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Per sicurezza di una struttura si intende la capacità della stessa, o di una sua parte, di garantire, nell’arco temporale definito come vita utile di progetto, gli specifici requisiti per i quali essa è stata progettata; la misura della sicurezza si esprime usualmente in termini probabilistici.
In accordo ai principi della sicurezza strutturale, ogni struttura deve essere progettata in modo da:
sostenere tutte le azioni che con maggiore probabilità si presenteranno e garantire la funzionalità, con un adeguato livello di sicurezza ed in maniera economica, per tutta la vita utile di progetto;
assicurare la resistenza strutturale, la funzionalità e la durabilità;
evitare, o quanto meno limitare, i danni conseguenti al verificarsi di un evento calamitoso;
I requisiti di base che una struttura deve garantire sono:
Nell’ambito dell’ingegneria strutturale si distinguono variabili di tipo deterministico ed aleatorio.
La maggior parte delle variabili che intervengono nei problemi di ingegneria sono di tipo aleatorio.
Il problema della sicurezza di una struttura richiede, dunque, un approccio di tipo probabilistico.
Una verifica di sicurezza si formula, in maniera generale, attraverso la seguente disuguaglianza critica:
E ≤ R
dove:
La verifica di sicurezza può essere effettuata adoperando diversi metodi di misura distinti in vari livelli:
Livello 0: “Approccio deterministico”;
Livello I: “Approccio semiprobabilistico”;
Livello II: “Approccio probabilistico approssimato”;
Livello III: “Approccio probabilistico esatto”.
Nella pratica corrente, si ricorre a metodi semplificativi (I livello), i quali considerano come uniche variabili aleatorie:
Per entrambe le variabili si ipotizza che la funzione densità di probabilità sia di tipo normale o gaussiana, caratterizzata, dunque, da due valori:
Una volta nota la distribuzione probabilistica di azioni e resistenze, si assume come valore di riferimento il valore caratteristico (xk), o frattile di ordine K, che viene fissato pari al 5%.
Si definisce valore caratteristico della resistenza f, e si indica con fk, quel valore della resistenza che ha la probabilità del 5% di essere minorato (frattile di ordine inferiore):
fk = fm – ks
Analogamente si definisce valore caratteristico dell’azione f, e si indica con fk, quel valore dell’azione che ha la probabilità del 5% di essere maggiorato (frattile di ordine superiore):
fk = fm + ks
Il coefficiente k dipende dal tipo di distribuzione e dall’ordine del frattile, in questo specifico caso (distribuzione normale e frattile dell’ordine 5%) risulta essere pari a:
k=1,645.
Il metodo semiprobabilistico agli stati limite (MSSL) appartiene al I livello in quanto non segue un approccio puramente probabilistico.
Nella logica di tale metodo i valori caratteristici delle resistenze fk e delle azioni Fk sono trasformati in valori di calcolo rispettivamente fd e Fd, mediante l’introduzione di due coefficienti parziali di sicurezza γm,γF.
Si definisce “stato limite” uno stato raggiunto il quale la struttura, o uno dei suoi elementi costruttivi, non possono più assolvere la funzione per i quali sono stati concepiti.
Esistono due categorie di stati limite:
- stati limite di esercizio (SLE)
stati limite il cui superamento compromette la funzionalità della scrittura.
- stati limite ultimo (SLU)
stati limite il cui superamento compromette la sicurezza della struttura.
I principali stati limiti di esercizio sono:
a) danneggiamenti locali (ad. Es. eccessiva fessurazione del calcestruzzo) che possono ridurre la durabilità della struttura, la sua efficienza o il suo aspetto;
b) spostamenti e deformazioni che possono limitare l’uso della costruzione, la sua efficienza e il suo aspetto;
c) spostamenti e deformazioni che possono compromettere l’efficienza e l’aspetto di elementi non strutturali, impianti, macchinari;
d) vibrazioni che possono compromettere l’uso della costruzione;
e) danni per fatica che possono compromettere la durabilità;
f) corrosione e/o eccessivo degrado dei materiali in funzione dell’ambiente di esposizione.
I principali stati limiti ultimi sono:
a) perdita di equilibrio della struttura o di una parte di essa;
b) spostamenti e deformazioni eccessive;
c) raggiungimento della massima capacità di resistenza di parti di strutture, collegamenti, fondazioni;
d) raggiungimento della massima capacità di resistenza della struttura nel suo insieme;
e) raggiungimento di meccanismi di collasso nei terreni;
f) rottura di membrature e collegamenti per fatica;
g) rottura di membrature e collegamenti per altri effetti dipendenti dal tempo;
h) Instabilità di parti della struttura o del suo insieme.
Il metodo delle tensioni ammissibili (MTA) appartiene al livello 0, e impone l’introduzione di un unico coefficiente di sicurezza ν da applicare al valore caratteristico della resistenza del materiale.
Operativamente la misura della sicurezza si traduce nel verificare che in nessun punto della struttura le tensioni indotte dai carichi nominali superino la tensione ammissibile.
La normativa vigente consente l’utilizzo di tale metodo solo per le costruzioni di tipo 1 e 2 e classi d’uso I e II, limitatamente a siti ricadenti in zona 4 (bassissimo rischio sismico).
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16. Stato limite ultimo per tensioni tangenziali
17. Stati limite di esercizio: fessurazione e controllo tensionale
19. La classificazione dei sistemi strutturali
D. M. 14/01/2008 Nuove norme tecniche per le costruzioni.
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