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TECNICA DELLE COSTRUZIONI
Tecnica delle costruzioni è la materia che si occupa della progettazione di strutture e si preoccupa di analizzare le incettezze del mondo reale.
Progettazione = concezione + dimensionamento + verifica
Struttura = elevazione + fondazione + terreno
La struttura è un sistema di elementi/membrature/componeti che deve trasferire, in sicurezza, i carichi dal loro punto di applicazione al terreno.
I carichi o meglio azioni, li distinguiamo tra:
- Azioni verticali (derivate alla forza di gravità)
- peso proprio e permanente
- portati variabili (antropiche e materiali)
- Azioni orizzontali
- vento
- sisma
La sicurezza è sinonimo di affidabilità e concerne il fatto che una struttura è ritenuta in sicurezza se è capace di sopportare i carichi che occorrono. La sicurezza non è mai assoluta dunque si introduce la definizione di “livello di sicurezza”.
Obiettivo della progettazione è garantire che la struttura assolve alla sua funzione con richiesti grado o livello di affidabilità e con costi contenuti.
Le strutture e gli elementi devono essere progettati, eseguiti e conservati in modo che essi risultino idonei a sostenere...
- Resistenza ultima
- Funzionalità
- Robustezza limite
Resistenza ultima: quale capacità di incarnare tutte le azioni che possono verificarsi durante l'esecuzione e l'uso della struttura stessa (carichi ultimi/ eccezionali).
Funzionalità: come capacità della struttura di rimanere adeguato al normale uso per cui è concepito (carichi normali).
Robustezza limite: quale attitudine a contenere i danni derivanti da eventi eccezionali entro limiti proporzionati all'entità della causa (minimizzare i danni).
IL PROCESSO PROGETTUALE
È l'insieme di operazioni che si segue per progettare una struttura.
- Geometria e dimensione degli elementi
- Materiali
- Carichi
Individuazione del modello è la parte più difficile e... dei buon... dell'ingegnere.
Se la verifica non torna in rapporto da 1 si ripete in maniera iterativa.
Calcolo delle sollecitazioni ricadenti sulla struttura con metodo normato.
Metodologia di analisi della sicurezza con metodo stati limite normati.
In particolare i carichi, i parametri tra modelli e sollecitazioni e tra sollecitazioni e verifica sono normati quindi abbiamo dei indicatori questo senso.
Duttilità: capacità di sviluppare deformazioni plastiche senza perdere capacità portante
μ = Eu/Ey
Energia di dissipazione: caratterizzabile anche come
energia assorbita durante un ciclo ΔSL
Secondo la normativa si può assumere in fase di progetto:
E = 210000 N/mm2
perché è sempre lo stesso per ogni acciaio.
ftk ∈ (360 ÷ 550) [N/mm2]
fyk ∈ (235 ÷ 440) [N/mm2]
εy = fy/Ey ∈ (1,12 ÷ 1,69 ‰) [ordine] da calcolare
μ = Eu/Ey ∈ (100 ÷ 200) [ordine] da calcolare
Esu = μEy ∈ (11,2 ÷ 33,8 ‰) da calcolare
La duttilità è importante nei casi di fenomeni sismici poiché
la normativa dice che nei casi di eventi sismici la struttura
può muoversi per garantire la sicurezza della
vita umana. Annullati i carichi gravizzanti la normativa ha ancora capacità di resistenza
esaurivad la maggiore sole di duttilità (lume nelle) momento e nodalio
Per le resistenze R parla di valore caratteristico Rtk dovuto a un campione
Come possiamo notare, il comportamento dell'acciaio cambia in funzione del
tipo di acciaio:
- Acciai dolci (basso % C) hanno elevata duttilità e buona resistenza
- Acciai duri (alto % C) hanno buona duttilità ed elevata resistenza
Precedentemente abbiamo detto che le resistenze si assumono come variabili aleatorie
In termini di normativa Rtk e variabili aleatorie in questo per ogni prova di laboratorio assume valore diverso e questo abbiamo di metterero del mondo reale.
Consideriamo le nostre variabile aleatorie X = ftk
e la singola realizzazione di della variabile aleatoria
nel caso di ι.m. prove.
LEGNO
- legno massiccio
- legno lamellare
Il legno è materiale anisotropo con proprietà meccaniche dipendenti dall'orientamento delle fibre.
Per determinare parametri e caratteristiche si utilizzano prove ottenute da convenzione.
Il diagramma ideale è come quello a fianco, si evidenzia il limite elastico.
E = 10.000 N/mm2
MURATURA
È costituita da elementi (mattoni e malta).
Il comportamento è molto incostante.
Si presenta meglio in compressione.
Secondo la normativa posso assumere fk = 5.000 N/mm2
ALLUMINIO
È un materiale leggero e con elevata resistenza meccanica.
Secondo normativa:
EAl = 70.000 N/mm2
Azioni eoliche
Tn = - VR / ln (1 - PVR)
S0 = S0 / ln (1 - PVR) = -1
1 - PVR = e-2 → PVR = 1 - 1/e2 = 0,63 = 63%
Azione del vento (Q)
L’azione del vento è sui vari elementi uniformemente distribuiti dinamica che può essere per comodità statica
Pe = qb Ct Ce Cp Cd
P = qb Ce Cp Cd
Lo qb vale qb = 1/2 ρ VB2 = 300
Con VB che è il valore caratteristico della velocità del vento a 10 m
del suolo ripetuto in T=50 anni e quindi anche eventualmente soddisfa 0 (VB= 25 m/s)
Il Ce dipende dall’altezza Z sul sul punto considerato, dalla topografia del terreno, della categoria e l’esposizione
Il Ct dipende delle risoluzioni delle superfici sui cui il vento esercita l'azione tangente
Il Cp dipende della tipologie o geometria delle strutture e della posizione ossia orientamento rispetto alla direzione del vento
Azione della temperatura
La temperatura dell'aria esterna può assumere valori, nel tempo di ritorno, di Tmax = 45° C
mentre quella dell’aria interna si attesta sui Tmax = 20° C
SICUREZZA E PRESTAZIONI ATTESE
PRINCIPI FONDAMENTALI
Le opere e le tipologie strutturali devono possedere i seguenti requisiti:
- resistenza nei confronti degli stati limite ultimi;
- resistenza nei confronti degli stati limite di esercizio;
- resistere nei confronti di azioni eccezionali;
STATI LIMITE
- Stati limite ultimi (SLU):
- perditi di equilibrio;
- rotture;
- raggiungimenti dello stato di rendimento di parti di strutture;
- raggiungimenti di meccanismi;
- Stati limite di esercizio (SLE):
- danneggiamenti locali che riducono la durabilità;
- rotture e deformazioni;
- consumo dei materiali;
VERIFICHE
Le opere strutturali devono essere verificate per gli SLU e SLE:
- per gli SLU in congruenza alle diverse combinazioni delle azioni;
- per gli SLE degli impianti in relazione alle prestazioni attese;
COMBINAZIONE DELLE AZIONI
Per la verifica degli stati limite si usano le seguenti espressioni:
G1 G2 + γG2 G2 + γQ1 Qk1 + γQ2 Qk2 +
γc + γ1 + γ2 + γat
ψ2i = ψ4i &leq ψ0j &leq 1
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