Lezione del 4 dicembre 2014 dell'Ing. Luca Romano al Corso di Costruzioni Metalliche, Facolta' di Ingegneria Civile e Industriale, Universita' degli Studi di Roma La Sapienza.
1. Corso di Costruzioni Metalliche A.A. 2014 – 2015
Docente: Prof. Ing. Franco Bontempi
Annuncio Seminario: 4 dicembre 2014, Aula 17, ore 16.00-19.00
Ing. Luca ROMANO
Direttore Tecnico I QUADRO INGEGNERIA – GENOVA
PROGETTO STRUTTURE METALLICHE
Uffici direzionali di Fiera Milano, 2010
2. PROGETTO STRUTTURE METALLICHE
Il quadro Normativo attuale: DL 163/2006 Codice dei contratti pubblici
DPR 207/2010 Regolamento appalti
NTC 2008 testo Unico Strutture
Bandi di progettazione ed incarichi
Livelli di progettazione
Progetto esecutivo: contenuti e appalto
Concept Design:
- Analisi del Contesto
- Predimensionamenti
- divisione in conci, costruibilità, trasportabilità, montaggio
- problematiche d’officina
- saldature e controlli
- protezione
NTC 2008 - Ponti
Esempio: Strutture Edificio Fiera Milano
Esempio: Ponte ad arco ad Albenga
3. DPR 380/2001 Testo Unico delle disposizioni legislative e regolamenti in
materia edilizia”.
● La stazione appaltante (Comune, Provincia, ecc.) deve stilare un Programma
triennale di interventi, da cui anno per anno estrapola l’Elenco annuale delle opere,
che sono inseribili solo se finanziate.
La stazione appaltante nomina un responsabile del procedimento RUP (ingegnere
capo del Comune, Provincia, ecc.) che supervisiona il progetto e ne coordina le varie
fasi.
I progetti non possono essere appaltati se non sono esecutivi (eseguibili senza
l’intervento di un altro progettista) e devono essere validati (art.112, DL 163 e
art.44:59, DPR 207/2010)
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PROGETTO STRUTTURE METALLICHE - PONTI
Ing. Luca ROMANO, libero professionista - Albenga
Direttore Tecnico I QUADRO INGEGNERIA – GENOVA
QUADRO NORMATIVO
DL 163/2006 Codice dei contratti pubblici (appalti)
DPR 207/2010 Regolamento appalti
NTC 2008 “Norme tecniche per le costruzioni e Circolare applicativa”
DL 81/2008 Testo Unico per la sicurezza
PRINCIPI FONDAMENTALI
ing. Luca Romano - 2014
4. Affidamento fiduciario diretto da parte del RUP per incarichi inferiori a 40.000
euro (art.125 comma 11, DL 163)
incarico sulla base di elenco progettisti dell’Ente, con richiesta offerta ad
almeno 5 professionisti, per incarichi tra i 40.000 ed i 100.000 euro (art.91
comma 2, DL 163)
bando di gara nazionale per procedura aperta, per incarichi tra i 100.000 ed i
200.000 euro (art.91 comma 1, DL 163)
gara comunitaria per incarichi oltre i 200.000 euro (art.91 comma 1, DL 163)
concorso di progettazione o di idee (progetti di particolare rilevanza) (art.91
comma 5, DL 163)
Criterio per l’aggiudicazione dell’appalto è quello dell’offerta economicamente più
vantaggiosa (art.83 DL 163), il bando di gara stabilisce dei punteggi per merito
tecnico (curriculum e progetti analoghi), caratteristiche qualitative (relazione
metodologica del progetto), ribasso percentuale sul prezzo offerto.
Affidamento:
Una volta espletata la gara, la progettazione viene affidata sulla base di un
disciplinare d’incarico, dove vengono esplicitate le prestazioni da effettuare, i tempi, i
pagamenti per ogni fase, le penali per i ritardi, ecc.
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INCARICO DI PROGETTAZIONE
Gara: la stazione appaltante (Comune, Provincia, ecc.) può affidare incarichi con:
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5. Ottenuto l’incarico, il progetto si svolge su diversi livelli, indicati dal Regolamento
degli Appalti:
Dopo ogni livello progettuale, l’Amministrazione appaltante, col suo RUP
(Responsabile Unico del Procedimento), procedono all’analisi ed approvazione della
fase progettuale, dando indicazioni circa le modifiche da sviluppare negli
approfondimenti delle successive fasi.
●NOTA: ogni progetto di opera pubblica deve andare in Conferenza dei Servizi, che
è il luogo deputato a riunire i vari Enti (Beni Ambientali, Comunità Montana,
Forestale, Polizia Idraulica, Demanio, Provincia, Regione ecc.) per esprimersi sul
progetto. Si ha una prima riunione (referente) sul progetto preliminare ed una
deliberante su quello definitivo.
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Progettazione:
- preliminare
- definitivo
- esecutivo
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6. Il progetto preliminare stabilisce i profili e le caratteristiche più significative degli
elaborati dei successivi livelli di progettazione, in funzione delle dimensioni
economiche e della tipologia e categoria dell’intervento.
Dopo aver selezionato le soluzioni più efficaci nel contemperare le prestazioni attese,
e dopo i primi sopralluoghi, le ipotesi redatte verranno tradotte in progetto preliminare
ai sensi di quanto prescritto dal D.P.R. 207/2010
Gli studi e gli elaborati che verranno prodotti saranno in linea di massima i seguenti:
- Relazione tecnico illustrativa (descrizione intervento, scelte, disponibilità aree,
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CONTENUTI DEI TRE LIVELLI DI PROGETTAZIONE:
Progetto preliminare (art. 17:23, D.P.R. 207/2010)
cronoprogramma)
- Relazione geologica, geotecnica, idrologica, idraulica e sismica
- Studio di prefattibilità ambientale (foto, fotomontaggio, schede varie)
- Indagini archeologiche preliminari
- Inquadramento territoriale, scala 1:10000
- Planimetria generale, scala 1:2000
- Planimetria, scala 1:500
- Sezioni tipo, scala 1:50
- Rilievo plano-altimetrico
- Sovrapposizione mappa catastale – rilievo - opere di progetto
- Rilievo dei sottoservizi (fognatura, acquedotto, enel, illuminazione pubblica,
gas, telecom, ecc.)
- Planimetria, sezioni e prospetto-stato attuale e di progetto
- Schemi strutturali
- Piano particellare di esproprio
- Documentazione fotografica
- Prime indicazioni e disposizioni per la stesura dei piani di sicurezza
- Calcolo sommario della spesa e quadro economico
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7. Il progetto definitivo, redatto sulla base delle indicazioni del progetto preliminare
approvato e di quanto emerso in sede di eventuale conferenza dei servizi, contiene
tutti gli elementi necessari ai fini del rilascio della concessione edilizia,
dell’accertamento di conformità urbanistica o di altro atto equivalente.
Gli studi e gli elaborati che verranno prodotti saranno i seguenti:
- Computo dei movimenti di terra
- Computo metrico estimativo
- Quadro economico con indicazione dei costi della sicurezza
- Studio della viabilità di accesso al cantiere, con eventuali soluzioni provvisorie
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Progetto definitivo (art. 24:32, D.P.R. 207/2010)
- Relazione tecnico illustrativa del progetto
- Rilievo plano altimetrico generale dell’area di intervento, scala 1:500
- Planimetria catastale dell’area oggetto di intervento, scala 1:2000
- Studio di fattibilità ambientale
- Relazione geologica
- Relazione geotecnica
- Relazione sismica
- Relazione idraulica
- Planimetria generale di progetto, scala 1:1000
- Profili longitudinali (scala 1:1000/1:100)
- Sezioni trasversali 1:100
- Planimetria dei lotti di intervento, scala 1:500
- Planimetria delle opere viabilistiche, scala 1:1000
- Sezioni tipo delle opere viabilistiche, scala 1:50
- Planimetria posizionamento delle barriere di sicurezza stradale, scala 1:1000
- Planimetria degli arredi e delle pavimentazioni, scala 1:1000
- Planimetria del progetto illuminotecnico, scala 1:1000
- Planimetria degli impianti tecnologici, scala 1:1000
- Schema dell’accessibilità per i portatori di handicap
- Viste prospettiche di assieme e dettaglio
- Calcoli preliminari strutturali con una relazione di calcolo
- Calcolo preliminare degli impianti
- Impostazioni strutturali
- Carpenterie scala 1:50
- Disciplinare prescrittivo e prestazionale degli elementi tecnici
- Eventuale piano particellare di esproprio e planimetria delle aree da occupare
(scala 1:500)
e conseguente minimizzazione delle interferenze con il traffico locale, gli
operatori edilizi e l’ambiente
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8. Il progetto esecutivo costituisce la ingegnerizzazione di tutte le lavorazioni e,
pertanto, definisce compiutamente ed in ogni particolare architettonico, strutturale ed
impiantistico l’intervento da realizzare. Restano esclusi soltanto i piani operativi di
cantiere, i piani di approvvigionamenti, nonché i calcoli e i grafici relativi alle opere
provvisionali. Il progetto è redatto nel pieno rispetto del progetto definitivo nonché
delle prescrizioni dettate in sede di rilascio della concessione edilizia o di
accertamento di conformità urbanistica, o di conferenza di servizi o di pronuncia di
compatibilità ambientale ovvero il provvedimento di esclusione delle procedure, ove
previsti.
Gli elaborati relativi al progetto esecutivo saranno redatti conformemente con quanto
prescritto dal D.P.R. 207/2010.
Gli studi e gli elaborati che verranno prodotti saranno i seguenti:
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Progetto esecutivo (art. 33:43, D.P.R. 207/2010)
- Relazione generale
- Relazione tecnico specialistiche
- Relazione tecnico-illustrativa
- Inquadramento territoriale scala 1:10000
- Planimetria generale di progetto, scala 1:1000
- Planimetrie di dettaglio, scala 1:200
- Planimetria delle opere viabilistiche, scala 1:1000
- Sezioni tipo delle opere viabilistiche, scala 1:50
- Profili longitudinali scala 1:1000/1:100
- Sezioni trasversali scala 1:100
- Dettagli costruttivi delle opere viabilistiche, opere d’arte e particolari costruttivi
scala 1:20
- Planimetria degli arredi e delle pavimentazioni, scala 1:1000
- Dettagli costruttivi degli arredi e delle pavimentazioni, scala 1:20
- Planimetria del progetto illuminotecnico, scala 1:1000
- Dettagli costruttivi dei corpi illuminanti, scala 1:20
- Planimetria degli impianti tecnologici, scala 1:1000
- Calcoli esecutivi degli impianti
- Calcoli esecutivi strutturali con relazione di calcolo
ing. Luca Romano - 2014
9. 7
- Tracciamento
- Impostazione strutturale, scala 1:50
- Carpenterie scala 1:50
- Orditure scala 1:50
- Dettagli strutturali, scala 1:10
- Piano di manutenzione dell’opera e delle sue parti
- Piano di sicurezza e di coordinamento in fase di progetto con crono
programma fasi di sicurezza e computo sicurezza
- Computo metrico estimativo
- Computo dei movimenti di terra
- Quadro economico
- Crono programma dei lavori
- Elenco dei prezzi unitari
- Analisi dei prezzi
- Quadro di incidenza percentuale della quantità di manodopera per le diverse
categorie in cui scomporre l’opera
- Schema di contratto
- Capitolato speciale d’appalto, comprensivo delle categorie specialistiche per
l’esecuzione dei lavori con specifico riferimento alla componentistica
prefabbricata
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10. Lavori a corpo: stipulabili per ogni tipo di lavoro, appaltabili con ribasso unico
sull’importo dei lavori a base d’asta oppure mediante offerta a prezzi unitari
Lavori a corpo e a misura: stipulabili per ogni tipo di lavoro.
La parte a misura si usa quando si hanno particolari categorie di lavoro difficilmente
quantificabili in esecutivo.
Sono appaltabili mediante offerta a prezzi unitari
Il codice dei contratti predilige gli appalti a corpo; spesso si fanno a corpo e a misura,
prevedendo a misura le opere interrate (difficili da stimare e computare) ed a corpo
tutte le opere fuori terra.
