Predimensionamento solaio. Qual è il procedimento da seguire?

Il solaio, il primo elemento strutturale che si va a dimensionare, può essere realizzato con varie tecnologie diverse tra loro (laterocemento, lastre predalles, solai alveolari per grandi luci, ecc.), ma prima di partire con calcolo e verifiche è opportuno procedere con il predimensionamento solaio.

Dopo aver definito la geometria della struttura, dopo aver ricavato le azioni che la struttura stessa dovrà sopportare e, infine, dopo aver calcolato (grazie agli opportuni schemi strutturali) le sollecitazioni che agiscono sul singolo elemento strutturale, è finalmente il momento di dimensionare gli elementi stessi, per poi sottoporli alle verifiche imposte dalla Normativa.

Il procedimento prevede il seguente ordine:

1. solai: predimensionamento geometrico, dimensionamento armature, verifiche a flessione e a taglio;
2. travi: predimensionamento geometrico, dimensionamento armature, verifiche a flessione e a taglio;
3. pilastri: predimensionamento geometrico, dimensionamento armature, verifiche ad azione assiale, eventualmente abbinate con azioni di flessione (pressoflessione);
4. fondazioni: plinto e trave rovescia, predimensionamento geometrico, dimensionamento armature, verifiche a flessione e a taglio;
5. verifiche agli stati limite d’esercizio (SLE).

Di seguito viene esposto il predimensionamento solaio in laterocemento che prevede l’impiego di nervature (travetti) in calcestruzzo armato come elementi portanti, abbinati ad elementi di alleggerimento, come le pignatte in laterizio, il tutto sormontato da un getto di completamento in calcestruzzo armato dello spessore di 4-5 cm, chiamato cappa o caldana.

Come armatura del getto di completamento si utilizzano reti elettrosaldate, Φ6 o Φ8, di maglia solitamente pari a 15×15 cm o 20×20 cm. I travetti possono presentare solo il traliccio metallico ed un fondello in laterizio, mentre il calcestruzzo verrà gettato in opera contemporaneamente al getto di completamento ed alle travi dell’impalcato (tali elementi sono validi per coprire luci non superiori a 5 m), oppure si può ricorrere a travetti prefabbricati (travetti precompressi), che vengono prodotti in svariate tipologie.

Il § C4.1.9.1 della Circolare n. 7/2019 riporta le caratteristiche minime ed i limiti dimensionali che i vari componenti del solaio devono rispettare. Ai fini del § 4.1.9.1 delle NTC, le pignatte in laterizio sono considerate come “blocchi non collaboranti”, la resistenza del solaio è infatti affidata esclusivamente agli elementi in calcestruzzo armato (travetti e getto di completamento).

Per semplicità concettuale si può semplificare la stratigrafia di un solaio laterocementizio come nell’immagine (con sezione del travetto a T resistente):

Predimensionamento solaio. Come calcolare l’armatura?

Per il predimensionamento solaio, una volta noti i valori delle sollecitazioni agenti, ricavati secondo gli schemi di calcolo, si procede al dimensionamento e alla successiva verifica dei travetti che compongono il solaio.

Dato che la dimensione di base del travetto è standard (12 cm) e l’altezza si ricava in funzione della luce da coprire, si procede al calcolo dell’armatura minima da assegnare ai travetti As in funzione dei momenti massimi ricavati in campata e sugli appoggi. La formula da utilizzare e la seguente:

dove:

•  l’altezza utile hut, espressa in cm, si ricava dalle equazioni di equilibrio della sezione, e rappresenta la distanza del lembo compresso del travetto (che sarà il lembo superiore per i momenti positivi di campata, ed il lembo inferiore per i momenti negativi sugli appoggi) dal baricentro delle armature poste in zona tesa (ovvero, banalmente, il baricentro della barra di maggior diametro);
• il momento agente MEd, espresso in Nm, deriva dalle combinazioni di carico precedentemente svolte
• fyd, espresso in N/mm2, è la tensione di snervamento limite dell’acciaio, che per la tipologia B450 C risulta pari a 391 N/mm2.

