Riassunto esame Scienza e tecnica delle costruzioni, Prof. Caggiano Antonio, libro consigliato Strutture in cemento armato, E.Cosenza, G.Manfredi, M.Pecce

NTC18 in sostituzione del NTC08

L'attuale revisione delle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) viene alla luce nove anni dopo l'emanazione delle NTC08. Questo lungo lasso di tempo si è reso necessario in considerazione delle importanti novità introdotte dalla precedente normativa per consentire, quindi, ai fruitori di acquisire una consuetudine all'uso e una sensibilità tali da far emergere quegli aspetti meno chiari o controversi che, unitamente al miglioramento delle conoscenze tecniche e scientifiche oltre che all'evoluzione tecnologica, determinano la spinta verso la revisione di un testo normativo.

La circolare 2019 fornisce alcune indicazioni relative alla prevenzione e alla gestione dell'emergenza sismica, in particolare per quanto riguarda le attività di valutazione della vulnerabilità sismica degli edifici esistenti e le procedure per la classificazione sismica del territorio.

Capitolo 2 - Sicurezza e prestazioni attese

Individua i principi fondamentali per la valutazione della sicurezza, definendo altresì gli Stati Limite Ultimi (SLU) e gli Stati Limite di Esercizio (SLE) per i quali devono essere effettuate le opportune verifiche sulle opere; introduce, inoltre, i concetti di vita nominale di progetto e classi d'uso; classifica, infine, le possibili azioni agenti sulle costruzioni ed indica le diverse combinazioni delle stesse e le verifiche da eseguire.

Capitolo 3 - Azioni sulle costruzioni

Codifica i modelli per la descrizione delle azioni agenti sulle strutture (pesi e carichi permanenti, sovraccarichi variabili, azione sismica, azioni del vento, azioni della neve, azioni della temperatura, azioni eccezionali).

Capitolo 4 - Costruzioni civili e industriali

Tratta le diverse tipologie di costruzioni civili ed industriali in funzione del materiale utilizzato (calcestruzzo, acciaio, legno, muratura, altri materiali).

Approccio semi-probabilistico

Le resistenze nominali e le azioni nominali non sono conoscibili in maniera deterministica. La qualifica di "valore nominale" designa un valore che non è dato nella norma o nelle specifiche di progetto per una costruzione in particolare, perché non è stato possibile determinare un valore caratteristico da dati statistici. Ciò capita spesso per le azioni associate alle situazioni di progetto eccezionali.

• Variabili aleatorie (VA): il funzionamento delle strutture è regolato da enti che sono noti con incertezza. Le variabili aleatorie sono grandezze che, pur essendo determinate, non sono note allo stato delle conoscenze del progettista:
  • Le azioni,
  • Le proprietà dei materiali (le proprietà meccaniche dei materiali possono dipendere, per esempio, dalle variabilità del processo produttivo o dalla realizzazione della costruzione stessa): Se si prende, per esempio, un materiale eterogeneo come il calcestruzzo, la cui produzione spesso avviene senza un rigido controllo di qualità industriale, le sue proprietà possono presentare variabilità significative. L'acciaio essendo meno eterogeneo del calcestruzzo e prodotto in stabilimento, gode tipicamente di incertezza inferiore.
  • Le geometrie degli elementi che costituiscono il sistema,
  • Le caratteristiche della risposta della struttura rispetto alle sollecitazioni,
  • L'evoluzione nel tempo di fenomeni di degrado o di invecchiamento.

• Variabile aleatoria [x in funzione dei carichi]: una variabile che può assumere valori diversi in dipendenza da qualche fenomeno aleatorio, (nel nostro caso le uniche variabili saranno: la resistenza X e le sollecitazioni F)
• Classe: Dato un insieme di valori X1, X2,... Xn della variabile aleatoria è possibile dividere tali valori in un numero finito di intervalli, detti classi. Nel caso del cls saranno intervalli di valori di forze di compressione.
• Frequenza [quante volte x assume un valore in un determinato intervallo]: Numero di valori della variabile che ricadono in una determinata classe.
• Densità di frequenza: Rapporto tra frequenza e ampiezza della classe. Aumentando il numero delle prove e riducendo l'ampiezza delle classi, l'istogramma tenderà ad una curva detta funzione di densità di probabilità.
• Si definisce frattile p(X) il valore (di resistenza o di sollecitazione) al di sotto del quale ricade una certa percentuale dei valori della variabile aleatoria. Il frattile 5% è il valore di resistenza al di sotto del quale ricade solo il 5% dei valori delle resistenze, mentre il frattile 95% è quello al di sotto del quale ricade il 95% di valori delle sollecitazioni.

