Risposte esame Progetto di strutture Prof. Giulio Ventura

Risposte strutture 1a: Stati limiti, azioni e combinazioni

Condizione di carico

Cos’è una condizione di carico? È una situazione relativa ad un’azione di natura fissata, come il peso proprio oppure l’azione variabile della folla. Mentre il peso proprio ha un’unica condizione di carico, l’azione della folla può avere infinite distribuzioni. Le condizioni di carico sono fissate dal progettista, in base al funzionamento atteso dalla struttura.

Combinazione di carico

Cos’è una combinazione di carico? È la somma degli effetti di due o più condizioni di carico. Ad esempio, peso proprio + azione della folla 1 (situazione 1) oppure peso proprio + azione della folla 2. Le combinazioni di carico sono fissate dalla normativa. Tuttavia, è il progettista a considerare tutte le combinazioni più gravose per tutti i componenti della struttura.

Stato limite ultimo (SLU)

Cosa si intende per Stato Limite Ultimo (SLU)? È una condizione superata la quale l’opera non soddisfa più le esigenze elencate nella NTC (norme tecniche per le costruzioni) del DM 17 Gennaio 2018. Il suo superamento ha carattere irreversibile. L’opera deve possedere la sicurezza nei confronti degli SLU ovvero la capacità di evitare crolli, perdite di equilibrio o dissesti gravi, totali o parziali.

Stato limite di esercizio (SLE)

Cosa si intende per Stato Limite di Esercizio (SLE)? È una condizione superata la quale l’opera non soddisfa più le esigenze elencate nella NTC del DM 17 Gennaio 2018. Il suo superamento ha carattere reversibile o irreversibile. L’opera deve possedere la sicurezza nei confronti degli SLE, ovvero la capacità di garantire le prestazioni previste per le condizioni di esercizio.

Robustezza nei confronti di azioni eccezionali

Cosa si intende per robustezza nei confronti di azioni eccezionali? È la capacità di evitare danni sproporzionati rispetto all’entità di possibili cause innescanti eccezionali quali esplosioni e urti. Per ottenere un adeguato livello di robustezza si può provvedere di adottare una forma e una tipologia strutturale tale da tollerare il danneggiamento causato da un’azione eccezionale, oppure adottare sistemi di controllo passivi e attivi, o ancora realizzare strutture ridondanti, resistenti e duttili.

Stati limite ultimi e di esercizio

Elencare i principali stati limite ultimi

• Perdita di equilibrio della struttura o di una sua parte, considerati come corpi rigidi
• Spostamenti o deformazioni eccessive
• Raggiungimento della massima capacità di parti di strutture, collegamenti, fondazioni
• Raggiungimento della massima capacità della struttura nel suo insieme
• Raggiungimento di una condizione di cinematismo irreversibile
• Raggiungimento di meccanismi di collasso nei terreni
• Rottura di membrature e collegamenti per fatica
• Rottura di membrature e collegamenti per altri effetti dipendenti dal tempo
• Instabilità di parti della struttura o del suo insieme

Elencare i principali stati limite di esercizio

• Danneggiamenti locali (ad es. eccessiva fessurazione del calcestruzzo) che possano ridurre la durabilità della struttura, la sua efficienza o il suo aspetto
• Spostamenti e deformazioni che possano limitare l’uso della costruzione, la sua efficienza e il suo aspetto
• Spostamenti e deformazioni che possano compromettere l’efficienza e l’aspetto di elementi non strutturali, impianti, macchinari
• Vibrazioni che possano compromettere l’uso della costruzione
• Danni per fatica che possano compromettere la durabilità
• Corrosione e/o degrado dei materiali in funzione del tempo e dell’ambiente di esposizione che possano compromettere la durabilità

Verifiche di sicurezza

Quale equazione formale esprime la verifica della sicurezza negli stati limite ultimi? La verifica della sicurezza degli SLU si effettua con il metodo dei coefficienti parziali di sicurezza, espresso dalla equazione formale: R ≥ E dove:

• R è la capacità di progetto (resistenza, duttilità e/o spostamento)
• E è il valore di progetto dell’effetto delle azioni

Questi coefficienti tengono conto della variabilità delle rispettive grandezze e le incertezze delle tolleranze geometriche e l’affidabilità del modello di calcolo.

Come si esprime la verifica della sicurezza nei riguardi degli stati limite di esercizio? La verifica della sicurezza degli SLE si effettua confrontando il valore limite di progetto associato a ciascun aspetto di funzionalità esaminato (C_d), con il corrispondente valore di progetto dell’effetto delle azioni (E_d), attraverso la seguente espressione formale: C_d ≥ E_d.

