Le azioni sulle costruzioni. Modelli e normativa

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1 Le azioni sulle costruzioni Modelli e normativa

2 Classificazione delle azioni Classifica per tipo di azione: Forze (Peso, pressione del vento, spinta della terra o di un liquido, ecc.) Spostamenti impressi (Cedimenti delle fondazioni, moto di trascinamento) Deformazioni dei materiali dovute a fattori esterni (variazione di temperatura) o interni (ritiro del calcestruzzo) Azioni chimiche (Carbonatazione del cls, corrosione dell acciaio) Fuoco

3 Classificazione delle azioni Classifica in base al tipo di risposta della struttura Azioni statiche (Sono azioni che variano lentamente nel tempo in modo da rendere trascurabili gli effetti dinamici) Azioni dinamiche

4 Classificazione delle azioni Classifica in base alla evoluzione nel tempo Azioni permanenti (non variano o variano molto lentamente durante la vita della struttura) Azioni variabili (variano più o meno rapidamente nel tempo, ma sono quasi sempre presenti) Azioni accidentali o eccezionali (solo raramente sono presenti, ma i loro effetti possono avere gravi conseguenze)

5 Modelli delle azioni Permanenti: (Peso proprio, Sovraccarichi fissi) t Variabili: Quasi perm. (Carico d uso arredi ) t

6 Modelli delle azioni (2) Rapidamente variabili: (persone occupanti, vento, neve) Azioni accidentali o eccezionali: (esplosioni, urti, sisma) t t h

7 Carichi permanenti Peso proprio della struttura: Dipende dalle dimensioni e dal peso specifico dei materiali Sovraccarichi permanenti: tamponature, pavimenti, intonaci, ecc.

8 Pesi specifici Pesi per unità di volume dei principali materiali strutturali KN/m³ Conglomerato cementizio ordinario 24,0 Conglomerato cementizio ordinario armato (e/o precompresso) 25,0 Conglomerati «leggeri»: da determinarsi caso per caso (14,0 20,0) Conglomerati «pesanti»: da determinarsi caso per caso (28,0 50,0) Acciaio 78,5 Ghisa 72,5 Alluminio 27,0 Legname: Abete, Castagno 6,0 Quercia, Noce 8,0 Pietrame Tufo vulcanico 17,0 Calcare compatto 26,0 Calcare tenero 22,0 Granito 27,0 Laterizio (pieno) 18,0 Malta di calce 18,0 Malta di cemento 21,0

9 Pesi di elementi costruttivi A) Malte Malta bastarda (di calce o cemento) 19,00 kn/m³ Malta di gesso 12,00» Intonaco (spessore 1,5 cm) 0,30 kn/m² B) Manti di copertura Manto impermeabilizzante di asfalto o simile 0,30» Manto impermeabilizzante prefabbricato con strati bituminosi di feltro, di vetro o simili 0,10» Tegole maritate (embrici e coppi) 0,60» Sottotegole di tavelloni (spessore 3-4 cm) 0,35» Lamiere di acciaio ondulate o nervate 0,12» Lamiere di alluminio ondulate o nervate 0,05» Lastre traslucide di resina artificiale, ondulate o nervate 0,10» C) Muratura Muratura di mattoni pieni 18,00 kn/m³ Muratura di mattoni semipieni 16,00» Muratura di mattoni forati 11,00» Muratura di pietrame e malta 22,00» Muratura di pietrame listato 21,00» Muratura di blocchi forati di calcestruzzo 12,00» D) Pavimenti (escluso sottofondo) Gomma, linoleum o simili 0,10 kn/m² Legno 0,25» Laterizio o ceramica o grès o graniglia (spessore 2 cm) 0,40» Marmo (spessore 3 cm) 0,80» E) Vetri Normale (3 mm) 0,075» Forte (4 mm) 0,10» Spesso (5 mm) 0,125» Spesso (6 mm) 0,15» Retinato (8 mm) 0,20»

10 Sovraccarichi variabili A questa categoria si assegnano i carichi prodotti dall uso corrente della costruzione: 1. Peso di persone, arredi, veicoli, merci conservate 2. Alcune azioni prodotte da eventi atmosferici (neve e vento) Le intensità da assumere per i sovraccarichi variabili verticali ed orizzontali ripartiti e per le corrispondenti azioni locali concentrate - tutte comprensive degli effetti dinamici ordinari sono riportate nel prospetto seguente

