Uno dei compiti principali del progettista strutturale è la verifica della sicurezza della struttura. Tale verifica può essere ricondotta al soddisfacimento della disuguaglianza di seguito riportata la quale deve rimanere valida in ogni momento della vita dell’opera, con riferimento ad ogni elemento strutturale e per l’intero organismo strutturale nel suo complesso:
𝑆𝑜𝑙𝑙𝑒𝑐𝑖𝑡𝑎𝑧𝑖𝑜𝑛𝑒 < 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑧𝑎.
Tutte le grandezze in gioco, sia nel campo delle resistenze che nel campo delle sollecitazioni, hanno carattere aleatorio, ovvero non sono determinabili in maniera univoca; operando con
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variabili di tipo aleatorio risulta necessaria la conoscenza delle funzioni di densità di probabilità di tali entità. Nell’assunzione dei valori caratteristici di resistenza si assume solitamente il valore caratteristico frattile al 5% (inferiore) ovvero quel valore che ha la probabilità del 5% di non essere superato e 95% di probabilità di essere invece superato. Nell’assunzione dei valori caratteristici di sollecitazione si assume invece il valore caratteristico al 95° percentile, cioè quel valore che ha la probabilità del 95% di non essere superato.
Il metodo utilizzato dalle più recenti normative sulle costruzioni per la valutazione della sicurezza strutturale è il cosiddetto metodo semiprobabilistico agli stati limite il quale prevede, come visto, che i valori di progetto delle variabili relative alle sollecitazioni e quelli relativi alle resistenze siano ottenuti semplicemente con dei coefficienti 𝛾𝑀, minoranti per la variabili di base delle resistenze dei materiali e 𝛾𝐹, maggioranti per le variabili di base delle sollecitazioni. I coefficienti minoranti per i materiali si applicano sui valori caratteristici delle resistenze. Per gli stati limite ultimi (cioè quelli relativi alla verifica della condizione di collasso strutturale), i coefficienti 𝛾𝑀 risultano superiori all’unità e sono determinati dal prodotto dei fattori parziali 𝛾𝑀′ , 𝛾 𝑀′′ e 𝛾 𝑀′′′ che tengono in considerazione de:
- l’incertezza del modello di calcolo;
- il passaggio dal frattile del 5% al frattile del 0,5% per il materiale in opera;
- la correlazione tra i valori di resistenza delle prove e quella effettiva del materiali in opera.
Per gli stati limite di esercizio (relativi alla verifica della funzionalità di normale esercizio della struttura), i valori caratteristici e quelli di progetto coincidono. Nulla impedisce ovviamente ad un Ente Normatore nazionale di introdurre valori dei coefficienti di sicurezza più severi rispetto a quelli proposti a livello comunitario (cosa già avvenuta in Italia per quanto riguarda le strutture in calcestruzzo armato).
Poiché nel calcolo delle sollecitazioni le uniche variabili considerate aleatorie sono i carichi (vengono infatti considerate come grandezze deterministiche le grandezze geometriche relative alla quantificazione delle sollecitazioni), i coefficienti maggioranti relativi alle sollecitazioni da applicarsi ai valori caratteristici di carichi, consentono di tenere in considerazione tutte le altre fonti di aleatorietà. Nel calcolo delle sollecitazioni, in presenza di azioni variabili diverse, occorre inoltre tenere in considerazione tramite opportuni coefficienti
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di combinazione ψ, la probabilità ridotta che tutte le azioni intervengano contemporaneamente con il loro valore caratteristico.
Secondo tutti i documenti normativi europei di più recente edizione (EN, DIN, SIA, documento NICOLE ecc.) le azioni devono essere assegnate ad una delle classi di durata del carico delineate nella tabella che segue (tabella riportata al paragrafo 4.4.4 delle N.T.C.’08):
Tabella:4.4.I Classi di durata del carico
Classe di durata del carico Durata del carico caratteristico
Permanente più di 10 anni
Lunga durata da 6 mesi a 10 anni
Media durata da 1 settimana a 6 mesi
Breve durata meno di 1 settimana
Istantaneo -
Le classi di durata del carico sono caratterizzate dall’effetto di un carico costante attivo per un certo periodo di tempo nella vita della struttura. La tabella precedentemente riportata consente di determinare la classe di durata del carico in funzione della variazione tipica del carico caratteristico con il tempo. Ai fini del calcolo, in genere, si possono assumere:
- il peso proprio ed i carichi non rimovibili durante il normale esercizio della struttura come appartenenti alla classe di durata permanente;
- i carichi permanenti suscettibili di cambiamenti durante il normale esercizio della struttura ed i sovraccarichi variabili relativi a magazzini e depositi appartenenti alla classe di lunga durata;
- i sovraccarichi variabili (ad esclusione di magazzini e depositi) appartenenti alla classe di media durata;
- il sovraccarico da neve di riferimento al suolo qsk, calcolato in uno specifico sito ad una certa altitudine apparentemente ad una classe di durata in funzione del sito. In alternativa si potrebbe considerare che il valore qsk
- l’azione del vento e le azioni eccezionali appartenenti alla classe di durata istantanea. risulti composto da addendi appartenenti a classi di durata differenti (come proposto nel documento NICOLE);
Per le strutture di legno in genere, ma in particolare per quelle composte da parti con diverso comportamento reologico (per esempio quelle miste legno-calcestruzzo), le verifiche andranno effettuate sia nello stato iniziale a tempo 𝑡 = 0 (senza cioè mettere in conto gli effetti di
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viscosità del materiale), che in quello finale a tempo 𝑡 = ∞ (ovvero quando gli effetti di viscosità si sono manifestati completamente).
Le strutture devono inoltre essere assegnate ad una delle classi di servizio di seguito descritte. Il sistema delle classi di servizio è destinato all’assegnazione di valori di resistenza ed al calcolo delle deformazioni in condizioni ambientali definite.
- Classe di servizio 1: è caratterizzata da un’umidità del materiale in equilibrio con ambiente ad una temperatura di 20°C ed un’umidità relativa dell’aria circostante che non superi il 65% se non per poche settimane all’anno. Possono appartenere a tale classe gli elementi lignei protetti contro le intemperie come quelli posti all’interno degli edifici in ambienti condizionati;
- Classe di servizio 2: è caratterizzata da un’umidità dei materiali in equilibrio con ambiente ad una temperatura di 20°C e un’umidità relativa dell’aria circostante che superi l’85% solo per poche settimane l’anno. Possono appartenere a tale classe gli elementi lignei posti all’esterno degli edifici ma protetti, almeno parzialmente, dalle intemperie e dall’irraggiamento solare diretto;
- Classe di servizio 3: condizioni climatiche che prevedono umidità più elevate di quelle della classe di servizio 2. Possono appartenere a tale classe gli elementi lignei posti all’esterno degli edifici direttamente esposti alle intemperie.