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● Tipologie di appalto: a corpo, a misura, a misura e a corpo.
Lavori a misura: sono ammessi solo per opere di manutenzione e restauro
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11. A corpo: il corrispettivo consiste in una somma determinata, fissa ed invariabile,
riferita all’opera nel suo complesso. Si creano varie categorie di lavoro omogenee
(es. fondazioni, murature, carpenteria metallica, ecc.) le si quantifica in maniera
definitiva, le si prezza ed i corpi che ne derivano sono invariabili, anche nella quantità
(l’appaltatore si accolla il rischio delle quantità).
I corpi d’opera devono essere ben individuati sia nel computo che nei disegni, I corpi
d’opera caratterizzano l’appalto, il contratto e la sua successiva contabilità.
A misura: il corrispettivo corrisponde all’individuazione del prezzo per ogni unità di
misura di lavorazione o di opera finita, quindi l’importo dei lavori è variabile ed il
rischio delle diverse quantità resta a carico del committente.
Bando di gara di appalto: deve indicare l’importo complessivo dei lavori
e la relativa categoria prevalente del tipo di lavorazione ( quella di importo maggiore),
oltre a tutte quelle che superano il 10% dell’importo a base d’asta, tutte con i relativi
importi. Questo perché esistono le qualificazioni per le Imprese solo per determinati
lavori ed esiste una limitata possibilità di subappaltare (max. 30%). In più esistono
categorie speciali (impiantistica, strutture prefabbricate, strutture speciali) che sono
specificate nel bando e che non possono essere subappaltabili, quindi l’impresa deve
possederne le qualifiche o costituire un’ATI (Associazione Temporanea d’Imprese)
con ditte qualificate, per poter partecipare all’appalto.
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ing. Luca Romano - 2014
12. 1
ing. Luca Romano – 2014
CONCEPT DESIGN
Ing. Luca ROMANO, libero professionista - Albenga
Direttore Tecnico I QUADRO INGEGNERIA – GENOVA
Sopralluogo:
ascoltare le esigenze dell’Amministrazione
capire il contesto e le problematiche
documentazione propedeutica:
cartografia (strumenti urbanistici, CTR, catasto, …)
relazione geologica e sondaggi
relazione idraulica eventuale
rilievo strumentale su base CAD
primi studi:
2:3 idee da sottoporre all’Amministrazione, stimandone i costi, illustrandone i pro ed
i contro, ecc.
Farsi indicare il prezziario da usare
Rendering e fotomontaggio della soluzione scelta o delle ipotesi fatte (esempio)
13. 2
Predimensionamento:
-esperienza, tabelle rapporti luce/altezza
-modelli semplici “a mano”, controllo flessione, taglio, torsione, deformabilità
(Santarella, Massonet-Bares, Manuali ingegnere vari)
ing. Luca Romano – 2014
→ dimensionamento
Carichi:
Pesi propri: da predimensionamento
Sovraccarichi permanenti: studio progetto, pacchetti, ecc.
Sovraccarichi accidentali: NTC 2008
Calcolo:
- Elementi finiti con modelli bidimensionali → prime verifiche e correzione
dimensionamento
- Elementi finiti con modelli tridimensionali → ulteriore correzione
dimensionamento
- Elementi finiti analisi dinamica:
controllo modi di vibrare (bontà del modello, vincoli, connessioni, deformabilità,
frequenze)
→ ulteriore correzione dimensionamento (se la struttura è troppo deformabile
o ha “debolezze” su alcuni modi di vibrare.
N.B. spesso le fasi sopra descritte si ripetono
studio delle sezioni: ottimizzazione della forma / estetica
ripetitività degli elementi: modularità
ottimizzazione giunti e connessioni (dettaglio)
verifiche di resistenza finali
verifiche in esercizio (deformate, vibrazioni, tensioni, …)
14. -relazione di calcolo strutturale
-relazione sui materiali
-elaborati grafici e particolari
-piano di manutenzione
-relazione sulle prove sperimentali
-relazione geologica, geotecnica e sismica
-giudizio motivato di accettabilità dei risultati (confronto con semplici calcoli, verifiche
di equilibrio reazioni-carichi, ecc.)
3
N.B. relazione di calcolo redatta secondo cap. 10 NTC 2008, con:
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15. 4
ESEMPI PREDIMENSIONAMENTO
Solai: c.a. h ~ L / 25
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Travetti precompr. h ~ L / 30
pannelli precompr. h ~ L / 35
piastre piene c.a.: h ~ L / 30:36
piastre piene c.a.p: h ~ L / 35:45
travi c.a.: h ~ L / 6:7 se alte
h ~ L / 12:14 se medie (larghe come pilastro)
h ~ L / 18:21 se in spessore
h ~ L / 8:10 se sbalzo
travi c.a.p.: h ~ L / 15:20 se solai
h ~ L / 25:35 se copertura
lunghezza:
fino a 25 m senza scorta
fino a 30 m con scorta
travi a parete piena acciaio: h ~ L / 15:18 se semplice appoggio
h ~ L / 25 se continua
travi reticolare acciaio: h ~ L / 8 se semplice appoggio
h ~ L / 10 se continua
ponte a travata acc.-cls.: Hsteel ~ L / 18 se semplice appoggio
Hsteel ~ L / 25:28 se continua
ponte a cassone acc.-cls.: Hsteel ~ L / 35
travi legno lamellare: H ~ L / 15
con:
H/B ≤ 10 per stabilità laterale
B = 10:12:14:16:18:20:22:24 cm
H = multiplo lamelle (3 cm)
H ≤ 240 cm
16. 5
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IMPOSTAZIONE PROGETTO
Ing. Luca ROMANO, libero professionista - Albenga
Direttore Tecnico I QUADRO INGEGNERIA – GENOVA
Concezione:
Fondazioni:
-dirette - profonde
-avere sempre sondaggi, prove laboratorio, SPT, livello falda, ecc.
Dimensioni della struttura, quindi:
-Come costruirla – montarla
-Fabbricabilità in cantiere ed in officina in funzione del cantiere che si può
installare
Divisione della struttura in conci:
-concezione del concio e sua fabbricabilità in funzione del materiale di base
-dimensioni trasportabili
-tipi di giunto per collegarli
-collegamento alle sottostrutture realizzate in cantiere
-pesi dei conci per il relativo montaggio e tipo di montaggio (funzione delle
autogrù o mezzi che si possono usare)
Protezione della struttura
17. La dimensione dei conci è dettata dalla trasportabilità e dai mezzi di montaggio in cantiere.
6
DIMENSIONE CONCI E TRASPORTO
Trasporto: generalmente su gomma:
peso legale (codice strada): 44 ton
lunghezza:
fino a 25 metri trasporto ordinario
oltre 25 metri trasporto con scorta
L max 42 metri
Larghezza:
ordinaria fino a 2.5 metri
oltre i 3 metri: scorta
Altezza:
ordinaria fino a 2.5 metri
fino a 4 metri con super ribassato e studio percorso
esempio motrice con rimorchio a ralle:
H < 3.5 metri
L < 25 metri
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18. 7
MONTAGGIO
1. VARO DAL BASSO SU PILE PROVVISORIE
2. VARO SU PONTE/PONTEGGIO DI SERVIZIO
3. MONTAGGIO “A RIVA” E VARO CON AUTOGRU
4. VARO LONGITUDIANEL SU TRAVE DI LANCIO
5. VARO LONGITUDINALE CON AVANBECCO
6. MONTAGGIO A SBALZO (CON DERRICK o CASSEFORME A SBALZO)
ZONA CANTIERE:
stoccaggio
montaggio
movimentazione e sede autogru
opere provvisionali per stabilizzatori (magrone + piastre; platea; gabbioni; …)
AUTOGRU
Macchina da 200 ton: costo 3000 euro/giorno
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Portata: 30 ton sbracciate” a 20 m.
Macchina da 300 ton: costo 4000 euro/giorno
Portata: 32 ton sbracciate” a 30 m.
Portata: 22 ton sbracciate” a 40 m.
Macchina da 400 ton: costo 30.000 euro
Tempi: 2 giorni per armarla, 1 giorno per smontarla
Accessori: 2 bilici + 3 camions
Stabilizzatori: piastre nervate 2x3.5m
Portata: 76 ton sbracciate” a 23 m.
MARTINETTI IDRAULICI
Portata (ton) corsa (mm) diametro (mm) peso (kg)
50 160 125 15
100 160 175 26
200 200 245 57
260 204 275 74
400 223 350 134
520 237 400 189
23. traversi e controventi: spesso con bulloni a taglio, perché “portano” di più e dissipano
12
GIUNTI TRA I CONCI
Strutture metalliche, tendenzialmente:
giunti saldati in officina
Giunti bullonati in cantiere
bullonati:
travi principali e di spina: di forza, con coprigiunti, con bulloni ad attrito e m=0.3
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energia
giunto flangiato: sempre ad attrito
bulloni più usati: M16, M20, M24, M27
preparazione lembi in officina: sabbiatura + primer (intermedio e finitura in cantiere)
(se arrivano verniciati: pb. Schiacciamento vernice ed occorre un riserraggio dopo 12
mesi, con controllo coppia)
saldati:
problematici in cantiere: vento, umidità, controlli, tempi lunghi
-piena penetrazione: per travate principali e controllate US
-cordoni d’angolo:
-per strutture: cordone minimo 4x4
-per ponti: cordone minimo 6x6
-dimensioni:
cordone 6x6: fino a lamiere sp. 19 mm e maggiori sp. 9 mm
cordone 8x8: per lamiere sp. >12 mm
24. 13
ing. Luca Romano – 2014
PROBLEMATICHE D’OFFICINA
Ing. Luca ROMANO, libero professionista - Albenga
Direttore Tecnico I QUADRO INGEGNERIA – GENOVA
DISEGNI ESECUTIVI: devono indicare con precisione la geometria della struttura, tutti
gli spessori delle lamiere, profili, tubi, tutte le dimensioni delle saldature, i bulloni in
numero, diametro e posizione.
Devono essere precisati i materiali, le coppie di serraggio dei bulloni, e quant’altro serva
per individuare con precisione la struttura.
I disegni di carpenteria metallica devono essere quotati con precisione, tutto in millimetri.
Si nota che la tolleranza di produzione qui è il millimetro, non il centimetro che si usa per il
cemento armato!
DISEGNI COSTRUTTIVI (di officina): sono derivati dai disegni esecutivi.
Si ridisegna la struttura indicando ogni elemento costituente con la sua numerazione
(marcatura).
Poi si disegna singolarmente ogni marca (elemento), con tutta la geometria, i fori, gli
spessori, gli smussi, le saldature e si indica il numero di pezzi da produrre.
I disegni d’officina sono in numero maggiore dell’esecutivo, sono realizzati dal carpentiere
metallico sulla scorta dell’esecutivo del progettista.
Ogni costruttore ha il suo standard e le proprie convenzioni.
DISTINTA DEI MATERIALI: elenca tutte le posizioni dei pezzi costituenti la struttura
e, per ogni pezzo, il fabbisogno unitario, la qualità e le dimensioni del materiale grezzo.
Serve per l’approvvigionamento dei materiali.
DISTINTE DI LAVORAZIONE: fatta dai tecnici, elenca tutte le posizioni da costruire,
riportando per ognuna tutte le lavorazioni previste nella costruzione:
preparazioni
saldature
pieghe, centinature, e altro
eventuale montaggio di prova
tipo di protezione
Servono per guidare la successione delle operazioni d’officina ed organizzare e valutare il
carico di lavoro dei vari reparti.
25. Secondo le NTC 2008, cap.11, si può usare solo materiale qualificato e con
controlli obbligatori in stabilimento e cantiere.
Per questo è importante specificare nel progetto e nel “Capitolato speciale
d’appalto”, che il materiale sia rispondente alle norme UNI EN 10025.
Quindi il carpentiere metallico deve fornire alla Direzione Lavori (D.L.) la
dichiarazione di qualifica del prodotto rilasciata dal produttore.
Questo fatto è molto importante, perché ci si può trovare nell’imbarazzo di
fronte al collaudatore statico della struttura, che potrebbe non accettare il
materiale!
