Il DM 14 settembre Cosa cambia nel calcolo delle strutture in c.a.

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1 ACCA Convention aziendale Bologna 27 ottobre 2006 Il DM 14 settembre 2005 Cosa cambia nel calcolo delle strutture in c.a. Prof. Ing. Gennaro Magliulo

2 Contenuti del D.M Capitolo 1: Preambolo Capitolo 2: Sicurezza e prestazioni attese Capitolo 3: Azioni ambientali e naturali (sisma, vento, variazione termica, neve) Capitolo 4: Azioni accidentali (incendio, esplosioni, urti) Capitolo 5: Norme per le costruzioni (conglomerato cementizio, acciaio, muratura, strutture miste) Capitolo 6: Azioni antropiche per le opere civili ed industriali, stradali e ferroviarie (sovraccarichi, opere stradali e ferroviarie) Capitolo 7: Norme sulle indagini sui terreni, le opere di sostegno e le fondazioni Capitolo 8: Collaudo statico Capitolo 9: Costruzioni esistenti Capitolo 10: Norme per la redazione dei progetti Capitolo 11: Norme di qualificazione, di certificazione e di accettazione dei materiali da costruzione Capitolo 12: Referenze tecniche essenziali

3 Vita utile di progetto (anni) 10 > Tipologia struttura Strutture provv.- Strutture in fase di costruzione Componenti strutturali sostituibili Strutture di classe 1 Strutture di classe 2 Classe 1: Strutture ordinarie. Azioni naturali da considerare comparate ad un periodo di ritorno di 500 anni. Classe 2: Strutture densamente affollate, industrie con attività pericolose, reti viarie o ferroviarie, strutture strategiche. Azioni naturale da considerare comparate ad un periodo di ritorno di 1000 anni. La scelta di appartenenza spetta al committente, di concerto col progettista.

4 Azioni a) Permanenti G (pesi propri, forze indotte dalla pressione del terreno, forze costanti risultanti da spinte idrauliche, spostamenti e deformazioni indotte, precompressione, ritiro e viscosità salvo una eventuale fase transitoria iniziale) b) Variabili Q di lunga durata (pesi propri di elementi non strutturali, carichi di esercizio A A z i o n i di lunga durata) di breve durata (carichi di esercizio di breve durata, vento, neve, azioni sismiche, variazioni termiche ambientali, azioni dei fluidi, moto ondoso) c) Accidentali A (incendi, esplosioni, urti ed impatti) Azione sismica In pratica nessuna differenza con l OPCM 3274 Zona Classe 1 Classe 2 1 0,35 g 0,49 g 2 0,25 g 0,35 g 3 0,15 g 0,21 g 4 0,07 g 0,07 g

5 Azione del vento Rispetto al D.M nell espressione: V rif = V rif,0 + K a (a s a 0 ) I valori dei coefficienti k a, forniti dalla tabella 3.3.1, risultano diversi. Inoltre l andamento del coefficiente di esposizione con l altezza risulta modificato. Azione termica strutture in c.a. esposte C protette C D.M D.M Strutture in acciaio esposte C protette C a) una componente T u uniforme b) una componente T M farfalla * T u = T T 0 - T = temperatura media fra esterno ed interno = (Test Tint) / 2 -T o = temperatura iniziale

6 Tint Estate Inverno 25 C 20 C Stagione Superficie T est Esposiz. T Tu (To= 20 ) Riflettente = 45 N E = 63 S O Chiara = 47 N E Estate = 75 S O Scura = 49 N E = 87 S - O Inverno ,5-17,5

7 Azione della neve q s = µ 1 q sk C E C t Viene introdotto, rispetto al D.M , un coefficiente di esposizione C E, un coefficiente termico C t (posto pari ad 1) e viene modificato lievemente l andamento del coefficiente di forma µ 1 con l inclinazione della falda della copertura. Topografia Descrizione C E Battuta dal vento Aree pianeggiante senza costruzioni 0,80 Normale Aree pianeggianti con modeste ostruzioni 1,00 Riparato Arre pianeggianti con forti ostruzioni 1,20

8 Incendio Fasi progettuali - scelta dello scenario di incendio; - determinazione dei relativi incendi di progetto; - calcolo dell evoluzione delle temperature all in terno degli elementi strutturali; - verifica del comportamento meccanico delle strutture esposte. Analisi delle sollecitazioni Di norma devono essere tenute in conto le deformazioni e le dilatazioni prodotte dall esposizione al fuoco. Nelle verifiche si deve tener conto delle sollecitazioni dovute al carico permanente ad al carico variabile nella combinazione quasi-permanente Viene il dubbio che la verifica vada effettuata allo stato limite di esercizio (si legge testualmente Esse, si parla delle azioni, dovranno essere prese in conto con i propri coefficienti parziali relativi allo stato limite in esame che di norma è lo stato limite di esercizio con combinazione quasi-permanente ) Esplosioni Vengono fornite alcune definizioni Urti Vengono fornite le entità delle forze d urto trascurando le capacità dissipative delle strutture nel caso di: - traffico veicolare sotto ponti ed altre strutture - traffico ferroviario - urto di imbarcazioni - urto di elicotteri in fase di atterraggio

