architettura tecnica lezione carichi sulle...

Architettura Tecnica

Lezione

Carichi sulle strutture

Appunti di:

Prof. ing. Renato Iovino

CONTENUTI DELLA LEZIONE

In questa lezione, dopo aver definito i tipi di carico

disciplinati dalla norme tecniche per le costruzioni

(ntc 2008), vengono illustrati i carichi che le

strutture sono chiamati a portare ed i criteri per la

loro valutazione.

Prima di procedere all’esame del

comportamento statico delle

strutture dobbiamo innanzi tutto

esaminare i carichi fissi,

variabili, eccezionali e sismici che

agiscono sulle strutture.

Tutte le strutture per il semplice fatto di esistere sono

sottoposte ad una varietà di carichi ai quali devono

resistere.

Il primo compito del progettista è

di determinare quali carichi

agiranno su una struttura.

CLASSIFICAZIONE DEI CARICHI

a) dirette forze concentrate e carichi distribuiti, fissi

o mobili

b) indirette

spostamenti impressi, variazioni di

temperatura e di umidità, ritiro,

precompressione, cedimenti di vincoli, ecc.

c) degrado

endogeno: alterazione naturale del

materiale di cui è composta la struttura

esogeno: alterazione delle caratteristiche

dei materiali strutturali, a causa di agenti

esterni

Classificazione delle azioni in relazione al modo di

esplicarsi (NTC 2008)


a) statiche

azioni applicate alla struttura che

non provocano accelerazioni

significative della stessa

b) pseudo

statiche

azioni dinamiche rappresentabili

con un’azione statica equivalente

c) dinamiche azioni che causano significative

accelerazioni della struttura

Classificazione delle azioni in relazione alla

risposta strutturale (NTC 2008)


a)

permanenti

(G)

azioni che agiscono durante tutta la Vita

Nominale della costruzione, la cui variazione

di intensità nel tempo è così piccola e lenta da

poterle considerare costanti:

G1

peso proprio di tutti gli elementi

strutturali; peso proprio del terreno,

quando pertinente; forze indotte dal

terreno (esclusi gli effetti di carichi

variabili applicati al terreno); forze

risultanti dalla pressione dell’acqua

(quando si configurino costanti nel tempo)

Classificazione delle azioni in relazione alla variazione

della intensità nel tempo (NTC 2008)


a)

permanenti

(G)

G2 peso proprio di tutti gli elementi non

strutturali

P

Spostamenti e deformazioni imposti,

previsti dal progetto e realizzati all’atto

della costruzione

Pretensione e precompressione

Ritiro e viscosità

Spostamenti differenziali

Classificazione delle azioni in relazione alla variazione

della intensità nel tempo (NTC 2008)


b) variabili

(Q)

Azioni che agiscono sulla struttura con valori

istantanei che possono risultare sensibilmente

diversi tra loro nel tempo

lunga durata

Azioni che agiscono con

intensità significativa, anche

non continuamente, per un

tempo non trascurabile

rispetto alla vita nominale VN

della struttura

breve durata Azioni che agiscono per un

tempo breve rispetto alla vita

nominale VN della struttura

Classificazione delle azioni in relazione alla variazione della

intensità nel tempo (NTC 2008)


c)

eccezionali

(A)

Azioni che si verificano solo eccezionalmente

durante la vita nominale VN della struttura

Incendi

Esplosioni

Urti e impatti

d) sismiche

(E) Azioni derivanti dai terremoti

Classificazione delle azioni in relazione alla variazione della

intensità nel tempo (NTC 2008)


Cat. Ambienti

qk

[kN/m2]

Qk

[kN]

Hk

[kN/

m]

A

Ambienti ad uso residenziale

Sono compresi in questa

categoria i locali di abitazione e

relativi servizi, gli alberghi (ad

esclusione delle aree suscettibili

di affollamento)

2,00 2,00 1,00

Valori dei carichi variabili Q per le diverse categorie di

edifici (NTC 2008)

CARICHI VARIABILI

Cat. Ambienti

qk

[kN/m2]

Qk

[kN]

Hk

[kN/

m]

B

Uffici

Cat.

B1

Uffici non aperti al

pubblico 2,00 2,00 1,00

Cat.