11 Sovraccarichi variabili per edifici li lineari H k [kn/m] o caratteristici q k, Q k ed H k sono riportati nella Tab. 3.1.II. Tali valori sono fetti dinamici ordinari, purché non vi sia rischio di risonanza delle strutture. concentrati Q k formano oggetto di verifiche locali distinte e non vanno spondenti carichi verticali ripartiti; essi devono essere applicati su impronte di ll utilizzo ed alla forma dell orizzontamento; in assenza di precise indicazioni ata una forma dell impronta di carico quadrata pari a 50 x 50 mm, salvo che per cheggi, per i quali i carichi si applicano su due impronte di 200 x 200 mm, di 1,80 m. dei carichi d esercizio per le diverse categorie di edifici Ambienti ad uso residenziale. mpresi in questa categoria i locali di abitazione e ervizi, gli alberghi. (ad esclusione delle aree li di affollamento) Uffici non aperti al pubblico Uffici aperti al pubblico q k [kn/m 2 ] Q k [kn] H k [kn/m] 2,00 2,00 1,00 2,00 3,00 2,00 2,00 1,00 1,00 suscettibili di affollamento Ospedali, ristoranti, caffè, banche, scuole 3,00 2,00 1,00 Cat. C1 Ospedali, ristoranti, caffè, banche, scuole Cat. C2 Balconi, ballatoi e scale comuni, sale convegni, cinema, teatri, chiese, tribune con posti fissi Cat. C3 Ambienti privi di ostacoli per il libero movimento delle persone, quali musei, sale per esposizioni, stazioni ferroviarie, sale da ballo, palestre, tribune libere, edifici per eventi pubblici, sale da concerto, palazzetti per lo sport e relative tribune Ambienti ad uso commerciale. Cat. D1 Negozi Cat. D2 Centri commerciali, mercati, grandi magazzini, librerie Biblioteche, archivi, magazzini e ambienti ad uso industriale. Cat. E1 Biblioteche, archivi, magazzini, depositi, laboratori manifatturieri Cat. E2 Ambienti ad uso industriale, da valutarsi caso per caso Rimesse e parcheggi. Cat. F Rimesse e parcheggi per il transito di automezzi di peso a pieno carico fino a 30 kn Cat. G Rimesse e parcheggi per transito di automezzi di peso a pieno carico superiore a 30 kn: da valutarsi caso per caso Coperture e sottotetti Cat. H1 Coperture e sottotetti accessibili per sola manutenzione Cat. H2 Coperture praticabili Cat. H3 Coperture speciali (impianti, eliporti, altri) da valutarsi caso per caso 3,00 4,00 5,00 4,00 5,00 6,00! 2,50! 2,00 4,00 5,00 4,00 5,00 6,00! 2 x 10,00! 1,00 2,00 3,00 2,00 2,00 1,00*! 1,00**! 0,50 1,20 1,00 secondo categoria di appartenenza!!!

12 Sovraccarichi per edifici Note I sovraccarichi verticali concentrati formano oggetto di verifiche locali distinte e non vanno sovrapposti ai corrispondenti ripartiti; essi vanno applicati su un'impronta di 50 x 50 mm, salvo che per la Cat. n. 8, per la quale si applicano su due impronte di 200 x 200 mm, distanti 1,60 m. I sovraccarichi orizzontali lineari vanno applicati a pareti alla quota di m 1,20 dal rispettivo piano di calpestio - ed a parapetti o mancorrenti alla quota del bordo superiore. Essi vanno considerati sui singoli elementi ma non sull'edificio nel suo insieme. I valori riportati nel prospetto sono da considerare come minimi, per condizioni di uso corrente delle rispettive categorie. Altri regolamenti potranno imporre valori superiori, in relazione ad esigenze specifiche. I sovraccarichi indicati nel presente paragrafo non vanno cumulati, sulle medesime superfici, con quelli relativi alla neve.

13 Norme italiane NTC Norme tecniche per le costruzioni - D.M. 14 Gennaio 2008 Circolare sulle "Nuove norme tecniche per le costruzioni" di cui al DM 14 gennaio 2008, del

14 Combinazione delle azioni

15 Verifica slu

16 Coefficienti di sicurezza e combinazione

17 Carico da neve Il carico neve sulle coperture sarà valutato con la seguente espressione: dove: q = µ q C C s i sk E t qs è il carico neve sulla copertura; µi è il coefficiente di forma della copertura; qsk è il valore di riferimento del carico neve al suolo.

18 Carico di neve al suolo Zona I Alpina Zona I Mediterranea Zona II Zona III

19 Coperture ad una falda Coefficiente di forma

20 Coperture a due falde Coefficiente di forma

21 IL VENTO Il moto dell aria in prossimità della superficie terrestre è dovuto sia alla rotazione della stessa terra che a differenze di pressione atmosferica legate al riscaldamento differenziale dei vari strati dell atmosfera. 1. La velocità del vento, a partire da una certa quota in poi, risulta praticamente costante. Questa quota detta altezza di gradiente, è molto elevata (dell ordine dei m) e dipende dal grado di disturbo creato dalle asperità del terreno. Ha pertanto valori più elevati (attorno ai 500 m) nel caso di forte rugosità (ad esempio un centro di una grande città o una zona fortemente urbanizzata), e più bassi (attorno ai 300m), nel caso di bassa rugosità ( ad esempio la superficie di una zona desertica o del mare). 2. Per altezze inferiori a quella di gradiente, e pertanto per tutti i casi di usuali strutture, la velocità del vento, spostandosi verso il terreno diminuisce, fino ad azzerarsi teoricamente a contatto col suolo. 3. Per effetto della rugosità superficiale, nasce una turbolenza, ovvero il moto dell aria si fa vorticoso, e tali vortici interagiscono significativamente con la struttura.

