TRIESTE Ristrutturazione e ampliamento dell'ospedale di Cattinara. Realizzazione della nuova sede dell'i.r.c.c.s. Burlo Garofolo BVN Donovan Hill Studio Tecnico Gruppo Marche Ottaviani Associati Massimo Cocciolito Coordinamento BVN Donovan Hill - Arch. A.Galvin Studio Tecnico Gruppo Marche - Arch. A.Castelli Architettura Architettura Layout Sanitario, Computo, Capitolato: Studio Tecnico Gruppo Marche Arch. A.Castelli Collaboratori: Arch. P.Cercone, Arch. C.Contigiani, Ing. M.Rotelli, Ing. S.Bellesi Facciate, Finiture, Esterni: BVN Donovan Hill - Arch. N.Logan Collaboratori: Arch. M.Montevecchi Ottaviani Associati - Arch. A.Ottaviani Collaboratori: Arch. F.Patrizi Arch. M.Cocciolito Strutture Impianti Studio Tecnico Gruppo Marche Ing. M.Angeletti Collaboratori: Ing. C.Antolini, Ing. F.Cioppettini Studio Tecnico Gruppo Marche Ing. A.Trapè Collaboratori: Ing. I.Gasparetti, Ing. F.Cioppettini Progetto Definitivo Strutture NUOVA TORRE DI COLLEGAMENTO RELAZIONE SPECIALISTICA E CALCOLI DELLE STRUTTURE Repertorio/Posizione Data GM_2751/01 2014 Verificato da AC F1/3 Scala N. 0 1 2 3 4 Come indicato Descrizione Prima emissione Riesame per validazione Data 11/08/2014 20/10/2014
COMUNE DI TRIESTE AZIENDA OSPEDALIERO - UNIVERSITARIA OSPEDALI RIUNITI TRIESTE I.R.C.C.S. BURLO GAROFOLO RIQUALIFICAZIONE DELL OSPEDALE DI CATTINARA E NUOVA SEDE DELL OSPEDALE PEDIATRICO I.R.C.C.S. BURLO GAROFOLO PROGETTO DEFINITIVO NUOVA TORRE DI COLLEGAMENTO RELAZIONE SPECIALISTICA E CALCOLI DELLE STRUTTURE (Revisione 1-20/10/2014) Progettisti BVN Donovan Hill Studio Tecnico Gruppo Marche Ottaviani Associati Massimo Cocciolito
Sommario RELAZIONE ILLUSTRATIVA... 3 CRITERI DI CALCOLO... 5 NORMATIVE DI RIFERIMENTO... 7 PRESCRIZIONI SUI MATERIALI... 8 PRESTAZIONI DI PROGETTO, CLASSE DELLA STRUTTURA, VITA UTILE E PROCEDURE DI QUALITÀ... 16 ANALISI DEI CARICHI E COMBINAZIONE DELLE AZIONI... 17 ANALISI SVOLTA... 29 ANALISI DEI MODELLI STRUTTURALI AGLI ELEMENTI FINITI... 34 SINTESI DEI RISULTATI (relazione di accettabilità)... 66 VERIFICA SPOSTAMENTI SLD... 67 VERIFICASPOSTAMENTI SLO... 69 VERIFICA PILASTRI... 71 VERIFICA SETTO CENTRALE... 78 VERIFICA EFFETTO P-DELTA... 93 VERIFICA GEOTENICA E SULLE FONDAZIONI... 99 2
RELAZIONE ILLUSTRATIVA La presente progettazione ha per oggetto la Nuova Torre di Collegamento tra le Torri di Degenza (Torre Medica e Torre Chirurgica) dell Ospedale di Cattinara. La struttura sarà una nuova torre indipendente giuntata simicamente alle attuali Torri esistenti. La destinazione d uso di progetto della struttura è quella di un ambiente suscettibile di affollamento, Cat. C1 delle NTC 2008, e in accordo con la committenza, verrà considerata di interesse strategico, considerando una Vita Nominale di 100 anni e classe d uso IV. La nuova torre ha una pianta pressoché quadrata con i lati di circa 23metri e uno sviluppo in altezza di circa 60metri. L ossatura portante sarà costituita da un nucleo centrale in c.a. che ospita gli ascensori e le scale di servizio e perimetralmente pilastri misti acciaiocalcestruzzo. La funzione strutturale del nucleo centrale è quella di resistere alle azioni orizzontali quali vento e sisma, mentre i pilastri perimetrali sosterranno i solai di piano e saranno soggetti prevalentemente ad azioni statiche. La fondazione è costituita da un solettone in c.a. su micropali, disposti prevalentemente nella zona relativa al nucleo centrale dove le sollecitazioni trasmesse alla struttura sono maggiori. Il solettone in c.a. è spesso 160cm ed ha la funzione di ripartire quanto più uniformemente il carico sui diversi micropali, oltre a quella di realizzare il solaio di base. Il setto centrale in c.a. ha la funzione di irrigidire notevolmente la struttura per effetto dei carichi orizzontali, in questo modo l effetto degli spostamenti dovuti al forte vento di Bora sono molto limitati e sicuramente sono scongiurati effetti aeroelastici o vibrazioni causate dal distacco di vortici. Il setto centrale in pianta è circa un quadrato di 11metri di lato e spessore che si rastrema in altezza, i pilastri perimetrali sono dei tubolari cavi di acciaio di opportuno spessore riempiti in opera di calcestruzzo ad alta resistenza. Tali pilastri raggiungono delle resistenze molto alte grazie all effetto confinamento che il tubo d acciaio esercita nel cls interno, per questo motivo è possibile utilizzare pilastri 40x40 per tutta l altezza della torre, rastremando in elevazione solo lo spessore di acciaio esterno. Lo schema statico della torre è sostanzialmente una mensola incastrata alla base per cui il primo dimensionamento e le prime verifiche sono state effettuate manualmente con calcoli semplificati e poi confermate tramite un software ad elementi finiti mediante analisi modale con spettro di risposta. I solai di piano saranno gettati in opera con soletta piena da 15 cm appoggiati sulle travi perimetrali in acciaio e sul setto in c.a. La struttura ha un ottimo comportamento in zona sismica risultando disaccoppiata nelle 3
due direzioni principali, il centro di massa coincide con il centro di rigidezza e la rigidezza torsionale risulta piuttosto elevata ad ogni piano. La nuova torre di collegamento è stata progettata secondo i criteri di antisismica dettati dalle Nuove Norme Tecniche sulle Costruzioni (NTC 2008) considerando che la nuova struttura ha importanza strategica. Per la determinazione dell azione sismica è stato fatto riferimento all approccio sito-dipendente proposto dalle NTC 2008, tenendo conto delle pericolosità sismica di base e delle eventuali amplificazioni locali. La struttura è stata modellata con un codice di calcolo agli elementi finiti utilizzando sia elementi beam per simulare il comportamento di pilastri e travi, sia elementi shell per i setti. Si è proceduto quindi con una analisi numerica di tipo dinamico modale al fine di determinare le sollecitazioni e gli spostamenti per i carichi verticali e sotto l azione sismica di normativa. Successivamente sono state determinate le sollecitazioni di inviluppo, sia dei carichi verticali sia delle azioni sismiche, considerando le combinazioni di carico come da normativa. Per ogni combinazione sono state effettuate le verifiche relative agli stati di sollecitazione e di deformazione. 4
