Progettazione strutturale
Principi teorici e buone pratiche

A) pianta

B) 3D

C) Modello strutturale

D) Esecutivi strutturali

Le fasi della progettazione strutturale

La progettazione strutturale si può tradurre nell’applicazione di principi teorici e di buona pratica, nonché norme specifiche atte a garantire i requisiti essenziali di resistenza meccanica, stabilità e durabilità.

L’attuale paradigma di progettazione prevede che le opere debbano garantire determinati livelli prestazionali in accordo agli Stati Limite, durante tutta la vita nominale di progetto.

Il raggiungimento di determinati livelli prestazionali consente di conferire capacità di evitare crolli, perdite di equilibrio ma anche capacità di mantenere un certo livello di resistenza meccanica in condizioni di incendio.

Il processo di progettazione strutturale, che porta al raggiungimento di determinati livelli di prestazione, si può suddividere nelle seguenti fasi:

Pianificazione strutturale;
Azioni e valutazione dei carichi;
Metodi di analisi;
Progettazione degli elementi;
Dettagli, disegni e preparazione delle attività.

Telaio in C.A.

Pianificazione strutturale

La pianificazione strutturale è fortemente influenzata dalla scelta tecnologica operata, ovvero dal materiale e dalla tecnologia ad esso associata.

La scelta tecnologica può dipendere da diversi fattori, come:

Costo;
Tempo di esecuzione;
Requisiti ambientali.

Una struttura in calcestruzzo armato potrebbe avere un costo più basso ma dei tempi di realizzazione più lunghi rispetto ad una analoga realizzata attraverso la tecnologia della prefabbricazione.

Pertanto, la scelta dovrebbe essere sempre fatta a seguito di un’analisi costi-benefici.

Oltre a tali aspetti però la scelta tecnologica influenza a sua volta la pianificazione strutturale, che deve scontrarsi con altri aspetti, come la pericolosità del sito, la categoria dell’edificio da cui ne derivano i carichi statici e le esigenze del committente.

Considerando il caso di una struttura a telaio in calcestruzzo armato, il processo di pianificazione strutturale può suddividersi nelle seguenti fasi:

Studio della pericolosità del sito e definizione del modello progettuale;
Posizionamento, orientamento e rispetto delle limitazioni sulle colonne;
Posizionamento e rispetto delle limitazioni sulle travi;
Definizione degli orizzontamenti;
Scelta della tipologia di fondazione.

Esempio di orientamento corretto

Esempio di orientamento non benefico al soddisfacimento delle verifiche strutturali

Studio della pericolosità del sito e definizione del modello progettuale

Alla luce dei passati e dei recenti eventi sismici che hanno interessato il nostro territorio, e dunque dalla pericolosità che è stata dedotta da questa conoscenza, il progettista non può ignorare l’applicazione di modelli progettuali in grado di fronteggiare gli eventi, che con ogni probabilità sono destinati a verificarsi.

La traduzione normativa definisce, per le strutture soggette ad azioni sismiche e non dotate di dispositivi di isolamento e/o dissipativi, due comportamenti per le strutture:

comportamento strutturale dissipativo
comportamento strutturale non dissipativo

Dove per le strutture a comportamento dissipativo si deve scegliere la classe di duttilità da associare, che influirà sulle varie prescrizioni in modo da regolare la capacità dissipativa sia a livello locale che al livello globale.

Secondo questo approccio il progettista sarà chiamato a fare delle scelte sul comportamento che vuole ottenere, anche in base alla pericolosità del sito, che in casi di particolare complessità potrebbe essere dedotta anche da uno studio di risposta sismica locale.

Posizionamento e rispetto delle limitazioni sulle travi

Le travi consentono il trasferimento dei carichi alle colonne ed in contesti di carico eccezionale, devono consentire all’attivazione delle cerniere platiche così da favorire meccanismi quanto più duttili possibili.

Come descritto per le colonne anche le travi sono da attenzionare nei seguenti aspetti:

Posizionamento: Infatti, le travi dovrebbero, a meno di esigenze architettoniche particolari o tipologie di schemi strutturali, essere poste tra le colonne al fine di creare un telaio spaziale tridimensionale. Ciò, contribuisce a rendere l’edificio regolare in altezza ed anche a limitare gli spostamenti di interpiano.
Limitazioni Normative: Diverse limitazioni sono definite sulla geometria ma oltre a queste, si può citare la buona regola:

h_{_trave} ≤ h_{_pilastro}-5cm

da prendere in considerazione all’atto del predimensionamento al fine del rispetto del principio di Gerarchia delle Resistenze trave-colonna, comunque da verificare a seguito dell’analisi strutturale.

Esempio di giunto di separazione utile al miglioramento strutturale

Definizione degli orizzontamenti

Gli orizzontamenti, o solai, dal punto di vista strutturale posso essere a singola o doppia orditura.

I solai a singola orditura sono progettati considerando idealmente una striscia unitaria libera da qualsiasi collegamento trasversale, dunque sotto carico idealmente dovrebbero esibire una deformazione cilindrica, ma ciò quasi mai avviene.

Questo comportamento mette in luce la necessità di stabilire con attenzione i parametri strutturali di progetto.

Semplici regole suggeriscono di mantenere il rapporto tra la luce libera del solaio e lo spessore dello stesso nell’intervallo 18-20 al fine di limitare la deformabilità. Limitando la deformabilità si riescono ad evitare concentrazioni di sforzo prodotte da elementi non strutturali e dunque l’insorgere di quadri fessurativi.

Nei solai a singola orditura, l’interazione ai bordi è un aspetto sicuramente da attenzionare. Infatti, le strutture parallele all’orditura, dunque che non costituiscono appoggio diretto, costituiscono un vincolo reale trasversale, il quale fa nascere delle sollecitazioni interne e dunque possibili stati fessurativi.

La problematica può essere risolta, costituendo delle nervature o nei casi di sollecitazioni elevate creando un giunto strutturale lungo tali direzioni.

La direzione di orditura è un aspetto sicuramente di interesse per il progettista. In genere si tende ad alternare la direzione di orditura in modo da mantenere una distribuzione uniforme del carico ai vari piani.

Progettazione delle opere di fondazione mediante investigazione delle tensioni generate nel terreno per effetto della sovrastruttura

Scelta della tipologia di fondazione

Nel processo di pianificazione strutturale, oltre agli aspetti già definiti ed altri non menzionati, la scelta della tipologia di fondazione è un aspetto di grande importanza.

La fondazione è quella parte d’opera che ha il compito di trasferire i carichi derivanti dalle sovrastrutture al terreno, in condizioni statiche e dinamiche.

Le indagini geotecniche in questa fase, possono essere d’aiuto a investigare sulle proprietà del terreno, fornendo anche utili informazioni riguardanti la presenza di eventuali falde e variazione del loro livello.

Diverse sono le tipologie di indagini e chiaramente sono da commisurare alla natura dell’opera e/o intervento da realizzare, ma è bene sottolineare che il progettista è responsabile per la definizione del piano delle indagini, della caratterizzazione e della modellazione geotecnica, anche se tale studio è sempre interessato da un’intrinseca incertezza.

Pertanto, la scelta della tipologia di fondazione non deve mai essere fatta a priori, ma bisogna sempre indagare e dunque definire un modello geotecnico del terreno al fine di operare la migliore scelta, per tutta la vita nominale di progetto.

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