Riassunto esame Materiali e progettazione di elementi costruttivi, Prof. Conato Fabio, libro consigliato Costruire un edificio - II edizione, Puglisi, Cazzaniga

STRUTTURE DI ELEVAZIONE VERTICALE

• struttura A TELAIO (travi e pilastri);

• struttura CONTINUA (muratura portante);

• struttura AD ARCO.

I requisiti delle strutture di elevazione verticale

Essi sono relativi sia alla scelta dei materiali costituenti, sia alla concezione strutturale (conformazione

della struttura, dimensionamento e procedimento costruttivo). I requisiti da rispettare quando si progetta una

struttura in elevazione verticale sono:

1. RESISTENZA MECCANICA e al FUOCO

La sicurezza al fuoco è stabilita in funzione della sua destinazione d'uso e delle esigenze che si intendono

salvaguardare in caso d’incendio. La resistenza al fuoco della struttura è intesa come il tempo necessario a

raggiungere uno dei due stati limite: stabilità e integrità.

- STABILITÀ = capacita di reagire ai carichi.

- INTEGRITÀ = capacità di impedire la propagazione dell’incendio.

In generale la resistenza al fuoco può essere migliorata con:

- IGNIFUGAZIONE: impregnare i materiali infiammabili con sostanze chimiche in grado di impedire lo

sviluppo delle fiamme;

- PROTEZIONE DEGLI ELEMENTI: adozione di sistemi passivi.

2. BENESSERE TERMO-IGROMETRICO ed ACUSTICO

1.Realizzazione di elementi costruttivi pluristratificati, affidando agli strati isolanti e a quelli di protezione

la caratterizzazione della prestazione complessiva dell'elemento costruttivo.

- Soluzioni costruttive = dispositivi di isolamento mediante l'applicazione di materiali e di strati

isolanti.

2.È utile inserire degli elementi di discontinuità fra le strutture e gli elementi di finitura superficiale =

GAUINE, strati di MATERIALE FONOASSORBENTE o FONOISOLANTE.

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Da considerare anche la propagazione del suono per via AEREA, ricorrendo alla creazione di CAMERE

D'ARIA o stratificazioni di più MATERIALI ISOLANTI con diverso peso specifico.

3. DURABILITÀ e PROTEZIONE DAGLI AGENTI ESTERNI

La durabilità di una struttura in elevazione verticale viene definita come l'attitudine del sistema strutturale

a mantenere nel tempo inalterate le proprie caratteristiche di:

• resistenza meccanica e al fuoco

• di benessere termo-igrometrico e acustico.

Il soddisfacimento di tale requisito è dipendente dalle condizioni esterne:

• dagli agenti atmosferici

• dalle caratteristiche di prevedibilità degli eventi sismici.

4. INTEGRABILITÀ DEGLI ELEMENTI TECNICI

All'integrazione fra i vari elementi è demandata la capacita di trasmissione dei carichi verticali verso il

terreno sottostante. Il tipo di collegamento realizzato fra gli elementi tecnici della struttura = definizione

dello schema statico posto alla base del calcolo strutturale.

Le tecnologie di realizzazione dei collegamenti = fondamentali nella garanzia della SICUREZZA

STATICA.

SISTEMA IMPIANTISTICO = ruolo fondamentale nel soddisfacimento dei requisiti di sicurezza e di

benessere. Occupa intercapedini e spazi tecnici, forano solai, travi e pareti che devono essere progettati fin

dalle prime fasi del progetto e devono trovare adeguate soluzioni di integrazione con le strutture di

elevazione.

Da considerare il sistema strutturale, edilizio ed impiantistico delle entità funzionalmente autonome ma

strettamente interconnesse.

5. CONFORMABILITÀ DEGLI SPAZI

L'obiettivo è quello di garantire una fruibilità adeguata agli spazi e di fornire risposte alle esigenze di

rispetto dell'ambiente e di uso virtuoso delle risorse: scegliendo i materiali, definendo la morfologia e le

dimensioni degli elementi, integrando le componenti edilizie e impiantistiche, adottando strategie di

interazione con gli agenti esterni, ecc.

Le strutture di elevazione verticale A TELAIO

Una struttura di elevazione verticale A TELAIO (struttura puntiforme) è caratterizzata da elementi

verticali lineari (pilastri) e da elementi orizzontali (travi).

• PILASTRI = sostenere l’edificio.

• PARETI PERIMETRALI = contenimento, involucro.

Le strutture di elevazione “A TELAIO” prendono questo nome dal loro schema: un insieme composto

da 2 PILASTRI e 1 TRAVE connessi rigidamente.

L'aggregazione di più telai disposti orizzontalmente connessi con elementi piani di solaio e sovrapposti su

più piani = schema strutturale di un edificio a struttura puntiforme.

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Struttura intelaiata = SCHEMA A MAGLIE RETTANGOLARI (travi lungo un'unica direzione + solai

orditi ortogonalmente alle travi).

Possono essere ottenuti:

• completamente in opera mediante il posizionamento delle armature ed il getto del calcestruzzo in casseri;

• in opera mediante elementi semi-prefabbricati e getti di completamento;

• prefabbricate in stabilimento e montate in opera con getti di integrazione.

I PILASTRI

I PILASTRI sono realizzati mediante la predisposizione di armature costituite da:

• barre di acciaio: longitudinalmente all'asse del pilastro, disposte agli angoli e, in alcuni casi, lungo i lati

della sezione secondo la distribuzione delle sollecitazioni di trazione nell'elemento, in relazione alle

condizioni di carico e di vincolo.

