Manuale tecnico per lo strutturista

Calcolo e verifica di elementi strutturali in muratura, acciaio e cemento armato, con esempi di calcolo di geotecnica, cemento armato, acciaio, legno e muratura conformi alle NTC 2018

Manuale teorico-pratico, aggiornato alle NTC 2018, per i professionisti che si occupano di calcolo strutturale. Gli argomenti trattati sono raggruppati nella seguenti sezioni: 1. Introduzione al calcolo strutturale; 2. Nozioni sulle azioni e carichi sulle costruzioni: azioni e carichi sulle costruzioni; azione della neve; azione del vento; azione sismica; azioni della temperatura; azioni eccezionali; 3. Materiali da costruzione e verifiche agli SLU e agli SLE: progettazione geotecnica; il cemento armato; l’acciaio; il legno; costruzioni in muratura; 4. Esempi di calcolo ai sensi delle NTC 2018: esempi di calcolo di geotecnica, cemento armato, acciaio, legno e muratura; sagomario dei profilati in acciaio; tabelle delle classi di resistenza per il legno massiccio e lamellare.

Il software incluso Calc21, grazie ai seguenti gruppi di applicativi, consente il calcolo e la verifica degli elementi strutturali in muratura, acciaio e cemento armato:

MURATURA

• Calcolo di una muratura soggetta a carico concentrato
• Verifica di architrave in acciaio su parete in muratura portante

ACCIAIO

• Verifica di stabilità delle aste compresse
• Calcolo del giunto colonna-colonna
• Calcolo del giunto di base
• Verifica delle saldature di profili rettangolari

CEMENTO ARMATO

• Calcolo dell’armatura di una sezione rettangolare compressa in c.a.
• Verifica a trazione di una sezione rettangolare in c.a.
• Verifica di fessurazione di sezioni in c.a.
• Verifica a flessione semplice di una sezione in c.a.
• Calcolo della tensione tangenziale di aderenza cls-acciaio
• Verifica a punzonamento
• Verifica dei limiti di armatura per pilastri e travi in c.a.
• Verifica dei limiti geometrici

UTILITÀ

• Calcolo dell’ampiezza del giunto sismico
• Calcolo del carico della neve
• Calcolo del carico del vento

AUTORE
Vincenzo Calvo, Ingegnere libero professionista. Svolge principalmente attività di progettazione, calcolo strutturale, consulenza tecnica d’ufficio per il Tribunale di Siracusa, direzione dei lavori, sicurezza nei luoghi di lavoro. Si occupa anche di sviluppo software tecnico-professionale per Ingegneri, Architetti e Geometri. È autore di numerosi testi tecnici tra i quali il best seller edito da Grafill “Calcoli rapidi per il progettista”.

INDICE

INTRODUZIONE

1. INTRODUZIONE AL CALCOLO STRUTTURALE 
1.1. Stati limite ultimi (SLU) 
1.2. Stati limite di esercizio (SLE) 
1.3. Sicurezza antincendio 
1.4. Durabilità 
1.5. Robustezza 
1.6. Verifiche

2. AZIONI E CARICHI SULLE COSTRUZIONI 
2.1. La classificazione delle azioni 
2.2. La caratterizzazione delle azioni elementari 
2.3. Le combinazioni delle azioni 
2.4. Le azioni permanenti 
2.5. Pesi propri dei materiali strutturali 
2.6. I carichi permanenti non strutturali 
2.7. Sovraccarichi (carichi variabili) 
2.7.1. Sovraccarichi verticali uniformemente distribuiti 
2.7.2. Sovraccarichi verticali concentrati 
2.7.3. Sovraccarichi orizzontali lineari 
2.7.4. Elementi divisori interni

3. AZIONE DELLA NEVE 
3.1. Coefficiente di forma per le coperture 
3.1.1. Copertura ad una falda 
3.1.2. Copertura a due falde 
3.2. Coefficiente di esposizione 
3.3. Coefficiente termico 
3.4. Valore caratteristico del carico della neve al suolo
3.5. Esempio di calcolo dell’azione della neve al suolo

4. AZIONE DEL VENTO 
4.1. Velocità base di riferimento 
4.2. Velocità di riferimento 
4.3. Pressione del vento 
4.4. Azione tangente del vento 
4.5. Pressione cinetica di riferimento 
4.6. Coefficiente di esposizione 
4.7. Coefficiente aerodinamico 
4.8. Coefficiente dinamico 
4.9. Avvertenze progettuali 
4.10. Esempio di calcolo dell’azione del vento