Frattile: Esso è il possibile valore della VA associato ad una precisa probabilità di minoramento (essere minorato = che una variabile raggiunga un valore MINORE a quello del frattile). Per esempio, il frattile del calcestruzzo è quel particolare valore di resistenza tale che solo il 5% delle volte si riscontrano casi in cui la resistenza è uguale o più bassa della sollecitazione.

Le azioni agenti sulla struttura si ottengono dal loro valore caratteristico Fk, inteso come frattile 95% della distribuzione statistica.

• Resistenze nominali (Xd = Xk / ) = Frattile 5%
• Sollecitazioni nominali (Fd = * )= Frattile 95% Fk

Xk è il valore caratteristico della resistenza, ovvero il valore corrispondente ad un frattile k di essere minorato.

• γ è il coefficiente parziale di sicurezza del materiale (>1).
• MF è il valore caratteristico delle azioni, ovvero il valore corrispondente ad un frattile k di essere minorato.
• Il valore caratteristico Fk dell'entità di un'azione è il valore che ha la probabilità del 95% di non essere superato.
• γ è il coefficiente parziale di sicurezza delle azioni (>1).

Verifica: Xd > Fd (I valori di resistenza e sollecitazione sono detti di progetto e sono indicati con il pedice "d")

Nota: in tale approccio si confrontano due numeri (ovvero i valori di calcolo delle sollecitazioni e delle resistenze) e non si calcolano probabilità. Tuttavia, i termini confrontati sono indirettamente legati alla probabilità di collasso attraverso le funzioni densità di probabilità di cui rappresentano particolari frattili. L'approccio descritto prende quindi il nome di: approccio semiprobabilistico.

Stati limite: SLU e SLE

Le opere e le varie tipologie strutturali devono possedere i seguenti requisiti:

• Sicurezza antincendio: capacità di garantire le prestazioni strutturali previste in caso d'incendio, per un periodo richiesto;
• Durabilità: capacità della costruzione di mantenere, nell'arco della vita nominale di progetto, i livelli prestazionali per i quali è stata progettata, tenuto conto delle caratteristiche ambientali in cui si trova e del livello previsto di manutenzione;
• Robustezza: capacità di evitare danni sproporzionati rispetto all'entità di possibili cause innescanti eccezionali quali esplosioni e urti.

Stato limite: è una condizione superata la quale l'opera non soddisfa più le esigenze per la quale è stata progettata:

• Sicurezza nei confronti di SLU (stati limite ultimi): Gli SLU definiscono situazioni estreme (perdita di equilibrio, raggiungimento massima capacità, meccanismi di collasso, rottura, instabilità) corrispondenti al valore estremo della capacità portante. La sicurezza rispetto a queste situazioni dà la capacità di evitare crolli, perdite di equilibrio e dissesti gravi, totali o parziali, che possano compromettere l'incolumità delle persone oppure comportare la perdita di beni, oppure provocare gravi danni ambientali e sociali, oppure mettere fuori servizio l'opera; La verifica della sicurezza nei riguardi degli stati limite ultimi (SLU) è espressa dall'equazione formale: Rd >= Ed Rd = capacità di progetto Ed = valore di progetto della domanda (in termini di resistenza, duttilità e/o spostamento della struttura).
• Sicurezza nei confronti di SLE (stati limite di esercizio): gli SLE sono definiti in relazione alle prestazioni attese, relazionati a condizioni di impiego normale della struttura (danneggiamenti locali, spostamenti e deformazioni che possano limitare l'uso della costruzione, danni per fatica che possano compromettere la durabilità, corrosione e/o degrado). La sicurezza rispetto a queste situazioni dà la capacità di garantire le prestazioni previste per le condizioni di esercizio; la capacità di garantire le prestazioni previste per le condizioni di esercizio (SLE) deve essere verificata confrontando il valore limite di progetto associato a ciascun aspetto di funzionalità esaminato (Cd), con il corrispondente valore di progetto dell'effetto delle azioni (Ed), attraverso la seguente espressione formale: Cd >= Ed in termini di resistenza, duttilità e/o spostamento della struttura.

Classificazione delle azioni

Le azioni agenti sulle strutture si possono distinguere in:

• Azioni dirette: costituite da forze direttamente applicate alla struttura.
• Azioni indirette: costituite da spostamenti impressi alla struttura quali, ad esempio, cedimenti vincolari e dilatazioni termiche.

Le azioni dirette e indirette possono essere classificate secondo la loro variazione nel tempo.