B2

Uffici aperti al pubblico 3,00 2,00 1,00


edifici (NTC 2008)

CARICHI VARIABILI

Cat. Ambienti

qk

[kN/m2]

Qk

[kN]

Hk

[kN/

m]

C

Ambienti suscettibili di affollamento

Cat.

C1 Ospedali, ristoranti, caffè,

banche, scuole 3,00 2,00 1,00

Cat.

C2 Balconi, ballatoi e scale

comuni, sale convegni,

cinema, teatri, chiese,

tribune con posti fissi

4,00 4,00 2,00


edifici (NTC 2008)

CARICHI VARIABILI

Cat. Ambienti

qk

[kN/m2]

Qk

[kN]

Hk

[kN/

m]

D

Ambienti ad uso commerciale

Cat.

D1

Negozi

4,00 4,00 2,00

Cat.

D2

Centri commerciali,

mercati, grandi magazzini,

librerie…

5,00 5,00 2,00

* non comprende le azioni orizzontali eventualmente

esercitate dai materiali immagazzinati


edifici (NTC 2008)

CARICHI VARIABILI

Cat. Ambienti qk

[kN/m2]

Qk

[kN]

Hk

[kN/

m]

E

Biblioteche, archivi, magazzini e ambienti ad uso

industriale

Cat.

E1

Biblioteche, archivi,

magazzini, depositi,

laboratori manifatturieri

≥ 6,00 6,00 1,00*

Cat.

E2

Ambienti ad uso industriale,

da valutarsi caso per caso --- --- ---

* non comprende le azioni orizzontali eventualmente esercitate dai

materiali immagazzinati


edifici (NTC 2008)

CARICHI VARIABILI

Cat. Ambienti qk

[kN/m2]

Qk

[kN]

Hk

[kN/

m]

F-G

Rimesse e parcheggi

Cat.

F

Rimesse e parcheggi per

il transito di automezzi

di peso a pieno carico

fino a 30 kN

2,50 2x10,0

0

1,00*

*


materiali immagazzinati. **per i soli parapetti o partizioni nelle zone

pedonali.


edifici (NTC 2008)

CARICHI VARIABILI

Cat. Ambienti qk

[kN/m2]

Qk

[kN]

Hk

[kN/

m]

F-G

Rimesse e parcheggi

Cat.

G

Rimesse e parcheggi per

il transito di automezzi

di peso a pieno carico

superiore a 30 kN: da

valutarsi caso per caso

--- --- ---


materiali immagazzinati. **per i soli parapetti o partizioni nelle zone

pedonali.


edifici (NTC 2008)

CARICHI VARIABILI

Cat. Ambienti

qk

[kN/m2]

Qk

[kN]

Hk

[kN/

m]

H

Coperture e sottotetti

Cat.

H1

Coperture e sottotetti

accessibili per sola

manutenzione

0,50 1,20 1,00

Cat.

H2

Coperture praticabili Secondo categoria

di appartenenza

Cat.

H3

Coperture speciali

(impianti, eliporti, altri):

da valutarsi caso per caso

--- --- ---


edifici (NTC 2008)

CARICHI VARIABILI

G2

[kN/m]

g2

[kN/m2]

Elementi divisori con: G2 1,00 0,40

Elementi divisori con: 1,00 < G2 2,00 0,80




Elementi divisori interni con peso proprio maggiore vanno

considerati tenendo conto del loro effettivo posizionamento

sul solaio.

Incidenza dei tramezzi (§ 3.1.3.I delle NTC 2008)

CARICHI VARIABILI

Il Carico G1 esprime il peso

degli elementi che formano

la struttura

Il Carico G2 rappresenta il

peso di tutti gli elementi non

strutturali dell’edificio che

sono presenti sulla struttura

in modo permanente.

