Analisi statica strutturale degli impianti in legno e cemento

Analisi statica strutturale degli
impianti in legno e cemento
Ing. Stefano Coalova - libero
professionista
OBIETTIVO
VERIFICA STRUTTURALE
DI UN IMPIANTO ANTIGRANDINE
D.M. 14.01.2008 – “Norme tecniche per le costruzioni”
Circolare 2 Febbraio 2009, n.617, C.S.LL.PP.
DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA ANALIZZATA
Filo di colmo
+
fili trasversali
DISTANZA TRA I PALI
• 4m tra le file
• 10 m sulla fila
ALTEZZA
4 - 4,5 - 5 m
DISTANZA ANCORAGGI
DAL PALO
1,5 - 1 – 0,7 m
MATERIALI CONSIDERATI PER I PALI:
• LEGNO MASSICCIO classe C24 (rif. norma UNI-EN 338-2004)
• PALO IN CEMENTO ARMATO PRECOMPRESSO
LE FORZE IN GIOCO
CARICHI VERTICALI (neve + grandine)
ü peso proprio rete antigrandine: 1 kg/m2
ü carichi variabili: 16 kg/m2 (grandine)
ü neve (a quota 420 m s.l.m.): 150 kg/m2
ü carichi variabili (vento): +/- 29 kg/m2
CARICHI ORIZZONTALI
ü Vento: 56.3 kg/m2
(> 90 km/h – TEMPESTA )
Si considera la parete laterale
totalmente chiusa a favore di
sicurezza: carico uniformemente
distribuito
LE FORZE IN GIOCO
LE FORZE IN GIOCO
LE FORZE SUL PALO E SUL TIRANTE
COMPRESSIONE O CARICO DI PUNTA: grandine + neve + peso proprio
azione del vento
TIRANTE
PALO
SFORZO DI TRAZIONE DEL
TIRANTE e SULL’ANCORAGGIO
MOMENTO ALLA BASE
DEL PALO dovuto all’azione del vento
ANCORAGGIO
N.B. per momento si
intende l’attitudine di
una forza a imprimere
una rotazione ad un
oggetto intorno ad un
asse di riferimento.
2 CASO: MOMENTO ALLA BASE DEL PALO
MOMENTO RESISTENTE STIMATO PALO LEGNO (diametro Ø8 cm): 70 kgm
MOMENTO RESISTENTE STIMATO PALO CEMENTO (9X9 cm): 115 kgm
Distanza ancoraggio
1,5 m
Momento alla
base del palo [kgm]
83,0
Distanza ancoraggio
1,5 m
Momento alla
base del palo [kgm]
96,7
Distanza ancoraggio
1,5 m
Momento alla
base del palo [kgm]
111,5
Distanza
ancoraggio
1,0 m
147,7
Distanza
ancoraggio
1,0 m
175,9
Distanza
ancoraggio
1,0 m
186,5
Distanza
ancoraggio
0,7 m
250,9
Distanza
ancoraggio
0,7 m
304,9
Distanza
ancoraggio
0,7 m
329,2
NO
ANCORAGGIO
1734
NO
ANCORAGGIO
2176
NO ANCORAGGIO
2864
2 CASO: SFORZO DI TRAZIONE TIRANTE/ANCORAGGIO
Trazione nel tirante [kg]
Trazione nel tirante [kg]
Trazione nel tirante [kg]
Distanza ancoraggio
1,5 m
Distanza ancoraggio
1,0 m
Distanza ancoraggio
0,7 m
3323,7
4076,8
4953
Distanza ancoraggio
1,5 m
Distanza ancoraggio
1,0 m
Distanza ancoraggio
0,7 m
3862,9
4886,5
6032,3
Distanza ancoraggio
1,5 m
Distanza ancoraggio
1,0 m
Distanza ancoraggio
0,7 m
4510,0
5211,0
6520,8
2 CASO: VERIFICA AI CARICHI VERTICALI e ORIZZONTALI
RISULTATI - momento alla base del palo
Nel caso del LEGNO,
un palo di altezza di 4
m, richiede almeno una
sezione di diametro
Ø10-12 cm,in quanto la
sezione Ø8 cm NON è in
grado di resistere ad una
sollecitazione di momento
massima superiore a circa
70 kgm
In alternativa
occorre diminuire
l’interasse tra i pali ad
almeno 8 m
Un palo in
CEMENTO ARMATO
PRECOMPRESSO
9x9 cm alto 4 m, ad
esempio armato con
quattro trecce 3x2,25
e calcestruzzo classe
C20/25, ha un momento
resistente stimato
di circa 115 kgm; è
quindi corretto un suo
utilizzo con una distanza
dell’ancoraggio pari a 1,5
m
2 CASO: VERIFICA AI CARICHI VERTICALI e ORIZZONTALI
RISULTATI – verifica alla trazione del tirante e ancoraggio
ü Considerando lo sforzo di trazione nei tiranti, ipotizzando
ragionevolmente accettabile un tiro di 4000 kg per un ancoraggio
realizzato con piastra di cemento interrata, si può osservare che, con un
singolo tirante, la distanza minima di ancoraggio ammissibile è pari ad
1,0 m per pali di altezza 4 m e 1,5 metri per altezze maggiori
ü Per tiri superiori ai 4000 kg occorre valutare la possibilità di inserire due
ancoranti per palo oppure prevedere differenti piastre di ancoraggio
3 CASO: VERIFICA AI CARICHI VERTICALI e ORIZZONTALI con
TIRANTI ALTERNATI
1.
