Vincenzo Calvo – Elisabetta Scalora

Solai piani e inclinati Solai con tavelloni e solettina collaborante Verifi ca a fl essione retta – SLU Verifi ca a fl essione deviata – SLU Verifi ca a taglio – SLU Verifi ca di deformazione per effetto

degli spostamenti verticali – SLE Relazione di calcolo Computo del materiale

Aggiornato al D.M. 14 gennaio 2008Norme Tecniche per le Costruzionie alla Circolare esplicativa n. 617/2009

Calcolo e verificadi solai e coperture

Vincenzo Calvo, Elisabetta Scaloraacciaio – calcolo e verifica di solai e coperture

ISBN 13 978-88-8207-528-6EAN 9 788882 075286

Software, 67Prima edizione, ottobre 2013

Calvo, Vincenzo <1978->

Acciaio – Calcolo e verifica di solai e coperture / Vincenzo Calvo, Elisabetta Scalora – Palermo : Grafill, 2013.(Software ; 67)ISBN 978-88-8207-528-61. Coperture [e] Solai in acciaio. I. Scalora, Elisabetta <1981->690.15 CDD-22 SBN Pal0260566

CIP – Biblioteca centrale della Regione siciliana “Alberto Bombace”

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Sommario

IntroduzIone .................................................................................................. p. 7

1. L’accIaIo ..................................................................................................... ˝ 91.1. Prodotti siderurgici ............................................................................... ˝ 91.2. Profilatimetallici.................................................................................... ˝ 10

1.2.1. SezioniadoppioT ................................................................... ˝ 101.2.2. SezioniaC .............................................................................. ˝ 111.2.3. SezioniaL ................................................................................ ˝ 11

1.3. Imperfezioni ........................................................................................... ˝ 111.3.1. Imperfezionimeccaniche ......................................................... ˝ 111.3.2. Imperfezionigeometriche ........................................................ ˝ 11

1.4. Provemeccanichesull’acciaio ............................................................... ˝ 111.4.1. Provaditrazione ...................................................................... ˝ 121.4.2. Provadicompressioneglobale ................................................. ˝ 131.4.3. Provadiresilienza .................................................................... ˝ 131.4.4. Provadipiegamento ................................................................. ˝ 131.4.5. Provadidurezza ....................................................................... ˝ 141.4.6. Provaafatica ............................................................................ ˝ 14

2. rIferImentI normatIvI ...................................................................... ˝ 152.1. Quadronormativoprimadell’entratainvigore delD.M.14gennaio2008 ........................................................................ ˝ 152.2. IlD.M.14-01-2008“NormeTecnicheperleCostruzioni” –NTC2008 ........................................................................................... ˝ 162.3. Ilmetodosemiprobabilisticoaglistatilimite ........................................ ˝ 162.4. StatiLimiteUltimi(SLU) ...................................................................... ˝ 172.5. StatiLimitediEsercizio(SLE) .............................................................. ˝ 172.6. Valutazionedellesicurezza .................................................................... ˝ 172.7. Laclassificazionedelleazioni ............................................................... ˝ 182.8. Lacaratterizzazionedelleazionielementari .......................................... ˝ 192.9. Lecombinazionidelleazioni ................................................................. ˝ 192.10. Leazionipermanenti ............................................................................. ˝ 212.11. Icarichipermanentinonstrutturali ........................................................ ˝ 212.12. Icarichivariabili .................................................................................... ˝ 21

4

acciaio – calcolo e verifica di solai e coperture

3. azIone deLLa neve ................................................................................ p. 233.1. Coefficientediformaperlecoperture ................................................... ˝ 23

3.1.1. Coperturaadunafalda ............................................................. ˝ 233.1.2. Coperturaaduefalde ............................................................... ˝ 24

3.2. Coefficientediesposizione .................................................................... ˝ 243.3. Valorecaratteristicodelcaricodellanevealsuolo ............................... ˝ 25

4. azIone deL vento ................................................................................... ˝ 274.1. Velocitàdiriferimento .......................................................................... ˝ 274.2. Pressionedelvento ............................................................................... ˝ 284.3. Azionetangenzialedelvento ................................................................ ˝ 294.4. Pressionecineticadiriferimento............................................................ ˝ 294.5. Coefficientediesposizione .................................................................... ˝ 29

5. costruzIonI esIstentI ........................................................................ ˝ 325.1. Criterigenerali ....................................................................................... ˝ 345.2. Valutazionedellasicurezzaperlecostruzioni esistenti .................................................................................................. ˝ 355.3. Classificazionedegliinterventi .............................................................. ˝ 37

5.3.1. Interventodiadeguamento ....................................................... ˝ 385.3.2. Interventodimiglioramento ..................................................... ˝ 395.3.3. Riparazioneointerventolocale ................................................ ˝ 39

5.4. Procedureperlavalutazionedellasicurezza elaredazionedeiprogetti ...................................................................... ˝ 40

5.4.1. Analisistorico-critica ............................................................... ˝ 405.4.2. Rilievo ...................................................................................... ˝ 415.4.3. Caratterizzazionemeccanicadeimateriali ............................... ˝ 415.4.4. Livellidiconoscenzaefattoridiconfidenza ............................ ˝ 415.4.5. Azioni ....................................................................................... ˝ 42

5.5. Materiali ................................................................................................. ˝ 425.6. Valutazioneeprogettazioneinpresenza diazionisismiche................................................................................... ˝ 42