Carico G1

Carico Q

Carico G1

Carico G2

CARICHI VARIABILI

Il Carico variabile Q è il

carico che accidentalmente

può agire sulla struttura;

comprende il peso delle

persone, attrezzature,

acqua piovana, neve,

ghiaccio, vento

Le norme impongono di

assumere quale unità di

misura dei carichi il KN

(kiloNewton), dove 1

KN=100kg

Carico G1

Carico Q

Carico G1

Carico G2

CARICHI VARIABILI

Materiali Peso Unità di Volume

[kN/m3]

Calcestruzzi cementi e malte

Calcestruzzo ordinario 24,0

Calcestruzzo armato (e/o precompresso) 25,0

Calcestruzzi leggeri: da determinarsi 14,0 20,0

Calcestruzzi pesanti: da determinarsi 28,0 50,0

Malta di calce 18,0

Malta di cemento 21,0

Calce in polvere 10,0

Cemento in polvere 14,0

Sabbia 17,0

Pesi dell’unità di volume dei principali materiali strutturali

PESO SPECIFICO MATERIALI


[kN/m3]

Metalli e leghe

Acciaio 78,5

Ghisa 72,5

Alluminio 27,0 Per materiali non compresi nella tabella si potrà fare riferimento a

specifiche indagini sperimentali o a normative di comprovata validità

assumendo i valori nominali come valori caratteristici.


(NTC 2008)



[kN/m3]

Materiale lapideo

Tufo vulcanico 17,0

Calcare compatto 26,0

Calcare tenero 22,0

Gesso 13,0

Granito 27,0

Laterizio (pieno) 18,0 Per materiali non compresi nella tabella si potrà fare riferimento a




(NTC 2008)



[kN/m3]

Legnami

Conifere e pioppo 4,0 6,0

Latifoglie (escluso pioppo) 6,0 8,0

Sostanze varie

Acqua dolce (chiara) 9,81

Acqua di mare (chiara) 10,1

Carta 10,0

Vetro 25,0 Per materiali non compresi nella tabella si potrà fare riferimento a




(NTC 2008)


Materiali Peso Materiali Peso

Laterizi stivati [kN/m3] Materiali sciolti da

costruzione

[kN/m3]

Mattoni semi pieni 13,00 Pomice 7,00

Mattoni forati 8,00 Ghiaia e pietrisco 15,00

Mattoni refrattari 20,00 Sabbia e ghiaia

bagnata

20,00

Legnami [kN/m3] Sabbia e ghiaia

asciutta

19,00

Bosso, ebano 12,00 Cenere in coke 7,00

Metalli [kN/m3] Ceneri volanti 10,00

Pesi dell’unità di volume (o di superficie) dei principali

materiali da costruzione



Bronzo 88,00 Scorie d’alto forno

med. 30-70mm

15,00

Leghe di alluminio 28,00 Scorie d’alto forno,

minute

11,00

Nichelio 88,00 Scorie leggere d’alto

forno

7,00

Ottone 86,00 Combustibili solidi [kN/m3]

Piombo 114,00 Carbon fossile

mediamente umido

10,00





Rame 80,00 Coke 5,00

Zingo 72,00 Lignite 7,00

Pavimenti (escluso

sottofondo)

[kN/m2] Mattonelle di lignite

alla rinfusa

8,00

Ceramica, gres,

graniglia

0,40 Prodotti agricoli [kN/m3]

Marmo da 3 cm 0,80 Barbabietola 5,50

Gomma, linoleum 0,10 Crusca e farina 5,00

Legno 0,25 Frumenti, legumi,

patate, semi lino

7,50





Malte [kN/m3] Zucchero 7,50

Malta bastarda 19,00 Riso 8,00

Malta di gesso 12,00 Semola di grano 5,50





Materiale lapideo [kN/m3] Sostanze varie [kN/m3]

Ardesia 27,00 Benzina 7,40

Arenaria 23,00 Bitume 13,00

Basalto 29,00 Calce in sacchi 10,00

Gneis 27,00 Carbone in legna 3,20

Marmo saccaroide 27,00 Carbone fossile in pezzi 9,00

Pomice 8,00 Dinamite 15,00

Porfido 26,00 Fibre tessili 13,50

Sienite 28,00 Ghiaccio 9,00

Travertino 24,00 Lana di vetro 1,00





Muratura [kN/m3] Petrolio 8,00

Muratura mattoni

pieni

18,00 Sughero 3,00

Muratura mattoni

semipieni

16,00 Torba asciutta 2,50

Muratura mattoni

forati

11,00 Torba umida 6,00

Muratura pietrame e

malta

22,00 Manti di copertura [kN/m2]

Muratura pietrame

listato

21,00 Manto di asfalto o

simile

0,30





Muratura [kN/m3] Petrolio 8,00

Muratura blocchi

forati calcestr.

