Paniere completo (multiple e aperte) Complementi di Progetto di Strutture

Lezione 51

Descrivere la modalità di calcolo e di applicazione dell'azione neve su coperture multiple bi-falda

Il carico di neve sulle coperture viene valutato tramite l'espressione qs = μi × qsk × CE × Ct dove qs è il carico neve sulla copertura, μi è il coefficiente di forma della copertura, qsk è il valore caratteristico di riferimento del carico neve al suolo, CE è il coefficiente di esposizione e Ct è il coefficiente termico.

Nel caso di coperture multiple bi-falda avremo diverse situazioni a seconda se si considera il carico da neve in presenza o in assenza di vento. Nel caso di coperture multiple, considerando sempre separatamente le situazioni in assenza di vento ed in presenza di vento, bisogna porre maggior attenzione alla situazione più gravosa in cui è presente il vento, in cui si può verificare un accumulo localizzato. Bisognerà inoltre porre particolare attenzione alla scelta del coeff. di forma μ2 quando entrambe le falde hanno un’inclinazione superiore a 60°.

Lezione 62

Descrivere in cosa consiste la componente di turbolenza dell'azione vento

La velocità del vento nell’atmosfera indisturbata è costante ed è detta geostrofica, indicata con il simbolo Vg. Nello strato limite atmosferico l’aria risente della forza d’attrito esercitata dal suolo, opposta alla velocità del vento V. Tale forza è nulla all’altezza del gradiente e aumenta in direzione del suolo, causando una riduzione della velocità. Ne scaturisce quindi un profilo della velocità rastremato al quale si sovrappone la turbolenza atmosferica. La turbolenza è la fluttuazione a media nulla della velocità istantanea del vento ed è massima in prossimità del terreno, mentre tende ad estinguersi all’altezza del gradiente.

Nel caso dei corpi con superfici arrotondate, il fenomeno fisico dipende, oltre dalla forma del corpo, dal numero di Reynolds e dalla scabrezza della superficie. Per Re < 1, lo strato limite è laminare e si mantiene attaccato al cilindro lungo tutto il perimetro, per 1 < Re < 30, lo strato limite resta laminare, ma si separa dal cilindro dando luogo a due vortici stazionari simmetrici. Per 30 < Re < 10000, lo strato limite è ancora laminare ma i vortici si staccano alternativamente dal cilindro realizzando una scia di Von Karman, cioè due treni di vortici. Per 10000 < Re < 200000, lo strato limite rimane laminare, ma i vortici presentano struttura in prevalenza turbolenta mentre per Re > 200000, lo strato limite è turbolento, i punti di separazione si spostano a valle e la scia, tuttora turbolenta, diventa più stretta.

Nei corpi con spigoli vivi invece la configurazione del flusso è indipendente dal numero di Reynolds e dalla scabrezza della superficie. Inoltre nei corpi allungati nella direzione del flusso spesso si verifica, dopo la separazione dagli spigoli frontali, la formazione di bolle di separazione. A valle di queste il flusso tende a riattaccarsi alle pareti laterali del corpo, poi si separa di nuovo in corrispondenza degli spigoli nel retro-corpo. La resistenza offerta dal corpo al vento è tanto maggiore quanto più ampia è la scia vorticosa.

Lezione 73

Illustrare le modalità di calcolo e di applicazione dell'azione vento a strutture tipo "Ciminiera"

Il vento, che si considera agente in direzione orizzontale, esercita sulle costruzioni azioni che variano nel tempo e nello spazio provocando effetti dinamici. Per le costruzioni usuali tali azioni sono convenzionalmente ricondotte ad azioni statiche equivalenti. Per le costruzioni di forma o tipologia inusuale invece, caratterizzate da grandi altezze o lunghezze o eccessiva snellezza e leggerezza, il vento può dare luogo ad effetti che possono esser valutati solo attraverso l’uso di metodologie di calcolo adeguate.

Noti dunque la zona in cui l’edificio è ubicato, la quota sopra il livello del mare, la sua altezza totale e la sua geometria, è possibile determinare tali azioni generate dal vento. La pressione del vento sarà data dalla relazione: p = qb ce cp cd dove qb è la pressione cinetica di riferimento, ce è il coefficiente di esposizione calcolabile tramite apposite tabelle in funzione della categoria di esposizione, cp è il coefficiente di forma dipendente dalla geometria della costruzione e cd è il coefficiente dinamico.