CRITERI DI CALCOLO Le sollecitazioni agenti sulla struttura sono dovute al peso proprio, all azione sismica e ai carichi permanenti e accidentali, la loro valutazione è stata eseguita mediante i metodi derivanti dalla Scienza delle Costruzioni. Più precisamente, sono state ritenute valide le ipotesi di base della teoria tecnica della trave per quanto riguarda gli elementi prismatici (travi e pilastri) che costituiscono i telai; si è proceduto ad un calcolo agli elementi finiti per la valutazione degli stati tensionali nelle parti strutturali discretizzando le stesse in elementi trave ed utilizzando un modello tridimensionale analizzato mediante il software dedicato ENEXSYS ( Ditta produttrice: En.Ex.Sys. s.r.l. - Via Tizzano 46/2 - Casalecchio di Reno, Bologna N di serie 2003GMSRVZ e 2003GMSRV1 versione 2011 033). Il progetto è stato sviluppato in classe di duttilità bassa CD B. La differenza tra le due classi di duttilità CD A e CD B in cui la norma divide e classifica gli edifici che presentano un comportamento strutturale dissipativo nei confronti dell azione sismica risiede nell entità delle plasticizzazioni cui ci si riconduce in fase di progettazione; in ogni caso, al fine di assicurare alla struttura un comportamento dissipativo e duttile, evitando quindi rotture fragili e la formazione di meccanismi instabili imprevisti, si fa ricorso ai procedimenti tipici della gerarchia delle resistenze. Le analisi vengono effettuate per gli stati limite ultimi, per lo stato limite di danno e di operatività combinando insieme azioni verticali e azioni sismiche; mentre per gli stati limite di esercizio si considerano solo le azioni verticali come richiesto dalla Normativa. Per quanto riguarda gli SLU si è preso in considerazione lo stato limite ultimo in assenza di azione sismica e di salvaguardia della vita SLV per la combinazione sismica, il quale prevede che sotto l azione di un sisma violento con un tempo di ritorno TR = 1898 anni - classe d uso IV e Vn=100anni - la struttura, pur essendo totalmente danneggiata, mantenga una residua resistenza e rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali e l intera capacità portante nei confronti dei carichi verticali. Inoltre le sollecitazioni dovute all azione sismica sono state calcolate mediante l analisi dinamica modale lungo le due direzioni ortogonali. Per quanto concerne le verifiche di resistenza allo stato limite ultimo, si è ricorso ad una valutazione di tipo sezionale, tenendo conto del comportamento non lineare dei materiali e confrontando l azione di progetto con la resistenza di progetto, cioè la richiesta di prestazione della struttura. 5
Allo SLD si verifica, invece, che la costruzione nel suo complesso, compresi gli impianti, non subisca danni gravi a seguito di eventi sismici che abbiano una probabilità di accadimento superiore a quella dell azione sismica di progetto allo SLV. Allo SLO si verifica che l azione sismica di progetto non produce danni agli elementi costruttivi senza funzione strutturale tali da rendere temporaneamente non operativa la costruzione. Lo studio degli stati di tensione locali agli stati limite di esercizio viene affrontato applicando il metodo n, assumendo l'incapacità del calcestruzzo di resistere a trazione e considerando un coefficiente di omogeneizzazione tra acciaio e calcestruzzo pari a 15 per tener conto anche degli effetti viscosi del calcestruzzo. In particolare allo SLE sono state condotte la verifica di fessurazione e il controllo delle tensioni in esercizio, nonché quelle di deformabilità quando non automaticamente soddisfatte. Le verifiche di resistenza del terreno sono state effettuate in base alle classiche teorie della geotecnica relative alla portanza dei terreni, cioè tenendo conto dei termini attritivi, coesivi e di confinamento come caratteristiche resistenti da confrontare con le sollecitazioni scaricate. 6
NORMATIVE DI RIFERIMENTO Legge 5 novembre 1971 N. 1086 - Norme per la disciplina delle opere in conglomerato cementizio armato normale e precompresso ed a struttura metallica. Circolare Ministero dei lavori Pubblici 14 Febbraio 1974, N.11951 - Applicazione delle norme sul cemento armato. Circolare Ministero dei lavori Pubblici 25 Gennaio 1975, N.13229 - L impiego di materiali con elevate caratteristiche di resistenza per cemento armato normale e precompresso. CNR - UNI 10011-97 - Costruzioni di acciaio: Istruzioni per il calcolo, l'esecuzione, il collaudo e la manutenzione. CNR 10016-2000 - Strutture composte da acciaio e calcestruzzo istruzioni per l impiego nelle costruzioni. CNR-DT 207/2008- Istruzioni per la valutazione delle azioni e degli effetti del vento sulle costruzioni. EUROCODE 2 - Design of concrete structures EUROCODE 3 - Design of steel structures EUROCODE 8 - Design of structures for earthquake resistance NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI D.M. del 14 Gennaio 2008 - Approvazione delle nuove norme tecniche per le costruzioni Circolare del 2 Febbraio 2009 n 617/C.S.LL.PP Istruzioni per l applicazione delle Norme tecniche per le costruzioni di cui al D.M. 14 gennaio 2008 7
PRESCRIZIONI SUI MATERIALI ELEMENTI STRUTTURALI IN ACCIAIO Per le strutture metalliche dovranno essere impiegati materiali aventi le caratteristiche sotto indicate: per profilati, piatti e lamiere con spessori >= 3 mm e <= 100 mm acciaio tipo Fe 430 grado B secondo UNI-EN 10025 ovvero S 275 secondo la notazione eurocodici, calmato o semicalmato: tensione di rottura a trazione 410 Nmm -2 <= ft <= 560 Nmm -2 ; tensione di snervamento 275 Nmm -2 <= fy ; resilienza KV >= 27 J ; allungamento % a rottura per lamiere εt >= 20 ; per profilati e larghi piatti εt >= 22 ; f f t y > 1,20 per i tubolari, le flange e i fazzoletti di irrigidimento delle colonne acciaio tipo S355J0: tensione di rottura a trazione 510 Nmm -2 <= ft; tensione di snervamento 355 Nmm -2 <= fy; Saldature: I giunti saldati devono essere realizzati secondo i procedimenti all arco elettrico codificati secondo ISO 4063; essi devono essere effettuati con elettrodi di qualità 3 o 4 secondo UNI 5132 e realizzati con accurata eliminazione di ogni difetto al vertice prima di effettuare la ripresa o la seconda saldatura. I saldatori nei procedimenti manuali o semiatuomatici dovranno essere qualificati secondo EN287-1 da ente terzo; gli operatori di procedimenti automatici dovranno essere qualificati secondo EN1418. Tutti i procedimenti di saldatura dovranno essere qualificati secondo EN2883. Sono richieste caratteristiche di duttilità, snervamento, resistenza e tenacità in zona fusa ed in zona termica alerata non inferiori a quelli del materiale base. Nell'esecuzione delle saldature dovranno inoltre essere seguite le prescrizioni della EN 1011 punti 1 e 2 per gli acciai ferritici e della parte 3 per gli acciai inossidabili. Per la preparazione dei lembi si applicherà, salvo casi particolari, la EN 29692. 8
