Le azioni sulle costruzioni

da opportuni fattori di combinazione ψij, rappresentativi della probabilità che determinate azioni possano essere considerate come contemporanee. Questi ultimi coefficienti sono forniti dalle stesse NTC e variano in funzione della destinazione d’uso o delle caratteristiche del sito di interesse, se riferite alle azioni del vento e della neve.

La scelta della tipologia costruttiva deriva dunque dalla ricerca di un punto di incontro tra l’aspetto economico, funzionale, estetico, ma anche prestazionale dell’opera. Generalmente, nell’ambito di una progettazione ordinaria, le azioni esterne nei confronti delle quali valutare la risposta strutturale sono rappresentate dai pesi propri degli elementi costruttivi, dai carichi portati permanenti e variabili e dall’azione sismica valutata in funzione del sito in cui sorge l’opera. In tale contesto, le norme tecniche si confermano ancora come un valido riferimento, definendo i pesi dei materiali utilizzati e i carichi accidentali validi per la maggior parte delle costruzioni ordinarie e fornendo gli strumenti necessari per la determinazione analitica delle azioni derivanti dal vento, dalla neve e dagli scuotimenti sismici. In particolare, quest’ultimo aspetto occupa una posizione elevata in termini di importanza nel contesto nazionale, in quanto rappresenta un fattore di rischio non trascurabile, motivato dall’entità della pericolosità sismica della quasi totalità del territorio italiano. A tal proposito, l’evolversi dell’approccio normativo che ha regolato la progettazione negli ultimi decenni è dovuto proprio all’aspetto della risposta sismica delle strutture, dimostratasi palesemente carente sulla base delle evidenze mostrate dal patrimonio esistente e degli studi del settore, che hanno permesso di definire le principali criticità riscontrate e le strategie di miglioramento attuabili già durante la fase preliminare di progettazione.

2.2 Le azioni sulle costruzioni

La modellazione delle azioni passa per la valutazione analitica dei carichi verticali e orizzontali che una struttura è chiamata a sopportare nel corso della sua esistenza. Le azioni da applicare al sistema strutturale oggetto di progettazione possono avere un carattere deterministico, quando la stima dei valori attesi è esatta e fondata su un calcolo rigoroso che tiene conto delle quantità e dei pesi specifici dei materiali presenti, come nel caso dei carichi permanenti e non permanenti, oppure una natura probabilistica, quando sono caratterizzati da una variabilità che è funzione della tipologia di carico considerato, come nel caso dei carichi variabili, eccezionali e sismici.

Una prima classificazione delle azioni può essere effettuata in relazione alla risposta strutturale e quindi alla loro capacità di provocare o meno delle accelerazioni significative nel sistema studiato; si identificano così le azioni statiche, pseudo-statiche e dinamiche. Una seconda classificazione tiene conto della variazione dell’intensità delle azioni nel tempo, in termini di persistenza a lungo termine (permanenti, non permanenti) o breve termine (variabili), oppure il cui verificarsi è da considerarsi come una eccezionalità (eccezionali), o ancora rappresentativi

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degli scuotimenti tellurici (sismici)¹⁸. Infine, in funzione degli elementi che contribuiscono alla determinazione dei carichi assunti come presenti nel medio-lungo termine, si distinguono i carichi di tipo strutturale e non strutturale. Nel dettaglio, alla categoria dei permanenti strutturali (G1) appartengono quei carichi gravitazionali derivanti dal peso proprio degli elementi portanti della costruzione, che si considerano irremovibili per l’intera vita dell’opera. Tra i permanenti non strutturali (G2) rientrano invece i carichi legati alla presenza di elementi secondari, quali massetti, intonaci, tramezzi e pavimentazioni, solitamente sempre presenti, ma per i quali esiste la possibilità che vengano rimossi nel passaggio tra le diverse fasi di vita del fabbricato, nell’ipotesi realistica che questo subisca modifiche rilevanti ai fini della stabilità strutturale. Infine, i carichi variabili (Qk) possono essere presenti o non presenti a seconda dei casi, in relazione all’utilizzo previsto per la costruzione, al suo posizionamento nel contesto territoriale, nonché all’esposizione nei confronti dei fenomeni meteorologici naturali quali ad esempio neve e vento, che comportano inevitabilmente delle azioni aggiuntive rispetto a quelle in condizioni “di riposo”. Per quanto concerne quest’ultima tipologia, le NTC riportano nel capitolo 3 i valori dei sovraccarichi da considerare nel dimensionamento e nella verifica dei sistemi strutturali in funzione delle diverse categorie d’uso, distinguendo gli ambienti residenziali, gli uffici, gli ambienti suscettibili di affollamento, quelli ad uso commerciale, per immagazzinamento o ad uso industriale, nonché le aree destinate a rimesse e le coperture. La titolo di esempio, per la categoria E ipotizzata per il caso studio trattato nel seguito, la Tabella 2.1¹⁹ mostra i valori di carico caratteristici minimi associati a edifici industriali, dove con qk si intendono i carichi verticali uniformemente distribuiti, con Qk i carichi verticali concentrati e con Hk i carichi orizzontali lineari. Cat. Ambienti ^qk [kN/m2] Qk [kN] Hk [kN/m] E