5.6.1. Costruzioniinmuratura ............................................................ ˝ 425.6.2. Costruzioniincementoarmatooinacciaio ............................. ˝ 435.6.3. Edificimisti .............................................................................. ˝ 445.6.4. Criterietipidiintervento ......................................................... ˝ 445.6.5. Progettodell’intervento ............................................................ ˝ 46

6. costruzIonI esIstentI In muratura .......................................... ˝ 476.1. Geometria............................................................................................... ˝ 476.2. Dettaglicostruttivi ................................................................................. ˝ 476.3. Proprietàdeimateriali ............................................................................ ˝ 486.4. Livellidiconoscenza ............................................................................ ˝ 496.5. Tipologieerelativiparametrimeccanicidellemurature ...................... ˝ 52

5

Sommario

7. costruzIonI esIstentI In cemento armato o In accIaIo ................................................................................................ p. 56

7.1. Geometria(carpenterie) ......................................................................... ˝ 567.2. Dettaglicostruttivi ................................................................................. ˝ 577.3. Proprietàdeimateriali ............................................................................ ˝ 587.4. Livellidiconoscenza ............................................................................. ˝ 597.5. Fattoridiconfidenza .............................................................................. ˝ 617.6. Indicazionisupplementariperedificiincalcestruzzoarmato ................ ˝ 617.7. Indicazionisupplementariperedificiinacciaio .................................... ˝ 62

8. anaLIsI strutturaLe deLLe costruzIonI In accIaIo ....... ˝ 638.1. Classificazionedellesezioni .................................................................. ˝ 638.2. Capacitàresistentedellesezioni ............................................................ ˝ 668.3. Metodidianalisiglobale........................................................................ ˝ 678.4. Effettidelledeformazioni ...................................................................... ˝ 678.5. Effettidelleimperfezioni ....................................................................... ˝ 68

9. verIfIche agLI statI LImIte uLtImI (sLu) .................................. ˝ 709.1. Resistenzadicalcolodellemembrature................................................. ˝ 70

9.1.1. Laresistenzadicalcoloatrazione ........................................... ˝ 719.1.2. Laresistenzadicalcoloacompressione .................................. ˝ 719.1.3. Laresistenzadicalcoloaflessioneretta .................................. ˝ 729.1.4. Laresistenzadicalcoloataglio ............................................... ˝ 729.1.5. Laresistenzadicalcoloatorsione ........................................... ˝ 749.1.6. Laresistenzadicalcoloaflessioneetaglio ............................. ˝ 749.1.7. Laresistenzadicalcoloapressootensoflessioneretta ........... ˝ 759.1.8. Laresistenzadicalcoloapressootensoflessionebiassiale .... ˝ 769.1.9. Laresistenzadicalcoloaflessione,taglioesforzoassiale ...... ˝ 76

9.2. Stabilitàdelleastecompresse ................................................................ ˝ 779.3. Stabilitàdelletraviinflesse .................................................................... ˝ 79

10. verIfIche agLI statI LImIte dI esercIzIo (sLe) ..................... ˝ 8110.1. Spostamentiverticali.............................................................................. ˝ 8110.2. Spostamentiorizzontali.......................................................................... ˝ 82

11. I soLaI In accIaIo .................................................................................... ˝ 8411.1. Lamodellazionestrutturale ................................................................... ˝ 84

12. InstaLLazIone deL software “coacc – soLaI e coperture In accIaIo agLI statI LImIte” . ˝ 8512.1. Introduzionealsoftware ........................................................................ ˝ 8512.2. Requisitiminimihardwareesoftware ................................................... ˝ 8512.3. Downloaddelsoftwareerichiestadellapassworddiattivazione ......... ˝ 8512.4. Installazioneeattivazionedelsoftware ................................................. ˝ 86

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acciaio – calcolo e verifica di solai e coperture

13. manuaLe d’uso deL software “coacc – soLaI e coperture In accIaIo agLI statI LImIte” . p. 8813.1. SolaieCopertureinAcciaioagliStatiLimite ....................................... ˝ 8813.2. Progetto .................................................................................................. ˝ 88

13.2.1. Datigenerali ............................................................................. ˝ 8913.2.2. Tipodiacciaio .......................................................................... ˝ 8913.2.3. Creaprofilo ............................................................................... ˝ 9013.2.4. Scegliprofilo ............................................................................ ˝ 9113.2.5. Coefficientidisicurezza ........................................................... ˝ 9113.2.6. Coefficientidicombinazione ................................................... ˝ 92

13.3. DatidiCalcolo ....................................................................................... ˝ 9213.3.1. Geometriasolaio ...................................................................... ˝ 9313.3.2. Analisideicarichi .................................................................... ˝ 94

13.4. Verifica ................................................................................................... ˝ 9813.5. Visualizza ............................................................................................... ˝ 10313.6. Genera .................................................................................................... ˝ 104

13.6.1. Computoacciaioavideo ......................................................... ˝ 10513.6.2. Relazionedicalcoloavideo ................................................... ˝ 10513.6.3. Relazionedicalcolo ................................................................ ˝ 106

13.7. Esempiorelazionedicalcolodiunacoperturapianainacciaio ........... ˝ 106

14. sagomarI .................................................................................................... ˝ 11314.1. IPE ......................................................................................................... ˝ 11314.2. INP ......................................................................................................... ˝ 11414.3. HEA ....................................................................................................... ˝ 11514.4. HEB ....................................................................................................... ˝ 11614.5. HEM....................................................................................................... ˝ 11714.6. Tubiinacciaioasezionequadrata ......................................................... ˝ 11814.7. Tubiinacciaioasezionerettangolare .................................................... ˝ 119

15. Le domande pIù frequentI ............................................................... ˝ 121

16. test dI Ingresso ..................................................................................... ˝ 126

17. test dI uscIta ........................................................................................... ˝ 130

18. gLossarIo ................................................................................................... ˝ 134

BIBLIografIa.................................................................................................... ˝ 137

7

Ilpresentelibroaffrontailtemadellecostruzioniinacciaiosecondolanuovanormativanazionale,D.M.14gennaio2008“NormeTecnicheper leCostruzioni”, ed inparticolaretrattailcalcoloelaverificadeisolaiinacciaio.