12,00 Manto prefabbricato

(guaine)

0,10

Vetri [kN/m2]

Tegole maritate

(embrici e coppi)

0,60

Normale da 3 mm 0,075 Sottotegole in tavelloni

(s=3-4cm)

0,35

Forte da 4 mm 0,10 Lamiere acciaio

ondulate o nervate

0,12

Spesso da 6 mm 0,15 Lamiere alluminio

ondulate o nerv.

0,05




CARICHI DA NEVE, VENTO, SISMICI

Oltre a G1, G2 e Q, in alcuni casi occorre considerare

anche:

• Le Variazioni termiche

• Il Carico da neve

• L’Azione del vento

• L’Azione sismica

VARIAZIONI TERMICHE

La variazione termica massima nell'arco dell'anno, nel

singolo elemento strutturale, si assume

convenzionalmente pari a:

- Strutture in ca. e c.a.p.:

esposte ± 15°C;

protette ± 10°C;

- Strutture in acciaio:

esposte ± 25°C;

protette ± 15°C.

CARICO DA NEVE

La NTC 2008 fissa i criteri per valutare il carico da neve

sulle costruzioni.

Il carico da neve si calcola con la relazione:

qs = i x qsk x CE x Ct

dove

qs è il carico da neve sulla copertura

i è il coefficiente di forma della copertura

qsk è il carico da neve al suolo [kN/m2]

CE è coefficiente di esposizione

Ct è il coefficiente termico

CARICO DA NEVE

Zonizzazione per carico da

neve al suolo.

Il carico al suolo qsk si ricava

in funzione della zona

climatica in cui ricade

l’edificio e della quota del

sito rispetto al mare.

qsk [kN/m2] dipende dalla Zona (I, II, III) in cui sorge la

costruzione e dall’altitudine as del sito espressa in m s.l.m.

Zona I – Alpina qsk = 1,5 per as ≤ 200 m

qsk =1,39 [1+(as/728)2] per as > 200 m

Zona I – Mediterranea qsk = 1,5 per as ≤ 200 m

qsk =1,35 [1+(as/602)2] per as > 200 m

CARICO DA NEVE

Zona I – Alpina Aosta, Belluno, Bergamo, Biella, Bolzano,

Brescia, Como, Cuneo, Lecco, Pordenone, Sondrio, Torino, Trento,

Udine, Verbania, Vercelli, Vicenza.

Zona I – Mediterranea Alessandria, Ancona, Asti, Bologna,

Cremona, Forlì, Lodi, Milano, Modena, Novara, Parma, Pavia, Pesaro,

Piacenza, Ravenna, Reggio Emilia, Rimini, Treviso, Varese.

Zona II qsk = 1,0 per as ≤ 200 m

qsk = 0,85 [1+(as/481)2] per as > 200 m

CARICO DA NEVE

Zona II Arezzo, Ascoli Piceno, Bari, Campobasso, Chieti,

Ferrara, Firenze, Foggia, Genova, Gorizia, Imperia,

Isernia, La Spezia, Lucca, Macerata, Mantova, Massa

Carrara, Padova, Perugia, Pescara, Pistoia, Prato, Rovigo,

Savona, Teramo, Trieste, Venezia, Verona.

Zona III Agrigento, Avellino, Benevento, Brindisi,

Cagliari, Caltanisetta, Carbonia, Caserta, Catania,

Catanzaro, Cosenza, Crotone, Enna, Frosinone, Grosseto,

L’Aquila, Latina, Lecce, Livorno, Matera, Messina, Napoli,

Nuoro, Ogliastra, Olbia, Oristano, Palermo, Pisa, Potenza,

Ragusa, Reggio Calabria, Rieti, Roma, Salerno, Sassari,

Siena, Siracusa, Taranto, Trapani, Terni, Vibo Valentia,

Viterbo.