5. AZIONE SISMICA 
5.1. Stati limite e relative probabilità di superamento 
5.2. Categorie di sottosuolo e condizioni topografiche 
5.2.1. Categorie di sottosuolo 
5.2.2. Condizioni topografiche 
5.3. Valutazione dell’azione sismica 
5.3.1. Descrizione del moto sismico in superficie e sul piano di fondazione 
5.3.2. Spettro di risposta elastico in accelerazione 
5.3.2.1. Spettro di risposta elastico in accelerazione delle componenti orizzontali 
5.3.2.2. Spettro di risposta elastico in accelerazione della componente verticale 
5.3.2.3. Spettro di risposta elastico in spostamento delle componenti orizzontali 
5.3.3. Spostamento orizzontale e velocità orizzontale del terreno 
5.3.4. Spettri di progetto per gli stati limite di esercizio 
5.3.5. Spettri di progetto per li stati limite di danno (SLD), di salvaguardia della vita (SLV) e di prevenzione del collasso (SLC) 
5.3.6. Impiego di storie temporali del moto del terreno 
5.4. Effetti della variabilità spaziale del moto 
5.4.1. Variabilità spaziale del moto
5.4.2. Spostamento assoluto e relativo del terreno

6. AZIONI DELLA TEMPERATURA 
6.1. Temperatura dell’aria esterna 
6.2. Temperatura dell’aria interna 
6.3. Distribuzione della temperatura negli elementi strutturali 
6.4. Azioni termiche sugli edifici 
6.5. Particolari precauzioni nel progetto di strutture soggette ad azioni termiche speciali 
6.6. Effetti delle azioni termiche

7. AZIONI ECCEZIONALI 
7.1. Incendio 
7.1.1. Richieste di prestazione 
7.1.2. Classi di resistenza al fuoco 
7.1.3. Criteri di progettazione 
7.1.4. Procedura di analisi della resistenza al fuoco 
7.2. Esplosioni 
7.2.1. Classificazione delle azioni dovute alle esplosioni 
7.2.2. Modellazione delle azioni dovute alle esplosioni 
7.2.3. Criteri di progettazione 
7.3. Urti 
7.3.1. Classificazione delle azioni dovute agli urti 
7.3.2. Urti da traffico veicolare

8. PROGETTAZIONE GEOTECNICA 
8.1. Articolazione del progetto 
8.2. Caratterizzazione e modellazione geologica del sito 
8.3. Indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica 
8.4. Verifiche della sicurezza e delle prestazioni 
8.4.1. Verifiche nei confronti degli stati limite ultimi (SLU) 
8.4.1.1. Azioni 
8.4.1.2. Resistenze 
8.4.2. Verifiche strutturali con l’analisi di interazione terreno-struttura 
8.4.3. Verifiche nei confronti degli stati limite ultimi idraulici 
8.4.4. Verifiche nei confronti degli stati limite di esercizio (SLE) 
8.4.5. Impiego del metodo osservazionale 
8.4.6. Monitoraggio del complesso opera-terreno 
8.5. Stabilità dei pendii naturali 
8.5.1. Modellazione geologica del pendio 
8.5.2. Modellazione geotecnica del pendio 
8.5.3. Verifiche di sicurezza 
8.5.4. Interventi di stabilizzazione 
8.5.5. Controlli e monitoraggio 
8.6. Opere di fondazione 
8.6.1. Fondazioni superficiali 
8.6.1.1. Verifiche agli stati limite ultimi (SLU) 
8.6.1.2. Verifiche agli stati limite di esercizio (SLE) 
8.6.2. Fondazioni su pali 
8.6.2.1. Verifiche agli stati limite ultimi (SLU) 
8.6.2.2. Verifiche agli stati limite di esercizio (SLE) 
8.6.2.3. Verifiche agli stati limite ultimi (SLU) delle fondazioni miste 
8.6.2.4. Verifiche agli stati limite di esercizio (SLE) delle fondazioni miste 
8.6.2.5. Aspetti costruttivi 
8.6.2.6. Controlli d’integrità dei pali 
8.6.2.7. Prove di carico 
8.7. Opere di sostegno 
8.7.1. Azioni 
8.7.2. Verifiche agli stati limite 
8.7.3. Verifiche di esercizio (SLE) 
8.8. Tiranti di ancoraggio 
8.8.1. Criteri di progetto 
8.8.2. Verifiche di sicurezza (SLU) 
8.8.3. Aspetti costruttivi 
8.8.4. Prove di carico 
8.9. Opere in sotterraneo 
8.9.1. Caratterizzazione geologica 
8.9.2. Caratterizzazione e modellazione geotecnica 
8.9.3. Criteri di progetto 
8.9.4. Analisi progettuale e verifiche di sicurezza 
8.9.5. Controllo e monitoraggio 
8.10. Opere di materiali sciolti e fronti di scavo 
8.10.1. Criteri generali di progetto 
8.10.2. Verifiche di sicurezza (SLU) 
8.10.3. Verifiche in condizioni di esercizio (SLE) 
8.10.4. Aspetti costruttivi 
8.10.5. Controlli e monitoraggio 
8.10.6. Fronti di scavo 
8.11. Miglioramento e rinforzo dei terreni e delle rocce 
8.11.1. Monitoraggio 
8.12. Consolidamento geotecnico di opere esistenti 
8.12.1. Indagini geotecniche e caratterizzazione geotecnica 
8.12.2. Tipi di consolidamento geotecnico 
8.12.3. Controlli e monitoraggio 
8.13. Discariche controllate e rifiuti e depositi di inerti 
8.13.1. Discariche controllate 
8.13.2. Depositi di inerti 
8.14. Fattibilità di opere su grandi aree 
8.14.1. Indagini specifiche