N.B. non si può più qualificare il materiale come una volta, con 3 provini ogni
20 tonnellate!!
Esempio: S355 J0 W (acciaio ex Fe510, resiliente a 0°C, con caratteristiche
14
MATERIALE BASE:
Il materiale base consiste in:
acciaio:
S235 (ex Fe360)
S275 (ex Fe430)
S355 (ex Fe510)
Resilienza:
JR: resilienza minima 27 J a +20°C
J0 resilienza minima 27 J a 0°C
J2 resilienza minima 27 J a -20°C
CORTEN resistente alla corrosione atmosferica)
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26. profili aperti (IPE, HE, HLS, angolari, “U”, “T”, ecc., (meno facile in
profili cavi (tubi tondi, quadrati, rettangolari) ricavati per estrusione
(senza saldatura: hanno forti tolleranze, possono creare dei problemi;
si trovano solo in S 235 e S 355) o per calandratura di lamiere poi
saldate longitudinalmente (sono migliori, possono essere realizzati
anche con lamiere in corten). Sul mercato si trovano tubi di ogni
specie, per ogni uso, di ogni materiale (specifiche API, DIN o altre),
generalmente usati per metanodotti ecc., quindi occorre avere i
documenti del prodotto e farlo, eventualmente, analizzare
chimicamente, comunque deve essere materiale certificato.
N.B. in pratica è difficile trovare tubi certificati, per cui occorre
sensibilizzare il carpentiere sulla problematica e dirgli fin dall’inizio che
non accettate materiale che non sia a norma. In questo modo è
costretto a procurarselo pagandolo il dovuto o facendoselo produrre per
calandratura. In ogni caso bisogna tener in conto dei tempi
d’approvvigionamento del materiale che possono arrivare ai 5:6 mesi,
contro i normali 1:2 mesi.
Tondi, quadri, esagoni e piatti: esistono fino ad un diametro o lato di
200mm. In particolare in tondi pieni possono essere tipo bulloni, per cui
se ne può indicare la classe ed il diametro (esempio M30 cl.10.9). I
piatti sono forniti in larghezze sino a 300mm e spessori fino a 50mm
15
lamiere di vario spessore
corten, lotto minimo 30 ton per profilo)
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27. preparazione: taglio, raddrizzatura, marcatura, tracciatura,
punzonatura, alesatura, foratura, piegatura, mortasatura, preparazione
dei lembi
saldatura: imbastitura, saldatura, raddrizzatura
lavorazione: intestatura, tracciatura, foratura, alesatura,
finitura: raddrizzatura, squadratura
montaggio: collegamento di elementi strutturali, di nodi, di strutture
protezione: sfiammatura, sabbiatura, decapaggio chimico,
Tracciatura: consiste nel riprodurre sul materiale le linee di taglio, i fori e
tutte le lavorazioni del caso. Le macchine a controllo numerico stanno
soppiantando questa operazione. Si usano maschere in cartone o lamierino
quando si debbano tracciare numerosi pezzi uguali e le si usa anche per
eseguire con precisione i fori dei giunti bullonati.
Marcatura: si stampiglia la “marca” su ogni singolo pezzo, per
permetterne l’identificazione in ogni fase di costruzione. E’ eseguita col bulino
o col punzone, oppure con presse oleodinamiche.
16
LAVORAZIONI SULLA CARPENTERIA METALLICA:
assemblaggio, chiodatura
complete
verniciatura, metallizzazione, zincatura
ing. Luca Romano – 2014
28. Raddrizzatura: è compito delle ferriere, che devono dare barre e profili in
tolleranza dimensionale.
Spianamento: serve per eliminare ingobbamenti e bugnature nelle lamiere.
E’ un’operazione eseguita a freddo, con presse o con spianatrici a rulli.
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ing. Luca Romano – 2014
29. Centinatura dei profilati e calandratura di lamiere: sono eseguite a
freddo con macchine curvatrici a rulli. Provocano il progressivo snervamento
dei lembi del profilo. Si controlla la centinatura con una dima. Per
calandratura si possono ottenere tubi da lamiere, poi saldate
longitudinalmente. Si può eseguire anche la calandratura conica.
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ing. Luca Romano – 2014
30. Pieghe localizzate nei profilati e nelle lamiere piani:
si ottengono con l’ausilio di stampi . Spesso un intaglio può favorire la piega e viene
successivamente saldato. Altre volte servono irrigidimenti provvisori per non deformare il
profilo trasversale.
I laminati vengono piegati pressando la lamiera fra un coltello ed i bordi di un
controstampo. Se la pressatura viene spinta a fondo nel vertice della piega si ha lo
stampaggio.
Entro i raggi minimi della tabella successiva si può piegare a freddo, se no a caldo.
Stampatura: è eseguita su lamiere, con stampo e controstampo, a caldo alla temperatura
di forgiatura (1000 °C).
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Attenzione alle cricche sulla convessità della piega (controllo visivo, liquidi penetranti,
magnaflux o ultrasuoni).
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31. TAGLIO ALLE MACCHINE: taglio alla cesoia, alla segatrice a freddo, alla
sega a frizione.
Taglio a cesoia: di lamiere e profili. La lamiera è tagliata per mezzo di una
lama mobile ed una controlama. Gli spessori massimi cesoiabili sono 25mm
(Fe360) e 20mm (Fe510 e corten). Nel caso dei profili si devono usare
opportuni riscontri della forma del profilo.
Taglio alla sega: si esegue con un disco munito di denti che lavorano
per asportazione di truciolo. L’utensile ruota e avanza. E’ un’operazione più
lenta della cesoia ma non ha limitazione di spessore; consente tagli obliqui di
preparazione della lamiera.
Taglio alla sega a frizione (troncatrice): un disco troncatore ruota
velocemente e viene premuto contro un profilo. Non ha bisogno di riscontri o
particolari serraggi. E’ un metodo di taglio molto veloce.
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32. TAGLIO AL CANNELLO: ossitaglio, taglio all’arco plasma, taglio all’arco e
aria compressa (Arcair).
Ossitaglio (cannello ossiacetilenico): consente l’esecuzione di tagli anche
non rettilinei senza limitazione di spessore. Si basa sulla reazione fra
l’acciaio, portato localmente ad alta temperatura (1300°C) da una fiamma di
riscaldo, e l’ossigeno. Il getto di ossigeno allontana l’ossido fuso e crea le
caratteristiche striature del taglio. L’ossitaglio può essere effettuato sia a
mano che a macchina. Col taglio a macchina si possono eseguire le
preparazioni dei lembi (cianfrino). Con un dispositivo copiatore (tracciatore) si
può eseguire il taglio su sagoma.
Taglio all’arco-plasma: è analogo al precedente, consente maggior
velocità ed è applicabile anche all’acciaio inox ed alluminio. I gas utilizzati
(idrogeno o azoto o ossigeno) vengono portati a temperature elevatissime
(20000°C), allo stato di plasma, e fondono con facilità il metallo. Gli spessori
di taglio sono limitati a 130mm (acciaio inox e alluminio) e 50mm (acciai al
carbonio).
Taglio con l’arco e aria compressa: il procedimento arcair utilizza pinze
con elettrodo di carbonio e grafite, alimentate da aria compressa. Innescato
l’arco tra elettrodo e metallo, esso fonde e viene allontanato dal getto d’aria.
E’ un procedimento che non dà luogo ad alterazioni chimiche e fisiche del
materiale ed è usato per tagliare, smussare, incidere, scriccare e forare.
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33. 1. su elementi da saldare: per assicurare la corretta esecuzione della
saldatura (fusione dei lembi ecc.), lo spazio che viene creato si chiama
cianfrino ed è destinato ad essere riempito dal metallo d’apporto.
La preparazione può essere a “V”, a “X”, a “K”. Vi si riconosce una
“spalla” e degli “smussi”.
Si esegue con taglio termico, alla pialla o con cesoie speciali.
2. su elementi da non saldare: nel caso serva un accoppiamento di
precisione in compressione, per forti carichi trasmessi dalle colonne
(operazione che si chiama intestatura ed è eseguita alla pialla o alla
fresa)
22
LA PREPARAZIONE DEI LEMBI:
Viene eseguita in due casi:
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34. Punzonatura: è rapidissima ma incontra limitazioni crescenti con lo
spessore.
La normativa la limita allo spessore di 20mm per l’acciaio S235 e di 16mm
per l’acciaio S355.
Altera la struttura cristallina del bordo foro, sovente con piccole cricche
radiali, quindi può richiedere l’alesatura nel caso di giunto a taglio, no se
giunto ad attrito (obbligatoria per le giunzioni sottoposte a sollecitazioni
dinamiche o a fatica, tipo per le ferrovie). L’alesatura deve allargare il foro di
3mm di diametro.
La punzonatura si esegue con presse meccaniche o oleodinamiche.
Si esegue con un punzone che agisce contro il pezzo da forare, col contrasto
di una matrice. Nel caso il foro non sia circolare, l’operazione si chiama
tranciatura.
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LA FORATURA
I procedimenti che si utilizzano sono:
Foratura mediante punzone alla pressa
Foratura mediante punta elicoidale al trapano
Foratura mediante taglio termico
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35. Trapanatura: consente l’esecuzione di fori soltanto circolari, è
un’operazione più lenta ma non ha limitazioni di spessore da forare.
Si esegue con trapani a colonna verticale, radiale, trapani portatili.
L’utensile che esegue il foro è la punta elicoidale, alla quale si impartisce un
moto di rotazione e di avanzamento. La punta deve essere raffreddata con
una buona lubrificazione.
Una volta si eseguivano i fori sulla tracciatura, ora si usano maschere in
lamierino o macchine a controllo numerico.
Si possono eseguire fori multipli:
Taglio termico: non è consentito per eseguire i fori dei giunti bullonati, serve
per fori ed intagli di maggiori dimensioni. Altera la struttura cristallina del
bordo foro.
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36. Consiste nell’accoppiamento di pezzi, può essere un’imbastitura o un vero e
proprio montaggio di controllo intermedio o finale.
Imbastitura: precede la saldatura per l’unione di vari pezzi, consiste in
punti o tratti di saldatura che tengano in posizione gli elementi che devono
essere saldati.
Montaggi: sono montaggi di prova che si eseguono per controllare la
precisione delle strutture e la loro geometria. Sono utilissimi per strutture
inusuali; in questi casi è bene che il progettista indichi nel progetto l’intero
pre-montaggio della struttura (montaggio in bianco). Nel caso di produzione
di svariati pezzi modulari, il montaggio del primo consente migliorie nella
geometria dei successivi e nella standardizzazione.
25
ASSEMBLAGGI
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37. Consiste nell’unioni di due pezzi senza soluzione di continuità. I procedimenti di saldatura
Saldatura a pressione: eseguita con la pistola, è usata soprattutto per i
prigionieri (pioli Nelson). E’ realizzata facendo scoccare un arco
elettrico tra la punta del prigioniero e la superficie dell’elemento
metallico.
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SALDATURA
sono numerosi, i principali sono:
Saldatura per fusione:
a combustione di gas (con la fiamma ossiacetilenica)
all’arco elettrico: con elettrodi rivestiti (in officina e cantiere)
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arco sommerso (in officina, con filo in bobine)
con filo elettrodo in gas protettivo (MIG/MAG)
a elettrodo in fusibile con protezione di gas
inerte (TIG)
Gli ultimi due metodi sono costosi ma hanno una stabilità elevata dell’arco elettrico, quindi
danno un’ottima saldatura; si usano in casi speciali, specie con acciai inossidabili o al
nichel-cromo.
38. E’ importante la preparazione dei lembi da saldare, se ne ha un esempio
nella tabella che segue (si notano le “spalle” e gli smussi necessari in
funzione degli spessori della lamiera):
Nel foglio che segue si riportano i parametri principali da utilizzare per la saldatura all’arco
27
elettrico.
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40. 29
ESEMPIO PIASTRA ORTOTROPA (PONTE STRALLATO A LA SPEZIA)
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Ponte strallato a La Spezia
Impalcato: piastra ortotropa (piastra metallica irrigidita di sostegno del piano viabile)
41. Nel caso di saldatura continua di piastre ortotrope, si usa un piatto di
sostegno.