Le saldature saranno sottoposte a controlli non distruttivi finali per accertare la corrispondenza ai livelli di qualità stabiliti dal progettista nel corso del progetto esecutivo. L'entità ed il tipo di tali controlli, distruttivi e non distruttivi, in aggiunta a quello visivo al 100 per cento, saranno definiti dal progettista ed eseguiti sotto la responsabilità del direttore dei lavori, che potrà integrarli ed estenderli in base all'andamento dei lavori, ed accettati ed eventualmente integrati dal collaudatore. Ai fini dei controlli non distruttivi si possono usare metodi di superficie (ad esempio liquidi penetranti o polveri magnetiche), ovvero metodi volumetrici (esempio raggi X o gamma o ultrasuoni). Per le modalità di esecuzione dei controlli ed i livelli di accettabilità si potrà fare riferimento alle prescrizioni della EN 12062. Tutti gli operatori che eseguiranno i controlli dovranno essere qualificati secondo EN 473 almeno di secondo livello. Bulloni: I bulloni dei diametri nominali indicati sui disegni costruttivi dovranno essere composti come segue: VITI di classe 8.8 DADI di classe 8 ROSETTE e PIASTRINE acciaio. I bulloni conformi per le caratteristiche dimensionali alle norme UNI EN ISO 4016:2002 e UNI 5592:1968 devono appartenere alle sotto classi della norma UNI EN ISO 898-1:2001. I bulloni ad attrito devono essere serrati secondo le coppie di serraggio previste dalla norma CNR-UNI10011. Tirafondi: acciaio tipo S275 secondo UNI-EN 10025, (Fe 510 grado B calmato o semicalmato): tensione di rottura a trazione 410 Nmm -2 <= ft <= 560 Nmm -2 ; tensione di snervamento 275 Nmm -2 <= fy ; resilienza KV >= 27 J ; allungamento % a rottura per lamiere εt >= 20 ; per profilati e larghi piatti εt >= 22 ; f f t y > 1,20 ELEMENTI STRUTTURALI IN CEMENTO ARMATO Per la realizzazione delle strutture in elevazione CALCESTRUZZO a prestazione (UNI EN 206-1) confezionato con sabbia naturale o artificiale, per frantumazione di pietra calcarea, priva di materie organiche e di adeguata 9
granulometria, con ghiaia ben assortita a spigoli vivi e con acqua limpida, dolce, esente da cloruri e da solfati. Il calcestruzzo dovrà avere le seguenti caratteristiche: Resistenza caratteristica a compressione a 28gg. C32/40 Diametro massimo dell inerte 31.5mm. Rapporto acqua/cemento massimo 0,55. Classe di consistenza allo scarico (UNI EN 206-1): S5 Tipo e classe di resistenza del cemento (UNI ENV 197/1): CEM II/A-M Classe di resistenza 42.5R, cemento portland composito. Per la struttura in oggetto è previsto l utilizzo in classe di esposizione XC3 ; per assicurare una adeguata protezione alle barre di armatura deve essere garantito un ricoprimento di 40mm per travi, pilastri e pareti, 25mm per solai e solette, tenendo conto che la vita nominale della struttura è 100 anni. E inoltre vietata qualsiasi aggiunta di acqua in cantiere, il raggiungimento della prescritta lavorabilità deve essere assicurato con l eventuale aggiunta di additivo fluidificante. DM2008 p.11.2.1 Resistenze caratteristiche CALCESTRUZZO Calcestruzzo Rck= 40 C32/40 COMPRESSIONE fck=0.83rck 33.2 Mpa media fcm=fck+8 41.2 Mpa TRAZIONE fctm=0.3fck^(2/3) 3.098941019 Mpa media fcfm=1.2fctm 3.718729223 Mpa fctk=0.7fctm E=22000(fcm/10)^0.3 2.169258713 Mpa 33642.77768 Mpa per classi<c50/60 Resistenze di calcolo p.4.1.2 fd=fk/ym COMPRESSIONE fcd=α cc fck/yc 18.81333333 Mpa Yc= 1.5 α cc =(lunga durata) 0.85 elementi piani(solette etc) fcd=0.8fcd 15.05066667 Mpa TRAZIONE fctd=fctk/yc 1.446172475 Mpa 10
ACCIAIO PER C.A. ad aderenza migliorata del tipo B 450 C (ex FeB44k), saldabile, con le seguenti caratteristiche meccaniche: f yk 430 N/mmq, f tk 540 N/mmq, allungamento uniforme al carico max e su,k >7,5%. Dato l impiego in zona sismica si richiede, inoltre, che l acciaio rispetti i seguenti limiti: (f y,eff / f y,nom ) <1,25 1,15 (f t /f y ) medio <1,35 ACCIAIO per C.A. p.11.3.2. Fyk: 450 p-11.3.2. MPa γ s= 1.15 p.4.1.2.1.1.3 Fyd= 391.3043478 MPa Per la realizzazione degli elementi di fondazione CALCESTRUZZO a prestazione (UNI EN 206-1) confezionato con sabbia naturale o artificiale, per frantumazione di pietra calcarea, priva di materie organiche e di adeguata granulometria, con ghiaia ben assortita a spigoli vivi e con acqua limpida, dolce, esente da cloruri e da solfati. Il calcestruzzo dovrà avere le seguenti caratteristiche: Resistenza caratteristica a compressione a 28gg. Rck = 30 N/mmq. Diametro massimo dell inerte 50mm. Rapporto acqua/cemento massimo 0,60. Classe di consistenza allo scarico (UNI EN 206-1): S4 Tipo e classe di resistenza del cemento (UNI ENV 197/1): CEM II/B-M Classe di resistenza 42.5R, cemento portland composito - pozzolanico. Per la struttura in oggetto è previsto l utilizzo in classe di esposizione XC2 (UNI EN 206-1); per assicurare una adeguata protezione alle barre di armatura deve essere garantito un ricoprimento di 50mm per platea e travi di fondazione, tenendo conto che la vita nominale della struttura è 100 anni. E inoltre vietata qualsiasi aggiunta di acqua in cantiere, il raggiungimento della prescritta lavorabilità deve essere assicurato con l eventuale aggiunta di additivo fluidificante. CALCESTRUZZO DM2008 p.11.2.1 Calcestruzzo Rck= 30 C25/30 Resistenze caratteristiche COMPRESSIONE fck=0.8rck 24 Mpa media fcm=fck+8 32 Mpa TRAZIONE fctm=0.3fck^(2/3) 2.496101 Mpa per classi<c50/60 media fcfm=1.2fctm 2.995321 Mpa fctk=0.7fctm 1.74727 Mpa E=22000(fcm/10)^0.3 31186.57 Mpa 11