Ilvolumeèarticolatoinquattordicicapitoli,l’ultimocontenenteisagomarideiprofilati:IPE,INP,HEA,HEB,HEM,tubiinacciaioasezionequadrataerettangolare.

IlCapitolo1èdedicatoalmateriale“acciaio”,ovveroallasuacomposizionechimica,aiprodottisiderurgici,alleprovechevengonoeffettuateperlacaratterizzazionedelmateriale.

IlCapitolo2contieneiriferimentinormativiprimaedopol’entratainvigoredelleNTC2008,inquestocapitolosidefinisce:ilmetodosemiprobabilisticoaglistatilimite,glistatilimiteultimi,glistatilimited’esercizio,lavalutazionedellasicurezza,laclassificazione,lacaratterizzazioneelecombinazionidelleazioni,icarichipermanentievariabilichegravanosullastruttura.

ICapitoli3e4trattanol’azionedellaneveel’azionedelvento.ICapitoli5,6e7trattanoiltemadellecostruzioniesistentiinmuratura,incementoar-

matoeinacciaiosecondolanormativaitalianavigente.ICapitoli8,9e10sonodedicatiallecostruzioniinacciaioealleverifichedaeffettuare

aglistatilimiteultimieaglistatilimited’esercizio.DalCapitolo11sitrattanellospecificoiltemadeisolaiinacciaiocheoggisonospesso

utilizzatiinedificiconstrutturaportanteinacciaiooinvecchiedificicomeoperediristruttu-razione,proprioperquesto,inquestovolume,cisièoccupatidelmododiintervenirenegliedificiesistenti.

ICapitoli12e13contengonoleinformazioniperlacorrettautilizzazionedelsoftwareallegatoperilcalcolodeisolaiinacciaio.

IlsoftwareCoAcc – Solai e Coperture in Acciaio agli Stati Limiteconsentelaverificadisolaiinacciaioadunacampata,pianioinclinati,conilmetododegliStaliLimiteUltimiedegliStatiLimitediEsercizioaisensidelD.M.14gennaio2008–NTC2008.

Ilsoftwareeffettualeverificheaflessioneretta,aflessionedeviataeatagliopergliSLUeleverifichedideformazionepereffettodeglispostamentiverticalipergliSLE.Effettuateleverifiche, il softwaregenera la relazionedicalcoloe ilcomputodell’acciaio,ovvero ilnumerodiprofilatinecessariperlarealizzazionedelsolaioeilpesototaledell’acciaioinkg.

Arch. Elisabetta ScaloraIng. Vincenzo Calvo

Introduzione

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Ilmaterialeacciaioèunalegametallicacompostadaferroecarbonio,conunabendefi-nitaquantitàdicarboniochedeterminalaresistenza,laduttilitàelasaldabilitàdelmateriale.Piùprecisamentel’acciaiohauntenoredicarbonioinferioreall’1,7%,superataquestasoglialalegaferro-carbonioassumeladenominazionedighisa.

Gliacciaiinbasealcontenutodicarboniosidividonoin: – acciaiextra-dolci(quantitàdicarbonioinferioredi0,15%); – acciaidolci(quantitàdicarboniocompresatra0,15%e0,25%); – acciaisemiduri(quantitàdicarboniocompresatra0,25%e0,50%); – acciaiduri(quantitàdicarboniocompresatra0,50%e0,75%); – acciaidurissimi(quantitàdicarboniomaggioredi0,75%).Iltenoredicarbonioinfluenzaleproprietàdell’acciaio,unelevatocontenutodicarbonio

determinaunaumentodellaresistenzaeunadiminuzionedelladuttilitàedellasaldabilità.Pertantogliacciaidacostruzioneegliacciaidacarpenteriahannounbassotenoredicarbo-nio,compresotra0,1%e0,3%.

Spessonell’acciaio,oltrealferroealcarbonio,sonopresentialtrielementichehannoloscopodiconferirealmaterialeproprietàparticolari;aggiungendoilmanganeseedilsilicio siottengonoacciaisaldabiliconelevatecaratteristichemeccaniche,aggiungendoilcromo si aumentalaresistenzameccanicaesiriducelacorrosione(acciaiinossidabili),aggiungendoilnichelinveceaumentalaresistenzameccanicaesiriduceladeformabilità.

❱ 1.1. Prodotti siderurgici Glielementi inacciaio,utilizzatinellecostruzioni, sonoprodottimedianteprocessidi

laminazioneacaldoodisagomaturaafreddo.Seilrapportotralatemperaturaacuisistaeffettuandolalavorazioneelatemperaturadi

fusionedelmetalloconsideratoèmaggioredi0,6alloralalavorazioneèdetta“acaldo”,sequestorapportoèinferioredi0,3lalavorazioneèdetta“afreddo”.

