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RISOLUZIONE DI UN SISTEMA IPERSTATICO MEDIANTE IL METODO DELLE FORZE

Per la risoluzione dello schema statico qui rappresentato verrà applicato il metodo delle forze, che prevede di declassare vincoli fino a raggiungere l'isostaticità e sostituendoli con forze incognite, che corrispondono alle reazione che i vincoli appena esclusi fornirebbero come risposta ai carichi agenti.

La scelta dei vincoli da declassare è dettata dalla conoscenza del valore di abbassamenti e rotazioni nelle condizioni di carico e schema strutturale che si presenta. In questo caso trasformare le cerniere esterne in cerniere interne aggiungendo dei momenti agenti a destra e a sinistra risolve il problema agevolmente: i momenti infatti ripristinano la condizione di vincolo esclusa, garantendo la simmetria delle rotazioni a destra e a sinistra della cerniera interna appena inserita. Inoltre è noto il valore della rotazione in quell'ambito. Al contrario, declassando la reazione verticale dei carrelli e sostituendola con delle forze verticali, per risolvere il problema sarebbe stato necessario conoscere gli abbassamenti della trave non solo in mezzeria, ma anche a ¼L (valore valido anche a ¾ della lunghezza per simmetria di condizioni di carico e vincolo). Per arrivare a queste informazioni sarebbe stato necessario applicare il metodo della linea elastica, grazie al quale sono note le informazioni riguardo i valori delle rotazioni e abbassamenti nelle condizioni che si presentano in questo caso. Nel caso del momento applicato all'estremo è importante considerare che non imprime solo una rotazione nel punto in cui è applicato, ma anche una rotazione di entità dimezzata all'altro estremo.

Questo è lo schema alternativo, risultato dell'applicazione del metodo delle forze.

I momenti aggiunti in seguito al declassamento dei vincoli sono ovviamente incogniti. Per trovarne il valore bisogna eguagliare le rotazioni a destra e a sinistra della cerniera, eguaglianza che questi stessi momenti assicurano. Sempre grazie alla simmetria delle condizioni di carico e di vincolo è possibile considerare X₁ = X₃.

Per trovare il valore di X₁ ed X₂ è sufficiente mettere a sistema 2 equazioni ottenute eguagliando le rotazioni a destra e a sinistra dei punti B e C.

trovato il valore dei momenti è possibile calcolare le reazioni vincolari dei 2 sistemi, quello con i momenti e quello con il carico ripartito, considerando la trave sempre come discontinua.

La somma delle reazioni, per il principio di sovrapposizione degli effetti, darà come risultato quelle della struttura obbiettivo dell'esercizio.

Ora è possibile disegnare i grafici del Taglio e del Momento flettente lungo la trave.

Anche se un poco in ritardo, eccomi qui. 

Veniamo direttamente al punto: si deve dimensionare la strutture portante di un solaio a nostra scelta, scegliendo autonomamente la tecnologia: nel mio caso, sarà il legno (è ora che anche qui in italia si inizi ad utilizzarlo consapevolmente e coscientemente!).

Prima di tutto, ho stabilito le dimensioni del solaio di riferimento (6m x 10m), proseguendo poi nello scegliere con cura i vari "strati" del pacchetto solaio, al fine di ottenere una situazione "comune" di carichi, ma anche tecnologicamente efficiente (qui sotto potete vedere la composizione del pacchetto più una piccola keyplan del solaio). 

Il solaio è così composto:

1) Listelli per controsoffitto in legno di FAGGIO, 2cm x 5cm, intervallati tra essi di 2cm (PESO SPECIFICO di 7,5 KN/mc)

2) Struttura metallica per sostegno controsoffitto (PESO SPECIFICO IRRILEVANTE)

3) Travetti in legno lamellare combinato GL24c da dimensionare (PESO SPECIFICO di 3,5 KN/mc)

4) Tavolato di spessore 1,5cm di legno di castagno (PESO SPECIFICO di 4,85 KN/mc)

5) Isolante in fibra di legno 10cm (PESO SPECIFICO di 1,8 KN/mc)

6) Tavolato irrigidente di spessore 1,5cm di legno di abete (PESO SPECIFICO di 3,5 KN/mc)

7) Strato di sottopavimento per i rumori da calpestio (PESO SPECIFICO IRRILEVANTE)

8) Parquet scuro di spessore 1cm (PESO SPECIFICO di 9,5 KN/mc)

E ora, sono cavoli. Ai fini del dimensionamento di una trave, importantissima è la luce che ricopre essa stessa, e la porzione di solaio che deve sorreggere (notare lo schemino nell'immagine precedente, in alto a sinistra.)

Come è chiaro, la trave più sollecitata è quella centrale, che su una luce di 6m, "sostiene" il peso di una porzione di solaio di interasse di 5m (gli altri 5 sono suddivisi 2,5m per ciascuna trave tra le due rimanenti, parallele).