Resistenze di calcolo p.4.1.2 fd=fk/ym COMPRESSIONE fcd= ccfck/yc 13.6 Mpa Yc= 1.5 cc=(lunga durata) 0.85 elementi piani(solette etc) fcd=0.8fcd 10.88 Mpa TRAZIONE fctd=fctk/yc 1.164847 Mpa ACCIAIO PER C.A. ad aderenza migliorata del tipo B 450 C (ex FeB44k), saldabile, con le seguenti caratteristiche meccaniche: f yk 430 N/mmq, f tk 540 N/mmq, allungamento uniforme al carico max e su,k >7,5%. Dato l impiego in zona sismica si richiede, inoltre, che l acciaio rispetti i seguenti limiti: (f y,eff / f y,nom ) <1,25 1,15 (f t /f y ) medio <1,35 ACCIAIO per C.A. p.11.3.2. Fyk: 450 p-11.3.2. MPa γ s= 1.15 p.4.1.2.1.1.3 Fyd= 391.3043478 MPa MICROPALI L opera di fondazione è realizzata con micropali tipo tubfix, caratterizzati da diametro di perforazione come da disegni, lunghezza come da disegni, armatura metallica interna costituita da tubo in acciaio Fe510, attraverso il quale viene iniettata malta cementizia di tipo reoplastico a ritiro compensato a pressione mediante valvole di non-ritorno. Il collegamento del micropalo alla struttura fondale viene realizzato con apposite armature saldate all anima del micropalo ed inglobate nel getto della fondazione (si vedano dettagli costruttivi). - per i tubi di acciaio dei micropali acciaio S 355 JR secondo UNI-EN 10025-2 : tensione caratteristica di rottura a trazione f tk = 510 Nmm -2 ; tensione caratteristica di snervamento f yk = 355 Nmm -2 ; 12
allungamento % a rottura e t >= 20. ELEVAZIONE: DM2008 p.11.2.1 Resistenze caratteristiche CALCESTRUZZO Calcestruzzo Rck= 35 C28/35 COMPRESSIONE fck=0.8rck 28 Mpa media fcm=fck+8 36 Mpa TRAZIONE fctm=0.3fck^(2/3) 2.766262 Mpa per classi<c50/60 media fcfm=1.2fctm 3.319514 Mpa fctk=0.7fctm E=22000(fcm/10)^0.3 1.936383 Mpa 32308.25 Mpa Resistenze di calcolo p.4.1.2 fd=fk/ym COMPRESSIONE fcd= ccfck/yc 15.86667 Mpa Yc= 1.5 cc=(lunga durata) 0.85 elementi piani(solette etc) fcd=0.8fcd 12.69333 Mpa TRAZIONE fctd=fctk/yc 1.290922 Mpa ACCIAIO per C.A. p.11.3.2. Fyk: 450 p-11.3.2. MPa γ s= 1.15 p.4.1.2.1.1.3 Fyd= 391.3043478 MPa FONDAZIONE (solettone di collegamento) CALCESTRUZZO DM2008 p.11.2.1 Calcestruzzo Rck= 30 C25/30 Resistenze caratteristiche COMPRESSIONE fck=0.8rck 24 Mpa media fcm=fck+8 32 Mpa TRAZIONE fctm=0.3fck^(2/3) 2.496101 Mpa per classi<c50/60 media fcfm=1.2fctm 2.995321 Mpa fctk=0.7fctm 1.74727 Mpa E=22000(fcm/10)^0.3 31186.57 Mpa Resistenze di calcolo p.4.1.2 fd=fk/ym COMPRESSIONE fcd= ccfck/yc 13.6 Mpa Yc= 1.5 cc=(lunga durata) 0.85 elementi piani(solette etc) fcd=0.8fcd 10.88 Mpa TRAZIONE fctd=fctk/yc 1.164847 Mpa ACCIAIO per C.A. p.11.3.2. 13
Fyk: 450 p-11.3.2. MPa γ s= 1.15 p.4.1.2.1.1.3 Fyd= 391.3043478 MPa Prescrizioni comuni alle strutture di fondazione e di elevazione: Controlli in cantiere delle barre d armatura (3 spezzoni dello stesso diametro) f y = f m -10 N/mm 2 Qualità dei componenti La sabbia deve essere viva, con grani assortiti in grossezza da 0 a 3 mm, non proveniente da rocce in decomposizione, scricchiolante alla mano, pulita, priva di materie organiche, melmose, terrose e di salsedine. La ghiaia deve contenere elementi assortiti, di dimensioni fino a 16-20 mm, resistenti e non gelivi, non friabili, scevri di sostanze estranee, terra e salsedine. Le ghiaie sporche vanno accuratamente lavate. Anche il pietrisco proveniente da rocce compatte, non gessose né gelive, dovrà essere privo di impurità od elementi in decomposizione. In definitiva gli inerti dovranno essere lavati ed esenti da corpi terrosi ed organici. Non sarà consentito assolutamente il misto di fiume. L acqua da utilizzare per gli impasti dovrà essere potabile, priva di sali (cloruri e solfuri). Potranno essere impiegati additivi fluidificanti o superfluidificanti per contenere il rapporto acqua/cemento mantenendo la lavorabilità necessaria. Prescrizione per inerti Sabbia viva 0-7 mm, pulita, priva di materie organiche e terrose; sabbia fino a 30 mm (70mm per fondazioni), non geliva, lavata;pietrisco di roccia compatta. Assortimento granulometrico in composizione compresa tra le curve granulometriche sperimentali: - passante al vaglio di mm 16 = 100% - passante al vaglio di mm 8 = 88-60% - passante al vaglio di mm 4 = 78-36% - passante al vaglio di mm 2 = 62-21% - passante al vaglio di mm 1 = 49-12% - passante al vaglio di mm 0.25 = 18-3% Prescrizione per il disarmo Indicativamente: pilastri 3-4 giorni; solette modeste 10-12 giorni; travi, archi 24-25 giorni, mensole 28 giorni. Per ogni porzione di struttura, il disarmo non può essere eseguito se non previa autorizzazione della Direzione Lavori. 14
Provini da prelevarsi in cantiere Viene prescritto il controllo di tipo A, riferito ad un quantitativo di miscela omogenea non maggiore di 300mc. N 2cubi di lato 15 cm per un prelievo ogni 100 mc. Per ogni giorno di getto va comunque effettuato un prelievo. Le seguenti disuguaglianze devono essere rispettate: Rck 28< Rm -3,5N/mm 2 Rmin> Rck 3,5 N/mm 2 Rm= resistenza media dei prelievi (N/mm 2 ) Rmin= minor valore di resistenza dei prelievi (N/mm 2 ) Tolleranze di posa della misura dei copriferri utilizzati I copriferri prescritti per le strutture di fondazione e di elevazione si intendono comprensivi delle tolleranze di posa, assunte pari a 5 mm (p.to 4.4.1.3 EC2.3), in quanto si prevede l impiego di distanziatori che assicurano il copriferro, secondo le indicazioni di normative di comprovata validità. 15
PRESTAZIONI DI PROGETTO, CLASSE DELLA STRUTTURA, VITA UTILE E PROCEDURE DI QUALITÀ Le prestazioni della struttura e le condizioni per la sua sicurezza sono state individuate comunemente dal progettista e dal committente. A tal fine è stata posta attenzione al tipo della struttura, al suo uso e alle possibili conseguenze di azioni anche accidentali; particolare rilievo è stato dato alla sicurezza delle persone. Risulta così definito l insieme degli stati limite riscontrabili nella vita della struttura ed è stato accertato, in fase di dimensionamento, che essi non siano superati. Altrettanta cura è stata posta per garantire la durabilità della struttura, con la consapevolezza che tutte le prestazioni attese potranno essere adeguatamente realizzate solo mediante opportune procedure da seguire non solo in fase di progettazione, ma anche di costruzione, manutenzione e gestione dell opera. Per quanto riguarda la durabilità si sono presi tutti gli accorgimenti utili alla conservazione delle caratteristiche fisiche e dinamiche dei materiali e delle strutture, in considerazione dell ambiente in cui l opera dovrà vivere e dei cicli di carico a cui sarà sottoposta. La qualità dei materiali e le dimensioni degli elementi sono coerenti con tali obiettivi. In fase di costruzione saranno attuate severe procedure di controllo sulla qualità, in particolare per quanto riguarda materiali, componenti, lavorazione, metodi costruttivi. Saranno seguite tutte le indicazioni previste nelle Norme Tecniche per le Costruzioni. Parametri adottati struttura nuova torre di collegamento: Vita nominale VN 100anni Classe d uso IV Periodo di riferimento per l azione sismica: VR=VN CU = 100x2=200 anni 16