Vita nominale e classi d'uso

Cos’è la vita nominale di una struttura? La vita nominale di progetto V_N di un’opera è definita come il numero di anni nel quale è previsto che l’opera, purché soggetta alla necessaria manutenzione ordinaria, mantenga specifici livelli prestazionali. Ad esempio, per le costruzioni temporanee e provvisorie V_N è 10 anni, per costruzioni con prestazioni ordinarie (civile abitazione) vale 50 anni, per costruzioni con prestazioni elevate (ospedali, ponti e dighe) vale 100 anni.

In quante classi d’uso sono suddivise le costruzioni secondo la NTC 2018? Le costruzioni sono suddivise in 4 classi d’uso in relazione al numero di persone e alle conseguenze del collasso della struttura:

• Classe I: Presenza occasionale di persone, edifici agricoli
• Classe II: Presenza di normali affollamenti senza funzioni pubbliche e sociali essenziali (industrie, infrastrutture che in caso di collasso non provocano situazioni di emergenza)
• Classe III: Affollamenti significativi (industrie pericolose e infrastrutture il cui collasso provochi situazioni di emergenza)
• Classe IV: Funzioni pubbliche importanti (ospedali), industrie con attività pericolose e infrastrutture di importanza critica

Qual è la classe d’uso con la protezione sismica maggiore e qual è quella con la protezione sismica minore? La classe IV è quella con la protezione sismica maggiore, poiché presenta un coefficiente d’uso (Cu) grande e un relativo valore di ritorno (V_R) grande. Quella con la protezione sismica minore è la classe I perché ha un basso Cu e un basso V_R.

Periodo di riferimento e azioni sismiche

Come si ottiene il periodo di riferimento per le azioni sismiche in funzione della vita nominale e della classe d’uso della costruzione? Il valore del periodo di riferimento per le azioni sismiche (V_R) è dato dal prodotto tra la vita nominale di progetto e il coefficiente d’uso Cu, che varia in base alla classe d’uso (I = 0,7, II = 1, III = 1,5, IV = 2).

Azione pseudo statica

Cosa si intende per azione pseudo statica? Un’azione pseudo statica è un’azione dinamica rappresentabile mediante un’azione statica equivalente.

Azioni G1 e G2 nella NTC 2018

Quali azioni sono indicate con G₁ e G₂ nella NTC 2018? Con G₁ si indica il peso proprio di tutti gli elementi strutturali previsti nel progetto, ad esempio peso proprio del terreno, le forze indotte dal terreno o le forze indotte dalla pressione dell’acqua. Con G₂ si indica il peso proprio di tutti gli elementi non strutturali, spesso non previsti nel progetto e che hanno una variabilità statistica maggiore. Entrambi fanno parte delle azioni permanenti G, ovvero azioni che agiscono durante tutta la vita nominale della costruzione ma la cui variazione nel tempo è talmente piccola e lenta da considerarli costanti nel tempo.

Combinazioni di carico

Scrivere la forma generale della combinazione fondamentale, generalmente impiegata per gli stati limite ultimi:

γ_GG₁ + γ_GG₂ + γ_PP + γ_QQ_k1 + Ψ₀γ_QQ_k2 + Ψ₀γ_QQ_k3 + ...

Dove:

• γ è il coefficiente parziale dell’azione
• G sono le azioni
• γ_Q azione variabile principale con intensità massima
• Ψ₀ coefficiente di combinazione

Scrivere la forma generale della combinazione frequente, generalmente impiegata per gli stati limite di esercizio reversibili:

Ψ₁G₁ + Ψ₁G₂ + Ψ₁P + Ψ₁Q_k1 + Ψ₂Q_k2 + Ψ₂Q_k3 + ...

Scrivere la forma generale della combinazione sismica, impiegata per gli stati limite ultimi e di esercizio connessi all’azione sismica:

Ψ_E + G₁ + G₂ + P + Ψ₂Q_k1 + Ψ₂Q_k2 + ...

Coefficienti parziali per le azioni

Cosa sono e quanto valgono i coefficienti parziali per le azioni nelle verifiche SLU per i carichi permanenti strutturali? Il coefficiente parziale per le azioni nelle verifiche agli stati limite agli SLU per i carichi permanenti strutturali si indica con γ_G1 e assume diversi valori a seconda se ci si trova in situazioni favorevoli o sfavorevoli (se si genera momento flettente) rispetto alla norma. Per lo SLU di equilibrio come corpo rigido (EQU) i valori del coefficiente valgono 0,9 in caso favorevole e 1,1 in caso sfavorevole. Per gli Stati limite ultimi strutturali comprese fondazioni (STR), i valori diventano 1 e 1,3. Per gli stati limite ultimi geotecnici (GEO) i valori sono 1 e 1.