Nello specifico, essendo l’equazione di Bernoulli qb = (1/2)(ρvb²), per determinare la velocità di riferimento del vento vb in mancanza di specifiche indagini si tiene conto delle seguenti relazioni: vb = vb,0 per as ≤ a0 e vb = vb,0 + ka (as - a0) per a0 < as ≤ 1500 m dove i parametri vb,0, a0, ka si ricavano da apposite tabelle in cui sono funzione della regione in cui sorge la costruzione e as è l’altitudine sul livello del mare (in m) del sito in cui sorge la costruzione.

Per determinare invece il coefficiente di forma cp, che è dipendente dalla tipologia della costruzione, dalla geometria della costruzione e dal suo orientamento rispetto alla direzione del vento, essendo il caso di strutture tipo “ciminiera” esso sarà dato dalla relazione:

Lezione 84

Nell'ambito della risposta sismica locale, indicare il significato della seguente relazione: Vs = velocità di propagazione delle onde di taglio

• H = Spessore dello strato di terreno in esame.
• hi = Lo spessore in metri dell'i-esimo strato compreso nei primi H metri di profondità.
• VS,i = La velocità delle onde di taglio nell'i-esimo strato.
• n = Il numero di strati compresi nei primi H metri di profondità.

Osservando un sismogramma indicare l'ordine di registrazione delle onde sismiche

• 1° Onde P
• 2° Onde S
• 3° Onde Superficiali

Illustrare il significato dello spettro elastico di risposta

Lo spettro di risposta elastico è un diagramma che fornisce, per diversi periodi di oscillazione, il valore massimo della pseudo-accelerazione dell’oscillatore elementare (terreno o struttura) soggetto all’azione del sisma, per un fissato valore del rapporto di smorzamento, che è una caratteristica fisica della struttura o del terreno. È dunque il grafico attraverso cui, assegnata una certa accelerazione (sisma di riferimento per il sito) ed assegnato un certo rapporto di smorzamento, ci fornisce il massimo valore di risposta della struttura (accelerazione o spostamento) in funzione del periodo proprio di oscillazione T.

In sostanza lo spettro ci dice su quali frequenze di vibrazione la sollecitazione sulle strutture risulta massima e sono possibili fenomeni di risonanza, che potrebbero determinarne il collasso. Lo spettro di risposta elastico è ottenuto a partire da molti eventi sismici, ma non è riferito ad alcuno specifico terremoto reale. Infatti lo spettro di risposta elastico che caratterizza un sito non è riferito ad un particolare terremoto ma è ottenuto come elaborazione della risposta a più eventi sismici.

Lezione 97

Indicare come è possibile distinguere l’attività sismica in base ai valori registrati dagli strumenti di misura

Microsismica e Strong-motion

Indicare quale è il parametro più usato per la caratterizzazione del moto sismico

PGA

In base alla mappa di pericolosità sismica in termini di PGA elaborata dall’INGV, le zone a più elevata pericolosità del territorio italiano sono

La dorsale appenninica e parte del Friuli

Illustrare la risoluzione dell'equazione di equilibrio dinamico di un sistema ad un grado di libertà con smorzamento viscoso e forzante naturale dipendente dal tempo

Lo smorzamento viscoso è definito come lo smorzamento proporzionale alla velocità del moto oscillatorio. In tal caso, il moto vibratorio del sistema ad 1 g.d.l soggetto ad una forzante esterna è descritto dall’equazione: M = C + K = p(t). Ai fini della risoluzione dell’equazione del moto del sistema si può far ricorso all’integrale di Duhamel. Il metodo si basa sulla risposta del sistema ad una forzante impulsiva, cioè, una forza molto grande che agisce per un piccolo ma finito intervallo di tempo e cioè la forza impulsiva p(t), di durata pari a ε, che agisce nell’intervallo temporale t1 - t2.

Considerato ciò, integrando entrambe i membri dell’equazione tra t1 e t2 e considerando una forzante pari all’unità si ottiene che l’integrale che va da t1 e t2 di (M + C + K) dt = all’integrale che va da t1 a t2 di p(t) dt = 1. Assumendo come condizione iniziali spostamento e velocità del sistema inizialmente nulli e passando al limite per ε che tende a 0, avremo che anche u(t1+ ε) = 0. Trascurando ulteriori passaggi, otteniamo che ad una forza impulsiva corrisponde una velocità della massa pari a: u(t t1+ ε) = 1/M.

