La progettazione di edifici in cemento armato rappresenta uno degli ambiti più complessi e fondamentali nel settore dell’ingegneria civile. L’utilizzo del cemento armato, una combinazione di calcestruzzo e acciaio, ha rivoluzionato il mondo dell’edilizia grazie alla sua versatilità, resistenza e durata. Tuttavia, la progettazione di edifici sicuri ed efficienti richiede non solo una comprensione approfondita delle proprietà dei materiali, ma anche un’attenta considerazione delle normative vigenti, in particolare per quanto riguarda la resistenza sismica.
Proprietà del cemento armato
Il cemento armato combina le caratteristiche positive del calcestruzzo e dell’acciaio. Il calcestruzzo è un materiale da costruzione con elevata resistenza alla compressione, ma scarsa resistenza a trazione. L’acciaio, d’altra parte, ha un’eccellente resistenza a trazione. Quando questi materiali vengono combinati, l’acciaio assorbe le tensioni mentre il calcestruzzo gestisce le compressioni, ottenendo così un materiale da costruzione con capacità portanti superiori sia in condizioni statiche che dinamiche.
Componenti del cemento armato:
Calcestruzzo: una miscela di cemento, aggregati (sabbia, ghiaia o pietrisco) e acqua.
Acciaio: barre o reti in acciaio, generalmente sottoposte a un trattamento per migliorarne l’adesione con il calcestruzzo e la resistenza alla corrosione.
Normative per la progettazione
La progettazione di edifici in cemento armato deve seguire normative specifiche che variano in base al contesto nazionale. In Italia, la normativa di riferimento per la progettazione sismica sono le NTC 2018 (Norme Tecniche per le Costruzioni), basate sugli Eurocodici europei. Queste normative stabiliscono i requisiti minimi di sicurezza per le strutture, con particolare attenzione alla resistenza ai terremoti, vista la sismicità del territorio italiano.
Principi fondamentali:
Gerarchia delle resistenze: È fondamentale che i diversi elementi strutturali reagiscano in modo controllato durante un sisma. Gli elementi più critici, come travi e pilastri, devono essere dimensionati per resistere più dei componenti meno importanti.
Capacità di dissipazione dell’energia: Gli edifici devono essere progettati in modo da dissipare efficacemente l’energia sismica senza subire danni irreparabili. Questo si ottiene spesso attraverso la progettazione di giunti duttili che permettono deformazioni senza compromettere la stabilità dell’edificio.
Duttilità: La capacità di una struttura di assorbire grandi deformazioni senza collassare è cruciale. L’acciaio contribuisce notevolmente a conferire duttilità alle strutture in cemento armato.
Fasi di progettazione di un edificio in cemento armato
1. Analisi strutturale
Nella fase iniziale, l’ingegnere deve eseguire un’analisi statica e dinamica dell’edificio, utilizzando strumenti software specifici (ad esempio SAP2000, Modest, Sismicad). In questa fase vengono simulate le condizioni di carico statico (peso proprio della struttura e carichi accidentali) e dinamico (azioni sismiche e vento). In base all’analisi, si individuano i punti critici della struttura e si stabiliscono le sollecitazioni a cui saranno sottoposti i diversi elementi.
2. Dimensionamento degli elementi
Una volta completata l’analisi, si procede al dimensionamento delle sezioni di travi, pilastri e fondazioni. Le travi devono essere dimensionate principalmente per sopportare i momenti flettenti e il taglio, mentre i pilastri sono progettati per resistere principalmente alle sollecitazioni di compressione e taglio. La normativa stabilisce anche la necessità di utilizzare barre d’acciaio con specifiche proprietà meccaniche e di posizionarle in modo che garantiscano una corretta distribuzione delle tensioni.
3. Fondazioni
Le fondazioni di un edificio in cemento armato sono un elemento chiave per la stabilità della struttura. Devono essere progettate in funzione delle caratteristiche del terreno e delle sollecitazioni trasmesse dall’edificio. Tra le soluzioni più comuni troviamo le fondazioni superficiali (come platee o travi rovesce) e le fondazioni profonde (pali o diaframmi), che si utilizzano in presenza di terreni poco stabili.
Focus sulle normative antisismiche
L’Italia è un paese altamente sismico, quindi la progettazione antisismica degli edifici è obbligatoria in tutto il territorio nazionale. La NTC 2018, insieme all’Eurocodice 8, stabilisce i requisiti specifici per le costruzioni situate in zone a rischio sismico. Questi regolamenti mirano a garantire che gli edifici siano in grado di resistere a terremoti di varia intensità senza crollare.
1. Classificazione sismica
Il territorio italiano è suddiviso in zone sismiche (da 1 a 4), con la zona 1 che rappresenta la massima pericolosità. La progettazione di un edificio deve tenere conto della zona sismica in cui si trova, utilizzando coefficienti di amplificazione sismica più elevati nelle aree a rischio maggiore.
2. Spettro di risposta
Lo spettro di risposta è uno strumento fondamentale per determinare le sollecitazioni sismiche su una struttura. Esso rappresenta la relazione tra la frequenza naturale della struttura e l’accelerazione che questa subirà durante un sisma. Le normative richiedono che le strutture siano progettate per essere il più possibile compatibili con lo spettro di risposta previsto per la zona in cui si trovano.
3. Progettazione in capacità
La progettazione in capacità è un principio fondamentale della progettazione antisismica. Consiste nel dimensionare gli elementi strutturali critici in modo che le rotture avvengano in zone meno sensibili della struttura (ad esempio, nelle travi piuttosto che nei pilastri), garantendo che la struttura possa dissipare energia sismica senza crollare.
4. Progettazione in campo elastico
In alternativa alla progettazione in capacità, si può utilizzare la progettazione in campo elastico, che consiste nel dimensionare gli elementi in modo che rimangano in campo elastico senza plasticizzarsi. In tal modo non è necessario applicare la gerarchia delle resistenze con le regole ad essa collegate. Per edifici semplici in zone sismiche non elevate può essere più conveniente.
Conclusioni
La progettazione di edifici in cemento armato richiede una conoscenza approfondita dei materiali, delle tecniche di costruzione e delle normative antisismiche. Solo un’attenta applicazione di questi principi può garantire la costruzione di edifici sicuri, duraturi e resistenti agli eventi sismici. La combinazione tra analisi strutturale avanzata, dimensionamento preciso e applicazione delle norme antisismiche è essenziale per garantire che gli edifici possano proteggere vite umane e limitare i danni in caso di terremoto