Glielementilaminati a caldosono: – profilatimetallici; – lamiere; – larghipiatti; – barre.Glielementisagomati a freddosono: – lamieregrecate; – profilisottili.

Capitolo 1L’acciaio

10

acciaio – calcolo e verifica di solai e coperture

❱ 1.2. Profilati metalliciIprofilatimetallicisonoprodottisiderurgicifornitiinbarredritte,hannocaratteristiche

geometrichestandard,chesonoriportateneisagomari.Lesezionitrasversalipiùcomunisonoa:doppioT,CeL.

1.2.1. Sezioni a doppio T Sonoutilizzatemaggiormenteperlarealizzazioneditraviecolonne,epossonoessere

essenzialmentediduetipi: – IPE: lesezioniIPEhannol’altezzadell’animapariacircaildoppiodellalarghezzadelleali (h=2b). Ilmomentodi inerziaIy rispettoall’assebaricentricoyèmoltopiùgrandedelmomentodiinerziaIzrispettoall’assebaricentricoz,ciòsignificachelavoranobeneaflessionerettaconassedisollecitazioneparalleloall’anima,pertantoiprofiliIPEsonospessoutilizzaticomenervaturedeisolaiinacciaio.

Profilato tipo IPE

– HE:lesezioniHEhannolalunghezzadell’animaugualeallalunghezzadell’ala(h=b).IlmomentodiinerziaIyrispettoall’assebaricentricoyèmaggioredelmomentodiinerziaIzrispettoall’assebaricentricoz,maladifferenzatraIy e Izèrelativamentebassa,ciòsignificachelavoranobeneaflessioneintuttiedueipiani,pertantoiprofiliHEsonospessoutilizzaticomecolonne.IprofiliHEpossonoessereditretipiasecondadellospessoredell’ala: – seriealleggerita(HEA); – serienormale(HEB); – seriepesante(HEM).

Profilato tipo HE

11

1. Acciaio

1.2.2. Sezioni a C IprofiliaCsonochiamatiancheprofiliadUoUPN,sonousatisoprattuttonelletravature

reticolari.Sonocostituitedaun’animaedaduealiraccordateall’animaincorrispondenzadiuna

delleloroestremità.Acausadellaloroformaasimmetricanelladirezionedell’anima,sonoprofilatipocoadattidasoliadessereutilizzatiperstruttureinflesse,pertantospessovengonoaccoppiatiinmododaconferiresimmetriaallasezione.

1.2.3. Sezioni a LIprofiliadLsonoanchechiamatiprofiliangolari,sonocostituitidaduebracciperpen-

dicolari.Acausadellaloroformanonvengonoutilizzatidasolimageneralmentevengonoaccoppiati.Sonousatispessonelletravaturereticolarieneinodidicollegamentotraprofilati.

❱ 1.3. imPerfezioniGlielementiinacciaio,essendodeiprodottiindustriali,presentanodelleimperfezioniche

sonoessenzialmentediduetipi: – imperfezionimeccaniche; – imperfezionigeometriche.

1.3.1. Imperfezioni meccanicheLeprincipaliimperfezionimeccanichesonodovuteallapresenzaditensioniresidueealla

nonomogeneitàdidistribuzionedellecaratteristichemeccanichenellesezionitrasversalideiprofilati.

Letensioni residuesonodeglistatitensionaliinterniautoequilibratilegatialprocessodiproduzionedeglielementi,inparticolaresigeneranoquandoiprofilatisonosoggettiadefor-mazioniplastichenonuniformi.Letensioniresiduesigeneranoduranteiprocessiindustrialiditipotermico(raffreddamento,saldatura,ecc.)editipomeccanico(laminazione,piegatura,ecc.)epenalizzanolacapacitàportantedeglielementicompressi.

Lanon omogeneità di distribuzione delle caratteristiche meccaniche nelle sezioni tra-sversali dei profilatièanch’essalegataallaproduzioneindustrialedeglielementi.

1.3.2. Imperfezioni geometrichePerimperfezionigeometrichesiintendonogliscostamentidallageometriaideale,ovvero

ladifferenzadidimensionieformadell’elementoidealeconquelloreale.Leimperfezionigeometriche,comelamancanzadiverticalitàodirettilineità,possonoinfluenzareilcompor-tamentodeglielementistrutturali,edèperquestochelanormativavigenteimponeditenerneconto nell’analisi globale della struttura, in quella dei sistemi di controvento, nel calcolodellemembratureenelleverifichedistabilitàdeglielementisnelli.

❱ 1.4. Prove meccaniche sull’acciaioLeprovemeccanichehannoloscopodideterminareilcomportamentodell’acciaiosotto

l’azionediforzeesterne.Leprovepiùsignificativeperlacaratterizzazionedell’acciaiosono:

12

acciaio – calcolo e verifica di solai e coperture

– provaditrazione; – provadiresilienza; – provadipiegamento; – provadidurezza; – provaacompressioneglobale; – provaafatica.

1.4.1. Prova di trazioneLaprovaditrazionehaloscopodimisurareleproprietàdiresistenza,deformabilitàed

elasticità dell’acciaio, ovverodetermina i valori della tensionedi snervamento (fy) e del-la tensione di rottura (fu).Viene eseguita su provini opportunamente sagomati e consistenell’applicarealprovinounaforzaassialediintensitàvariabile,primacrescenteepoidecre-scente,sinoallarotturadelprovino.