9. IL CEMENTO ARMATO 
9.1. Calcestruzzo 
9.2. Resistenza a compressione 
9.3. Resistenza a trazione 
9.4. Modulo elastico 
9.5. Coefficiente di Poisson 
9.6. Coefficiente di dilatazione termica 
9.7. Ritiro 
9.8. Viscosità 
9.9. Durabilità 
9.10. Diagrammi di progetto tensione-deformazione del calcestruzzo (NTC 2018) 
9.11. Controlli di accettazione del calcestruzzo 
9.12. Controllo della resistenza del calcestruzzo in opera 
9.13. Acciaio per cemento armato 
9.14. Accertamento delle proprietà meccaniche 
9.15. Caratteristiche dimensionali e di impiego 
9.16. Reti e tralicci elettrosaldati 
9.17. Saldabilità 
9.18. Tolleranze dimensionali 
9.19. Verifiche agli Stati Limite Ultimi (SLU) 
9.20. Tensione tangenziale di aderenza acciaio-calcestruzzo 
9.21. Resistenza a sforzo normale e flessione (elementi monodimensionali) 
9.22. Elementi senza armature trasversali resistenti a taglio 
9.23. Elementi con armature trasversali resistenti al taglio 
9.24. Verifica al punzonamento di lastre soggette a carichi concentrati 
9.25. Resistenza nei confronti di sollecitazioni torcenti 
9.26. Resistenza di elementi tozzi, nelle zone diffusive e nei nodi 
9.27. Resistenza a fatica 
9.28. Indicazioni specifiche relative a pilastri e pareti – Pilastri cerchiati 
9.29. Indicazioni specifiche relative a pilastri e pareti – Verifiche di stabilità per elementi snelli 
9.30. Indicazioni specifiche relative a pilastri e pareti – Metodi di verifica 
9.31. Indicazioni specifiche relative a pilastri e pareti – Verifica dell’ancoraggio delle barre di acciaio con il calcestruzzo 
9.32. Verifica per situazioni transitorie 
9.33. Verifica per situazioni eccezionali 
9.34. Progettazione integrata da prove e verifica mediante prove 
9.35. Verifica dell’aderenza delle barre di acciaio con il calcestruzzo 
9.36. Verifiche agli Stati Limite di Esercizio (SLE) 
9.37. Verifiche di deformabilità 
9.38. Verifica delle vibrazioni 
9.39. Verifica di fessurazione 
9.40. Verifica delle tensioni di esercizio 
9.41. Verifica per situazioni transitorie 
9.42. Verifica per situazioni eccezionali 
9.43. Dettagli costruttivi per travi e pilastri 
9.44. Dettagli costruttivi 
9.45. Limitazioni geometriche 
9.46. Limitazioni di armatura

