Tecnica delle Costruzioni - Analisi dei carichi e variazioni termiche

Analisi dei carichi

• Peso proprio
• Sovraccarichi d'uso
• Variazioni termiche
• Vento
• Neve

Tipologia dei carichi

I carichi sono di 2 tipi in base alla durata della loro applicazione:

• Permanenti
• Accidentali — Sono carichi applicati alle strutture con distribuzione e intensità variabili nel tempo.

Tuttavia noi considereremo i carichi applicati in modo statico, cioè trascurando la loro velocità di accrescimento.

Esempio: carichi su solai

• Permanenti — Pesi propri dei materiali, sovraccarichi applicati.
• Accidentali — Sono in relazione alla destinazione dell'edificio e alle sue particolari caratteristiche.

Di tutti questi carichi, la normativa fornisce già il carico caratteristico (es. Gk).

Peso proprio del materiale

• CLS non armato: 24 KN/m³
• CLS armato: 25 KN/m³
• Acciaio: 78.5 KN/m³
• Alluminio: 27 KN/m³
• Legno (abete e quercia): 6 ÷ 8 KN/m³
• Laterizio: 18 KN/m³, leggero ma deforma

Sovraccarichi variabili

(sono anche detti «accidentali») e sono dovuti alla presenza dell’uomo. Sono i sovraccarichi che il solaio dovrà reggere e cambiano a seconda della funzione dell’edificio.

• Ambienti non suscettibili di affollamento (abitazioni, uffici): 2 KN/m²
• Ambienti suscettibili di affollamento (uffici aperti al pubblico...): 3 KN/m²
• Ambienti suscettibili di grande affollamento (negozi, cinema, ecc.): 4 KN/m²
• Sale da ballo, grandi magazzini, palestre...: 5 KN/m²
• Balconi, scale...: 4 KN/m²
• Sottotetti accessibili: 1 KN/m²
• Coperture non accessibili: 0,5 KN/m²
• Rimesse e parcheggi per auto: 2,5 KN/m²
• Archivi, biblioteche...: >6 KN/m²

PS: Oltre a questi carichi ripartiti, la norma parla anche di carichi verticali concentrati su un'area di 50 x 50 mm².

Carichi verticali concentrati

• 2,0 KN/m²
• 3,0 KN/m²
• 4,0 KN/m²
• 1,2 KN/m²

Impronta

• 20 x 20 cm²
• 1.60 m
• 10 KN/m² per impronta
• 6,0 KN/m²

Questi carichi valgono:

• Solo per punti singolari
• In funzione della profondità e dell'angolo di diffusione del carico (es. soletta del solaio ha angolo di diffusione di 45^°)

Sovraccarichi orizzontali lineari (KN/m) (per pareti o elementi verticali)

• 1,0
• 1,5
• 3,0
• 1,5
• 1,0
• Per le coperture ci sono altre norme

Conclusione

Pesi del solaio:

• Peso proprio del solaio
• Massetto
• Pavimento
• Intonaco
• Impianti
• Controsoffitto
• Tramezzi

P_tot

• Sovraccarichi variabili

P_Vtot

È improbabile che tutti i solai di un palazzo siano caricati al massimo insieme, se il numero dei piani è maggiore a 3. Si usa dunque il coefficiente di riduzione del sovraccarico per il calcolo delle fondazioni strutture verticali portanti (pilastro).

D_ev deve essere:

1 > α - 0.5 + 10_κ/A

Dove A: Area di influenza pilastro Σ_{AI: in m}²

Il pilastro supporterà non 200, ma α 200.

• Per le categorie 3, 4 → 1 > α - 0.75 + 10_κ/A_I

Variazioni termiche

χ_tot = Δφ_dz + 2αΔt_h

Combinazione delle due:

Dove Δt_M = t₁ + t₂

Δt_h = t₁ - t₂

Le variazioni termiche non sono forze applicate, tuttavia producono spostamenti e deformazioni, sollecitazioni (travi iperstatiche).

Le variazioni termiche a cui sono soggette le strutture che analizzeremo sono:

• Solo uniformi —> Δl = α Δt l

Δt è fornito dalla normativa.

Strutture in c.a.

• Esposta +15°C
• Protetta +10°C

Strutture in acciaio

• Esposta +25°C
• Protetta +15°C

I problemi nascono solo nelle strutture iperstatiche, dove la variazione termica fa nascere sollecitazioni.

Es:

• Müller-Breslau Struttura principale: X₁ = X₂ = 0 per ragioni di simmetria.

ψ"_B(α) = 0

ψ'"_B(X) = 0 ⇒ ∫₀^l   _MX₃ dz =   _X3l

ψ'"_B(Δt) = ∫₀^l   dψ dz = 2 αΔt_h l

ψ'"_B = ψ""_B ⇒ X₃ = 2αΔt_h  ;

Variazioni termiche

Le strutture subiscono variazioni termiche. Questo dipende da come è rivestito l’edificio. Essendo isostatica è libera di espandersi. Stavolta nascono coazioni. La norma ci fornisce i vari valori di Δt.

ε = α Δt

α vale:

• Alluminio: 24
• Acciaio: 12 molto simile ≈ 12°C
• CLS: 10 utile per C.A

α [°C^-1]

• Muratura: 6÷10
• Legno Parallelo alle fibre legno: 5
• Ortogonale alle fibre legno: 70
• Isotropo: x 10^-6

Carichi sui solai

Pesi propri (imparare bene i valori)

• CLS: 24 KN/m³ (acqua 10 KN/m³)
• CLS armato: 25 KN/m³
• Acciaio: 78.5 KN/m³
• Legno (ne esistono vari tipi):
• Conifere: 4÷6 KN/m³ (< acqua. Il legno galleggia)
• Latifoglie: 6÷8 KN/m³
• Vetro: 25 KN/m³

Comportamento dei materiali

σ ε acciaio vetro CLS

Alcuni materiali sono duttili. Duttilità = εt/εf

Se 0.1 ⇒ materiale fragile

È bene che un materiale sia duttile, perché è un preavviso di rottura.

• Le più importanti doti per un materiale sono peso, resistenza, duttilità.

I tramezzi del solaio (costruiti in laterizio) valgono come un carico distribuito orizzontale, anche se il tramezzo è messo in verticale (norma 2008).

Esempio:

• Divisori G < 1 kN/m ⇒ g = 0.4 kN/m²
• G ∈ (1 ÷ 2 kN/m) ⇒ g = 0.8 kN/m²
• G ∈ (3 ÷ 4 kN/m) ⇒ g = 1.6 kN/m²