Irisultatiottenutidallaprovaditrazionesonosintetizzatidaldiagrammatensioni-defor-mazioni(σ-ε):

– ilprimotrattodeldiagrammaevidenziauncomportamentoelasticodelmaterialefinoalraggiungimentodellatensioneedelladeformazionedisnervamento(fyeεy);

– ilsecondotratto,compresotraεy eεh,ècaratterizzatodall’insorgeredideformazioniplastiche,ovverodalfenomenodellosnervamento;

– il terzoe ilquarto trattosonocaratterizzatidaunacurvacheiniziaconil raggiun-gimentodelladeformazioneεh; inquesta fase simanifesta il fenomenodell’incru-dimento incuisi registraunaumentodelle tensioniconseguenteadunincrementodelledeformazioni, l’incrudimentocontinuafinoallarotturadelprovino,ovveroalraggiungimentodellatensionedirotturafu.

Dal diagramma σ-ε è quindi possibile determinare oltre alla tensione di snervamentoealla tensionedi rotturaanche ilmodulodielasticità tangenzialedell’acciaio(modulodiYoung),cherisulta:

E=tgα

SecondoleNTC2008:“per il diagramma tensione-deformazione dell’acciaio è possibile adottare opportuni modelli rappresentativi del reale comportamento del materiale, modelli definiti in base al valore di calcolo di εud = 0.9 εuk (εuk = Agt)k) della deformazione ultima,

13

1. Acciaio

al valore di calcolo della tensione di snervamento fyd ed al rapporto di sovraresistenza k = (ft/fy)k”.

Idiagrammirappresentatinell’immagineseguenterappresentanoimodellis-e perl’ac-ciaioriportatinelleNTC2008:

a) bilinearefinitoconincrudimento;b) elastico-perfettamenteplasticoindefinito.

Neldiagrammabilinearefinitoconincrudimentosiconsidera,alraggiungimentodellatensione di snervamento, un incremento della resistenza dell’acciaio al crescere delladeformazione.

Neldiagrammaelastico-perfettamenteplasticoindefinitosiconsidera,alraggiungimentodellatensionedisnervamento,uncomportamentoplasticosenzaincrudimento.

1.4.2. Prova di compressione globaleLaprovadicompressioneglobaleforniscedelleinformazioniglobalienonlocalicomela

provaditrazione,infattiildiagrammaσ-εèriferitoall’interasezionetrasversale.Questaprovavienefattasutronchidiprofilatopiuttostocortiperevitarel’insorgeredi

fenomenidiinstabilità.

1.4.3. Prova di resilienzaLaprovadiresilienzahaloscopodideterminarelatenacitàdell’acciaioovverolacapa-

citàdelmaterialearesistereagliurti.Piùprecisamentemaggioreèlaresistenzaagliurti,maggioresaràladuttilitàdelmateriale

ediconseguenzalafragilitàsaràminore.LaprovadiresilienzavieneeffettuatamedianteilpendolodiCharpyeconsistenelcol-

pire,conunmartellosospeso,unprovinocheècostituitodaunabarraasezionerettangola-reconunintaglionellapartecentrale,durantelaprovasiregistral’energianecessariaallarotturadelpezzo,cosicchésipotràdefinireiltipodirottura,seduttileofragile(vedi figura pagina seguente).

1.4.4. Prova di piegamentoLaprovadipiegamentohaloscopodicontrollarel’attitudinedelmaterialeasopportare

deformazioniplasticheafreddosenzarompersi.Laprovaconsistenelpiegareunprovinoa

14

acciaio – calcolo e verifica di solai e coperture

90°eraddrizzarlo,alterminedellaprovasiesaminanellapartepiegatailprovinoperverifi-carelapresenzaomenodicricche.

Laprovadipiegamentofornisceindicazionisulladuttilitàdelmateriale.

Pendolo di Charpy(immaginetrattada:G.Ballio,F.M.Mazzolani,“Struttureinacciaio”,Hoepli)

1.4.5. Prova di durezzaLaprovadidurezzahaloscopodistimarelaresistenzadelmaterialeinquantoconsente

dimisurarelacapacitàdiassorbimentodienergia.Consistenelmisurarel’areadiimprontalasciatadaunpenetratoreadeguatamentecaricatosuunprovino.

Laprovadidurezzapuòessereeffettuatamediantediversiapparecchi(Brinell,Vickers,RockwelleKnoop)chesidifferenzianoperiltipodipenetratoreutilizzato.

Ladurezzaneimetallifornisceindicazionisullaresistenzaallascalfitura,all’usuraealtaglio.Adifferenzadelleproveesaminatefinora,laprovadidurezzanonèunaprovadistrut-tivaepertantopuòessereutilizzataancheinstruttureesistenti.

1.4.6. Prova a faticaLaprovaafaticaèutilizzataperanalizzareilcomportamentodiunprovinosoggettoa

ciclidisollecitazioniperlungotempo,inquestomodoèpossibilecalcolarequantotempoènecessarioaffinchéilprovinosirompapereffettodellafatica.

Ilmaterialesesottopostoacarichiciclicisubisceunadiminuzionedellaresistenzamec-canica,quindisiromperàconunatensioneinferioreaquelladirottura.