10. L’ACCIAIO 
10.1. Prodotti siderurgici 
10.2. Profilati metallici 
10.3. Sezioni a doppio T 
10.4. Sezioni a C 
10.5. Sezioni a L 
10.6. Imperfezioni 
10.7. Imperfezioni meccaniche 
10.8. Imperfezioni geometriche 
10.9. Prove meccaniche sull’acciaio 
10.10. Prova di trazione 
10.11. Prova di compressione globale 
10.12. Prova di resilienza 
10.13. Prova di piegamento 
10.14. Prova di durezza 
10.15. Prova a fatica 
10.16. Verifiche agli stati limite per le costruzioni in acciaio 
10.17. Analisi strutturale – Classificazione delle sezioni 
10.18. Analisi strutturale – Capacità resistente delle sezioni 
10.19. Verifiche agli Stati Limite Ultimi (SLU) 
10.20. Resistenza di progetto a trazione 
10.21. Resistenza di progetto a compressione 
10.22. Resistenza di progetto a flessione retta 
10.23. Resistenza di progetto a taglio 
10.24. Resistenza di progetto a torsione 
10.25. Resistenza di progetto a flessione e taglio 
10.26. Resistenza di progetto a presso o tenso flessione retta 
10.27. Resistenza di progetto a presso o tenso flessione biassiale 
10.28. Resistenza di c progetto a flessione, taglio e sforzo assiale 
10.29. Stabilità delle membrature – aste compresse 
10.30. Stabilità delle travi inflesse 
10.31. Verifiche agli stati limite di esercizio (SLE) 
10.32. Spostamenti verticali 
10.33. Spostamenti laterali 
10.34. Stato limite di vibrazioni 
10.35. Verifiche per situazioni progettuali transitorie 
10.36. Verifiche per situazioni progettuali eccezionali 
10.37. Progettazione integrata da prove e verifica mediante prove 
10.38. Unioni 
10.39. Unioni con bulloni e chiodi 
10.40. Collegamenti con perni 
10.41. Unioni saldate 
10.42. Requisiti per la progettazione e l’esecuzione 
10.43. Spessori limite 
10.44. Acciaio incrudito 
10.45. Giunti di tipo misto 
10.46. Problematiche specifiche 
10.47. Apparecchi di appoggio 
10.48. Verniciatura e zincatura 
10.49. Criteri di durabilità 
10.50. Resistenza al fuoco

11. IL LEGNO 
11.1. Il legno da costruzione 
11.2. Legno massiccio 
11.3. Legno lamellare 
11.4. Valutazione della sicurezza 
11.5. Analisi strutturale 
11.6. Classi di durata del carico 
11.7. Classi di servizio 
11.8. Resistenza di progetto 
11.9. Collegamenti 
11.10. Elementi strutturali 
11.11. Sistemi strutturali 
11.12. Robustezza 
11.13. Durabilità 
11.14. Regole per l’esecuzione 
11.15. Verifiche agli Stati Limite per le costruzioni in legno 
11.16. Verifiche di resistenza agli Stati Limite Ultimi (SLU) 
11.17. Trazione parallela alla fibratura 
11.18. Trazione perpendicolare alla fibratura 
11.19. Compressione parallela alla fibratura 
11.20. Compressione perpendicolare alla fibratura 
11.21. Compressione inclinata rispetto alla fibratura 
11.22. Flessione 
11.23. Tensoflessione 
11.24. Pressoflessione 
11.25. Taglio 
11.26. Torsione 
11.27. Taglio e Torsione 
11.28. Verifiche di stabilità 
11.29. Elementi inflessi (instabilità di trave) 
11.30. Elementi compressi (instabilità di colonna) 
11.31. Verifiche agli stati limite di esercizio (SLE)

12. COSTRUZIONI IN MURATURA 
Definizioni 
12.1. Elementi resistenti in muratura 
12.1.1. Elementi artificiali 
12.1.2. Elementi naturali 
12.2. Murature 
12.2.1. Caratteristiche meccaniche delle murature 
12.2.2. Organizzazione strutturale 
12.2.3. Analisi strutturale 
12.2.3.1. Analisi lineare statica 
12.2.3.2. Analisi statica non lineare 
12.2.3.3. Analisi dinamica non lineare 
12.2.4. Verifiche 
12.2.5. Resistenze di progetto 
12.2.6. Verifiche agli stati limite ultimi 
12.2.7. Verifiche agli stati limite di esercizio 
12.2.8. Verifiche semplificate 
12.3. Muratura ordinaria – regole di dettaglio 
12.4. Muratura armata 
12.5. Muratura confinata 
12.6. Verifiche per situazioni transitorie 
12.7. Verifiche per situazioni eccezionali 
12.8. Resistenza al fuoco 
12.9. Progettazione integrata da prove e verifica mediante prove 
12.10. Altri sistemi costruttivi

13. ESEMPI DI CALCOLO – GEOTECNICA 
13.1. Calcolo del peso specifico di un campione di terreno 
13.2. Calcolo dello stato tensionale di un terreno 
13.3. Calcolo dello stato tensionale in un punto di un terreno 
13.4. Calcolo dello stato tensionale in più punti di un terreno 
13.5. Calcolo del carico limite di una fondazione nastriforme 
13.6. Calcolo del carico limite di una fondazione 
13.7. Calcolo della larghezza di una fondazione nastriforme

