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Raffaele Landolfo » 18.Tipologie strutturali


Tipologie strutturali

Indice

  • Generalità
  • Il modello geometrico
  • Tipologia degli elementi componenti
  • Vincolo
  • Classificazione dei vincoli
  • Classificazione tipologica dei sistemi di travi
    • Travi ad asse rettilineo
    • Archi
    • Travi reticolari
    • Telai e graticci

Generalità

Il sistema strutturale rappresenta la parte portante di un manufatto (sistema costruzione), ovvero l’organismo a cui è relegata la funzione di assorbimento e trasferimento in “sicurezza” al terreno di fondazione delle azioni di carattere antropiche o ambientali a cui è assoggettato durante la sua vita di progetto.

In particolare la struttura è vista come un insieme di elementi (membrature) collegati tra loro da relazioni (vincoli interni o esterni) che ne definiscono il grado di appartenenza (sotto sistemi o gruppi omogenei) e la loro gerarchia (elementi principali, secondari etc.).

Un qualsiasi sistema strutturale può generalmente suddividersi in sotto-sistemi, ossia in parti omogenee definite per tipologie e/o funzioni statiche.

Sistema strutturale

Sistema strutturale

Sistema strutturale e i suoi sottosistemi

Sistema strutturale e i suoi sottosistemi


Il modello geometrico

Una volta concepito il sistema strutturale, esso deve essere adeguatamente modellato.

La descrizione del modello strutturale avviene a partire dal modello geometrico.

Il modello geometrico ha come finalità quella di descrivere la geometria del sistema strutturale nel suo stato iniziale, attraverso un’adeguata scelta tipologica degli elementi che lo compongono definendo, inoltre, i vincoli interni ed esterni che ne limitano gli spostamenti.

Modello geometrico

Modello geometrico


Tipologia degli elementi componenti

Il modello geometrico si caratterizza in primo luogo per la scelta tipologica degli elementi, ovvero per la definizione di un’appropriata teoria strutturale che interpreti, in maniera adeguata, la risposta strutturale del sistema o del sottosistema da analizzare.

Abaco degli elementi componenti

Abaco degli elementi componenti


Tipologia degli elementi componenti

Elementi strutturali. Fonte: Botta prefabbricati; Costruzioni Lavenice; Marino solai; Edil Portale

Elementi strutturali. Fonte: Botta prefabbricati; Costruzioni Lavenice; Marino solai; Edil Portale


Tipologia degli elementi componenti

Definiamo elementi monodimensionali quei solidi la cui geometria è caratterizzata da una dimensione (L, lunghezza) predominante rispetto alle altre due.

Posto:

  • d = max {b;h};

dove b ed h sono le dimensioni della sezione trasversale dell’elemento.

Pertanto, un elemento può essere considerato monodimensionale se risulta essere soddisfatta la seguente relazione:

  • L/d >10 (Bernulli-Eulero)
Modello geometrico di un elemento monodimensionale

Modello geometrico di un elemento monodimensionale

Elementi monodimensionali

Elementi monodimensionali


Tipologia degli elementi componenti

Definiamo elementi bidimensionali quei solidi la cui geometria è caratterizzata da una dimensione (t, spessore) molto più piccola rispetto alle altre due.

Posto :

  • d = min {a;b};

dove a e b rappresentano rispettivamente la larghezza e la lunghezza dell’elemento.

Pertanto, un elemento può essere considerato bidimensionale se risulta essere soddisfatta la seguente relazione:

  • d/t >10 (Kirchoff)
Modello geometrico di un elemento bidimensionale

Modello geometrico di un elemento bidimensionale

Elementi bidimensionali

Elementi bidimensionali


Tipologia degli elementi componenti

Definiamo elementi tridimensionali quei solidi la cui geometria è caratterizzata da dimensioni tra loro confrontabili (a, b, c).

Un elemento può essere considerato tridimensionale se risulta essere soddisfatta la seguente relazione:

a ≅ b  ≅ c.

Modello geometrico di un elemento tridimensionale

Modello geometrico di un elemento tridimensionale

Elementi tridimensionali

Elementi tridimensionali


Vincoli

La modellazione geometrica termina con la scelta dei vincoli esterni ed interni, che limitano gli spostamenti del sistema strutturale.