15

❱ 2.1. Quadro normativo Prima dell’entrata in vigore del d.m. 14 gennaio 2008Lanormativadiriferimentoperilcalcolodellestrutture,primadell’entratainvigoredel

D.M.14gennaio2008,“NormeTecnicheperleCostruzioni”(NTC2008)era: – Legge 5 novembre 1971, n. 1806 “Norme per la disciplina delle opere di conglomera-

to cementizio armato, normale e precompresso ed a struttura metallica”; – Legge 2 febbraio 1974, n. 64 “Provvedimenti per le costruzioni con particolari pre-

scrizioni per le zone sismiche”: nella quale si codificano i carichi ed i sovraccarichi sulle costruzioni e le norme sismiche per le costruzioni in zona sismica;

– Decreto ministeriale 9 gennaio 1996 “Norme tecniche per il calcolo, l’esecuzione ed il collaudo delle strutture in cemento armato, normale e precompresso e per le strutture metalliche”;

– D.M. 16 gennaio 1996 “Norme tecniche relative ai criteri per la verifica delle costru-zioni e dei carichi e sovraccarichi”;

– D.M. 16 gennaio 1996 “Norme tecniche per le costruzioni in zone sismiche”; – D.M. 14 settembre 2005 “Norme Tecniche per le Costruzioni” (NTC 2005).IlcriteriodiverificamaggiormenteutilizzatoinItaliasinoal01/07/2009,entratainvigo-

redelleNTC2008,eraquellodelletensioniammissibili.Ilmetododiverificaalletensioniammissibiliconsisteessenzialmentenelconfrontofrail

valoremassimodellatensioneagentesullasezioneelamassimatensioneammissibileperilmaterialeconsiderato,ovvero:

σ≤σadmdove:

– σèlatensionemassimaagentesullasezione; – σadmèlatensionemassimaammissibiledelmateriale;

Ipotizzandouncomportamentoelastico-linearedelmateriale,latensioneammissibilesiricavadalvaloredellatensionedirotturadelmaterialeediopportunicoefficientidisicurezza.

σ adm =fγM

dove: – σadmèlatensionemassimaammissibiledelmateriale; – f rappresentalatensionedisnervamentoperimaterialiduttilielatensionedirotturaperimaterialifragili;

– γMèilcoefficientedisicurezza.

Capitolo 2Riferimenti normativi

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acciaio – calcolo e verifica di solai e coperture

❱ 2.2. il d.m. 14-01-2008 “norme tecniche Per le costruzioni” – ntc 2008L’entratainvigoredelD.M.14gennaio2008(NormeTecnicheperleCostruzioni)ha

apportatounaseriediimportantinovitàriguardantiladefinizionedelleazionicheagisconosullestruttureeimetodidiverificautilizzabili.

LenuoveNTC2008fornisconounsupportonormativocompletoeoltreadefinireleazio-nichedevonoessereutilizzatenelprogetto,definisconolecaratteristichedeimaterialiedeiprodottie,piùingeneraletrattanogliaspettiattinentiallasicurezzastrutturaledelleopere.

AisensidelleNTC2008lasicurezzaeleprestazionidiun’operaodiunapartediessadevonoesserevalutateinrelazioneaglistatilimitechesipossonoverificaredurantelavitanominaledellastruttura.

Aisensidel§2.7delD.M.14gennaio2008leverifichealletensioniammissibilisonoutilizzabili:“Per le costruzioni di tipo 1 e 2 e Classe d’uso I e II, limitatamente a siti rica-denti in Zona 4, è ammesso il Metodo di verifica alle tensioni ammissibili. Per tali verifiche si deve fare riferimento alle norme tecniche di cui al D.M. LL. PP. 14.02.92, per le strutture in calcestruzzo e in acciaio, al D.M. LL. PP. 20.11.87, per le strutture in muratura e al D.M. LL. PP. 11.03.88 per le opere e i sistemi geotecnici.

Le norme dette si debbono in tal caso applicare integralmente, salvo per i materiali e i prodotti, le azioni e il collaudo statico, per i quali valgono le prescrizioni riportate nelle presenti norme tecniche.

Le azioni sismiche debbono essere valutate assumendo pari a 5 il grado di sismicità S, quale definito al § B. 4 del D.M. LL. PP. 16.01.1996, ed assumendo le modalità costruttive e di calcolo di cui al D.M. LL. PP. citato, nonché alla Circ. LL. PP. 10.04.97, n. 65/AA.GG. e relativi allegati”.

PerquantononespressamentespecificatoneltestodelleNTC2008èconsentitol’utilizzodinormativedicomprovatavaliditàeadaltridocumentitecnicielencatinelCap.12–NTC2008.InparticolarequellefornitedagliEurocodiciconlerelativeAppendiciNazionalicosti-tuisconoindicazionidicomprovatavalidità.

❱ 2.3. il metodo semiProbabilistico agli stati limitePerStatoLimitesiintendelacondizione,superatalaquale,l’operanonsoddisfapiùle

esigenzeperlequalièstataprogettata.Secondoquandosancitonel§2.1delleNTC2008leopereelevarietipologiestrutturali

devonopossedereiseguentirequisiti: – sicurezza nei confronti di stati limite ultimi (SLU):capacitàdievitarecrolli,perditediequilibrioedissestigravi,totalioparziali,chepossanocomprometterel’incolumitàdelle persone ovvero comportare la perdita di beni, ovvero provocare gravi danniambientaliesociali,ovverometterefuoriserviziol’opera;

– sicurezza nei confronti di stati limite di esercizio (SLE): capacitàdigarantirelepre-stazioniprevisteperlecondizionidiesercizio;

– robustezza nei confronti di azioni eccezionali: capacitàdievitaredannisproporzionatirispettoall’entitàdellecauseinnescantiqualiincendio,esplosioni,urti.