2.
3.
4.
DISTANZA TRA I PALI: 4 m x 10 m
ALTEZZA: 4 m
DISTANZA ANCORAGGIO PALO: 1,5 m
PALI:
• legno (sezione di diametro Ø8 cm)
• cemento: 9 x 9 cm
Il momento che si genera alla base del PALO NON
ANCORATO è di 1734 kgm; sollecitazione che porta al
collasso l’elemento strutturale!
La sollecitazione maggiore viene trasmessa agli
elementi vicini che, essendo verificati senza ampio
margine per le stesse sollecitazioni, non sono in
grado di reggere un ulteriore aggravio di carico.
CONCLUSIONI FINALI
PER UN’ATTENTA PROGETTAZIONE DELL’IMPIANTO:
1. l’azione del vento sviluppa momenti alla base ben superiori rispetto
ai soli carichi verticali (neve + grandine)
2. all’aumentare dell’altezza e della diminuzione della distanza
di ancoraggio dei tiranti le sollecitazioni aumentano
significativamente
3. distanze di ancoraggio inferiori a 1 m comportano un aumento
esponenziale delle sollecitazioni che mandano in crisi gli elementi di
tutta la struttura, se non correttamente dimensionati
4. E’ INDISPENSABILE ANCORARE TUTTI I PALI (sia legno che
cemento)
5. Si consiglia il collegamento in testa ai pali nelle due direzioni
ortogonali per poter creare una collaborazione tra tutti gli elementi
CONCLUSIONI FINALI
PER UN’ATTENTA PROGETTAZIONE DELL’IMPIANTO:
6. Richiedere al rivenditore la resistenza dei vari elementi che si vanno
a montare: in funzione dei valori dichiarati è possibile scegliere
l’altezza del palo e la distanza alla quale fissare l’ancoraggio.
Ad esempio, per un palo alto 4 metri con ancoraggio a 1,5 metri:
Momento alla base
(kgm)
Sforzo di trazione
(Kg)
Pali (legno o c.a.p.)
minimo 80
-
Tiranti e morsetti
-
minimo 3500
Ancoraggi
-
minimo 3500
7. E’ consigliabile non superare una lunghezza massima delle file di
300 metri.
CONCLUSIONI FINALI
PER UN’ATTENTA PROGETTAZIONE DELL’IMPIANTO:
8. In termini pratici, si confrontano due soluzioni per i pali laterali che
differiscono della sola distanza di ancoraggio del tirante. A meno
della garanzia di prestazioni migliori degli elementi da parte dei
fornitori, le sezioni necessarie risulterebbero:
Palo alto 4 metri con ancoraggio a 1,5 metri (pali disposti a 10 m di interasse):
sezione
Pali in legno
10/12 cm
Pali in c.a.p.
9 x 9 cm
Ancoraggio tipico con piastra in cemento
Palo alto 4 metri con ancoraggio compreso tra 1,5 e 0,7 m (pali disposti a 10 m di interasse):
sezione
Pali in legno
14/16 cm
Pali in c.a.p.
8 x 12 cm
Ancoraggio a eliche