Tale piatto può essere metallico (dà problemi in fase di controllo con
ultrasuoni della saldatura, perché riflette le onde e non si comprende la bontà
del cordone) o meglio ceramico (il più usato e tecnologico).
In questo modo si esegue la saldatura interamente dall’alto, i due lembi sono
preparati a “V” e tenuti a distanza di 6:8 mm.
30
Nel seguito si riportano i particolari salienti di una piastra ortotropa:
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42. 31
Controlli sulle saldature:
Si devono verificare: -la saldabilità dell’acciaio e l’idoneità dell’elettrodo
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-le certificazioni dei saldatori in funzione della
saldatura eseguenda (esistono vari patentini)
Si devono controllare: -le saldature eseguite, che non presenti difetti fisici
Si devono imporre i controlli sulle saldature che si sono previste in progetto,
in funzione del tipo di saldatura e dell’importanza del giunto.
Il progettista impone il tipo e la percentuale dei controlli per ogni giunto ed
inserisce la specifica nel capitolato speciale d’appalto.
E’ bene imporre anche un organismo autonomo di controllo, generalmente
l’I.I.S. (Istituto Italiano della Saldatura di Genova), l’organo più importante in
Europa per le saldature, certificazioni, sperimentazioni, ecc.
Ogni carpentiere ha dei controllori patentati, ma lavorano e sono pagati dallo
stesso, quindi il controllo non è svincolato dall’esecutore.
Generalmente prescrivendo l’I.I.S. il controllore interno esegue le normali specifiche di
qualità ed il controllore dell’I.I.S. verifica il processo ed esegue controlli random o
supplementari richiesti dal progettista.
I controlli eseguibili sono:
visivo
coi liquidi penetranti
magnetico (magnaflux), generalmente prescritto per i cordoni d’angolo
radiografico (raro per le nostre strutture)
con gli ultrasuoni (da prescrivere per tutti i giunti a completa
penetrazione)
Generalmente si impone un controllo visivo su tutti i cordoni d’angolo, più una
percentuale con magnaflux che può andare dal 30% al 100%, per quelli che
si ritengono più importanti per la sicurezza strutturale.
Per i giunti a completa penetrazione si impone il controllo ultrasonoro (US)
per la totalità del giunto.
I difetti fisici principali sono:
mancata penetrazione (il cordone non ha fuso tutta la sezione)
incollatura (solo aderenza, mancata fusione)
inclusioni (presenza di scoria nel cordone)
soffiature (inclusioni di gas nel cordone)
cricche (fessure nel cordone)
43. Nel foglio che segue si riportano i difetti principali e le relative cause ed un
esempio di controlli richiesti.
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44. Esempio di prescrizione di capitolato: CONTROLLI SULLE SALDATURE
Per quanto concerne il progetto della saldatura, é fatto obbligo all'Impresa di avvalersi, a
sua cura e spese, della consulenza dell'Istituto Italiano della Saldatura, che dovrà redigere
apposita relazione da allegare al progetto. In sede di approvazione dei progetti, la D.L.
stabilirà in particolare i tipi e la estensione dei controlli sulle saldature in conformità a
quanto stabilito dal D.M. 14/1/2008, e tenuto conto di quanto prescritto al riguardo
dall'Istituto Italiano della Saldatura nella sua relazione.
Per tutte le saldature facenti parte dell’antenna e dell’impalcato si raccomanda un controllo
visivo e dimensionale. Nel seguito si specifica il tipo di controllo da effettuare per ogni
parte strutturale e la percentuale di controlli da effettuare sulle stesse.
Dove si è indicato “saldatura a piena penetrazione” è necessario eseguire controlli ad
ultrasuoni sul 100% delle saldature.
a. Lamiere principali: controlli con ultrasuoni sulle saldature di tutti i giunti;
b. Controllo con ultrasuoni sulle saldature della lamiera del tubo, nel punto
2. Attacco tirante: controlli con magnaflux sul 100% delle saldature degli attacchi
3. Tubo-anima: magnaflux sul 50% delle saldature;
4. Briglia inferiore: magnaflux sul 30% delle saldature;
5. Impalcato: controllo con ultrasuoni sul 100% delle saldature a piena
6. Saldature di composizione della piastra ortotropa in cordoni d’angolo: magnaflux
7. Saldature di composizione del traverso di testa: magnaflux sul 50% delle
N.B. tutte le saldature eseguite in piena penetrazione per dare continuità a lamiere
strutturali, per eseguire qualsivoglia elemento, andranno controllate con ultrasuoni al
100%
33
Andrà comunque effettuato un controllo minimo su:
1. –Antenna:
di attacco dei pendini, per verificare che non presentino sfogliature
c. magnaflux sul 30% delle saldature a cordone d’angolo
sia superiori che inferiori
penetrazione sulla piastra ortotropa;
sul 30% delle saldature
saldature.
ing. Luca Romano – 2014
45. 34
PROTEZIONE DALLA CORROSIONE
Acciaio: normale e auto passivante (corten)
Il materiale base presenta ruggine e scaglie di laminazione (calamina): → preparazione
preparazione:
-meccanica (spazzolatura, raschiatura, molatura)
-Sfiammatura
-Decapaggio (acido cloridrico)
-Sabbiatura (grado Sa2-commerciale; grado Sa21/2 -metallo quasi bianco)
protezione:
-zincatura (per immersione-a caldo; a spruzzo-metallizzazione a freddo). È una
barriera meccanica + chimica poiché lo zinco è + elettronegativo.
-pitturazione:
primer (fondo): aderente e anticorrosivo
intermedio: pigmentato, dà spessore, barriera
finitura: isolamento ed estetica
Osservazione: Acciaio corten preparato e verniciato: → ottima durabilità
Superfici interne: problemi di condensa → perfettamente stagne oppure verniciarle ed
aerarle oppure deumidificarle.
Nel seguito si presentano vari cicli di verniciatura funzione degli ambienti:
ing. Luca Romano – 2014
47. 36
Si riporta il tipo di applicazione ed i cicli consigliati in funzione dell’atmosfera:
ing. Luca Romano – 2014
48. 37
Cicli di manutenzione da seguire per garantire la durata della struttura:
ing. Luca Romano – 2014
49. PROGETTO STRUTTURE METALLICHE - PONTI
Ing. Luca ROMANO, libero professionista - Albenga
Direttore Tecnico I QUADRO INGEGNERIA – GENOVA
NTC 2008: COSTRUZIONI IN ACCIAIO - PONTI
2.4 VITA NOMINALE, CLASSI D’USO E PERIODO DI RIFERIMENTO:
56. ANALISI STRUTTURALI
Nelle strutture in acciaio è essenziale definire con precisione l’influenza dei fenomeni di
instabilità locale sulla resistenza e sulla capacità deformativa delle sezioni di ciascuna
membratura.
Le NTC 2008 propongono un metodo di classificazione delle sezioni trasversali degli
elementi strutturali basato sulla capacità rotazionale degli stessi.
57.
58. In base alla classificazione della sezione trasversale si determina la capacità
resistente di una membratura con uno dei seguenti metodi:
62. FASI
Come in tutte le strutture miste si distinguono tre fasi:
Fase 1: solo la parte metallica resistente, col peso proprio dell'acciaio e della soletta
agenti su di essa
Fase 2: soletta, collaborante: carichi permanenti, le azioni del ritiro e la viscosità
Fase 3: soletta, collaborante; carichi accidentali
AZIONI PERMANENTI:
Fase 1 Peso proprio (G1):
In questa fase si considerano agenti il peso proprio della struttura metallica, delle lastre
prefabbricate e del getto della soletta che è ancora inerte e che quindi non viene tenuto in
conto nella valutazione delle caratteristiche statiche delle travi.
Nota: elementi di collegamento, bulloneria e piastrame incidono tra il 10% ed il 15% del
peso totale di travi principali e traversi.
Fase 2 Permanenti portati (G2):
In questa fase si considerano agenti il peso del getto di completamento dei cordoli, la
pavimentazione, i parapetti ed i guard-rail più eventuali carichi derivanti dalla presenza di
particolari finiture o impianti. In questa fase la soletta è reagente ed omogeneizzata
tenendo in conto gli effetti della viscosità: n∞ = Ea / Ecls∞ con Ecls∞ = Ecls / (1+f)
- Peso pavimentazione: 3 kN/m2
- Peso cordoli: 2.0 kN/m
- Peso sicurvia: 1.5 kN/m
- Peso impianti portati: 1.0 kN/m
63. - Fase 2 Viscosità ( 2):
Le NTC 2008 prevedono l’utilizzo del modulo elastico secante del calcestruzzo, calcolabile
in funzione del valor medio della resistenza cilindrica (§ 11.2.10.3). Sono inoltre differenti i
valori riportati nella tabella per la determinazione del coefficiente di viscosità (§ 11.2.10.7)
e del modulo elastico dell’acciaio (§ 11.3.4.1). Si adottano quindi i seguenti valori:
Rispetto alle norme precedenti cambiano i coefficienti di omogeneizzazione n della
struttura.
Saranno quindi differenti i risultati del calcolo delle caratteristiche statiche delle sezioni
miste acciaio-calcestruzzo (riduzione del contributo del cls omogeneizzato).
65. Fase 2 Cedimenti Vincolari ( 4):
Il paragrafo 5.1.3.2 delle NTC 2008 prescrive che la valutazione degli effetti di cedimenti
vincolari debba essere effettuata sulla base delle indagini e delle valutazioni geotecniche,
quando queste risultino significative per le strutture.
E’ prassi progettuale, per gli impalcati da ponte, considerare un cedimento convenzionale
dato dalla seguente formula:
i-esima Pila : i = (li-1 + li)/2 * 1/5000
i-esima Spalla : i = li ·* 1/10000
Nel caso del ponte visto prima si avrebbe:
In genere si considerano due condizioni di carico che prevedono il cedimento alternato
delle pile non adiacenti, in modo da massimizzare le azioni dovute ai cedimenti vincolari.
66. AZIONI VARIABILI DA TRAFFICO:
Fase 3 Azioni variabili da traffico (q1) paragrafo 5.1.3.3 del D.M. 14.01.2008:
Fase 3 Incremento dinamico dei carichi mobili (q2):
il D.M. 14/01/2008, in accordo con quanto previsto dagli eurocodici, considera il
coefficiente dinamico già compreso nel valore dei carichi mobili.
67. Ripartizione longitudinale dei carichi:
La ripartizione longitudinale che massimizza il momento flettente nella i-esima campata
viene ricavata spostando il carico Q1a o Q1k all’interno della campata stessa:
Ripartizione trasversale dei carichi:
massimo momento flettente e tagliante massimo momento torcente
68. Ripartizione trasversali dei carichi (metodo di Courbon)
Considerando la risultante dei carichi mobili P e la sua eccentricità, l’impalcato, per effetto
dei carichi, compie una rotazione rigida con una ripartizione lineare dei carichi mobili stessi
fra le diverse travi principali:
Il metodo prevede l’ipotesi di traverso infinitamente rigido e rigidezza torsionale delle travi
trascurabile. È valido per ponti stretti e traversi relativamente corti e rigidi, altrimenti si usa
il metodo di Massonet o modellazioni complete FEM.
Il procedimento di risoluzione consiste nel calcolo di un coefficiente di ripartizione del
carico secondo la seguente relazione (nel caso di travi di pari rigidezza):
Se ne ricavano le reazioni vincolari sulle singole travi:
Ri = ri • P
Reazioni che si inseriscono nel modello di calcolo a graticcio di travi.
69. Carico di fatica:
Al paragrafo 5.1.4.3 del D.M.14/01/2008 si indica che le verifiche di fatica per vita illimitata
devono essere effettuate applicando un modello di fatica 1 semplificato costituito da un
carico mobile pari al 70% dei Qik e al 30% dei qik.
La disposizione trasversale e quella longitudinale dei carichi per massimizzare le
sollecitazioni a fatica sono analoghe a quelle indicate per massimizzare il momento.