22 LA DESCRIZIONE DELL AZIONE Se indichiamo con V(P,t) la velocità istantanea (modulo della componente lungo la direzione del vento) in un punto P dello spazio, con Vm(P) la media di questa e con v(p,t) la fluttuazione temporale avremo V(P,t) = V m (P)+v(P,t) Componente longitudinale della fluttuazione della velocità

23 Tacoma Narrow bridge (1940) Pressione cinetica di riferimento del vento q b = 1 2 ρv 2 b q b è la pressione cinetica (N/m 2 ) ρ è la densità dell aria (1,25 kg/m 3 ) v b è la velocità del vento (ortogonale)

24 LA VELOCITA DI RIFERIMENTO

25 Velocità di riferimento (tabella)

26 Pressione del vento

27 Coefficiente di esposizione >

28 Coefficiente di esposizione

29 Categorie di esposizione

30 z0=0,003 m z0=0,03 m z0=0,3 m z0=0,01 m z0=0,1 m z0=0,8 m

31 Classi di rugosità

32 Zone

33 IL COEFFICIENTE DI FORMA o AERODINAMICO C P Il coefficiente di pressione Cp, viene introdotto come il rapporto fra la pressione p(t), presente sulla superficie del corpo in un certo punto ed ortogonale ad essa, e il valore della pressione cinetica media, qm, definita da: q m = ρv m dove ρ è la densità dell aria e Vm è la velocità media del flusso indisturbato (ossia determinata in un punto del campo di moto non disturbato dalla presenza del corpo); pertanto: C p p(t) (t) = = q m m Va osservato che: - tale coefficiente (così come la pressione stessa) varia nel tempo, talora anche violentemente se siamo in presenza di zone di forte vorticità, passando addirittura da valori positivi (se nel verso di spinta, in direzione del vento), a valori negativi (di risucchio ); 1 2 p(t) ρv 2

34 IL COEFFICIENTE DI FORMA o AERODINAMICO C P I valori dei coefficienti di forma dipendono dall aerodinamica della circolazione del vento attorno al corpo. In particolare in presenza di spigoli, rientranze, o brusche variazioni di profilo degli ostacoli, il flusso del vento si distacca dalla superficie, formando vortici o bolle di turbolenza che modificano in maniera sostanziale la distribuzione di pressione sul corpo. Il punto di distacco e la dimensione delle bolle dipendono da una serie di fattori quali la geometria dell ostacolo, la velocità del vento e, addirittura, la rugosità dell ambiente circostante l ostacolo stesso. Questa considerazione ha portato come corollario obbligatorio quello di dover eseguire le prove su modelli di edifici necessariamente in gallerie del vento a strato limite sviluppato dove il moto sia il più simile possibile a quello della situazione reale.

35 IL COEFFICIENTE DI FORMA o AERODINAMICO C P

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37 LA DESCRIZIONE DELL AZIONE 1. La funzione densità spettrale è una funzione continua, con valori diversi da zero in tutto il campo di frequenze. Il vento cioè è ricco di frequenze in tutto il campo reale. 2. Ciononostante si notano alcuni ben definiti picchi di frequenza sia nel campo macrometeorologico che nel campo micrometeorologico. Nel campo macro, tali picchi corrispondono ai tempi di sviluppo di fronti meteorologici completi. In particolare si nota il picco attorno al periodo di un anno, corrispondente al fatto che le condizioni climatiche terrestri ritornano con cadenza annuale. Si nota altresì il picco attorno ai 3-4 giorni che corrisponde al periodo di tempo necessario allo sviluppo ed al passaggio di un fronte meteorologico completo.

38 Coefficiente di forma

39 3. Nel campo micrometeorologico, si nota altresì un picco intorno al minuto corrispondente appunto alla frequenza media dei vortici significativi ; la densità spettrale di potenza ha quindi valori che tendono asintoticamente a zero per valori di frequenza elevati. 4. E ben distinta una valle detta gap spettrale, fra i picchi macrometeorologici e il picco micrometeorologico. Tale gap, tra periodi compresi tra 10 minuti e 1 ora, dà conto appunto dell assenza di variabilità significative della velocità del vento con periodi compresi in quell intervallo, e corrisponde all evidenza fisica prima messa in luce della differenza tra i due fenomeni che inducono le macro e micro turbolenze.

40 Variazioni di temperatura

41 IL COEFFICIENTE DI FORMA o AERODINAMICO C P - come esempio dei valori massimi, minimi e medi del coefficiente di pressione si riporta la fig. 7.6, relativa alla copertura di un impianto sportivo; - il flusso è perturbato dalla presenza del corpo, e la distribuzione di probabilità della pressione p(t) non è (sempre) la stessa di quella della velocità del flusso indisturbato. Ciò è in particolare vero per le zone sottovento (in scia ) dove la forma Gaussiana della distribuzione di probabilità delle velocità si torce sensibilmente (tendendo verso distribuzioni di tipo diverso); - è evidente che in zone di forte vorticità il valore dovrà avere due valori, uno negativo (per tenere conto delle azioni massime di progetto per il risucchio ) ed uno positivo (per tenere conto delle azioni massime di spinta ).