Il valore ricavato rappresenta la sezione minima di armatura che bisogna garantire alla sezione (eventualmente utilizzando più di una barra). Per praticità si riporta la Tabella 1 con le sezioni relative ai vari diametri delle barre.

La Normativa prevede dei quantitativi minimi di armatura, che servono per garantire la necessaria duttilità agli elementi strutturali. Nella procedura del predimensionamento solaio, per i travetti è opportuno sottostare alle limitazioni di cui al § 4.1.6.1.1 delle NTC (anche se la formula di verifica è concepita per le travi, e pertanto nei calcoli relativi al solaio risulta sempre verificata, anche per travetti scarsamente armati):

Armatura delle travi

L’area dell’armatura longitudinale in zona tesa non deve essere inferiore a:

con:

• bt rappresenta la larghezza media della zona tesa; per una trave a T con piattabanda compressa, nel calcolare il valore di bt si considera solo la larghezza dell’anima;
• d è l’altezza utile della sezione;
• fctm è il valore medio della resistenza a trazione assiale;
• fyk è il valore caratteristico della resistenza a trazione dell’armatura ordinaria.

Al di fuori delle zone di sovrapposizione, l’area di armatura tesa o compressa non deve superare individualmente As,max = 0,04 Ac, essendo Ac l’area della sezione trasversale di calcestruzzo.

Nell’eseguire il predimensionamento solaio è opportuno considerare che nella pratica per i travetti, data la dimensione ristretta del travetto stesso, è opportuno limitare il quantitativo di armatura mettendo come massimo 2Φ14, meglio ancora se ci si limita a 2Φ12.

Per i valori relativi ai momenti in campata, l’armatura che si ricava è da disporsi al lembo inferiore del travetto; viceversa, per i valori relativi ai momenti in appoggio l’armatura corrispondente andrà disposta sul lembo superiore.

Rimanendo sempre nell’ambito pratico, qualora le sollecitazioni (specialmente di taglio) nei travetti si rivelassero eccessive, e non fosse possibile (per esempio per limitazioni dovute all’altezza utile interna) alzare ulteriormente lo spessore di solaio, si adoperano alcune correzioni volte a risolvere il problema (fermo restando che una buona progettazione, che unisca le esigenze architettoniche e strutturali, dovrebbe evitare di ricorrere a tali soluzioni “di emergenza”).

Uno dei procedimenti utilizzati è quello di disporre, come nervatura del solaio, due travetti affiancati, alternando dunque la posa delle pignatte alla posa di una coppia di travetti. Un’altra soluzione piuttosto utilizzata è quella di disporre le pignatte “a pettine”, sfalsandone la posa in modo tale da creare delle fasce piene che accorciano la luce del travetto.

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Rompitratta. Quando prevederlo?

Un elemento fondamentale, è spesso tralasciato nelle trattazioni dei solai in laterocemento, è il cosiddetto rompitratta (chiamato anche correa di ripartizione), che viene impiegato in solai di luce maggiore di 4,5 m appunto per “spezzare” la luce libera d’inflessione dei travetti (come anche accennato al § 4.1.9.3 delle NTC 2018).

Il rompitratta è un elemento strutturale in c.a. gettato in direzione ortogonale ai travetti del solaio, con funzione di ripartizione dei carichi e d’irrigidimento del solaio stesso nella direzione normale a quella di orditura. La realizzazione di tali “corree di ripartizione” induce infatti un comportamento a piastra dell’impalcato, e risulta particolarmente utile nel caso di campiture di solaio adiacenti, che presentano però luci diverse.

Sulla linea di confine tra le due zone (che, avendo luci diverse, avranno differenti caratteristiche d’inflessione) si creano infatti delle tensioni elevate, con conseguente lesione degli elementi di alleggerimento. Per gettare il rompitratta, si utilizzano come cassero a perdere pignatte di altezza 12 cm (la più bassa in commercio), disposte lungo una fila ortogonale ai travetti. La misura del rompitratta sarà pertanto quella della profondità delle pignatte standard: 25 cm di base.