Fase 3 Variazione Termica:
- Variazione termica uniforme di ±25°C
- Gradiente termico lineare tra estradosso ed intradosso (DT=5°C)
Fase 3 Azione longitudinale di frenamento o di accelerazione (q3):
L’entità della forza longitudinale di frenatura e avviamento si assume agente in direzione
dell'asse della strada al livello della superficie stradale, con intensità pari al 60% dei carichi
concentrati più il 10% dei carichi distribuiti della singola colonna di carico più pesante.
Fase 3 Azione centrifuga (q4):
Fase 3 Urto veicoli in svio (q8):
Il valore dell’azione derivante dall’urto di un veicolo in svio su sicurvia ed elementi
strutturali ad esso collegati ha subito nel D.M.14/01/2008 un significativo incremento:
70. Fase 3 Urto di veicoli sulle strutture (q9):
Urto di un veicolo contro le strutture.
I piedritti dei ponti ubicati a distanza ≤ 5,0 m dalla sede stradale, dovranno essere protetti
contro il pericolo di urti di veicoli stradali, mediante adeguate opere chiaramente destinate
alla protezione dei piedritti stessi.
In ogni caso, gli impalcati sovrapassanti strade con franco inferiore a 6 m e gli elementi di
sostegno verticale dovranno essere progettati in modo da resistere all’azione delle forze
statiche indicate al §3.6.3.3.1.
Si noti anche il paragrafo 5.1.2.3 “Altezza libera sotto i ponti” delle NTC 2008:
Hmin ≥ 5m
Hmin ≥ 4m con traffico selezionato
Comunque sempre Hmin ≥ 3.2m (Hmin ≥ 2.5 m per i sottopassi pedonali)
71. Fase 3 Vento (q5):
La procedura di calcolo della pressione cinetica è riportata al paragrafo 3.3 “azioni del
vento” del D.M. 14.01.2008.
Azioni del vento secondo CNR-DT 207/2008:
Ad esempio le CNR-DT 207/2008.
73. ANALISI E VERIFICHE SVOLTE CON L’AUSILIO DI CODICI DI CALCOLO (cap. 10.2
DM 08):
N.B. Giudizio motivato di accettabilità dei risultati.
Spetta al progettista il compito di sottoporre i risultati delle elaborazioni a controlli che ne
comprovino l’attendibilità.
Tale valutazione consisterà nel confronto con i risultati di semplici calcoli, anche di larga
massima, eseguiti con metodi tradizionali e adottati, ad esempio, in fase di primo
proporzionamento della struttura. Inoltre, sulla base di considerazioni riguardanti gli stati
tensionali e deformativi determinati, valuterà la consistenza delle scelte operate in sede di
schematizzazione e di modellazione della struttura e delle azioni.
Nella relazione devono essere elencati e sinteticamente illustrati i controlli svolti, quali
verifiche di equilibrio tra reazioni vincolari e carichi applicati, comparazioni tra i risultati
delle analisi e quelli di valutazioni semplificate, etc.
74. CALCOLO DELLE SOLLECITAZIONI
Nel caso di strutture miste acciaio-calcestruzzo (travi in acciaio e soletta in c.a.
collaborante), si devono eseguire le analisi su tre diversi modelli, che possiedono inerzie
diverse a seconda della fase di carico considerata:
Fase 1: solo la parte metallica resistente
Fase 2: sezione mista con soletta collaborante, coeff. omog. viscoso
Fase 3: sezione mista con soletta collaborante, coeff. omog. istantaneo
- Calcolo Larghezza collaborante (4.3.2.3 NTC 2008):
- Definizione inerzie elementi impalcato in funzione dei coefficienti di
omogeneizzazione nelle diverse fasi di applicazione del carico e delle larghezze
collaboranti di soletta in calcestruzzo:
(ad esempio con soletta Rck 40 MPa)
- Analisi globale secondo le NTC 2008, si può usare uno dei seguenti metodi:
Nota: Data la classificazione delle sezioni delle travi principali dell’impalcato (che vedremo
essere tutte in classe 3 e 4), nel caso della progettazione del ponte con l’applicazione
delle NTC 2008 si effettua l’analisi globale della struttura per il calcolo delle sollecitazioni
secondo il metodo elastico.
75. - Combinazioni dei carichi per i ponti (5.1.3.12 NTC 2008)
Ai fini della determinazione dei valori caratteristici delle azioni dovute al traffico, si
dovranno considerare, generalmente, le combinazioni riportate in Tab. 5.1.IV:
Con i seguenti valori dei coefficienti parziali da assumere agli SLU:
76. I valori dei coefficienti 0j, 1j e 2j per le diverse categorie di azioni sono riportati nella Tab.
5.1.VI:
es. LC1: gG1 •(p.p.) + gG2 •(s.p.) + gQ •(Qik) + gQ •(qik) + gQi •(qfk) + gQi •(0.6 •vento ponte carico)
es. LC2: gG1 •(p.p.) + gG2 •(s.p.) + gQ •(0.75•Qik) + gQ •(0.4•qik) + gQ •(frenatura)
77. PROCEDURA DI VERIFICA (5.1.4 NTC 2008)
Solo agli Stati Limite.
Le principali verifiche sono le seguenti:
78. CAPACITÀ RESISTENTE DELLE SEZIONI IN ACCIAIO ALLO SLU:
siccome dipende dalla classe della sezione, vediamone un esempio di determinazione:
- Esempio di classificazione delle sezioni di un ponte:
geometria:
concio di pila:
Piattabanda superiore: 800 x 40 mm
Anima verticale: 22
Piattabanda inferiore: 1000 x 70
Saldature: X (10x10) : Y (10x10)
concio di mezzeria:
Piattabanda superiore: 600 x 30 mm
Anima verticale: 16
Piattabanda inferiore: 1000 x 35
Saldature: X (8x8) : Y (8x8)
79. Calcolo classe sezione:
concio di pila: calcolo snellezza parti compresse
Parte inferiore d’Anima (1730x22mm)
Sezione di Classe 4
81. RESISTENZE DI CALCOLO (4.2.4.1.1 NTC 2008)
Facendo riferimento ad un acciaio strutturale non legato S 355:
82. VERIFICHE DI RESISTENZA:
Si effettua l’analisi sezionale della sezione mista secondo la teoria classica (fase 1 + fase
2 + fase 3), confrontando le tensioni di calcolo col valore di resistenza precedentemente
determinato:
s < fyd ( 338 MPa)
Esempio verifica sezione mista con teoria classica:
85. Nota - Schema del caso di analisi plastica (solo per classi di sezione 1 e 2):
86. VERIFICHE DI STABILITA’ (imbozzamento dell’anima) (4.2.4.1.3.4 NTC 2008):
Si svolge la verifica di imbozzamento allo stato limite elastico secondo la formulazione
proposta dalle istruzioni CNR 10011/97 (normativa di comprovata validità, comunque a
favore di sicurezza poiché non sfrutta le risorse post-elastiche), verificando:
Dove 1 e t sono le tensioni agenti sul pannello (determinate nella analisi sezionale precedente)
I coefficienti di imbozzamento k e kt sono riportati nella tab. seguente:
- (oppure si può usare la procedura indicata nella Circolare 2 febbraio 2009 n.617 al
punto C4.2.4.1.3.4)
88. Si noti che anche gli irrigidimenti devono essere verificati. Ad esempio:
89. VERIFICHE DI FATICA (4.2.4.1.4 NTC 2008):
- Si calcolano le variazioni tensionali in varie parti strutturali (dettagli) coi carichi di
fatica applicati sul modello ad elementi finiti del ponte
- Si determina la classe di riferimento di fatica di ciascun dettaglio e la si penalizza
con ulteriore coefficiente di sicurezza:
Generalmente si effettua la verifica a vita illimitata (C4.2.4.1.4.6.1):
90. Ad esempio per la saldatura longitudinale della trave da ponte composta deve essere
verificata la seguente espressione:
gMf*Ds≤ DsD = 0.737Dsc
si ricade nel caso 2 della tabella seguente:
scheda di verifica:
91. GIUNTI:
si riporta un giunto tipo di una travata da ponte:
I bulloni sono M27 classe 10.9 e sono dimensionati ad attrito allo SLE.
Viene anche effettuata la verifica di resistenza allo SLU sulla resistenza minore tra quella
a taglio sul gambo del bullone e quella a rifollamento della lamiera.
Il tutto parte dalla verifica sezionale fatta nella posizione del giunto progettato, verifica
dalla quale si determinano:
sup valore medio della tensione nella piattabanda superiore col quale si
dimensiona la parte di giunto superiore
inf valore medio della tensione nella piattabanda inferiore col quale si
dimensiona la parte di giunto inferiore
anima sup
anima inf valori coi quali si dimensiona il giunto d’anima
t medio anima
92. Esempio Preserraggio bullone M27 classe 10.9 (secondo NTC 2008):
Portata ad attrito del singolo bullone M27 classe 10.9 (secondo NTC 2008):
(Valore per singola sezione di scorrimento)
95. SOLETTA IN C.A.
Si riportano alcune considerazioni relative alle verifiche locali sulla soletta effettuate su
una soletta tipo (spessore 28 cm) con il seguente schema statico:
Larghezza collaborante:
Disposizione carico per sollecitazione massima in Campata (schema di carico 1):
Direz. ponte
Asse trave
B B eff
B eff = B + L/2 = 120+40+20+28+450/2 = 433 cm
( Momento flettente e Taglio )
Questa larghezza si utilizza per la determinazione della sollecitazione sulla striscia unitaria
di campata di impalcato.
96. Disposizione carico per sollecitazione massima sullo sbalzo e calcolo larghezza
collaborante:
oss. per il Taglio massimo l’impronta è vicina alla piattabanda, quindi il valore di “x” è
inferiore, quindi anche Beff.
Queste larghezze si utilizzano per la determinazione delle sollecitazioni sulla striscia
unitaria di sbalzo di impalcato.
97. Le sollecitazioni che ne seguono sono le seguenti:
campata:
Le sollecitazioni dai precedenti schemi sono riportate al metro di larghezza di soletta
dividendo per la larghezza collaborante di soletta prima calcolata ( Beff):
N.B. in fase 1, il peso proprio della coppella e del getto del calcestruzzo, è preso in carico
dal sistema misto coppella + traliccio della coppella, che quindi deve essere verificato
come illustrato nella pagina seguente:
99. sbalzo:
N.B. nella parte a sbalzo il traliccio deve essere continuo per funzionare a sbalzo. Infatti in
fase 1, il peso proprio della coppella e del getto del calcestruzzo, è preso in carico
dal sistema misto coppella + traliccio della coppella
Esempio coppella tralicciata per soletta ponte
100. Verifiche di resistenza:
Le resistenze di calcolo per la definizione dei domini di rottura sono le seguenti:
Le sezioni tipo per le verifiche di resistenza allo stato limite ultimo sono quelle di seguito
riportate:
101. Di seguito si riporta l’orditura tipo della soletta di un ponte:
102. Verifiche di fessurazione:
Il nuovo DM 2008 (§ 4.1.2.2.4.2) prevede solo le combinazioni di carico quasi permanente
e frequente:
Con:
w1 = 0.2 mm
w2 = 0.3 mm
w3 = 0.4 mm
e con le seguenti combinazioni:
103. PONTI IN ZONA SISMICA (cap. 7.9 DM 08):
7.9.2 CRITERI GENERALI DI PROGETTAZIONE
La struttura del ponte deve essere concepita e dimensionata in modo tale che sotto
l’azione sismica di progetto per lo SLV essa dia luogo alla formazione di un meccanismo
dissipativo stabile, nel quale la dissipazione sia limitata alle pile o ad appositi apparecchi
dissipativi.
Il proporzionamento della struttura deve essere tale da favorire l’impegno plastico del
maggior numero possibile di pile. Il comportamento inelastico dissipativo deve essere di
tipo flessionale, con esclusione di possibili meccanismi di rottura per taglio.
Gli elementi ai quali non viene richiesta capacità dissipativa e devono, quindi, mantenere
un comportamento sostanzialmente elastico sono: l’impalcato, gli apparecchi di appoggio,
le strutture di fondazione ed il terreno da esse interessato, le spalle se sostengono
l’impalcato attraverso appoggi mobili o deformabili. A tal fine si adotta il criterio della
“gerarchia delle resistenze” descritto nel seguito per ogni caso specifico.