9 Costruzioni in cemento armato Verifiche allo stato limite ultimo F d = γ G G k + γ Q1 Q k1 + Σ(ψ 0i γ Qi Q ki ) + Σ(γ Pi P ki ) G k = valore caratteristico dell azione permanente Q k1 = valore caratteristico dell azione variabile di base di ogni combinazione Q ki = valore caratteristico dell iesima azione variabile P ki = valore caratteristico della deformazione impressa (temperatura, cedimenti, viscosità, ritiro) γ G, γ Q, γ P = coefficienti parziali Ψ 0i = coefficienti di combinazione Coefficienti γ Azioni generiche Azioni naturali Sfavorevole Favorevole Sfavorevole Favorevole γ Gi 1,40 0,90 1,40 0,90 γ Qi 1,50 0,00 Vedi punti spec. 0,00 γ Pi 1,20 0,90 1,20 0,90

10 Coefficienti di combinazione ψ 0i Azioni Carichi variabili abitazioni ed uffici 0,70 Negozi, uffici aperti al pubblico, autorimesse 0,70 Magazzini, depositi 1,00 Variazioni termiche 0,60 Vento 0,60 Neve 0,60 ψ 0i Sono definiti calcestruzzi ad alta resistenza se: 55 <= R ck <= 85 (N/mm 2 ) Resistenza di calcolo del cls a compressione: f cd = R ck / 1,90 ( * ) f cd = 0,85 x 0,83 R ck / 1,60 (*) N.B. il coefficiente 1,90 va moltiplicato per 1,25 se S <= 50 mm, ovvero per 0,90 per elementi prefabbricati Resistenza di calcolo del cls a trazione: f ctd = f ctk / 1,60 ( * ) f ctk è la resistenza caratteristica a trazione del cls = 0,70 ovvero 1,30 la resistenza media 0,48 (R ck ) 1/2 [N/mm 2 ].

11 Snervamento dell acciaio: f yd = f yk / 1,15 Tensioni tangenziali di calcolo aderenza acciaio-cls f bd = f bk / 1,60 Dove f bk è la tensione tangenziale caratteristica di aderenza acciaio-calcestruzzo valutata mediante prove sperimentali Verifica per tensioni normali (flessione e presso-tensio-flessione) ε c1 ε cu Cls ordinario 0,20 % 0,35 % Cls alta resistenza 0,24 % 0,27 % f cd ε c1 ε cu

12 Verifica per tensioni tangenziali Nessuna modifica rispetto al D.M Verifica allo stato limite di esercizio combinazione frequente F d = γ G G k + ψ 11 γ Q1 Q k1 + Σ(ψ 2i γ Qi Q ki ) + Σ(γ Pi P ki ) combinazione quasi permanente F d = γ G G k + ψ 21 γ Q1 Q k1 + Σ(ψ 2i g Qi Q ki ) + Σ(γ Pi P ki ) N.B. Il D.M definisce anche la combinazione rara (coefficienti ψ 0i ) Sfavorevole Favorevole * γ Gi 1,00 0,90 γ Qi 1,00 0,00 γ Pi 1,00 0,90 * Colonna non presente nel D.M Azioni ψ 1i ψ 2i Carichi variabili per abitazioni ed uffici 0,50 0,30 Negozi, uffici aperti al pubblico 0,70 0,60 Magazzini, depositi 0,90 0,80 Vento 0,20 0,00 Neve 0,30 0,10 Valori modificati rispetto al D.M

13 Verifiche di deformabilità Verifiche di vibrazione Verifiche di fessurazione Verifiche di tensione limiti di W k = 1,70 x W m Condizioni Ambientali Ordinarie Aggressive Molto Combinazione Armature Sensibili Poco sensibili Frequente < W 2 < W 3 Quasi permanente < W 1 < W 2 Frequente < W 1 < W 2 Quasi permanente Decompres. < W 1 Frequente < W 1 < W 1 aggressive Quasi permannte Decompres. < W 1 Valori limiti di W k D.M D.M W 1 = 0,10 mm W 1 = 0,20 mm W 2 = 0,20 mm W 2 = 0,30 mm W 3 = 0,40 mm W 3 = 0,40 mm