I vincoli sono dispositivi atti a limitare il campo di spostamenti di un determinato sistema, attraverso la successiva eliminazione dei gradi di libertà (g.d.l.). Ad ogni g.d.l. eliminato (grandezza cinematica) corrisponde una reazione vincolare (r.v.).

Gradi di libertà nello spazio

Gradi di libertà nello spazio

Gradi di libertà nel piano

Gradi di libertà nel piano


Classificazione dei vincoli

Classificazione dei vincoli

Classificazione dei vincoli


Classificazione dei vincoli

Esempi applicativi

Esempi applicativi


Classificazione dei vincoli

Esempi applicativi

Esempi applicativi


Classificazione dei vincoli

Esempi applicativi

Esempi applicativi


Classificazione dei vincoli

Esempi applicativi

Esempi applicativi


Classificazione dei vincoli

Esempi applicativi

Esempi applicativi


Classificazione dei vincoli

Esempi applicativi

Esempi applicativi


Classificazione tipologica dei sistemi di travi

Le forme strutturali costituite da elementi monodimensionali, in relazione alla loro geometria o forma (dritti o curvi), possono essere classificate in:

  • travi ad asse rettilineo;
  • archi;
  • travi reticolari;
  • telai e graticci.
Tipologie strutturali di sistemi di travi

Tipologie strutturali di sistemi di travi


Travi ad asse rettilineo

Le travi sono elementi strutturali monodimensionali, caricate principalmente in direzione normale al proprio asse e soggette prevalentemente a momento flettente e taglio.

Comportamento generale delle travi

Comportamento generale delle travi

Es. Applicativo

Es. Applicativo


Archi

Gli archi sono elementi strutturali di tipo lineare curvo, che collegano due punti, soggetti (per forma) a sforzi prevalenti di compressione.

Ciò avviene quando la linea d’asse dell’arco si posiziona lungo la funicolare dei carichi e/o curva di pressione (luogo dei punti di applicazione delle risultanti degli sforzi su ogni sezione trasversale dell’arco e dei piedritti).

A differenza degli archi formati da blocchi, gli archi “monotrave” realizzati in materiali quali l’acciaio o il calcestruzzo armato sono in grado di sopportare una certa entità di variazione di carico senza registrare variazioni di forma o danneggiamenti.

Gli archi vengono classificati, in base alle condizioni dei loro supporti, in:

  • archi incastrati: la linea delle pressioni non ha alcun punto di passaggio obbligato;
  • archi a due cerniere: la linea delle pressioni deve passare per le cerniere d’imposta;
  • archi a tre cerniere: la linea delle pressioni deve passare per le cerniere d’imposta e la cerniera posta in chiave.
Poligono funicolare dei carichi. Fonte: Il Portale delle Costruzioni

Poligono funicolare dei carichi. Fonte: Il Portale delle Costruzioni

Archi rigidi. Fonte: Wikimedia Commons, 9; 10; 11

Archi rigidi. Fonte: Wikimedia Commons, 9; 10; 11


Travi reticolari

Si definisce traliccio o travatura reticolare un sistema di elementi lineari (aste), disposti secondo un triangolo o una combinazione di triangoli, al fine di formare un sistema rigido.

Gli elementi lineari sono collegati tra loro mediante cerniere (nodi), in modo che tutti i carichi e le reazioni vincolari siano applicati solo nei nodi.
Le aste di conseguenza saranno sollecitate solo da regimi assiali di compressione o di trazione.

Tipiche travature reticolari

Tipiche travature reticolari

Esempio applicativo. Fonte: Ornella Costruzioni

Esempio applicativo. Fonte: Ornella Costruzioni


Telai e graticci

Una struttura a telaio è composta da elementi lineari, travi e colonne, incastrati tra loro, cioè vincolati in modo tale da trasmettersi mutuamente le sollecitazioni flessionali.

Quando un telaio è sollecitato ortogonalmente al suo piano di giacitura prende il nome di graticcio.

Il graticcio è un sistema doppiamente ordito di travi inflesse che, incastrate in ogni nodo, si sostengono a vicenda riducendo l’inflessione che si sarebbe avuta se ogni singola trave fosse stata indipendente.

Telaio in cemento armato. Fonte: Flickr

Telaio in cemento armato. Fonte: Flickr

Graticcio

Graticcio


I materiali di supporto della lezione

Daniel L. Schodek, Strutture, Patron Editore, Bologna 2004

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