La cinematica della struttura deve essere tale da limitare l’entità degli spostamenti relativi
tra le sue diverse parti. L’intrinseca incertezza che caratterizza la valutazione di tali
spostamenti rende il loro assorbimento economicamente e tecnicamente impegnativo. In
ogni caso, deve essere verificato che gli spostamenti relativi ed assoluti tra le parti siano
tali da escludere martellamenti e/o perdite di appoggio.
Quindi, siccome il coefficiente di struttura q=1 è imposto per l’impalcato, per le spalle e le
fondazioni, la prassi è quella di usare q=1 per tutto il modello strutturale.
Nel caso le pile ricevano sollecitazioni sismiche eccessive per il loro dimensionamento
economico ed estetico, allora si dovranno prevedere dispositivi di isolamento sismico e/o
dissipazione (cap. 7.10 NTC 2008).
105. CONCORSO INTERNAZIONALE
Il progetto di questo edificio è stato affidato a seguito ad un concorso internazionale tra
vari gruppi di architetti ed ingegneri. Si trattava di appalto integrato, nel quale un’impresa
offriva la realizzazione di un edificio, partendo dall’idea, assumendosi l’onere della
progettazione e della completa realizzazione, il tutto ad un prezzo chiuso.
La proposta vincente era concepita come una torre dorata orizzontale, all’ingresso est di
Fiera Milano.
Di seguito alcune immagini del progetto vincente del concorso.
2
ing. Luca Romano - 2014
Localizzazione area di concorso
Render di progetto
106. 3
ing. Luca Romano - 2014
Render di progetto
Vista laterale dell’edificio, nella sua destinazione attuale
107. 4
ing. Luca Romano - 2014
Vista posteriore, con l’elisuperficie a sbalzo
Vista laterale
108. Il progetto prevedeva la realizzazione di un edificio lungo circa 130 metri, profondo 16 ed alto 60 metri.
Considerate queste dimensioni, è stato necessario realizzarlo con un giunto trasversale, con due edifici
adiacenti, denominati “A” e “B”, collegati nella porzione centrale dal foyer, dove è presente il giunto.
Gli edifici A e B, collegati nella porzione centrale dal foyer, si sviluppano in altezza su 12 e 13 piani in
elevazione e un piano interrato.
In elevazione l’edificio A presenta forma pressoché rettangolare con dimensioni massime pari a
75.65x16.00 m.
La parte centrale del foyer è destinata al collegamento verticale e orizzontale degli edifici, sono, infatti,
presenti le rampe di scale prefabbricate di collegamento tra i diversi piani e le passerelle orizzontali che
uniscono, a ciascun piano, i due edifici.
5
Descrizione edificio
Sono due edifici adibiti ad uso ufficio e che si sviluppano in altezza su 12 e 13 piani rispettivamente.
L’edificio B, invece, presenta pianta irregolare poiché la facciata verso Sud-Est ha andamento irregolare.
I due edifici sono separati da un giunto strutturale in corrispondenza del picchetto 13.
Si riporta nel seguito una carpenteria tipica di piano.
ing. Luca Romano - 2014
109. 6
ing. Luca Romano - 2014
Carpenteria piano tipo
110. Ogni edificio ha con nuclei in c.a. e pareti di taglio, in grado di resistere alle forze orizzontali del vento e del
sisma.
Quindi la struttura è stata concepita con schema statico tipo pendolare, con colonne incernierate alla base,
che resistono ai soli carichi statici verticali e con travi in acciaio incernierate alle colonne.
La struttura è realizzata in carpenteria metallica, con travi e pilastri in acciaio e solai costituiti da lastre
alveolari estruse tipo ‘Spiroll’ (lastre prefabbricate in cemento armato precompresso).
Questa classica strategia è stata necessaria per realizzare la struttura in meno di un anno e rispettando il
budget di progetto:
Mentre in direzione longitudinale è possibile definire una maglia strutturale costante con passo pari a 6.25
m, in direzione trasversale è possibile individuare due campi che presentano luci e carichi diversi tra loro.
Infatti è stato possibile definire un campo di luce pari a 4.25 [m], sottoposto ad un carico accidentale pari a
6.00 kN/m2 ed un campo di luce pari a 10.70[m] e carico accidentale pari a 2.00 kN/m2.
7
Descrizione opere in elevazione
La funzione di controventamento è svolta dai nuclei in cemento armato dei vani scale e ascensori.
- in cantiere sono state realizzate le fondazioni a platea, i nuclei ed i setti in c.a.
- in officina sono state realizzate le strutture metalliche, poi montate in sito
Core structures of the two buildings - floors in construction
ing. Luca Romano - 2014
111. I nuclei scale e ascensori sono stati realizzati con casseri rampanti, come si vede nella
foto che segue; si notano anche le cassette in acciaio predisposte per la connessione
delle travi in acciaio.
8
Casseforme rampanti per realizzare i nuclei in c.a. in avanzamento rispetto ai solai
ing. Luca Romano - 2014
112. In questo modo la struttura metallica è velocemente assemblabile con colonne pendolari
alla base e travi incernierate:
9
ing. Luca Romano - 2014
113. disposte in direzione longitudinale, sono costituite da profili composti saldati in acciaio sulla cui
piattabanda inferiore vengono appoggiate le lastre di solaio; pertanto, il getto di completamento lascia in
vista soltanto la piattabanda inferiore della trave. Con questo accorgimento è possibile ridurre
notevolmente lo spessore complessivo dei solai.
Le tipologie di travi utilizzate per il solaio tipo sono in numero pari a tre a causa dei diversi carichi cui sono
soggette e sono riportate nell’immagine seguente:
10
TRAVI
ing. Luca Romano - 2014
Sezioni travi composte
Nodi trave - colonna
114. Sono stati impiegati solai alveolari estrusi precompressi tipo ‘Spiroll’ di spessore pari a (30+5) cm disposti
con orditura trasversale, con luce variabile quindi da 4.25 m a 10.70 m, appoggiati alla piattabanda inferiore
delle travi composte e con getto di completamento in opera:
11
SOLAI
Si riportano alcune intersezioni dell’appoggio solai – travi:
Nel seguito si riportano le foto delle fasi costruttive dei solai:
ing. Luca Romano - 2014
115. 12
ing. Luca Romano - 2014
Posizionamento delle lastre di solaio
Dettaglio dell’appoggio lastre – travi acciaio (estradosso e intradosso)
116. Il foyer è un volume vuoto, con scale e passerelle per le connessioni verticali ed orizzontali ai vari piani.
La parete vetrata frontale, posizionata in corrispondenza del giunto tra gli edifici, è stata realizzata con un
complicato sistema incernierato, che permette spostamenti di traslazione e rotazione relativi tra i due
edifici: si devono sempre rispettare i movimenti strutturali.
La finestratura è sorretta da una struttura ad albero, incernierata all’edificio “B” a libera di muoversi nella
connessione all’edificio “A”.
In tutti questi casi la cinematica è importante per prevenire le rotture dei vetri; tutti gli spostamenti
calcolati devono essere dati ai progettisti dei serramenti, che li devono prendere in conto.
13
FOYER
Vista del foyer tra i due edifici vista del foyer dal basso, dall’ingresso
ing. Luca Romano - 2014
117. STRUCTURE “A” STRUCTURE “B”
14
L’importanza dei particolari si può notare nei dettagli di nodo che seguono:
vista della comnnessione a cerniera e traslazione sull’edificio “A”
ing. Luca Romano - 2014
Dettaglio pianta foyer
118. In corrispondenza del foyer sono stati realizzati i corpi scale e le passerelle di collegamento tra gli edifici.
Le passerelle consentono la connessione orizzontale dei due edifici e sono collegate ai setti dell’edificio B,
mentre sono libere di muoversi in corrispondenza dell’edificio A, per assorbire i movimenti laterali termici e
dovuti a vento e sisma.
Le passerelle sono realizzate da travi IPE 500 con soletta gettata su solai in lamiera grecata hi-bond.
15
PASSERELLE
ing. Luca Romano - 2014
119. Si vuole porre l’attenzione anche sulle fasi realizzative di un’opera, quando lo schema statico finale non è
ancora stato raggiunto.
Prima di gettare l’ultimo solaio, il setto sul fondo del foyer, spesso 40 cm, risultava alto 54 metri, incastrato
alla platea di base e staccato dall’edifico “A” da un giunto dimensionato dei massimi spostamenti relativi
(evitare il martellamento).
Era naturalmente instabile e, per poterlo realizzare, sono state poste in opera connessioni provvisorie per
mezzo di tronchetti metallici:
16
FASI COSTRUTTIVE
joint
ing. Luca Romano - 2014
120. Per scavare in vicinanza di edifici sono state infisse, preventivamente, palancole metalliche lunghe 10 metri,
lungo tutto il perimetro dell’edificio:
17
FONDAZIONI E OPERE DI SOSTEGNO DELLE TERRE
ing. Luca Romano - 2014
Positioning of steel sheet piles before digging
121. L’adiacenza di Metropolitane Milanesi che non accettava pressioni sulle proprie strutture ha reso
necessario scavare fino alla base dello scatolare del metro per realizzare un giunto di separazione e
sostituire il terreno con misto cementato, steso a strati, per annullare ogni spinta del terreno:
18
Steel sheet piles and base of the mat foundation. On the left the existing Underground
Concrete casting near the Underground, to prevent earth pressure against existing walls
ing. Luca Romano - 2014
122. Una particolare attenzione è stata posta alla valutazione dei cedimenti indotti sul manufatto esistente della
Metropolitana che, per tutta l’estensione dell’edificio in oggetto, è posto nelle immediate vicinanze.
Di seguito la sezione verticale con la metro sulla sinistra, la platea dell’edificio sulla destra e la zona di
transizione in misto cementato:
Metropolitane Milanesi ha chiesto la simulazione delle fasi costruttive, effettuata con una modellazione
bidimensionale.
La simulazione è stata effettuata in 5 fasi, per determinare i rischi di cedimenti chiesti dall’Ente:
19
ing. Luca Romano - 2014
123. Le fondazioni sono costituite da una platea diffusa in cemento armato di spessore pari a 100 cm ad
eccezione dell’area in prossimità dei setti ascensore e scale dove si prevede di aumentarne lo spessore a
150 cm.
Inoltre la platea ha uno spessore ridotto a 40 cm fuori dall’impronta degli edifici, contro le palancole.
La platea è armata con una maglia Φ20 passo 20x20 cm superiore e inferiore diffusa che sarà integrata con
ferri aggiuntivi (Φ20, 24, 26) nelle aree a sollecitazione maggiore.
Il getto della platea è avvenuto in varie fasi, posizionando l’interruzione in modo da avere una ripresa che
risulti ortogonale alle linee di compressione e organizzando i getti successivi con la previsione di utilizzo di
aggrappante.
20
Si è previsto di utilizzare calcestruzzo armato di classe di resistenza Rck30 e classe di esposizione XC2.
ing. Luca Romano - 2014
Reinforcement of the mat foundation before casting
124. 21
Si riporta nel seguito la carpenteria delle fondazioni:
ing. Luca Romano - 2014
Carpenteria fondazioni
125. 22
Analisi dei carichi
Pesi propri e carichi permanenti:
Si sono considerati i seguenti peso proprio e carichi permanenti sulla struttura:
1) Peso proprio solaio (alveolare estruso) g1= 4.85 kN/m2;
2) Pesi permanenti portati:
a. Pavimento e sottofondo g2= 1.50 kN/m2;
b. Tramezze g3= 1.50 kN/m2;
c. Parete vetrata g4= 4.70 kN/m;
d. Parete ventilata g5= 8.70 kN/m;
e. Giardino pensile g6= 4.50 kN/m2;
f. Pannelli fotovoltaici g7= 1.00 kN/m2;
g. Elisuperficie struttura in alluminio g7= 0.39 kN/m2;
h. Elisuperficie struttura in acciaio g7= 0.53 kN/m2;
i. Vasca d’acqua antincendio tra i fili 21:23 e A:B, di 52 mq di superficie ed altezza 2.70 metri
ing. Luca Romano - 2014
gw = 27 kN/m2;
Sovraccarichi accidentali:
Sono stati considerati carichi variabili distribuiti non minori da quelli desunti dalle “Norme tecniche per le
costruzioni”
In particolare:
1) Ambienti non suscettibili di affollamento
(uffici non aperti al pubblico) q1= 2.00 kN/m2;
2) Ambienti suscettibili di affollamento
(ristorante) q2= 4.00 kN/m2;
3) Archivi q3= 6.00 kN/m2;
4) Coperture non calpestabili q4= 1.00 kN/m2;
5) Sovraccarico elisuperficie:
Si devono considerare due distinte condizioni di carico
Parcheggio: q5= 2.50 kN/m2;
Atterraggio: q6= 0.50 kN/m2;
6) Elicottero (AW139): V1= 66.71 kN;
H1= 33.35 kN.