14 Tensione max nel calcestruzzo: σ c <= R ck / (γ m,c γ Ec ) Condizioni Ambientali Ordinarie Aggressive Molto aggressive Combinazione γ m,c γ Ec Rara 1,40 Quasi permanente 1,80 Rara 1,50 Quasi permanente 1,50 1,90 Rara 1,60 Quasi permannte 2,00 N.B. La combinazione rara non è stata definita in precedenza. La tensione max nell acciaio σ s, nella combinazione rara, deve risultare: σ s <=f yk / 1,25 In conclusione i valori massimi delle tensioni accettabili nelle verifiche allo stato limite di esercizio vengono modificati rispetto al D.M

15 Metodi di verifica semplificati (Tensioni ammissibili) - Controllo delle tensioni nel cls e nell acciaio - Controllo delle tensioni di aderenza acciaio-cls. Ipotesi di calcolo - Quelle ben note (n = 15) Azioni e loro combinazioni: F d = G k + γ Q1 Q k1 + Σ(ψ 0ι γ Qi Q ki ) + Σ P ki Coefficienti ψ 0i Azioni Carichi variabili abitazioni ed uffici 0,70 ψ 0i Negozi, uffici aperti al pubblico, autorimesse 0,70 Magazzini, depositi 1,00 Variazioni termiche 0,60 Vento 0,60 Neve 0,60

16 - Compressione ammissibile nel cls: σ c = R ck / 3,20 (4,60 se S < 50 mm) σ c = 60 + (R ck 150) / 4 per i pilastri: σ cp = 0,70 σ c - Tensione tangenziale ammissibile nel cls: Non è richiesta la verifica a taglio e torsione quando, in assenza di sforzo normale, la tensione tangenziale massima τ soddisfa la relazione: τ < τ co = f ctk / 3.20 t co = 4 + (R ck 150) / 75 Dove f ctk è la resistenza caratteristica a trazione del cls = 0,70 ovvero 1,30 la resistenza media 0,48 (R ck ) 1/2 [N/mm 2 ]. La stessa omissione è consentita, in presenza di uno sforzo di compressione, quando la tensione principale di trazione rispetta il limite anzidetto. In presenza di trazione, ovvero quando i limiti anzidetti sono superati, la verifica delle armature è richiesta. In tal caso il 60% dello scorrimento deve essere affidato alle staffe In assenza di sforzo normale la massima tensione tangenziale non deve superare il limite: τ c1 = R ck / 12 t c1 = 14 + (R ck 150) / 35 In presenza di sforzo normale di compressione la tensione principale di compressione (leggi trazione) non deve superare il limite anzidetto.

17 - Tensione ammissibile nell acciaio σ s = f yk / 1,60 ( 2,40 se f ck < 25 N/mm 2 ) [4400 / 2600 = 1,69] Aderenza acciaio-cls τ b = 3,00 τ co per ancoraggi in zona compressa τ b = 1,50 τ co per ancoraggi in zona tesa In conclusione la verifica delle membrature in c.a. con il metodo delle tensioni ammissibili subisce una lieve modifica nei valori dei coefficienti da utilizzare. Particolari costruttivi Travi armatura longitudinale -L armatura longitudinale complessiva non deve essere inferiore al 0,30% della sezione trasversale: una barra in ciascuno spigolo, ovvero una barra ogni 200 mm per superfici curve. -Per le strutture in zona sismica, il rapporto fra le aree delle armature longitudinali ai due lembi, non può essere inferiore a 0,50. -Armatura trasversale minima: Travi armatura trasversale Ast = 1,50 b [mm 2 / m] 3 staffe / m Passo staffe <= 0,80 d

18 - In presenza di forze concentrate e nelle zone di appoggio, per una lunghezza pari a d (altezza utile) il passo delle staffe deve essere non superiore a 12 Φ l. - Per le costruzioni in zona sismica, e per una distanza pari a 2 d dal nodo strutturale, le prescrizioni precedenti vanno raddoppiate. Copriferro ed interferro - Il copriferro minimo è di 20 mm. Tale misura deve essere congruentemente aumentata in funzione della porosità del calcestruzzo, dell aggressività dell ambiente e della sensibilità dell armatura. Ancoraggi e giunzioni - Le armature longitudinali non possono essere interrotte nei nodi. Le giunzioni delle armature in zona tesa devono essere sfalsate e realizzate: 1. Con sovrapposizione di 20 diametri in rettilineo e successiva deviazione delle barre vorso zona compressa 2. Saldature 3. Manicotti filettati o presso-estrusi Pilastri - Armatura longitudinale Φ l >=12 mm in ciascuno spigolo - Passo staffe <= 10 Φ l <= 250 mm - Armatura trasversale Φ st >= 6 mm >= Φ l / 3

19 - Per le strutture in zona sismica, e per una distanza dal nodo pari Z/3, con Z distanza fra la sezione di momento massimo e quella di momento nullo, si richiede inoltre: Passo staffe <= 5 Φ l Φ st >= 8 mm >= Φ l / 3 <= 100 mm In conclusione le prescrizioni circa i particolari costruttivi subiscono lievi modifiche più di forma che di sostanza.