Bene, a noi la nostra amata normativa.  Per dimensionare la trave, dobbiamo sommare le 3 combinazioni di carichi che agiranno su essa, come riportato dalla noramativa: questa suddivide i carichi in Qs (strutturali, come travetti e tavolato), Qp (portati, ossia tutto ciò di cui è composto il solaio, considerando anche il peso dei tramezzi di 1KN/mq e degli impianti di 0,5KN/mq), e Qa (accidentali). Per quest'ultima categoria, ci vengono già dati dei cairichi su mq, a seconda della destinazione d'uso dell'edificio per il quale stiamo progettando la trave; quello da me scelto, è un edificio per civile abitazione, quindi, il valore Qa, come da normativa, è di 2KN/mq).

Come avete notato se FOSSE STATI ATTENTI, il Qa è espresso in KN/mq, e non KN/mc come i materiali precendetemente elencati...e quindi?????  Quindi, con calcolatrice alla mano, moltiplichiamo ogni peso specifico per lo spessore scelto del materiale, in modo da ottenere il peso per superficie dei singoli materiali scelti!! Ora, abbiamo le nostre 3 combinazioni di carico, espresse per forza su unità di superficie, fantastico!!!! 

C'è un però: per fare i precisini, per ogni combinazione di carico, dobbiamo applicare un coefficiente di sicurezza, ossia dei "numeri" che mi vanno ad alterare in modo più sfavorevole, la mia situazione di carico, al fine di ottenere una progettazione con un più alto valore di sicurezza. Nello specifico, chiamati "gamma"  valgono 1.1 per i Qs, e 1,5 per i Qp e Qa.

A noi progettazione!!!  Chiaramente con l'aiuto di un foglio excel, (anzi, IL foglio excel scaricabile da questo sito, nella sezione downloads), avevate dubbi???)

Il foglio excel, è stato da me leggermente modificato, inserendo nelle formule come già detto, i valori "gamma" di sicurezza; ma non solo: ora il foglio è impostato non solo per il calcolo della trave, ma anche PRIMA SU TUTTO IL DIMENSIONAMENTO DEI TRAVETTI, e successivamente per la verifica della trave scelta CONSIDERANDO IL CONTRIBUTO DEL PROPRIO PESO!!!

Infatti, come noterete dalla tabella che segue, prima ho considerato i Qs escludendo i travetti, in modo da poterli CORRETTAMENTE DIMENSIONARE, basandomi su materiale scelto (legno lamellare combinato GL24c).

Una volta dimensionati, li ho inclusi con il proprio peso nel Qs, al fine di dimensionare la trave.

Ma, se mi fossi fermato qui, vedete come dalla seconda riga risulta che avrei necessità di una trave alta 50cm una volta fissata la base... e invece NO!!! Sbagliato, poichè la trave, HA UN PROPRIO PESO, e non indifferente!!

Ergo, sapendo che le travi vengono prodotte generalmente con scarti di 5cm, ho scelto una trave alta 55cm, e ho verificato se questa volta, fosse stata in grada di portare il solaio e se stessa...

Et voilà!!!  TRAVE PROGETTATA E VERIFICATA!

Esercitazione 5

Metodo delle rigidezze – Trave Vierendeel

Una trave Vierendeel puo’ essere idealizzata come equivalente ad uno schema di telaio shear type coricato, in cui i montanti verticali vengono quindi considerati a rigidezza infinita.

Si osservano immediatamente i caratteri di simmetria di cui gode la struttura. Si può così procedere ad analizzarne solo una metà, aspettandoci che gli stessi risultati siano applicabili all’altra. 

Si procede quindi con la definizione delle reazioni vincolari, ricordando la somiglianza con la struttura shear type.

Si hanno ora tutte le informazioni per disegnare il grafico del taglio:

Sempre tenendo presente le somiglianze con il telaio shear type, ci aspettiamo che la legge del momento nei tratti orizzontali abbia un punto di nullo alla metà di ogni tratto. Sapendo inoltre  che tale legge sarà lineare, data la presenza di soli carichi puntuali, per disegnarne il grafico ci occorrono soltanto due valori certi per i quali far passare una retta. Si scelgono per comodità  quelli agli estremi, che saranno uguali in modulo e di segni opposti. Infatti si può scrivere l’equazione di equilibrio dei momenti rispetto ad l/2, dove la risultante sappiamo che sarà nulla (perché il grafico ha un nullo). 

Da cui otteniamo tali risultati:

Per ottenere i valori del momento per i tratti verticali, invece, imponiamo l’equilibrio dei nodi:

N.B. Per ragioni di simmetria, escludiamo a priori la possibilità che il montante verticale centrale sia soggetto a momento.

Andando quindi a ricomporre le due parti della struttura si ottengono  i seguenti diagrammi: