L'obiettivo dell'esercitazione è dimensionare la trave più sollecitata attraverso l'utilizzo di tre tecnologie costruttive differenti: ACCIAO - LEGNO - CLS.
Si prende in esame una pianta destinata ad uso residenziale e tramite l'orditura del solaio si trova:
- Area di Influenza = 30 mq
- Luce = 6 m
- Interasse = 5 m
Per prima cosa bisogna determinare tutti i carichi agenti sulle tre tipologie di solaio, prendendo in analisi 1m2 di solaio, rappresentato in sezione:
- qs_carico strutturale: è il carico dovuto al peso proprio di tutti gli elementi strutturali.
- qp_carico permanente: è il carico dovuto al peso proprio di tutti gli elementi che gravano sulla struttura del solaio e non hanno funzione portante.
- qa_carico accidentale: è il carico definito dalla normativa NTC20008-Norme tecniche per le costruzioni-D. M. 14 Gennaio 2008 e definisce i carichi d'esercizio che l'edificio svolge.
Per ricavare il qtot non si può solamente sommare i diversi carichi trovati ma bisogna moltiplicarli con dei coefficienti moltiplicativi come vuole la normativa:
qtot = 1,3xqs + 1,5xqp + 1,5xqa = KN/m2
Per ricavare il carico agente sulla trave in esame bisogna moltiplicare il qtot con l'interasse, così facendo si ricava qu.
qu = qtot x i = KN/m
Si determina il momento massimo che agisce sulla trave, ed essendo la nostra trave doppiamente appoggiata già sappiamo il valore di Mmax= (qu l2)/8.
Adesso ricavo tutti i valori elencati per ogni differente tecnologia utilizzata in modo da poter dimensionare correttamente la sezione della trave.
Dimensionamento trave in ACCIAIO:
Per prima cosa trovo la dimensione dei travetti con interasse=1m e luce=5m
qP = 0,19 + 0,6 + 0,03 + 1,0 + 0,5 = 2,32 KN/m2
- pavimentazione in gres porcellanato: 0,19 KN/m2
- massetto di tipo tradizionale: 0,03 m x 20 KN/m3 = 0,6 KN/m2
- isolamento acustico ACUSTIC SYSTEM 7: 0,03 KN/m2
- tramezzi: 1,0 KN/m2
- impianti: 0,5 KN/m2
qs = 2,44 KN/m2
- lamiera grecata mod. E/S 4000 e getto di calcestruzzo h 12 cm : 2,44 KN/m2
qa = 2 KN/m2 ambienti ad uso residenziale
Calcolato il qu, moltiplicato per l’interasse, e il Mmax scelgo il tipo di acciaio con cui andrò a progettare i travetti.
Il valore che distingue un acciaio dall’altro è la tensione caratteristica di snervamento, fyk, che individua la classe di resistenza del materiale.
fyk = 275 MPa.
Questo valore dovrò dividerlo con il coefficiente parziale di sicurezza γs= 1,05 per ottenere la tensione di progetto fyd.
fyd = fyk / γs
Adesso posso dimensionare il travetto perchè i dati richiesti per trovare il modulo di resistenza a flessione minimo sono fyd e Mmax.
Wxmin = Mmax / fyd
Wxmin è il valore minimo che la sezione deve avere affinchè nessuna fibra del materiale superi la tensione dl progetto. Questo valore viene ingegnerizzato andando ad aggiungere il peso proprio nei successivi calcoli e scelto un valore del modulo di resistenza a flessione superiore a Wxmin , compatibile con i profili esistenti sul mercato (profilati IPE).
Wxmin =115,17 cm3 Wx di progetto è IPE 180
Calcolo con il peso proprio dei travetti:
qs = 2,44 + 0,188 = 2,628 KN/m2
- lamiera grecata mod. E/S 4000 e getto di calcestruzzo h 12 cm : 2,44 KN/m2
- travetto IPE 180 : 0,188 KN/m > 0,188 (KN/m) / 1 (m_interasse) = 0,188 KN/m2
Ottengo Wxmin =118,08 cm3 e quindi il dimensionamento risulta corretto.
Adesso effettuo gli stessi calcoli per andare a trovare la sezione della TRAVE con interasse=5m e luce=6m.
Wxmin =850,41 cm3 Wx di progetto è IPE 360
Calcolo con il peso proprio della trave:
qs = 2,44 + 0,188 +0,1142 = 2,742 KN/m2
- lamiera grecata mod. E/S 4000 e getto di calcestruzzo h 12 cm : 2,44 KN/m2
- travetto IPE 180 : 0,188 KN/m2
- travetto IPE 180 : 0,571 KN/m > 0,571 (KN/m) / 5 (m_interasse) = 0,1142 KN/m2
Ottengo Wxmin =823,06 cm3 e quindi il dimensionamento risulta corretto.
Dimensionamento trave in LEGNO:
Per prima cosa trovo la dimensione dei travetti con interasse=1m e luce=5m:
qP = 0,216 + 0,6 + 0,03 + 1,0 + 0,5 + 0,9 = 3,306 KN/m2
- pavimentazione in parquet di rovere: 0,03 m x 7,2 KN/m3 = 0,216 KN/m2
- massetto di tipo tradizionale: 0,03 m x 20 KN/m3 = 0,6 KN/m2
- isolamento acustico ACUSTIC SYSTEM 7: 0,03 KN/m2
- caldana: 0,04 m x 24 KN/m3 = 0,96 KN/m2
- tramezzi: 1,0 KN/m2
- impianti: 0,5 KN/m2
qs = 0,21 KN/m2
qa = 2 KN/m2 ambienti ad uso residenziale
Calcolato il qu , moltiplicato per l'interasse, e il Mmax scelgo la tecnologia del legno, in questo caso lamellare, in modo da ricavare la resistenza a flessione fmk guardando la normativa.