Cosa sono e quanto valgono i coefficienti parziali per le azioni nelle verifiche SLU per i carichi permanenti non strutturali? Il coefficiente parziale per le azioni nelle verifiche agli stati limite agli SLU per i carichi permanenti non strutturali si indica con γ_G2 e assume diversi valori a seconda se ci si trova in situazioni favorevoli o sfavorevoli (se si genera momento flettente) rispetto alla norma. Per lo SLU di equilibrio come corpo rigido (EQU) i valori del coefficiente valgono 0,8 in caso favorevole e 1,5 in caso sfavorevole. Per gli Stati limite ultimi strutturali comprese fondazioni (STR), i valori diventano 0,8 e 1,5. Per gli stati limite ultimi geotecnici (GEO) i valori sono 0,8 e 1,3.

Cosa sono e quanto valgono i coefficienti parziali per le azioni nelle verifiche SLU per i carichi variabili? Il coefficiente parziale per le azioni nelle verifiche agli stati limite agli SLU per le azioni variabili si indica con γ_Q e assume diversi valori a seconda se ci si trova in situazioni favorevoli o sfavorevoli (se si genera momento flettente) rispetto alla norma. Per lo SLU di equilibrio come corpo rigido (EQU) i valori del coefficiente valgono 0 in caso favorevole e 1,5 in caso sfavorevole. Per gli Stati limite ultimi strutturali comprese fondazioni (STR), i valori diventano 0 e 1,5. Per gli stati limite ultimi geotecnici (GEO) i valori sono 0 e 1,3.

Coefficienti di combinazione

Cosa sono i coefficienti di combinazione e come intervengono nella definizione delle combinazioni delle azioni secondo la NTC 2018? Questi coefficienti intervengono nella definizione delle combinazioni delle azioni come coefficienti moltiplicativi delle azioni variabili. In particolare, la NTC 2018 li divide a seconda della destinazione d’uso della costruzione e delle azioni variabili. In base al tipo di coefficiente di combinazione (Ψ₀, Ψ₁, Ψ₂) che si adotta, si ottengono valori di combinazione, valori frequenti o valori quasi permanenti. In generale Ψ₀ ≥ Ψ₁ ≥ Ψ₂.

Peso per unità di volume

Quanto vale il peso per unità di volume del calcestruzzo armato? 25 kN/m³

Quanto vale il peso per unità di volume dell’alluminio? 27 kN/m³

Quanto vale il peso per unità di volume dell’acqua? Acqua dolce 9,81 kN/m³; Acqua di mare 10,1 kN/m³

Quanto vale il peso per unità di volume dell’acciaio? 78,5 kN/m³

Pesi propri degli elementi divisori interni

Come possono essere rappresentati i pesi propri degli elementi divisori interni? Il peso proprio degli elementi divisori interni può essere considerato pari ad un carico permanente uniformemente distribuito g_k che dipende dal peso proprio per unità di lunghezza G_2k delle partizioni.

Carichi variabili uniformemente distribuiti

Qual è il valore dei carichi variabili uniformemente distribuiti q_k per ambienti ad uso residenziale? Il valore è di 2 kN/m²

Azione del vento

Nel calcolo dell’azione del vento, da cosa dipende il valore della velocità di riferimento? Il valore di riferimento (v_r) dipende dalla velocità di base di riferimento (v_b) e dal coefficiente di ritorno (c_r).

Nel calcolo dell’azione del vento, qual è l’espressione della pressione cinetica di riferimento? La pressione cinetica di riferimento (q_r) è data dall’espressione: q_r = 0,5 × ρ × v_r²

Dove v_r è la velocità di riferimento del vento e ρ è la densità dell’aria assunta pari a 1,25 kg/m³.

Nel calcolo dell’azione del vento, cos’è il coefficiente di esposizione e di quali parametri è funzione? Il coefficiente di esposizione (c_e) dipende dall’altezza z sul suolo del punto considerato, dalla topografia del terreno e dalla categoria di esposizione del sito.