14. ESEMPI DI CALCOLO – CEMENTO ARMATO 
14.1. Esempio di verifica a compressione di una sezione rettangolare in c.a. 
14.2. Progetto di una sezione rettangolare in c.a. soggetta a sforzo normale di compressione 
14.3. Verifica a trazione di una sezione rettangolare in c.a. 
14.4. Calcolo della tensione tangenziale di aderenza acciaio-calcestruzzo 
14.5. Verifica dei limiti geometrici di una trave di elevazione in c.a. 
14.6. Verifica dei limiti geometrici di un pilastro in c.a. 
14.7. Verifica dei limiti di armatura longitudinale e trasversale di una trave di elevazione in c.a. 
14.8. Verifica a flessione di una sezione rettangolare in c.a. 
14.9. Verifica dei limiti di armatura longitudinale e trasversale di un pilastro in c.a. 
14.10. Verifica a taglio di una sezione rettangolare in c.a. senza armatura trasversale 
14.11. Verifica a punzonamento – Pilastro interno soggetto a sforzo normale 
14.12. Verifica di fessurazione di una sezione rettangolare in c.a. – SLE

15. ESEMPI DI CALCOLO – ACCIAIO 
15.1. Dimensionamento di un portale in acciaio 
15.2. Verifica di stabilità delle aste compresse in acciaio 
15.3. Verifica a flessione di una trave in acciaio di classe 2 
15.4. Verifica a taglio di una trave in acciaio di classe 2 
15.5. Verifica degli spostamenti verticali (SLE) per le travi di un solaio in acciaio

16. ESEMPI DI CALCOLO – LEGNO 
16.1. Verifica a trazione parallela alla fibratura di una trave in legno 
16.2. Verifica a compressione parallela alla fibratura di una trave in legno 
16.3. Verifica a flessione di una trave in legno 
16.4. Verifica a tensoflessione di una trave in legno 
16.5. Verifica a pressoflessione di una trave in legno 
16.6. Verifica a taglio di una trave in legno 
16.7. Verifica a instabilità di trave (strutture in legno) 
16.8. Verifica a instabilità di colonna (strutture in legno) 
16.9. Verifica a deformazione (strutture in legno)

17. ESEMPI DI CALCOLO – MURATURA 
17.1. Verifica di un architrave in acciaio su una parete in muratura 
17.2. Verifica per carichi concentrati sulla muratura

18. SAGOMARIO DEI PROFILATI IN ACCIAIO 
18.1. IPE 
18.2. INP 
18.3. HEA 
18.4. HEB 
18.5. HEM 
18.6. Tubi in acciaio a sezione quadrata 
18.7. Tubi in acciaio a sezione rettangolare

19. TABELLE DELLE CLASSI DI RESISTENZA PER IL LEGNO MASSICCIO E LAMELLARE 
19.1. Classi di resistenza per legno massiccio di conifera e pioppo 
19.2. Classi di resistenza per legno massiccio di latifoglia 
19.3. Classi di resistenza per legno lamellare incollato di conifera 
19.4. Classi di resistenza per specie legnose di provenienza italiana

20. INSTALLAZIONE E ATTIVAZIONE DEL SOFTWARE “Calc21” 
20.1. Note sul software Calc21 
20.2. Requisiti hardware e software 
20.3. Attivazione del software incluso

21. MANUALE D’USO DEL SOFTWARE “CALC21” 
21.1. Muratura 
21.1.1. Calcolo di una muratura soggetta a carico concentrato 
21.1.2. Verifica di architrave in acciaio su parete in muratura portante 
21.2. Acciaio 
21.2.1. Verifica di stabilità delle aste compresse 
21.2.2. Calcolo del giunto colonna-colonna 
21.2.3. Calcolo del giunto di base 
21.2.4. Verifica delle saldature di profili rettangolari 
21.3. Cemento Armato 
21.3.1. Calcolo dell’armatura di una sezione rettangolare compressa in c.a. 
21.3.2. Verifica a trazione di una sezione rettangolare in c.a. 
21.3.3. Verifica di fessurazione di sezioni in c.a. 
21.3.4. Verifica a flessione semplice di una sezione in c.a. 
21.3.5. Calcolo della tensione tangenziale di aderenza cls-acciaio 
21.3.6. Verifica a punzonamento 
21.3.7. Verifica dei limiti di armatura per pilastri e travi in c.a. 
21.3.8. Verifica dei limiti geometrici 
21.4. Utilità 
21.4.1. Calcolo dell’ampiezza del giunto sismico 
21.4.2. Azione della neve 
21.4.3. Azione del vento 
21.5. Informazioni

GLOSSARIO

BIBLIOGRAFIA E NORME DI RIFERIMENTO