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2. Riferimenti normativi

❱ 2.4. stati limite ultimi (slu)PerStatoLimiteUltimosiintendequelvaloreoltreilqualelastrutturacollassa.IprincipaliStatiLimiteUltimi(§2.2.1NTC2008)sono:a) perditadiequilibriodellastrutturaodiunasuaparte;b) spostamentiodeformazionieccessive;c) raggiungimentodellamassimacapacitàdiresistenzadipartidistrutture,collegamen-

ti,fondazioni;d) raggiungimentodellamassimacapacitàdiresistenzadellastrutturanelsuoinsieme;e) raggiungimentodimeccanismidicollassoneiterreni;f) rotturadimembratureecollegamentiperfatica;g) rotturadimembratureecollegamentiperaltrieffettidipendentidaltempo;h) instabilitàdipartidellastrutturaodelsuoinsieme.

❱ 2.5. stati limite di esercizio (sle)PerStatoLimitediEsercizio si intendequelvaloreoltre ilquale la strutturaperdedi

funzionalità.IprincipaliStatiLimitediEsercizio(§2.2.2NTC2008)sono:a) danneggiamentilocali(ades.eccessivafessurazionedelcalcestruzzo)chepossano

ridurreladurabilitàdellastruttura,lasuaefficienzaoilsuoaspetto;b) spostamentiedeformazionichepossanolimitarel’usodellacostruzione,lasuaeffi-

cienzaeilsuoaspetto;c) spostamenti e deformazioni chepossano compromettere l’efficienza e l’aspettodi

elementinonstrutturali,impianti,macchinari;d) vibrazionichepossanocomprometterel’usodellacostruzione;e) danniperfaticachepossanocompromettereladurabilità;f) corrosionee/oeccessivodegradodeimaterialiinfunzionedell’ambientediesposi-

zione;

❱ 2.6. valutazione delle sicurezzaNelmetodosemiprobabilisticoaglistatilimite,lasicurezzastrutturaledeveessereveri-

ficatatramiteilconfrontotralaresistenzael’effettodelleazioni.Perlasicurezzastrutturale(§2.3NTC2008),laresistenzadeimaterialieleazionisonorappresentatedaivaloricaratte-ristici,Rki e Fkjdefiniti,rispettivamente,comeilfrattileinferioredelleresistenzeeilfrattile(superioreoinferiore)delleazionicheminimizzanolasicurezza.Ingenere, ifrattilisonoassuntiparial5%.Perlegrandezzeconpiccolicoefficientidivariazione,ovveropergran-dezzechenonriguardinounivocamenteresistenzeoazioni,sipossonoconsiderarefrattilial50%(valorimediani).

Laverificadellasicurezzaneiriguardideglistatilimiteultimidiresistenzasieffettuaconil“metododeicoefficientiparziali”disicurezzaespressodallaequazioneformale:

Rd≥Ed

dove:

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acciaio – calcolo e verifica di solai e coperture

– Rdèlaresistenzadiprogetto,valutatainbaseaivaloridiprogettodellaresistenzadeimaterialieaivalorinominalidellegrandezzegeometricheinteressate;

– Edèilvalorediprogettodell’effettodelleazioni,valutatoinbaseaivaloridiprogettoFdj=Ekj ·γEjdelleazionicomeindicatonel§2.5.3,odirettamenteEdj=Ekj·γEj.

Icoefficientiparzialidisicurezza,γMieγFj,associatirispettivamentealmaterialei-esimoeall’azionej-esima,tengonoincontolavariabilitàdellerispettivegrandezzeeleincertezzerelativealletolleranzegeometricheeallaaffidabilitàdelmodellodicalcolo.

Laverificadellasicurezzaneiriguardideglistatilimitedieserciziosiesprimecontrollan-doaspettidifunzionalitàestatotensionale.

❱ 2.7. la classificazione delle azioniSidefinisceazioneognicausao insiemedicausecapacedi indurrestati limite inuna

struttura.AisensidelleNTC2008(§2.5.1.3)leazionicheagisconosullestrutturesonoclassificate

secondolavariazionedellalorointensitàneltempo,equindisidividonoin:1) Azioni permanenti (G):azionicheagisconodurantetuttalavitanominaledellaco-

struzione, lacuivariazionedi intensitànel tempoècosìpiccolae lentadapoterleconsiderareconsufficienteapprossimazionecostantineltempo: – peso proprio di tutti gli elementi strutturali; peso proprio del terreno, quando

pertinente;forzeindottedalterreno(esclusiglieffettidicarichivariabiliappli-catialterreno);forzerisultantidallapressionedell’acqua(quandosiconfigurinocostantineltempo)(G1);

– pesopropriodituttiglielementinonstrutturali(G2); – spostamentiedeformazioniimposti,previstidalprogettoerealizzatiall’attodel-

lacostruzione; – pretensioneeprecompressione(P); – ritiroeviscosità; – spostamentidifferenziali;

2) Azioni variabili (Q):azionisullastrutturaosull’elementostrutturaleconvaloriistan-taneichepossonorisultaresensibilmentediversifraloroneltempo: – dilungadurata:agisconoconun’intensitàsignificativa,anchenoncontinuativa-

mente,peruntemponontrascurabilerispettoallavitanominaledellastruttura; – dibrevedurata:azionicheagisconoperunperiododitempobreverispettoalla

vitanominaledellastruttura;3) Azioni eccezionali (A):azionichesiverificanosoloeccezionalmentenelcorsodella

vitanominaledellastruttura; – incendi; – esplosioni; – urtiedimpatti;

4) Azioni sismiche (E): azioniderivantidaiterremoti.