Come armatura solitamente si adottano 2+2Φ12, con una staffatura Φ8 a passo 20 cm. Una volta calcolato il numero di ferri da utilizzare, e quindi la sezione effettiva di armatura all’interno del travetto, si procede alle verifiche di resistenza dell’elemento, da effettuarsi sia per le sollecitazioni di flessione che per quelle di taglio.

Il testo è tratto dal volume Prontuario ragionato di calcolo strutturale per opere in c.a. e acciaio di Carlo Mirarchi e Claudio Marini.

Articolo originariamente pubblicato su Ingegneri.cc

Prontuario ragionato di calcolo strutturale per opere in c.a. e acciaio

Prontuario ragionato di calcolo strutturale per opere in c.a. e acciaio

Giunto alla terza edizione, il Prontuario ragionato di calcolo strutturale mantiene lo stile originale della trattazione, sintetica e chiara nell’esporre i concetti teorici e più approfondita e arricchita da nozioni di pratica costruttiva per quanto riguarda i procedimenti di calcolo. L’aggiornamento si è reso necessario a seguito dell’emanazione delle Norme Tecniche per le Costruzioni 2018 e la circolare esplicativa n. 7/2019. Questo Manuale vuol essere un supporto per superare la prova pratica dell’Esame di Stato per ingegneri civili e ambientali. Utilizzando metodi e procedure di calcolo semplificate (corredate di spiegazioni teoriche adeguate e ben radicate nella teoria delle strutture) il testo è uno strumento che permette di prendere (o riprendere) confidenza con i procedimenti ed i calcoli da svolgere, con i valori delle azioni agenti, con le unità di misura e gli ordini di grandezza propri di una realizzazione di medio-piccole dimensioni, che costituiscono la tipica prova a tema strutturale presente all’Esame di Stato. La finalità ultima del lavoro è dotare il professionista (o lo studente) degli strumenti di base per poter svolgere, sia pure con metodi approssimati ed in via semplificata, un progetto strutturale di massima, che a sua volta potrà essere utilizzato come pre-dimensionamento, o al contrario in fase consuntiva, per verificare a valle la correttezza dei calcoli svolti dai programmi, svolgendo quello che in gergo è chiamato il “conto della serva”. In questa nuova edizione sono state introdotte modifiche al Capitolo 5 (i carichi causati dal peso della neve e dalla spinta del vento oltre ai coefficienti di combinazione per carichi favorevoli o sfavorevoli); al Capitolo 7, soprattutto in relazione alle richieste di duttilità imposte dalle NTC 2018 per le zone critiche degli elementi sismoresistenti; ed infine al Capitolo 8 (tipologie di collegamenti bullonati). Inoltre, viene presentato il tema d’Esame, tratto dalla I sessione dell’Esame di Stato dell’Università di Bergamo proposto nell’anno 2017, ma risolto seguendo le prescrizioni delle nuove NTC 2018. Carlo Marini, Ingegnere, ha approfondito particolarmente le tematiche della progettazione antisismica e del recupero di edifici esistenti. Al momento è direttore di cantiere e responsabile di installazioni e smantellamenti di parchi eolici in Europa e Sudamerica.Claudio Mirarchi, Ingegnere, ha conseguito il dottorato di ricerca in ingegneria dei sistemi edilizi presso il Politecnico di Milano, socio fondatore di ConITeng s.r.l. società di servizi di ingegneria, si occupa di processi di innovazione nel settore delle costruzioni con particolare riferimento al Building Information Modelling (BIM). Volumi collegati:• Progettazione strutturale e normativa tecnica: Eurocodici e NTC 2018, S. Ferretti, 2019• Norme Tecniche per le costruzioni 2018 e circolare esplicativa n. 7/2019, A. Barocci, 2019

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