Si sceglie il legno lammellare GL24h con fmk = 24.
Il kmod è un coefficiente diminuitivo dei valori di resistenza del materiale che tiene conto l’effetto della durata del carico e delle condizioni di umidità dove la struttura viene esercitata. Questo si ricava dalla normativa scegliendo la durata del carico (Permanente più di 10 anni) e la classe di servizio ( classe di servizio 1, appartengono a tale classe gli elementi lignei protetti contro le intemperie come quelli posti all’esterno degli edifici in ambienti condizionali). Trovo kmod= 0,60.
γm è il coeficiente parziale di sicurezza relativo al materiale e lo ritroviamo in questa tabella.
Prendo γm= 1,45.
Trovati questi valori posso calcolare la tensione di progetto fd, attraverso la formula:
fd= (kmodxfmk)/γm
Posso ricavare la sezione rettangolare dei travetti sapendo che nel legno i dati necessari per calcolare l’altezza sono b, Mmax e fd.
hmin = (Mmax/b)^0.5 x (6/ fd)^0.5
Approssimando le dimensioni trovate ottengo un travetto di dimensioni 20x30cm.
Effettuo nuovamente i calcoli con il foglio elettronico aggiungendo il carico dei travetti al carico strutturale per verificare il risultato precedentemente ottenuto:
qs = 0,21 + 0,036 = 0,246 KN/m2
- travetti : 1 x 0,20m x 0,30m x 0,6 KN/m3 = 0,036 KN/m2
Ottengo un’altezza pari al dimensionamento precedentemente ipotizzato, risulta corretto.
Adesso effettuo gli stessi calcoli per andare a trovare la sezione della TRAVE con interasse=5m e luce=6m.
Trovo la trave ingegnerizzata 30x65 cm. Ricalcolo aggiungendo il peso proprio al qs , quindi si calcola il nuovo momento e così si verifica la resistenza della trave.
Il peso specifico del legno lamellare classe GL 24 h è 3,80 kN/ mc
qs = 0,21 + 0,036 + 0,74 = 0,986 KN/m2
- trave: 0,3 m x 0,65 m x 3,80 KN/m3 = 0,74 KN/m2
Il dimensionamento risulta corretto.
Dimensionamento trave in CLS:
qP = 0,19 + 0,6 + 0,03 + 0,13 + 1,0 + 0,5 = 2,45 KN/m2
- pavimentazione in gres porcellanato: 0,19 KN/m2
- massetto di tipo tradizionale: 0,03 m x 20 KN/m3 = 0,6 KN/m2
- isolamento acustico ACUSTIC SYSTEM 7: 0,03 KN/m2
- intonaco: 0,13 KN/m2
- tramezzi: 1,0 KN/m2
- impianti: 0,5 KN/m2
qs = 3,19 + 0,053 = 3,243 KN/m2
- pignatta 20x40x25 + caldana 5 cm : 3,19 KN/m2
- rete elettrosaldata (maglia 15cmx15cm ø8): 5,3 Kg/m2 = 0,053 KN/m2
qa = 2 KN/m2 ambienti ad uso residenziale
Questa sezione ha bisogno di più informazioni rispetto alle prime due, poichè il materiale non è omogeneo ma è composto da cls e acciaio. Quindi si sceglierà la classe di resistenza dell’acciaio fyk e quella del calcestruzzo fck .
L'acciaio da cemento armato ordinario comprende barre e reti e tralicci elettrosaldati del tipo B450A e B450C. Quest'ultima classe di acciaio deve essere obbligatoriamente utilizzata in zona sismica.
Scelgo la classe B450C che ha una resistenza di snervamento pari a 450 MPa e un limite di rottura di 540 MPa. Il coefficiente parziale di sicurezza relativo di questo tipo di acciaio è γs = 1,15.
Posso calcolare la tensione di progetto dell’acciaio:
fyd = fyk / γs
Per trovare invece la tensione di progetto del calcestruzzo abbiamo bisogno di fck (C 40/50), resistenza cilindrica del calcestruzzo ,ovvero quando viene calcolata la resistenza a compressione di un provino di forma cilindrica, il coefficiente di sicurezza del calcestruzzo γc = 1,5 e il coefficiente riduttivo per le resistenze di lunga durata αcc = 0,85.
fcd = αcc (fck / γc )
Si può determinare l’altezza utile della sezione, ovvero la distanza tra l'armatura tesa e il lembo compresso della sezione in cemento armato. Normalmente differisce dall'altezza effettiva della sezione per il valore del copriferro. Imposto una lunghezza di base di 30 cm.
hu = r (M/ fcd x b)^0.5 = 36,61 cm
Ora, si può calcolare Hmin tenendo conto del valore del copriferro. Il copriferro indica una porzione di calcestruzzo, generalmente di pochi centimetri, la cui funzione è quella di proteggere i ferri dell'armatura dagli agenti atmosferici.
Hmin = hu + δ = 41,61 cm
Nel caso del calcestruzzo armato le sezioni vengono ingegnerizzate portando l’altezza alla decina immediatamente superioire al valore minimo, dunque 41,61 cm si ingegnerizza in 50 cm.
Le caselle aggiuntive calcolano il peso proprio della trave, questo andrà aggiunto nel qu moltiplicato per il fattore di sicurezza 1,3 per verificare che il dimensionamento sia corretto.
L’altezza risultà minore rispetto a quella precedentemente calcolata (43,21<50), dunque la sezione risulta corretta.
Commenti recenti