ANALISI DEI CARICHI E COMBINAZIONE DELLE AZIONI La valutazione delle azioni sulle strutture sono effettuate conformemente al D.M. 14-01- 2008. In particolare l azione sismica è stata applicata alla struttura in conformità alle disposizioni del D.M. 14-01-2008 per il sito in esame tenendo conto delle sue coordinate geografiche. L azione sismica è calcolata mediante analisi sismica dinamica modale. G1 (cond1) Torre - piano tipo Peso Proprio Elementi Strutturali - eseguito in automatico dal software G1 (cond2) h(m) b(m) ρ(dan/m 3 ) dan/m 2 Solaio SOLETTA PIENA ALLEGGERITA 0,28 1750 490 G2 (cond3) compiutamente definiti Tramezzi* 80 Massetto 0,1 1800 180 Pavimento 30 controsoffitti + impianti 30 TOTALE 320 Qk (cond4) Variabile di piano (cat C1) 300 TOTALE 300 SOMMA 1110 G1 (cond1) Torre - piano copertura Peso Proprio Elementi Strutturali - eseguito in automatico dal software G1 (cond2) 17 h(m) b(m) ρ(dan/m 3 ) dan/m 2 Solaio SOLETTA PIENA ALLEGGERITA 0,28 1750 490 G2 (cond3) compiutamente definiti Massetto 0,15 1800 270 Pavimento 30 controsoffitti + impianti 30 TOTALE 320 Qk (cond5) Neve DM2008- as=260m.s.l.m. qsk=110dan/mq - µ=0.8 88 TOTALE 88 SOMMA 898
G2 (cond3) Torre tamponatura esterna con facciata continua h(m) b(m) ρ(dan/m 3 ) dan/m 2 Poroton 330 Isolante 30 Struttura di supporto con lastre di rivestimento 40 SOMMA 400 G2 (cond3) Torre tamponatura esterna con rivestimento a cappotto h(m) b(m) ρ(dan/m 3 ) dan/m 2 Poroton 330 Isolante a cappotto 30 Intonaco 10 SOMMA 370 18
AZIONE DELLA NEVE (DM2008 par. 3.4) 19
AZIONE DEL VENTO (DM2008 par. 3.3 + CNR-DT206/2008) L azione del vento è stata calcolata in ottemperanza alle normative vigenti confrontando il risultanto ottenuto con quello precedentemente calcolato dall ing. Giuseppe Suraci il quale ha prodotto un elaborato di verifica all azione del vento delle torri esistenti dal titolo Relazione sulla sicurezza della Torre Medica (con particolare riguardo all azione del vento. L azione del vento nella Nuova Torre di collegamento risulta maggiore rispetto al calcolo dell ing. Giuseppe Suraci in quanto si è considerato un Tempo di Ritorno di 100anni anziché 50anni come per le normali costruzioni. 20
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Tutte le verifiche sono state condotte con i valori sopra elencati. 22
AZIONE SISMICA (DM2008 par. 3.2) La città di Trieste ricade in zona sismica 3 secondo l attuale classificazione sismica italiana. Le azioni sismiche di progetto, in base alle quali valutare il rispetto dei diversi stati limite considerati, si definiscono a partire dalla pericolosità sismica di base del sito di costruzione per le diverse probabilitò di accadimento da considerare, secondo le indicazioni delle norme tecniche, tenendo conto delle amplificazioni locali dovute alla stratigrafia del terreno e alla configurazione morfologica. Nuova torre: Spettro in accordo con TU 2008 Trieste TS Longitudine 13.7722 Latitudine 45.6494 Tipo di Terreno A Coefficiente di amplificazione topografica (S T ) 1.2000 Vita nominale della costruzione (V N ) 100.0 anni Classe d'uso IVº coefficiente C U 2.0 Classe di duttilità impostata Bassa Fattore di struttura massimo q o per sisma orizzontale 3.00 Fattore di duttilità K R per sisma orizzontale 1.00 Fattore riduttivo regolarità in altezza K R 0.80 Fattore riduttivo per la presenza di setti K W 1.00 Fattore di struttura q per sisma orizzontale 2.40 Fattore di struttura q per sisma verticale 1.50 Smorzamento Viscoso ( 0.05 = 5% ) 0.05 23
TU 2008 SLV H Probabilità di superamento (P VR ) 10.0 e periodo di ritorno (T R ) 1898 (anni) S s 1.000 T B 0.12 [sec] T C 0.35 [sec] T D 2.32 [sec] a g /g 0.1805 F o 2.5921 T C * 0.3476 24
TU 2008 SLD H Probabilità di superamento (P VR ) 63.0 e periodo di ritorno (T R ) 201 (anni) S s 1.000 T B 0.10 [sec] T C 0.29 [sec] T D 1.93 [sec] a g /g 0.0818 F o 2.5220 T C * 0.2900 25
TU 2008 SLO H Probabilità di superamento (P VR ) 81.0 e periodo di ritorno (T R ) 120 (anni) S s 1.000 T B 0.09 [sec] T C 0.27 [sec] T D 1.86 [sec] a g /g 0.0651 F o 2.5659 T C * 0.2686 Fattori di partecipazione per il calcolo delle masse: Condizione Commento Fattore di Partecipazione 1 p.p. 1.0 2 p.solai 1.0 3 perm portati 1.0 4 Variabile di piano 0.6 5 Vento 0.0 26
- Analisi dinamica con condensazione di piano ed inclusione delle masse dei nodi liberi Angoli d'ingresso del Sisma SLV Direzione 1 Angolo in pianta 0.00 [ ] SLV Direzione 2 Angolo in pianta 0.00 [ ] SLV Direzione 3 Angolo in pianta 90.00 [ ] SLV Direzione 4 Angolo in pianta 90.00 [ ] SLV Direzione 5 Angolo in pianta 180.00 [ ] SLV Direzione 6 Angolo in pianta 180.00 [ ] SLV Direzione 7 Angolo in pianta 270.00 [ ] SLV Direzione 8 Angolo in pianta 270.00 [ ] SLD Direzione 9 Angolo in pianta 0.00 [ ] SLD Direzione 10 Angolo in pianta 0.00 [ ] SLD Direzione 11 Angolo in pianta 90.00 [ ] SLD Direzione 12 Angolo in pianta 90.00 [ ] SLD Direzione 13 Angolo in pianta 180.00 [ ] SLD Direzione 14 Angolo in pianta 180.00 [ ] SLD Direzione 15 Angolo in pianta 270.00 [ ] SLD Direzione 16 Angolo in pianta 270.00 [ ] SLO Direzione 17 Angolo in pianta 0.00 [ ] SLO Direzione 18 Angolo in pianta 0.00 [ ] SLO Direzione 19 Angolo in pianta 90.00 [ ] SLO Direzione 20 Angolo in pianta 90.00 [ ] SLO Direzione 21 Angolo in pianta 180.00 [ ] SLO Direzione 22 Angolo in pianta 180.00 [ ] SLO Direzione 23 Angolo in pianta 270.00 [ ] SLO Direzione 24 Angolo in pianta 270.00 [ ] Percentuale della massa di piano utilizzata per la valutazione delle azioni dovute ad eccentricita' addizionali del centro di massa 100.0% 27