126. La zona è a bassa sismicità, accelerazione ag=0.05 g, ma occorre comunque effettuare la verifica allo stato
limite ultimo (SLV) e di danno (SLD) combinando l’azione sismica con le altre azioni secondo la formula
seguente:
Gli effetti dell'azione sismica vengono valutati tenendo conto delle masse associate ai seguenti carichi
gravitazionali:
23
Azione sismica
γEE+ γGGk + γPPk + Σ i (ψ2i γQQki)
E = azione sismica per lo stato limite e per la classe di importanza in esame;
GK = carichi permanenti al loro valore caratteristico;
PK = valore caratteristico dell’azione di precompressione, a cadute di tensione avvenute;
ψ2i = coefficiente di combinazione delle azioni variabili Qi;
γE, γG, γP, γQ = coefficienti parziali pari a 1;
QKi = valore caratteristico della azione variabile Qi.
ing. Luca Romano - 2014
Q
i Ei
ki
ψ
k
G
Dove ψEi = ψ2i φ
Nel caso in esame i valori di ψ2i sono riportati nel seguito:
Uffici non aperti al pubblico: ψ2i = 0.30;
Magazzini, archivi: ψ2i = 0.80;
Coperture con neve: ψ2i = 0.20;
Vento: ψ2i = 0.00.
Nel caso in esame i valori di φ sono riportati nel seguito:
Coperture: φ = 1.0;
Archivi: φ = 1.0;
Carichi indipendenti: φ = 0.5.
127. 24
Il fattore di struttura q, per passare dallo spettro elastico a quello di progetto, tiene conto delle capacità
dissipative della struttura e può essere valutato con la formula seguente:
ing. Luca Romano - 2014
0 D R q q K K
q0= fattore legato alla tipologia strutturale;
KD= fattore che dipende dalla classe di duttilità;
KR= fattore che dipende dalle caratteristiche di regolarità dell’edificio.
Poiché le forze sismiche orizzontali sono interamente affidate ai nuclei ed ai setti in c.a., il comportamento
strutturale di tale edificio va considerato ‘a mensola o a pendolo invertito’, che d’altronde rappresenta il
più basso valore del coefficiente di struttura di normativa, quindi senz’altro conservativa.
Considerando le azioni sismiche interamente affidate ai nuclei in c.a. si assume il valore di q0 pari a 3.
Il coefficiente KD è funzione della categoria di duttilità delle zone dissipative, pertanto, considerando bassa
duttilità si assume KD pari a 0.7
Non potendosi considerare l’edificio regolare in altezza, si pone il coefficiente KR pari a 0.8
Il valore del coefficiente di struttura viene quindi posto pari a:
q q K K 3 0.7 0.8 0 D R = 1.68
128. L’azione del vento sulla struttura è stata valutata separatamente per l’Edificio A e per l’Edificio B, secondo
quanto indicato nel Documento CNR 207-2008 “Istruzioni, conforme alle NTC.
Nella macrozonazione del territorio nazionale, la Lombardia ricade in Zona 1; ad essa sono associati i
seguenti parametri:
L’area in esame appartiene alla classe di rugosità del terreno C, pertanto la categoria di esposizione del sito
è III cui sono associati i seguenti parametri:
In base a questi parametri sono stati ricavati i valori della pressione agente in corrispondenza dei diversi
piani, tenuto conto che per i primi 4.6 m gli edifici sono interrati e quindi non esposti all’azione del vento.
25
Azione vento
velocità di riferimento del vento: vref = 25 m/s;
altitudine: a0 = 1000m;
coefficiente ka=0.01 (1/s).
kr = 0.2;
z0 = 0.10;
zmin = 5.
Il coefficiente di pressione CP sopravento è assunto pari a 0.8, quello sottovento pari a 0.4.
Il coefficiente dinamico è dedotto dalla Figura L.9 della CNR 207-2008, relativa agli edifici aventi struttura
portante in cemento armato o mista.
I valori ottenuti per i due edifici sono i seguenti:
Edificio A
CD = 0.97 in direzione x (direzione parallela al lato maggiore dell’edificio)
CD = 0.89 in direzione y (direzione parallela al lato minore dell’edificio)
ing. Luca Romano - 2014
130. Travi: predimensionamento come travi semplicemente appoggiate, in solo acciaio, tasso
Colonne: predimensionamento a sola forza assiale, calcolando le superfici di influenza per
27
Predimensionamenti
Solaio: H = L/35 e schede produttore:
di lavoro 160 MPa: Wnec = M / s
ogni piano e la forza N risultante a varie altezze, tasso di lavoro 160 MPa:
ing. Luca Romano - 2014
Anec = N / s
131. L’analisi dei due edifici è stata svolta separatamente con un codice di calcolo generale agli elementi finiti,
Straus 7.
I solai sono modellati con elementi di tipo “load patch”, ovvero elementi in grado di simulare la reale
distribuzione del carico verticale ad essi applicato, sulle travi sottostanti. I carichi agenti sulle travi di
perimetro dovuti alla presenza della facciata piena sono stati simulati con masse distribuite su di esse,
mentre quelli dovuti alla facciata vetrata e alla passerella di servizio, sono stati applicato, ove necessario,
come forze e momenti distribuiti.
I pesi propri sono gestiti in automatico dal codice di calcolo, una volta inseriti materiali e la forza di gravità,
mentre i sovraccarichi permanenti ed accidentali sono stati inseriti come diverse condizioni di carico in
seguito combinate per massimizzare sia le sollecitazioni che le deformate.
Le travi e le colonne in acciaio sono state modellate come elementi “beam” di sezione e geometria tale da
rispecchiare esattamente la struttura progettata.
Il valore del parametro Kw di Winkler è stato indicato dalla relazione geologico – tecnica e
conservativamente assunto col valore Kw = 3 kg/cm3.
Con tale modellazione si stimano le sollecitazioni in platea, le pressioni trasmesse al terreno, che sono
indipendenti dal valore di Kw introdotto, e si stima la variabilità dei cedimenti funzione delle pressioni
trasmesse dalla platea nelle varie zone.
28
Metodi di analisi
I setti in cemento armato sono stati modellati come elementi piastra.
La platea è stata modellata con elementi piastra su suolo elastico alla Winkler.
Questa metodologia permette la corretta valutazione dell’interazione terreno-struttura.
ing. Luca Romano - 2014
132. 29
ing. Luca Romano - 2014
Vista del modello FEM
Sono state effettuati tre diversi tipi di analisi:
1. analisi statica lineare (combinazioni SLE, SLU e loro inviluppi)
2. analisi dinamica modale
3. analisi spettrale con la tecnica dello spettro di risposta
4. analisi su modelli parziali per le verifiche in fase di costruzione
133. 30
Analisi statica lineare.
Ad esempio per l’edificio A, col primo tipo di analisi sono stati risolti 8 diversi casi di carichi e 37 diverse
combinazioni come indicato nella tabella seguente:
ing. Luca Romano - 2014
135. La seconda analisi è stata quella in frequenza, con la quale sono stati determinati i principali modi di vibrare
di ciascuna struttura.
Sono stati presi in considerazione tutti i modi con massa partecipante superiore al 5% e comunque un
numero di modi sufficiente affinché la massa totale partecipante fosse superiore all’85% in tutte le
direzioni.
32
Analisi dinamica modale.
Per la struttura A sono stati calcolati i primi 80 modi di vibrare.
Nell’immagine seguente si riportano le immagini dei primi sei modi di vibrare per l’edificio “A”:
Modo 1: primo modo flessionale nella direzione del lato corto dell’edificio
modo 2: primo modo flessionale nella direzione del lato lungo dell’edificio
modo 3: primo modo torsionale
modi secondari degli impalcati
ing. Luca Romano - 2014
136. Il terzo tipo di analisi è quella sismica, che si esegue con la tecnica dello spettro di risposta, considerando
un’eccitazione sismica alla base.
Lo spettro utilizzato è quello di norma: una curva spettrale funzione del periodo.
La struttura è stata analizzata sottoponendo i due modelli agli elementi finiti ad un sisma in direzione x e
uno in direzione y.
Le sollecitazioni risultanti e gli spostamenti complessivi sono stati calcolati con la regola SRSS (radice quadra
33
Analisi spettrale con la tecnica dello spettro di risposta.
Essendo la zona a bassa sismicità è stato usato uno spettro con accelerazione 0,05 g.
della somma dei quadrati): i
ing. Luca Romano - 2014
2
dove per αi si intende l’iesima componente modale.
i
Tali operazioni sono svolte in automatico dal codice di calcolo utilizzato.
Lo spettro di progetto utilizzato per il calcolo è indicato nella figura seguente:
Spettro di progetto
137. Di seguito si riporta il risultato dell'analisi con la tecnica dello spettro di risposta, tenendo conto di un sisma
in direzione x e uno in direzione y, ad esempio per l’edificio “A”.
34
Controllo Spostamenti sismici (drift di piano)
ing. Luca Romano - 2014
Spostamenti edificio A lungo “y” per sisma “Y”:
Spostamenti edificio A lungo “x” per sisma “X”:
138. È stato fatto un controllo sugli spostamenti di interpiano, moltiplicando i valori derivanti da’analisi spettrale
per il coefficiente di struttura Q, in modo da associare il tutto ad uno spettro elastico e non di progetto.
Gli spostamenti sono stati combinati con la regola SRSS.
Si riportano nella tabella seguente i valori massimi, associati al sisma in direzione trasversale “Y” per ogni
piano, col relativo controllo dello spostamento relativo tra i piani:
35
Controllo spostamenti interpiano
Numero
piano
Quota
[cm]
ing. Luca Romano - 2014
Spostamento
assoluto [cm]
Spostamento differenziale
di piano [cm]
Verifica limiti di drift
(<0.005 h)
PT 0 0 - - -
P1 460 0,141 0,141 2,3 OK
P2 830 0,4154 0,2744 1,85 OK
P3 1200 0,7713 0,3559 1,85 OK
P4 1570 1,226 0,4547 1,85 OK
P5 1940 1,7491 0,5231 1,85 OK
P6 2310 2,9541 1,205 1,85 OK
P8 3050 3,6022 0,6481 3,7 OK
P9 3420 4,2732 0,671 1,85 OK
P10 3790 4,9539 0,6807 1,85 OK
P11 4160 5,638 0,6841 1,85 OK
P12 4530 6,3204 0,6824 1,85 OK
P13 4900 7,1253 0,8049 1,85 OK
139. I carichi agenti sono compatibili con i valori massimi ammissibili indicati dal prefabbricatore (vedi tabella 1).
I carichi agenti sono compatibili con i valori massimi ammissibili indicati dal prefabbricatore (vedi tabella 1).
36
VERIFICA SOLAI
Per quanto riguarda la verifica dei solai è stato fatto riferimento alle tabelle fornite dal fornitore.
Verifica solaio luce l=4.25 [m]
Carichi agenti:
Peso proprio solaio: p1= 4.85 [kN/m];
Carichi permanenti: p2= 3.00 [kN/m];
Sovraccarico accidentale – archivi: q2= 6.00 [kN/m];
Verifica solaio luce l=10.70 [m]
Carichi agenti:
Peso proprio solaio: p1= 4.85 [kN/m];
Carichi permanenti: p2= 3.00 [kN/m];
Sovraccarico accidentale – uffici non aperti al pubblico: q1= 2.00 [kN/m];
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Tabella 1 –tabella di dimensionamento del produttore
140. Le massime sollecitazioni agenti e le verifiche sulla trave in acciaio tipo 1, considerata incernierata alle
colonne, sono riportate nel seguito.