Lezione 101

Nell'ambito della valutazione della risposta di un oscillatore semplice sollecitato da una forzante naturale variabile nel tempo, indicare significato della seguente relazione

Integrale di Duhamel

Indicare l'equazione di moto del sistema illustrato nella seguente immagine

Lezione 111

Indicare in che modo lo smorzamento incide in modo significativo sulla risposta dinamica di un sistema strutturale

Sul fattore di amplificazione.

L’immagine seguente mostra lo spettro di risposta elastico in pseudo-accelerazione associato ai terremoti di Erzincan e Anza. Segnalare quale delle seguenti affermazioni è corretta

Il terremoto di Erzincan è risultato più gravoso per strutture deformabili, quello di Anza per strutture molto rigide.

Lo spettro di risposta elastico è un diagramma che rappresenta

L’andamento del massimo spostamento di un oscillatore elementare al variare del suo periodo di vibrazione, per un prefissato fattore di smorzamento.

Indicare il significato del seguente grafico

Il grafico rappresenta l'andamento delle pseudo-accelerazioni nel tempo.

Indicare la relazione corretta della pseudoaccelerazione

Spseudoaccelerazione = ω² x umax(t)

Illustrare i parametri fondamentali per la determinazione dello spettro di progetto per il sito oggetto di intervento

Per avere una caratterizzazione significativa dell’azione sismica su una costruzione edificata su un determinato sito, non è sufficiente far riferimento allo spettro di risposta di un solo terremoto ma piuttosto è necessario definire uno spettro di riferimento (di progetto) stabilito in modo appropriato. Lo strumento che permette di definire tale spettro è costituito dalla pericolosità sismica la cui stima è basata sull’analisi della storia locale degli effetti prodotti dai terremoti passati ed è calcolata mediante un metodo probabilistico.

La pericolosità sismica di un determinato sito, viene definita in termini di accelerazione orizzontale massima ag attesa e dalle ordinate dello spettro di risposta elastico in accelerazione con riferimento a prefissati periodi di ritorno TR. Determinato il periodo di ritorno, per la caratterizzazione dello spettro di progetto, si procede con la definizione:

• Dei parametri F0 e TC*, corrispondenti rispettivamente al valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale e al periodo di inizio del tratto a velocità costante.
• Del parametro S, necessario alla determinazione dello spettro di riferimento, dato dal prodotto dei fattori SS e ST, in funzione delle caratteristiche del sottosuolo e delle condizioni topografiche, e si ricava da apposite tabelle.
• I valori dei periodi TB, Tc e TD sono definiti tramite opportune espressioni in funzione di TC* e di Cc che è un parametro legato alla categoria di sottosuolo.

Lezione 121

Indicare il significato del seguente grafico

Il grafico rappresenta la variazione delle accelerazioni al suolo in funzione del tempo di ritorno.

Con riferimento alla categoria di sottosuolo per la definizione dello spettro di risposta da normativa, selezionare quale delle seguenti affermazioni è corretta

Terreni a grana grossa, poco addensati e molto deformabili comportano maggiori amplificazioni dell’accelerazione al di sotto della struttura.

Indicare come è possibile ricavare i parametri di base per la caratterizzazione dell'azione sismica di sito

La norma fornisce i dati sismici di base rispetto a dei punti di una griglia che suddivide in maglie regolari il territorio nazionale. Attraverso l'applicazione della media pesata dei parametri noti sui punti nodali della griglia è possibile determinare i parametri sismici per ogni altro punto ricompreso all'interno di una maglia.

Descrivere come si definisce il periodo di riferimento di una costruzione

Il periodo di riferimento VR di una costruzione è dato da: VR = CU × VN, dove VN è la vita nominale della costruzione che dipende dai diversi tipi di opere (per opere provvisorie o in fase costruttiva VN ≤ 10 anni; per opere ordinarie e di dimensioni contenute VN ≥ 50 anni; per opere di grandi dimensioni e di importanza strategica VN ≥ 100 anni) e CU è il coefficiente d’uso, definito in relazione alla classe d’uso della costruzione e varia tra 0,7 a 2,0.