Aree per immagazzinamento e uso commerciale e uso industriale Cat.E1 Aree per l’accumulo di merci e relative

aree d’accesso, quali biblioteche, archivi, magazzini, depositi, laboratori manifatturieri

≥ 6,00 7,00 1,00 Cat. E2 Ambienti ad uso industriale da valutarsi caso per caso Tabella 2.1 – Sovraccarichi accidentali legati alla destinazione d’uso per la categoria E

Per le azioni verticali derivanti dalla presenza di neve sulle coperture, la stessa norma permette di assumere un carico di superficie che è funzione del peso della neve al suolo, stimato in relazione al sito considerato, sulla base della zonizzazione effettuata a monte dal legislatore, della geometria della copertura, dalle caratteristiche specifiche dell’area in cui sorge il fabbricato, che ne determinano l’esposizione, e dalla eventuale riduzione del carico neve

18 §2.5.1. “Classificazione delle azioni” – Allegato al DM 17 gennaio 2018

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causata dallo scioglimento derivante dalla presenza di un flusso termico importante diretto verso l’esterno della costruzione.

Una ulteriore fonte di sollecitazione per le opere civili è rappresentata dalla pressione del vento lungo le superfici esposte. L’azione del vento, pur essendo in realtà caratterizzata da una natura dinamica, ai fini delle analisi strutturali può essere trattata come azione pseudo-statica, date le basse accelerazioni provocate sul sistema. Per alcune tipologie costruttive, il vento può costituire l’azione più importante, in termini di intensità, nei confronti della quale effettuare il dimensionamento degli elementi strutturali. È il caso delle opere caratterizzate da un grande ingombro e da una massa sismica moderatamente contenuta, come la maggior parte delle strutture in acciaio, nelle quali, al contrario di quanto avviene in quelle realizzate in calcestruzzo, si ha una elevata deformabilità, tale da provocare spostamenti eccessivi e sollecitazioni più elevate nella struttura portante. Come per il caso del carico da neve, anche la spinta orizzontale causata dalla presenza di vento viene valutata in funzione del sito considerato, con riferimento alla procedura fornita dalle norme tecniche. I fattori determinanti in tale contesto sono la velocità e la pressione cinetica di riferimento del vento, il coefficiente di esposizione, descrittivo delle caratteristiche del sito e variabile anche in funzione dell’altezza rispetto al suolo, e i coefficienti dinamico e aerodinamico, che tengono conto degli effetti amplificativi o riduttivi derivanti dalla tipologia e dalla geometria della costruzione considerata e che vengono valutati con metodologie specifiche, quando ritenuti significativi.

Ai fini delle verifiche da condurre con riferimento agli stati limite di interesse per la progettazione, le azioni finora trattate vengono dunque opportunamente combinate tra loro²⁰. Si riportano, a tal proposito, le combinazioni di carico fornite dalla normativa, corrette dai coefficienti γi e ψij di interesse per il caso specifico, riportati nelle Tabelle 2.2 e 2.3²¹.

- Combinazione fondamentale, impiegata per gli Stati Limite Ultimi: 8₉ : 8₉ : 8_; < 8₌ >_? 8_{= $} >_? …

- Combinazione caratteristica (o rara), impiegata per gli Stati Limite di Esercizio irreversibili:

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- Combinazione frequente, impiegata per gli Stati Limite di Esercizio reversibili

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- Combinazione quasi permanente, impiegata per la valutazione degli effetti a lungo termine in relazione agli Stati Limite di Esercizio:

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dove:

20 § 2.5.3. “Combinazione delle azioni” – Allegato al DM 17 gennaio 2018 – Norme Tecniche per le Costruzioni

21 §2.5. “Azioni sulle costruzioni” e §2.6. “Azioni nelle verifiche agli stati limite” – Allegato al DM 17 gennaio 2018 – Norme Tecniche per le Costruzioni