È soggetta, oltre che ai pesi propri, all eventuale spinta del vento agente sulle pareti laterali. Il metodo di calcolo è analogo a quello della trave orizzontale superiore. La trazione del corrente va sommata a quella trovata nel calcolo della trave di sponda. La trazione nell ala inferiore della trave di scorrimento andrà usata nella verifica di quest ultima. f) Verifichiamo la trave di scorrimento. Alla fine delle calcolazioni, noti tutti gli sforzi, trasformiamo in verifica il calcolo di predimensionamento che avevamo fatto in a) e b). Le verifiche saranno: Verifica a flessione semplice per il massimo momento derivante dai carichi dinamici del carroponte, dai pesi propri e dall eventuale sovraccarico sulla passerella. La compressione così trovata dell ala superiore dovrà essere incrementata del valore trovato in c) (per le spinte trasversali). La trazione dell ala inferiore dovrà essere incrementata del valore trovato in e) (per le spinte del vento in facciata laterale). I valori di cui sopra potranno essere distribuiti sull ala (superiore o inferiore) più una zona collaborante dell anima, dell ordine di volte lo spessore dell anima stessa. Verifica a taglio massimo dell anima in prossimità dell appoggio. Verifica dei pannelli dell anima. Verifica degli irrigidimenti trasversali e di quelli di estremità. Verifica locale dell anima allo schiacciamento per il transito della singola ruota. Verifica della freccia (che deve essere minore o uguale a 1/800 della luce). Diciamo infine che la frenata del carroponte non è dimensionante per la via di corsa. Essa transita come carico assiale (trascurabile) sulla trave di scorrimento, per scaricarsi sui portali di controvento. 6.7 Colonne Le colonne scaricano sulle fondazioni praticamente tutti i carichi della struttura: pesi propri, neve, sovraccarichi, vento, sisma, carroponte.

20 50 CAPITOLO 6 Per carichi e dimensioni modeste, sia che siano pendolari, o a mensola, o infine a portale, in genere sono realizzate con profili laminati tipo HE. In questo caso la via di corsa del carroponte, se presente, poggia su una mensola, anch essa in genere tipo HE, saldata al fusto della colonna. Tra i profili della serie HE, è in genere preferibile impiegare le HEA piuttosto che le HEB per realizzare le colonne. Una HEA ha inerzia maggiore di una HEB di pari area, perciò si riesce in genere a trovare una HEA di area minore ma anche di snellezza minore da impiegare come colonna, risparmiando peso. Solo per colonne soggette a compressione semplice, con carichi elevati e bassa snellezza, l uso dell HEB può essere conveniente. Per dimensioni maggiori e quando si hanno carroponti di grossa portata, si passa a colonne a doppio montante, 2 IPE, 2 HE o 2 profili composti saldati, uniti da un piatto opportunamente irrigidito orizzontalmente da costole, oppure tralicciate su entrambe le ali con angolari semplici o UPN. In questo caso la via di corsa poggia in asse sul montante interno, e dalla quota del carroponte in su prosegue solo il montante esterno (la baionetta), e- ventualmente con un altro tipo di profilo, sino alla copertura. È opportuno orientare i montanti della parte inferiore con l inerzia massima che resiste alla flessione in senso longitudinale, poiché in senso trasversale la colonna ha nel tratto inferiore bassa snellezza, essendo doppia. La baionetta invece sarà orientata con l inerzia maggiore in senso trasversale, poiché è in questa direzione che agiscono gli sforzi maggiori (figura 6.14). Figura 6.14 Colonna a doppio montante e baionetta. La colonna è soggetta a: carichi verticali provenienti dalla copertura (peso proprio, neve); carico verticale del carroponte (eccentrico, perché la via di corsa non è in asse con la colonna); eventuali carichi verticali a quote più basse derivanti da impalcati; carico orizzontale concentrato dovuto alla spinta trasversale del carroponte;