Lezione 132

Indicare la relazione corretta con la quale si valuta il momento flettente che si genera in una struttura iperstatica per effetto delle dilatazioni termiche

α(∆Tm )EJ⁄M = h

Indicare cosa prevede la seconda fase dello sviluppo dell'incendio

La temperatura cresce in modo esponenziale fino al valore massimo di oltre 1000°C;

Nell'ambito dell'azioni indotte dall'incendio indicare il significato del seguente grafico

Il grafico indica il degrado del modulo elastico del calcestruzzo all'aumentare della temperatura.

Illustrare in che modo viene computata l'azione incendio sulle strutture

Per determinare l’azione incendio sulle strutture si procede individuando il Carico d’incendio specifico di progetto definito come il potenziale termico netto che può essere prodotto nel corso della combustione di tutti i materiali combustibili contenuti in un compartimento, riferito all’unità di superficie, attraverso l’espressione: qf,d=qf δq1 δq2 δn [MJ/m²].

Il parametro qf è il valore nominale del carico d’incendio specifico da determinarsi secondo la formula:

dove gi: massa dell’i-esimo materiale combustibile [Kg]; Hi: potere calorifico dell’i-esimo combustibile [Mj/Kg]; mi: fattore di partecipazione alla combustione dell’i-esimo materiale combustibile; ψi: fattore di limitazione della partecipazione alla combustione dell’i-esimo materiale e A: superficie in pianta lorda del compartimento [m²].

Per alcuni tipi di edifici sono disponibili valori di riferimento del carico di incendio nominale qf, definiti su base statistica, in funzione della destinazione d’uso. La Procedura di analisi della resistenza al fuoco prevede dunque: individuazione dell’incendio di progetto appropriato alla costruzione in esame; analisi della evoluzione della temperatura all’interno degli elementi strutturali; analisi del comportamento meccanico delle strutture esposte al fuoco; verifiche di sicurezza.

Lezione 142

Nell'ambito delle strutture potenzialmente soggette ad incendio indicare il significato corretto delle seguente relazione

La relazione mostrata è quella per la valutazione del carico d'incendio di un compartimento.

Nell'ambito delle strutture potenzialmente soggette ad incendio indicare il significato della sigla "REI"

R = stabilità; E = tenuta; I = isolamento termico.

Illustrare gli effetti dell'azione incendio sulle strutture

Il calore che si produce e si propaga durante l'incendio agisce infatti su alcuni fattori che risultano determinanti nel definire il comportamento degli elementi strutturali; essi sono:

• Incremento di temperatura nei vari punti della sezione. La variazione della temperatura all'interno della sezione resistente dipende essenzialmente dalla forma e dalla conducibilità termica dei materiali: per elementi sottili in materiali ad elevata conducibilità la temperatura si distribuisce in modo uniforme mentre per sezioni di dimensioni maggiori ed in materiale più isolante (come il calcestruzzo) la distribuzione delle temperature nelle è generalmente non uniforme quindi si hanno tensioni di origine termica tanto più elevate quanto minore è la conducibilità del materiale;
• Degrado delle proprietà dei materiali che, con l'aumentare della temperatura, compromette le capacità di resistenza degli elementi e ne aumenta la loro deformabilità con diminuzione della resistenza e della rigidità.
• Incremento dello stato di sollecitazione per effetto di dilatazioni termiche impedite.

In merito alla dilatazione termica degli elementi e delle strutture, distinguiamo il caso di strutture isostatiche ed iperstatiche:

• Nelle strutture isostatiche si verificano Dilatazioni libere: Non generano nessuna sollecitazione, ma generano deformazioni notevoli che sommate a quelle elastiche, plastiche e viscose già presenti possono dar luogo a scorrimenti eccessivi rispetto ai vincoli.
• Nelle strutture iperstatiche si verificano Dilatazioni impedite: queste Generano sforzi normali e momenti flettenti.

Tutti gli effetti negativi possono essere eliminati creando dei giunti di dilatazione.

Lezione 153

Indicare la definizione corretta del fronte d'onda associato ad una esplosione

All'onda d'urto si associano i seguenti fenomeni:

• Sovrappressione statica di picco, ps
• Pressione dinamica, qs

Indicare quali sono gli effetti primari di una esplosione

• Onda d'urto
• Calore
• Vibrazione del suolo
• Frammenti primari

Illustrare la modalità di valutazione degli effetti di un’esplosione su una struttura

Gli effetti di un’esplosione sulle strutture...