Rappresentazione della direzione di ingresso del sisma di tutte le strutture: Le direzioni di ingresso del sisma sono 4: - Angolo 0 - Angolo 90 - Angolo 180 - Angolo 270 La normativa però prescrive di considerare una eccentricità accidentale del centro di massa non inferiore al 5% della dimensione dell edificio misurata perpendicolarmente alla direzione di applicazione dell azione sismica. Questo significa applicare per ogni direzione del sisma due momenti torcenti di piano (pari alla forzante di piano sismica moltiplicata per l eccentricità). Come si può notare dallo schema sotto, per ogni angolo di direzione di ingresso del sisma si avranno due differenti azioni, una che considera il torcente positivo e una che considera il torcente negativo. In totale si avranno perciò non 4 direzioni di ingresso ma 8 direzioni di ingresso. Queste direzioni di ingresso sono state poi opportunamente combinate tra loro come da normativa (es: Ex + 0.3 Ey) e in totale per ogni stato limite considerato si avranno 16 combinazioni di carico. G G 0-0+ 0 NB: Ha senso spostare il centro di massa solo nei solai che vengono considerati infinitamente rigidi perché la massa è concentrata nel baricentro. (Non ha senso spostare un centro di massa che non è stato possibile definire, infatti nel caso di solai non rigidi la massa è concentrata in ogni nodo in base all incidenza dei carichi). 28
ANALISI SVOLTA Tipo di analisi svolta Statica + Dinamica con condensazione Numero di condizioni di carico... : 5 Numero di combinazioni di carico. : 58 Condizione 1 p.p. 2 p.solai 3 perm portati 4 Variabile di piano 5 Vento 6 Sisma 0+SLV 7 Sisma 0-SLV 8 Sisma 90+SLV 9 Sisma 90-SLV 10 Sisma 180+SLV 11 Sisma 180-SLV 12 Sisma 270+SLV 13 Sisma 270-SLV 14 Sisma 0+SLD 15 Sisma 0-SLD 16 Sisma 90+SLD 17 Sisma 90-SLD 18 Sisma 180+SLD 19 Sisma 180-SLD 20 Sisma 270+SLD 21 Sisma 270-SLD 22 Sisma 0+SLO 23 Sisma 0-SLO 24 Sisma 90+SLO 25 Sisma 90-SLO 26 Sisma 180+SLO 27 Sisma 180-SLO 28 Sisma 270+SLO 29 Sisma 270-SLO 29
Combinazioni di carico: Combinazioni agli Stati Limite Ultimi Combinazione di carico numero 1 Verticale 2 Verticale+vento 3 Vento+Verticale 4 Solo Vento Comb.\Cond 1 2 3 4 5 1 1.3 1.3 1.3 1.5 2 1.3 1.3 1.3 1.5 0.9 3 1.3 1.3 1.3 1.05 1.5 4 1 1 1 1.5 Combinazioni agli Stati Limite di Salvaguardia della Vita Combinazione di carico numero 5 Sisma 0+ / 90+ 6 Sisma 0+ / 270+ 7 Sisma 0- / 90-8 Sisma 0- / 270-9 Sisma 90+ / 0+ 10 Sisma 90+ / 180+ 11 Sisma 90- / 0-12 Sisma 90- / 180-13 Sisma 180+ / 90+ 14 Sisma 180+ / 270+ 15 Sisma 180- / 90-16 Sisma 180- / 270-17 Sisma 270+ / 0+ 18 Sisma 270+ / 180+ 19 Sisma 270- / 0-20 Sisma 270- / 180- Comb.\Cond 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13 5 1 1 1 0.6 1 0.3 6 1 1 1 0.6 1 0.3 7 1 1 1 0.6 1 0.3 8 1 1 1 0.6 1 0.3 9 1 1 1 0.6 0.3 1 10 1 1 1 0.6 1 0.3 11 1 1 1 0.6 0.3 1 12 1 1 1 0.6 1 0.3 30
13 1 1 1 0.6 0.3 1 14 1 1 1 0.6 1 0.3 15 1 1 1 0.6 0.3 1 16 1 1 1 0.6 1 0.3 17 1 1 1 0.6 0.3 1 18 1 1 1 0.6 0.3 1 19 1 1 1 0.6 0.3 1 20 1 1 1 0.6 0.3 1 Combinazioni RARE Stati Limite di Esercizio Combinazione di carico numero 21 22 Comb.\Cond 1 2 3 4 5 21 1 1 1 1 0.6 22 1 1 1 0.7 1 Combinazioni FREQUENTI Stati Limite di Esercizio Combinazione di carico numero 23 24 Comb.\Cond 1 2 3 4 5 23 1 1 1 0.7 24 1 1 1 0.6 0.2 Combinazioni QUASI PERMANENTI Stati Limite di Esercizio Combinazione di carico numero 25 26 Comb.\Cond 1 2 3 4 25 1 1 1 0.6 26 31
Combinazioni agli Stati Limite di Danno Combinazione di carico numero 27 Sisma 0+ / 90+ 28 Sisma 0+ / 270+ 29 Sisma 0- / 90-30 Sisma 0- / 270-31 Sisma 90+ / 0+ 32 Sisma 90+ / 180+ 33 Sisma 90- / 0-34 Sisma 90- / 180-35 Sisma 180+ / 90+ 36 Sisma 180+ / 270+ 37 Sisma 180- / 90-38 Sisma 180- / 270-39 Sisma 270+ / 0+ 40 Sisma 270+ / 180+ 41 Sisma 270- / 0-42 Sisma 270- / 180- Comb.\Cond 1 2 3 4 14 15 16 17 18 19 20 21 27 1 1 1 0.6 1 0.3 28 1 1 1 0.6 1 0.3 29 1 1 1 0.6 1 0.3 30 1 1 1 0.6 1 0.3 31 1 1 1 0.6 0.3 1 32 1 1 1 0.6 1 0.3 33 1 1 1 0.6 0.3 1 34 1 1 1 0.6 1 0.3 35 1 1 1 0.6 0.3 1 36 1 1 1 0.6 1 0.3 37 1 1 1 0.6 0.3 1 38 1 1 1 0.6 1 0.3 39 1 1 1 0.6 0.3 1 40 1 1 1 0.6 0.3 1 41 1 1 1 0.6 0.3 1 42 1 1 1 0.6 0.3 1 32
Combinazioni agli Stati Limite di Operatività Combinazione di carico numero 43 Sisma 0+ / 90+ 44 Sisma 0+ / 270+ 45 Sisma 0- / 90-46 Sisma 0- / 270-47 Sisma 90+ / 0+ 48 Sisma 90+ / 180+ 49 Sisma 90- / 0-50 Sisma 90- / 180-51 Sisma 180+ / 90+ 52 Sisma 180+ / 270+ 53 Sisma 180- / 90-54 Sisma 180- / 270-55 Sisma 270+ / 0+ 56 Sisma 270+ / 180+ 57 Sisma 270- / 0-58 Sisma 270- / 180- Comb.\Cond 1 2 3 4 22 23 24 25 26 27 28 29 43 1 1 1 0.6 1 0.3 44 1 1 1 0.6 1 0.3 45 1 1 1 0.6 1 0.3 46 1 1 1 0.6 1 0.3 47 1 1 1 0.6 0.3 1 48 1 1 1 0.6 1 0.3 49 1 1 1 0.6 0.3 1 50 1 1 1 0.6 1 0.3 51 1 1 1 0.6 0.3 1 52 1 1 1 0.6 1 0.3 53 1 1 1 0.6 0.3 1 54 1 1 1 0.6 1 0.3 55 1 1 1 0.6 0.3 1 56 1 1 1 0.6 0.3 1 57 1 1 1 0.6 0.3 1 58 1 1 1 0.6 0.3 1 33
ANALISI DEI MODELLI STRUTTURALI AGLI ELEMENTI FINITI I calcoli sono stati condotti secondo i criteri della Scienza delle Costruzioni assumendo i carichi di normativa e valutando le sollecitazioni per via numerica. L analisi strutturale viene eseguita per mezzo di un elaboratore elettronico dei dati utilizzando un codice di calcolo del tipo SAP basato sul metodo degli elementi finiti, concettualmente riconducibile al metodo degli spostamenti. L analisi di tipo numerico è stata realizzata mediante il programma di calcolo ENEXSYS ( Ditta produttrice: En.Ex.Sys. s.r.l. - Via Tizzano 46/2 - Casalecchio di Reno, Bologna N di serie 2003GMSRVZ e 2003GMSRV1 versione 2013 038). E stato utilizzata un analisi lineare dinamica nel rispetto delle norme indicate in precedenza. Le procedure di verifica adottate seguono il metodo di calcolo degli stati limite ultimo e di esercizio. Il solutore individua le sollecitazioni per ogni nodo e quindi i post processori nella verifica delle aste determinano le sollecitazioni per ogni sezione delle stesse. La struttura e il suo comportamento sotto le azioni statiche e dinamiche sono state adeguatamente valutate e trasferite nel modello che si caratterizza per la sua impostazione completamente tridimensionale. A tal fine ai nodi strutturali possono convergere diverse tipologie di elementi, che corrispondono nel codice numerico di calcolo in altrettante tipologie di elementi finiti. Travi e pilastri, ovvero componenti in cui una dimensione prevale sulle altre due, vengono modellati con elementi beam, il cui comportamento può essere opportunamente perfezionato attraverso alcune opzioni quali quelle in grado di definire le modalità di connessione all estremità. Eventuali elementi soggetti a solo sforzo normale possono essere trattati come elementi truss oppure con elementi beam opportunamente svincolati. Le pareti, le piastre, le platee ovvero in generale i componenti strutturali bidimensionali, con due dimensioni prevalenti sulla terza (lo spessore), sono stati modellati con elementi shell a comportamento flessionale e membranale. I vincoli con il mondo esterno vengono rappresentati con elementi in grado di definire le modalità di vincolo e le rigidezze nello spazio. Questi elementi, coniugati con i precedenti, consentono di modellare i casi più complessi ma più frequenti di interazione con il terreno, realizzabile tipicamente mediante fondazioni, pali, platee nonché attraverso una combinazione di tali situazioni. Il comportamento del terreno è sostanzialmente rappresentato tramite una schematizzazione lineare alla Winkler, principalmente caratterizzabile attraverso una opportuna costante di sottofondo, che può essere anche variata nella superficie di contatto fra struttura e terreno e quindi essere in grado di 34