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2. Riferimenti normativi

❱ 2.8. la caratterizzazione delle azioni elementariSi definisce valore caratteristicoQk di un’azionevariabile il valore corrispondente ad

unfrattileparial95%dellapopolazionedeimassimi,inrelazionealperiododiriferimentodell’azionevariabilestessa.

Nelladefinizionedellecombinazionidelleazionichepossonoagirecontemporaneamen-te,iterminiQkjrappresentanoleazionivariabilidellacombinazione,conQk1azionevariabi-ledominanteeQk2,Qk3,…azionivariabilichepossonoagirecontemporaneamenteaquelladominante.LeazionivariabiliQkjvengonocombinateconicoefficientidicombinazioney0j,y1j e y2j,icuivalorisonofornitinellaseguentetabella,peredificicivilieindustrialicorrenti.

categoria/azione variabile ψ0j ψ1j ψ2j

CategoriaA Ambientiadusoresidenziale 0,7 0,5 0,3

CategoriaB Uffici 0,7 0,5 0,3

CategoriaC Ambientisuscettibilidiaffollamento 0,7 0,7 0,6

CategoriaD Ambientiadusocommerciale 0,7 0,7 0,6

CategoriaE Biblioteche,archivi,magazzinieambientiadusoindustriale 1,0 0,9 0,8

CategoriaF Rimesseeparcheggi(perautoveicolidipeso≤30kN) 0,7 0,7 0,6

CategoriaG Rimesseeparcheggi(perautoveicolidipeso>30kN) 0,7 0,5 0,3

CategoriaH Coperture 0,0 0,0 0,0

Vento 0,6 0,2 0,0

Neve(aquota≤1000ms.l.m.) 0,5 0,2 0,0

Neve(aquota>1000ms.l.m.) 0,7 0,5 0,2

Variazionitermiche 0,6 0,5 0,0

Valori dei coefficienti di combinazioneTabella 2.5.I – NTC 2008

❱ 2.9. le combinazioni delle azioniLeverificheaglistatilimitedevonoessereeseguitepertuttelepiùgravosecondizionidi

caricochepossonoagiresullastruttura,valutandoglieffettidellecombinazionidicarico.AisensidelleNTC2008(§2.5.3)siavrà: – Combinazione fondamentale, impiegata per gli SLU:

γG1 ⋅G1+ γG2 ⋅G2 + γG2 ⋅P+ γQ1 ⋅Qk1+ γQ2 ⋅ ψ02 ⋅Qk2 + ⋅ γQ3 ⋅ ψ03 ⋅Qk3 + ...

– Combinazione rara, impiegata per gli SLE irreversibili, da utilizzarsi nelle verifiche alle tensioni ammissibili:

G1+G2 + P+Qk1+ψ02 ⋅Qk2 + ⋅ ψ03 ⋅Qk3 + ...

– Combinazione frequente, impiegata per gli SLE reversibili:G1+G2 + P+ψ11 ⋅Qk1+ψ22 ⋅Qk2 + ⋅ ψ23 ⋅Qk3 + ...

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acciaio – calcolo e verifica di solai e coperture

– Combinazione quasi permanente, impiegata per gli SLE:

G1+G2 + P+ψ21 ⋅Qk1+ψ22 ⋅Qk2 +ψ23 ⋅Qk3 + ...

– Combinazione sismica, impiegata per gli SLU e gli SLE connessi all’azione sismica “E”:

E+G1+G2 + P+ψ21 ⋅Qk1+ψ22 ⋅Qk2 + ...

– Combinazione eccezionale, impiegata per gli SLU connessi alle azioni eccezionali di progetto “Ad”(§3.6):

G1+G2 + P+Ad +ψ21 ⋅Qk1+ψ22 ⋅Qk2 + ...

Nellecombinazioniperglistatilimitediesercizio(SLE)icarichiQkisonoomessipoichédannouncontributofavorevoleaifinidelleverifiche.

Nelleverificheaglistatilimiteultimi(SLU)sidistinguono: – lostatolimitediequilibriocomecorporigido:equ; – lostatolimitediresistenzadellastrutturacompresiglielementidifondazione:str; – lostatolimitediresistenzadelterreno:geo.

Per leverificheneiconfrontidello stato limiteultimodiequilibriocomecorpo rigido(EQU)siutilizzanoicoefficientiparzialiγFrelativialleazioniriportatinellacolonnaEQUdellaTabella2.6.IdelleNTC2008.

Coefficienti gf

equ a1 str

a2 geo

Carichipermanenti favorevolisfavorevoli gG1

0,91,1

1,01,3

1,01,0

Carichipermanenti nonstrutturali(1)

favorevolisfavorevoli gG2

0,01,5

0,01,5

0,01,3

Carichivariabilifavorevoli favorevolisfavorevoli gQi

0,01,5

0,01,5

0,01,3

(1) Nelcasoincuiicarichipermanentinonstrutturali(ades.carichipermanentiportati)sianocom-piutamentedefinitisipotrannoadottareperessiglistessicoefficientivalidiperleazionipermanenti.

Coefficienti parziali per le azioni o per l’effetto delle azioni nelle verifiche SLU Tabella 2.6.I – NTC 2008

dove: – γG1èilcoefficienteparzialedelpesopropriodellastruttura,nonchédelpesopropriodelterrenoedell’acqua,quandopertinenti;

– γG2èilcoefficienteparzialedeipesiproprideglielementinonstrutturali; – γQièilcoefficienteparzialedelleazionivariabili.