37
VERIFICA TRAVI
Esempio verifica trave tipo 1
Carichi agenti:
Peso proprio trave: p1=1.60 [kN/m]
Carichi permanenti: p2= )
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10.70
(4.85 3.00) ( =58.68 [kN/m]
2
4.25
2
10.70
4.25
Sovraccarico accidentale: q1= )
(6.00 =23.24 [ kN/m]
2
) (2.00
2
Caratteristiche statiche:
Wx = 1627 [cm3];
Jx = 30876 [cm4].
Verifiche a resistenza e a deformazione:
Trave : Tipo 1
Acciaio: Fe 510
fd = 3550 Kg/cm 2
Tensione predim.= 2400 Kg/cm 2
E (kg/cmq)= 2.10E+06 Kg/cm 2
CARICHI:
Peso Proprio trave, p= 1.60 Kg/cm
Carico distribuito perm. = 58.68 Kg/cm
Carico distribuito acc. = 23.24 Kg/cm
Carico concentrato mezz. P= 0 kg
carico distr.SLU= 119.252 Kg/cm
Carico conc. mezz. P (SLU)= 0 kg
LUCE = 604 cm
141. 38
sollecitazioni SLE: Taglio massimo = q*l/2 + P/2 25 223 K g
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Momento Mq = 1/8 x (q x l2) = 3808679 Kgcm
Momento MP = 1/4 x (P x l) = 0 Kgcm
Momento tot. Mtot = Mq + MP = 3808679 Kgcm
Modulo necessario W min = M/sadm = 1587 cm3
sollecitazioni SLU: Taglio massimo = q*l/2 + P/2 36014 Kg
Momento Mq = 1/8 x (q x l2) = 5438130 Kgcm
Momento MP = 1/4 x (P x l) = 0 Kgcm
Momento tot. Mtot = Mq + MP = 5438130 Kgcm
caratteristiche trave:
W (cm 3) = 1627
Jx (cm 4) = 30876
Hanima (cm)= 24
spessore anima (cm)= 1
VERIFICHE:
verifiche flessione SLU: ss = Mtot/W 3342 Kg/cm2 < 3550
verifiche taglio SLU: t = V/(Ha*t) 1501 Kg/cm2 < 2050
verifica deformata SLE: freccia, fq = 5/384(ql4)/(EJ) = 2.232 cm
freccia, fP = 1/48(Pl3)/(EJ) = 0.000 cm
freccia, ftot = fq + fP = 2.232 cm
rapporto L/f= 271
142. 39
VERIFICA COLONNE
Si riportano nel seguito le sollecitazioni di forza normale SLU agenti sulle colonne di un modello
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Sollecitazioni al singolo piano
Verifica di resistenza e stabilità
143. Dall’analisi delle tensioni allo SLU, integrando sugli elementi plate che formano nuclei e setti, si
determinano le sollecitazioni globali che servono per la verifiche nel dominio di rottura della sezione:
40
VERIFICA NUCLEI DI CONTROVENTO E SETTI
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Distribuzione tensioni SLU nei setti e nuclei
144. 41
ing. Luca Romano - 2014
Distribuzione tensioni nel nucleo al piano “n” di verifica
Integrazione tensioni dominio rottura del nucleo al piano “n”
La verifica deve essere effettuata su tutte le combinazioni SLU
146. Le combinazioni di carico SLE sono usate per il controllo degli spostamenti con le
limitazioni imposte dalle norme.
Gli spostamenti sotto la spinta del vento sono necessari, negli edifici alti, per dimensionare
i serramenti delle facciate.
Nell’immagine che segue si evidenziano gli spostamenti trasversali dovuti al vento che
soffia sulla facciata lunga e la relativa verifica globale:
43
SLE – VERIFICA SPOSTAMENTI
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2.83 cm < H/500
147. Le combinazioni di carico SLE sono usate per il controllo delle tensioni massime di
esercizio con le limitazioni imposte dalle norme.
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SLE – VERIFICA TENSIONI DI ESERCIZIO
Serviceability limit states: envelope stress in all members
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148. Il modello è quello generale, costituito da elementi beam per travi e pilastri, elementi bidimensionali per i
setti in cemento armato e i nuclei ascensore, elementi piastra su suolo alla Winkler per la platea di
fondazione, master link node per simulare la rigidezza di piano, elementi load-patch per attribuire i carichi
dei solai.
Questa metodologia permette la corretta valutazione dell’interazione terreno-struttura: la stima dei
cedimenti differenziali ed il calcolo esatto delle loro influenze nelle sollecitazioni sulla struttura.
Si riportano nel seguito i diagrammi esempi relativi ai cedimenti, le pressioni sul terreno valutati in SLE rare,
i momenti massimi e minimi valutati in SLU sulla platea in cemento armato per i due edifici A e B oggetto
del dimensionamento.
Si riportano, inoltre, i diagrammi che individuano le aree in cui dovrà essere disposta l’armatura integrativa
al lembo superiore e al lembo inferiore nelle due direzioni principali x,y.
45
CALCOLO FONDAZIONI
La platea è stata modellata con elementi piastra su suolo elastico alla Winkler, col valore Kw = 3 kg/cm3.
Si stimano:
- sollecitazioni in platea
- pressioni sul terreno
- cedimenti
ing. Luca Romano - 2014
149. 46
Valutazione dei cedimenti
ing. Luca Romano - 2014
Cedimenti Edificio A - SLE
150. 47
Valutazione delle pressioni sul terreno: P = Kw * cedimento
ing. Luca Romano - 2014
Pressioni sul terreno Edificio A - SLE
151. 48
Valutazione dei momenti sulla platea
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Mmax XX - Edificio A - SLU
152. Si prevede di utilizzare per la platea calcestruzzo armato di classe di resistenza Rck30 e classe di esposizione XC2.
La platea sarà armata con una maglia Φ20 passo 20x20 superiore e inferiore diffusa, si riportano nel seguito le immagini relative ai campi di
copertura della rete (indicati in grigio): Mres = 0.9*d*ss *As
49
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Mmax XX - Edificio A
153. 50
ing. Luca Romano - 2014
Mmax YY - Edificio A
In corrispondenza delle aree soggette a maggiori sollecitazioni verranno disposti ferri aggiuntivi superiori e inferiori così come indicato nelle tavole di orditura
della platea
154. ELISUPERFICIE
L’elisuperficie, per soddisfare la certificazione ENAC, deve consentire l’atterraggio di elicotteri tipo AW139.
Il diametro esterno della pista doveva essere pari a 25.00 [m], cui si deve aggiungere la rete metallica di
protezione di larghezza pari a 2.00 [m].
L’elisuperficie è costituita da elementi in alluminio dello spessore di 15 cm [cm] che poggiano su un traliccio
di travi in acciaio.
La struttura in acciaio poggia su colonne in acciaio presenti sui fili A e C dell’edificio.
Le travi principali, disposte trasversalmente, sono costituite da profili HEM 900, o profili di pari
caratteristiche statiche, che presentano sbalzo massimo pari a 10.00 [m] e campata massima tra A e C pari
a 14.95 [m].
Appoggiate sopra queste ultime, le travi secondarie e l’anello perimetrale, costituite da profili tipo HEB320.
Le travi sono disposte ad interasse pari a 4.25 [m], presentano luce libera tra gli appoggi pari a 6.25 [m] e
hanno sbalzi massimi, in direzione longitudinale, pari a 2.98 [m].
La struttura in acciaio poggia su colonne, anch’esse in acciaio, presenti sui fili A e C dell’edificio. La scelta di
non considerare l’appoggio sul picchetto B nasce dall’esigenza statica di avere la campata delle travi
principali dell’elisuperficie, tra il filo A e il filo C, di lunghezza paragonabile allo sbalzo presente oltre il
picchetto C per evitare il manifestarsi di sollecitazioni di trazione sulle colonne.
L’anello perimetrale è composto da una spezzata di 32 elementi uguali, tali da far percepire, dal basso, la
struttura il più possibile vicino ad una circonferenza. La dimensione massima degli elementi è pari a 2.43
[m].
51
building
ing. Luca Romano - 2014
10 m
155. In accordo con le norme ICAO è stato considerato un carico uniformente distribuito pari a 0.5 kN/m2,
applicato in combinazione con il carico dell’elicottero in atterraggio, ed un carico di 3.00 kN/m2, applicato in
combinazione con il carico dell’elicottero in parcheggio.
E’ l’equivalente statico del carico dinamico da impatto generato dall’elicottero in atterraggio. Il carico è
quello dovuto al peso del massimo decollo (MTOW) del più pesante elicottero accolto dall’elisuperficie,
moltiplicato per il rispettivo fattore di carico e applicato in direzione orizzontale e verticale, diviso in parti
uguali in due punti che rappresentano il carrello principale dell’elicottero.
Si riporta nel seguito la tabella relativa all’elenco delle combinazioni di carico previste dalla normativa ICAO.
52
Analisi dei carichi
Pesi propri e carichi permanenti:
Si sono considerati i seguenti peso proprio e carichi permanenti sulla struttura:
Peso proprio solaio (impalcato alluminio) g1= 0.39 kN/m2;
Carico variabile:
Atterraggio q1= 0.50 kN/m2;
Parcheggio q2= 2.50 kN/m2;
Carico accidentale
Componenti verticali:
1) Stato limite accidentale (Atterraggio di emergenza): 1.3x2.5x MTOW;
2) Stato limite ultimo: 1.3x1.5x MTOW;
3) Stato limite di esercizio: 1Xmtow.
Componenti orizzontali:
1) Tutte le combinazioni di carico: 1.6x0.5x MTOW;
Elicottero di progetto:
Modello: AW 139;
Peso massimo decollo (MTOW): 6800 [daN];
Lunghezza fuori tutto: 16.7 [m].
ing. Luca Romano - 2014
156. 53
ing. Luca Romano - 2014
Modello completo
Verifica travi principali:
Travi principali – Momento flettente (ICAO C)
157. 54
ing. Luca Romano - 2014
Travi principali –Taglio (ICAO C)
Travi principali –spostamenti verticali Δz (ICAO B)
158. 55
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Travi principali –σmax (ICAO C)
Sollecitazioni travi secondarie:
Travi secondarie – Momento flettente (ICAO A)
159. Si riportano nel seguito gli spostamenti massimi dei corpi A, B e C che costituiscono il complesso direzionale
di Fiera Milano.
Come già precisato nelle premesse i corpi B e C costituiscono, dal punto di vista strutturale, un unico
edificio e, pertanto, nel modello di calcolo sono stati considerati come un tutt’uno.
Gli spostamenti massimi delle strutture sono stati valutati per le condizioni di carico dovute al vento (x e y),
al sisma (x e y) e al gradiente termico ΔT pari a 25°C.
Per la determinazione della dimensione del giunto strutturale, sono stati valutati i massimi avvicinamenti in
direzione x dovuti alle tre condizioni di carico sopra riportate, applicando il coefficiente di sicurezza
56
SPOSTAMENTI RELATIVI DEGLI EDIFICI
Si riporta nella seguente tabella i massimi spostamenti nelle due direzioni per i due edifici.
Corpo A Corpi B e C
Vento (dir. x) 0.41 [cm] Vento dir. x 0.12 [cm]
Vento (dir. y) 4.00 [cm] Vento dir. y 4.20 [cm]
Sisma (dir. x) 3.75 [cm] Sisma dir. x 3.22 [cm]
Sisma (dir. y) 8.58 [cm] Sisma dir. y 9.61 [cm]
Gradiente termico ΔT (dir. x) 1.61 [cm] Gradiente termico ΔT (dir. x) 0.85 [cm]
F =1.4.
VENTO: 0.41 0.12 0.53 1.4 0.75 F x cm
SISMA: 3.75 3.22 6.97 1.4 9.76 F x cm
TERMICO: 1.61 0.85 2.46 1.4 3.45 F x cm
Pertanto il giunto strutturale tra il corpo A e i corpi B e C è stato posto pari a 10 cm
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