• staffe trasversali: creano una gabbia rigida successivamente annegata nel calcestruzzo, gettato in opera in

apposite casseforme (carpenterie). Le staffe non partecipano direttamente alla resistenza dei pilastri ma

hanno importanti funzioni ausiliarie:

- sono indispensabili per il posizionamento ed assemblaggio dell'armatura longitudinale;

- esercitano un'azione di contenimento trasversale;

- vincolano lateralmente le barre longitudinali compresse riducendo la loro luce libera d'inflessione e quindi

l'instabilità flessionale locale. Per garantire il loro funzionamento le staffe devono essere chiuse,

ancorate nel calcestruzzo e conformate in modo da contrastare,

lavorando a trazione, gli spostamenti delle barre longitudinali verso

l'esterno.

I pilastri sono soggetti a sforzi di pressoflessione e hanno

generalmente sezioni quadrate ma possono assumere sezioni a forma

rettangolare o circolare.

- I pilastri degli ultimi piani, riducendosi i carichi agenti, possono

essere di dimensioni minori rispetto a quelli posti inferiormente ma

devono avere una maggiore percentuale di ferro, necessaria per

contrastare la spinta del vento.

LE TRAVI

Le TRAVI sono elementi costruttivi fondamentali per la loro complementarietà con i pilastri nella

formazione dei telai che sostengono gli orizzontamenti. Normalmente svolgono una doppia funzione:

• quella portante

• quella di collegamento e di irrigidimento dei telai in successione

Possono essere gettate in opera o essere prefabbricate. La loro sezione, per ragioni di economicità

applicate al calcolo, ha uno spessore superiore a quello del solaio; spesso per minimizzarne l'impatto

dimensionale si ricorre a travi-soletta, cioè a travi che hanno lo stesso spessore del solaio.

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- Le travi hanno generalmente sezioni rettangolari con la dimensione maggiore in senso verticale e

sporgono al di sotto dell'intradosso del solaio (travi alte).

- Per ottimizzare l'efficienza della sezione resistente, le travi possono assumere sezioni a “T” oppure a “L

rovesciata” in corrispondenza del bordo degli edifici (travi di bordo).

- Se necessario non ingombrare lo spazio sotto l'intradosso le travi possono essere formate da sezioni

rettangolari con maggiore sviluppo in senso orizzontale in modo tale da essere contenute all'interno

dello spessore del solaio (travi in spessore). Non risultano visibili e riducono i costi della carpenteria ma

sono molto meno rigide rispetto alle travi alte e richiedono molte armature in più; per cui il loro costo

complessivo è più elevato. a) Travi

b) Pilastri

c) Nucleo controventante

d) Irrigidimento/controventamento

Le travi di calcestruzzo armato, data la rigidità dei nodi, sono soggette a sollecitazioni di momento

flettente che si invertono quando gli sforzi di trazione passano dalla zona di estradosso (in prossimità

dell'incastro) alla zona di intradosso (avvicinandosi alla mezzeria della trave). Per tale motivo le travi di

calcestruzzo armato sono armate con ferri longitudinali posti all'estradosso nel tratto centrale e ripiegate

verso l'intradosso in corrispondenza della zona di inversione dei momenti e staffe trasversali e ferri piegati

per resistere alle sollecitazioni di taglio.

Nelle strutture in elevazione verticale a telaio è importante la FUNZIONE DI IRRIGIDIMENTO

dell'intero schema strutturale, necessario per contrastare le forze orizzontali agenti sull'edificio.

A questo fine si agisce sui singoli telai dotandoli di connessioni rigide, oppure affidando il contrasto a

strutture di irrigidimento o di controventamento.

STRUTTURE DI IRRIGIDIMENTO/CONTROVENTAMENTO:

• aste incrociate e interconnesse ai nodi strutturali

• pareti portanti (poste in senso ortogonale ai telai) che irrigidiscono i telai.

Il loro dimensionamento e posizionamento costituisce un vincolo notevole per la distribuzione degli spazi

interni.

La costruzione della struttura in elevazione a travi e pilastri si sviluppa realizzando:

1. telai portanti

2. pareti di controventamento

3. impalcati che completano l'assetto strutturale del piano.

27 Le strutture di elevazione verticale a telaio di CALCESTRUZZO ARMATO GETTATO IN OPERA

Struttura in elevazione verticale a telaio realizzata con calcestruzzo armato gettato in opera = sistema

costruttivo più diffuso grazie alla relativa semplicità esecutiva + costo di produzione basso.

Tali strutture sono realizzate da elementi lineari (travi e pilastri) connessi rigidamente tra loro attraverso

la continuità delle armature di acciaio (ferri di ripresa) e dei getti del calcestruzzo.

- Strutture di calcestruzzo armato: dizione corretta “CALCESTRUZZO CEMENTIZIO ARMATO”

(“c.a.”).

Fasi costruttive di una struttura a telaio di calcestruzzo armato completamente in opera sono:

1. costruzione delle casseforme per la realizzazione dei pilastri;

2. preparazione e posa in opera delle armature metalliche;

3. getto del calcestruzzo dei pilastri fino al piano di intradosso delle travi, con ferri di ripresa fuoriuscenti

dal getto che serviranno per creare il nodo pilastro-trave;

4. disarmo delle casseforme;

5. costruzione delle casseforme per travi e solaio;

6. posizionamento degli elementi del solaio;

7. preparazione e posa in opera delle armature metalliche;

8. getto del calcestruzzo delle travi e completamento dei solai;

9. disarmo delle casseforme.

Le strutture di elevazione a telaio SEMI-PREFABBRICATE

Le strutture in elevazione verticale a telaio semi-prefabbricate vengono realizzate secondo le medesime

operazioni svolte nel ciclo tradizionale ma impiegano elementi costruttivi già parzialmente formati:

pilastri cavi e travi semi-