CARICO DA NEVE

Zona III qsk = 0,6 per as ≤ 200 m

qsk = 0,51 [1+(as/481)2] per as > 200 m

Coefficiente di forma della copertura μi

μi dipende dalla tipologia della copertura (numero falde) e

dall’ angolo di falda α espressa in gradi sessagesimali

Valori del coefficiente di forma per coperture con una o

due falde

0° ≤ α ≤ 30° μi = 0,8

30° < α < 60° μi = 0,8 [(60-α)/30]

α ≥ 60° μi = 0,0

Per coperture a più falde, per coperture con forme diverse,

così come per coperture contigue a edifici più alti o per

accumulo di neve contro parapetti si deve fare riferimento

a normative di comprovata validità

CARICO DA NEVE

Coefficiente termico Ct

Si utilizza per tener conto della riduzione del carico da neve

a causa del suo scioglimento. In mancanza di studio

documentato si assume Ct = 1

Coefficiente di esposizione CE

Si assume in funzione delle caratteristiche dell’area in cui

sorge l’opera

CARICO DA NEVE

Topografia Descrizione CE

Battuta dai

venti

Aree pianeggianti non ostruite esposte

su tutti i lati, senza costruzioni o

alberi più alti.

0,9

Normale Aree in cui non è presente una

significativa rimozione di neve sulla

costruzione prodotta dal vento, a causa

del terreno, altre costruzioni o alberi.

1,0

Riparata Aree in cui la costruzione considerata è

sensibilmente più bassa del circostante

terreno o circondata da costruzioni o

alberi più alti

1,1

CARICO DA NEVE

La norma stabilisce che, per le costruzioni usuali, l’azione

dinamica del vento può essere sostituita da un’azione

statica equivalente.

La pressione del vento si calcola con la relazione:

p = qb x ce x cp x cd

dove

qb è la pressione cinetica di riferimento

ce è il coefficiente di esposizione

cp è il coefficiente di forma

cd è il coefficiente dinamico

AZIONE DEL VENTO

Zonizzazione per il calcolo

di qb

La pressione di riferimento

qb si calcola in funzione della

zona climatica e della

altitudine del sito as.

AZIONE DEL VENTO

Pressione cinetica di riferimento qb [N/m2]

La pressione cinetica di riferimento si calcola con la

relazione:

qb = 0,5 ρ vb2

dove

• ρ è la densità dell’aria assunta pari a 1,25 kg/m3

• vb è la velocità di riferimento del vento [m/s] per un

periodo di ritorno TR = 50 anni

AZIONE DEL VENTO

vb si calcola con le relazioni:

vb = vb ,0 per as ≤ a0

vb = vb ,0 + ka (as – a0) per a0 <as ≤ 1500 m

dove

• vb ,0 , a0, ka si ricavano dalla tabella 3.3.1 (NTC 2008)

AZIONE DEL VENTO

Tabella 3.3.1

AZIONE DEL VENTO

Coefficiente di esposizione

AZIONE DEL VENTO

Il coefficiente di esposizione ce dipende dall’altezza z sul

suolo del punto considerato, dalla topografia del terreno e

dalla categoria di esposizione del sito ove sorge la

costruzione.

In assenza di analisi specifiche, per altezze sul suolo non

maggiori di z=200 m, ce è dato dalla formula:

ce (z) = kr2 ct ln (z/z0)[7+ct ln (z/z0] per z ≥ zmin

ce (z) = ce (zmin) per z = zmin

dove: kr, z0, zmin sono riportati nella Tabella 3.3.II

ct è il coefficiente di topografia

Coefficiente di esposizione

Per le zone pianeggianti, per quelle ondulate, collinose e

montane, si può assumere ct =1.

In questo caso ce si può ricavare dalla Figura 3.3.3. delle

NTC 2008

AZIONE DEL VENTO

Coefficiente

di esposizione

ce

per ct = 1

AZIONE DEL VENTO

Coefficiente dinamico cd

Per costruzioni di tipologia ricorrente (edifici di forma

regolare con altezza non superiore a 80 m ed i capannoni

industriali), si può assumere cautelativamente cd = 1

Coefficiente di forma cp

Per edifici a pianta rettangolare con coperture piane, a

falde, inclinate o curve,

per gli elementi sopravento si possono assumere i valori

ricavati dalla figura 3.3.2 dove α è l’inclinazione in gradi

AZIONE DEL VENTO

Coefficiente di forma

cp

cp

cp

AZIONE DEL VENTO

Le NTC 2008 fissano i criteri per la determinazione delle

azioni sismiche.

Si rimanda al corso di Tecnica delle Costruzioni per gli

approfondimenti

AZIONE DEL SISMA

architettura tecnica lezione carichi sulle...

Documents