descrivere anche situazioni più complesse. Nel caso dei pali il comportamento del terreno implica anche l introduzione di vincoli per la traslazione orizzontale. I parametri dei materiali utilizzati per la modellazione riguardano il modulo di Young, il coefficiente di Poisson, ma sono disponibili anche opzioni per ridurre la rigidezza flessionale e tagliante dei materiali per considerare l effetto di fenomeni fessurativi nei materiali. Il calcolo viene condotto mediante analisi lineare, ma vengono considerati gli effetti del secondo ordine e si può simulare il comportamento di elementi resistenti a sola trazione o compressione. La presenza di diaframmi orizzontali, se rigidi, nel piano viene gestita attraverso l impostazione di un apposita relazione fra i nodi strutturali coinvolti, che ne condiziona il movimento relativo. Relazioni analoghe possono essere impostate anche fra elementi contigui. Si ritiene che il modello utilizzato sia rappresentativo del comportamento reale della struttura. Sono stati inoltre valutati tutti i possibili effetti o le azioni anche transitorie che possano essere significative e avere implicazione per la struttura. E stata impiegata un analisi dinamica modale in campo lineare con adozione di spettro di risposta conforme al DM2008. Agli effetti del dimensionamento è stato quindi impiegato il metodo degli stati limite ultimo e di esercizio. Gli elementi del modello numerico I NODI La struttura è individuata da nodi riportati in coordinate. Ogni nodo possiede sei gradi di libertà, associati alle sei possibili deformazioni. I gradi di libertà possono essere liberi (spostamenti generalizzati incogniti), bloccati (spostamenti generalizzati corrispondente uguale a zero), di tipo slave o linked (il parametro cinematico dipende dalla relazione con altri gradi di libertà). Si può intervenire sui gradi di libertà bloccando uno o più gradi. I blocchi vengono applicate nella direzione della terna locale del nodo. Le relazioni complesse creano un legame tra uno o più gradi di libertà di un nodo detto slave con quelli di un altro nodo detto master. Esistono tre tipi di relazioni complesse. Le relazioni di tipo link prescrivono l uguaglianza tra gradi di libertà analoghi di nodi diversi. Specificare una relazione di tipo link significa specificare il nodo slave assieme ai gradi di libertà che partecipano al vincolo ed il nodo master. I gradi di libertà slave saranno 35
eguagliati ai rispettivi gradi di libertà del nodo master. La relazione di piano rigido prescrive che il nodo slave appartiene ad un piano rigido e quindi che i due spostamenti in piano e la rotazione normale al piano sono legati ai tre parametri di roto-traslazione rigida di un piano. Il Corpo rigido prescrive che il nodo slave fa parte di un corpo rigido e tutti e sei i suoi gradi di libertà sono legati ai sei gradi di libertà posseduti dal corpo rigido (i gradi di libertà del suo nodo master). I MATERIALI I materiali sono individuati da un codice specifico e descritti dal modulo di elasticità, dal coefficiente di Poisson, dal peso specifico, dal coefficiente di dilatazione termica. LE SEZIONI Le sezioni sono individuate in ogni caso da un codice numerico specifico, dal tipo e dai relativi parametri identificativi. La simbiologia adottata dal programma è la seguente: Rettangolare piena (Rp); Rettangolare cava (Rc); Circolare piena (Cp); Circolare cava (Cc); T (T.); T rovescia (Tr); L (L.); C (C.); C rovescia (Cr); Cassone (Ca); Profilo singolo (Ps); Profilo doppio (Pd); Generica (Ge). I CARICHI I carichi agenti sulla struttura possono essere suddivisi in carichi nodali e carichi elementari. I carichi nodali sono forze e coppie concentrate applicate ai nodi della discretizzazione. I carichi elementari sono forze, coppie e sollecitazioni termiche. I carichi in luce sono individuati da un codice numerico, da un tipo e da una descrizione. Sono previsti carichi distribuiti trapezoidali riferiti agli assi globali (fx, fy, fz, 36
fv) e locali (fx, fy, fz), forze concentrate riferite agli assi globali (FX, FY, FZ, FV) o locali (Fx, Fy, Fz), momenti concentrati riferiti agli assi locali (Mx, My, Mz), momento torcente distribuito riferito all'asse locale x (mx), carichi termici (tx, ty, tz), descritti con i relativi parametri identificativi, aliquote inerziali comprese, rispetto al riferimento locale. I carichi in luce possono essere attribuiti solo a elementi finiti del tipo trave o trave di fondazione. GLI ELEMENTI FINITI La struttura può essere suddivisa in sottostrutture, chiamate gruppi. ELEMENTO TRUSS (ASTA RETICOLARE) L elemento truss (asta reticolare) rappresenta il modello meccanico della biella elastica. Possiede 2 nodi I e J e di conseguenza 12 gradi di libertà. Gli elementi truss sono caratterizzati da 4 parametri fisici e geometrici ovvero: 1. A Area della sezione. 2. E. Modulo elastico. 3. ρ. Densità di peso (peso per unità di volume). 4. α. Coefficiente termico di dilatazione cubica. I dati di input e i risultati del calcolo relativi all elemento stesso sono riferiti alla terna locale di riferimento indicata in figura. ELEMENTO FRAME (TRAVE E PILASTRO, TRAVE DI FONDAZIONE) L elemento frame implementa il modello della trave nello spazio tridimensionale. E caratterizzato da 2 nodi principali I e J posti alle sue estremità ed un nodo geometrico facoltativo K che serve solamente a fissare univocamente la posizione degli assi locali. L elemento frame possiede 12 gradi di libertà. Ogni elemento viene riferito a una terna locale destra x, y, z, come mostrato in figura. L elemento frame supporta varie opzioni tra cui: 1. deformabilità da taglio (travi tozze); 2. sconnessioni totali o parziali alle estremità; 37