Carico di neve

Qual è il valore caratteristico minimo possibile del carico di neve al suolo in zona I? Il valore minimo è di 1,5 kN/m²

Zone climatiche italiane

Quante e quali sono le zone in cui è diviso il territorio italiano per quanto riguarda la temperatura dell'aria esterna? Le zone in cui è diviso il territorio italiano sono 4:

• Zona I: Valle D’Aosta, Lombardia, Piemonte, Trentino, Veneto, Friuli, Emilia-Romagna
• Zona II: Liguria, Toscana, Umbria, Lazio, Sardegna, Campania e Basilicata
• Zona III: Marche, Abruzzo, Molise, Puglia
• Zona IV: Calabria e Sicilia

Quanto valgono la temperatura dell'aria massima e minima al livello del mare in Zona (termica) I? Si rammenta che è necessario indicare l'unità di misura. Tmin= -15 °C; Tmax= 42 °C

Campo di temperatura

Attraverso quali componenti è possibile descrivere il campo di temperatura sulla sezione di un elemento strutturale monodimensionale? Il campo di temperatura sulla sezione di un elemento strutturale monodimensionale con asse longitudinale x, può essere descritto mediante alcune componenti:

• La componente uniforme Δt_u = T - T₀ dove T è la temperatura media attuale e T₀ è la temperatura media iniziale alla data della costruzione.
• Le componenti variabili con legge lineare secondo gli assi principali y e z della sezione Δt_My e Δt_Mz

Qual è il valore del salto di temperatura uniforme da considerare per strutture in c.a. esposte quando la temperatura non costituisce azione fondamentale per la sicurezza o per l’efficienza funzionale della struttura? Il valore ΔT = ±15°C

Qual è il valore del salto di temperatura uniforme da considerare per strutture in acciaio esposte quando la temperatura non costituisce azione fondamentale per la sicurezza o per l’efficienza funzionale della struttura? Il valore ΔT = ±25°C

Coefficiente di dilatazione termica

Quanto vale il coefficiente di dilatazione termica per il calcestruzzo strutturale? α_T = 10 × 10^-6 °C^-1

Quanto vale il coefficiente di dilatazione termica per l’acciaio? α_T = 12 × 10^-6 °C^-1

Quanto vale il coefficiente di dilatazione termica per l’alluminio? α_T = 24 × 10^-6 °C^-1

B. Elementi di geotecnica e fondazioni

Fondazioni dirette e indirette

Cos’è una fondazione diretta? È un sistema strutturale di collegamento tra la struttura e il suolo e trasferisce al terreno i carichi superiori per semplice appoggio sul piano di posa. Ad esempio, sono fondazioni dirette la platea, il cordolo rovescio, il plinto e la trave rovescia.

Cos’è una fondazione indiretta? È un sistema strutturale di collegamento tra la struttura e il suolo e trasferisce il carico a strati di terreno non superficiali, con modalità differenti dal semplice appoggio. Ad esempio, sono fondazioni indirette i pali, il pozzo, il cassone e il diaframma.

Plinto rigido vs elastico

Che differenza c’è nell’aspetto di un plinto rigido rispetto ad uno elastico? Il plinto rigido presenta una superficie in pianta minore rispetto allo sviluppo in altezza, al contrario il plinto elastico possiede un’ampiezza di base maggiore rispetto alla sua altezza.

Fondazioni a pozzo e a cassone

Che differenza c’è tra una fondazione a pozzo ed una a cassone? La fondazione a pozzo viene realizzata in situ scavando in profondità nel terreno per sorreggere grandi carichi, mentre la fondazione a cassone viene costruita sopra il livello del suolo e poi affondata in profondità, scavando all’interno del cassone.

Fondazioni profonde

Con che tipi di fondazione si possono trasferire sforzi in strati di terreno profondi e più resistenti? Per trasferire il carico a strati profondi del terreno occorre utilizzare le fondazioni di tipo indiretto o profonde, tra cui la fondazione su pali.

Fondazione compensata

Cos’è una fondazione compensata? È un sistema di fondazione in cui il peso del terreno scavato è approssimativamente uguale al peso dell’edificio; in questo modo lo sforzo risultante è molto ridotto.

Plinti alti e bassi

Come vengono definiti i plinti alti e bassi? I plinti alti sono definiti rigidi, mentre quelli bassi deformabili.

Terminologia di plinti

Illustrare la terminologia di plinti alti, bassi, deformabili e rigidi. I plinti vengono collegati tra loro mediante travi di collegamento. Il sistema di plinti e travi poggia sul piano di sbancamento. Le varie categorie di plinti si distinguono anche in:

• c ≥ 4h grande snellezza
• h/2 ≤ c ≤ 4h media snellezza
• c ≤ h/2 piccola snellezza

Nocciolo centrale d’inerzia

Dare la definizione di nocciolo centrale d’inerzia. È il luogo dei punti del piano dove l’asse neutro deve essere tangente o esterno all’inviluppo convesso della sezione. Ovvero quella figura geometrica che ottengo se cingo