3. connessioni elastiche alle estremità; 4. offsets, ovvero tratti rigidi eventualmente fuori asse alle estremità; 5. suolo elastico alla Winkler nelle tre direzioni locali e a torsione. L elemento frame supporta i seguenti carichi: 1. carichi distribuiti trapezoidali in tutte le direzioni locali o globali; 2. sollecitazioni termiche uniformi e gradienti termici nelle due direzioni principali; 3. forza concentrata in tutte le direzioni locali o globali applicata in un punto arbitrario; 4. carichi generici mediante prescrizione delle reazioni di incastro perfetto. I gruppi formati da elementi del tipo trave riportano, in ordine, i numeri dei nodi iniziale (I), finale (J) e di riferimento (K), la situazione degli svincoli ai nodi I e J (indicate in legenda eventuali situazioni diverse dall incastro perfetto ad entrambi i nodi), i codici dei materiali e delle sezioni, la situazione di carico nelle otto possibili condizioni A, B, C, D, E, F, G, H: se è presente un numero, esso individua il coefficiente moltiplicativo del carico corrispondente. I gruppi relativi all'elemento trave di fondazione riportano informazioni analoghe; le condizioni di carico sono limitate a due (A e B); È indicata la caratteristica del suolo, la larghezza di contatto con il terreno e il numero di suddivisioni interne. Per la trave di fondazione il programma abilita automaticamente solo i gradi di libertà relativi alla rotazione intorno agli assi globali X, Y e alla traslazione secondo Z, bloccando gli altri gradi di libertà. Ogni trave di fondazione è suddivisa in un numero adeguato di parti (aste). Ogni singola asta interagisce con il terreno mediante un elemento finito del tipo vincolo elastico alla traslazione verticale t Z convergente ai suoi nodi (vedi figura), il cui valore di rigidezza viene determinato da programma moltiplicando la costante di sottofondo assegnata dall utente per l area di contatto con il terreno in corrispondenza del nodo. I tipi di carichi ammessi sono solo di tipo distribuito fz, fv, fy. Inoltre accade che: Vi=Vf; di=df=0, ovvero il carico è di tipo rettangolare esteso per tutta la lunghezza della trave. ELEMENTO SHELL (GUSCIO) 38
L elemento shell implementa il modello del guscio piatto ortotropo nello spazio tridimensionale. E caratterizzato da 3 o 4 nodi I, J, K ed L posti nei vertici e 6 gradi di libertà per ogni nodo. Il comportamento flessionale e quello membranale sono disaccoppiati. Gli elementi guscio/piastra si caratterizzano perché possono subire carichi nel piano ma anche ortogonali al piano ed essere quindi soggetti anche ad azioni flettenti e torcenti. Gli elementi in esame hanno formalmente tutti i sei gradi di libertà attivi, ma non posseggono rigidezza per la rotazione ortogonale al piano dell elemento. Nei gruppi shell definiti platea viene attuato il blocco di tre gradi di libertà, ux, uy, rz, per tutti i nodi del gruppo. Ogni gruppo può contenere uno o più elementi (max 1999). Ogni elemento viene definito da questi parametri: 1. elemento numero (massimo 1999 per ogni gruppo); 2. nodi di riferimento I, J, K, L; 3. spessore; 4. materiale; 5. pressioni e relative aliquote dinamiche; 6. temperatura; 7. gradiente termico; 8. carichi distribuiti e relative aliquote dinamiche. ELEMENTO PLANE (STATO PIANO DI TENSIONE, STATO PIANO DI DEFORMAZIONE, ASSIALSIMMETRICO) L elemento plane implementa i modelli dell elasticità piana nelle tre classiche varianti degli stati piani di tensione, di deformazione e dei problemi assialmsimmetrici, per materiali ortotropi nello spazio bidimensionale. E caratterizzato da 3 o 4 nodi I, J, K, L posti nei vertici e 2 gradi di libertà per ogni nodo. Gli elementi in stato piano di tensione, di defromazione o asialsimmetrici sono elementi piani quadrilateri (4 nodi) o triangolari (3 nodi) bidimensionali, caratterizzati da due dimensioni dello stesso ordine di grandezza, prevalenti sulla terza dimensione, che individua lo spessore. Vengono utilizzati per rappresentare strutture bidimensionali caricate nel piano: sono nulle le tensioni ortogonali al piano dell elemento. 39
Gli elementi in Stato Piano di Deformazione sono elementi per cui è nulla la deformazione ortogonale al piano, ma non la tensione relativa. Vanno obbligatoriamente analizzati nel piano YZ e si assume uno sviluppo unitario sulla terza dimensione (lungo X). Hanno attivi i due gradi di libertà relativi agli spostamenti nel piano YZ. Gli elementi Assialsimmetrici rappresentano solidi simmetrici, ottenuti per rotazione intorno all asse verticale Z e simmetricamente caricati; sono individuati dalla loro sezione nel piano YZ. Anche gli elementi assialsimmetrici vanno studiati nel piano YZ e hanno attivi i gradi di libertà relativi agli spostamenti in questo piano. Il programma analizza il loro comportamento per uno sviluppo angolare di un radiante. Ogni gruppo può contenere uno o più elementi (max 1999). Ogni elemento viene definito con questi parametri: 1. numero elemento (massimo 1999 per gruppo); 2. nodi di riferimento I, J, K, L; 3. spessore; 4. materiale; 5. carichi (o pressioni) e relative aliquote dinamiche; 6. temperatura. ELEMENTO BOUNDARY (VINCOLO) L elemento boundary è sostanzialmente un elemento molla con rigidezza assiale in una direzione specificata e rigidezza torsionale attorno alla stessa direzione. E utile quando si vogliono determinare le reazioni vincolari oppure quando si vogliono imporre degli spostamenti o delle rotazioni di alcuni nodi (cedimenti vincolari). I parametri relativi ad ogni singolo vincolo sono: 1. il nodo a cui è collegato il vincolo (o i vincoli, massimo sei); 2. la traslazione imposta (L) o la rotazione imposta (radianti); 3. la rigidezza (per le traslazioni in F/L, per le rotazioni in F*L/rad). ELEMENTO PLINTO Il plinto viene modellato mediante vincoli elastici alla traslazione e alla rotazione. Il nodo I è il nodo di attacco del plinto e generalmente corrisponde con il nodo al piede di un pilastro. Si suppone, implicitamente, l esistenza di un nodo J posizionato sopra I, sulla sua verticale 40