Stabilità delle costruzioni
La stabilità di una costruzione risulta dalle misure adottate dal progettista per evitarne la rovina durante la sua vita. Infatti, le costruzioni ( ponti , edifici , telai , dighe , ecc. ) Devono sopportare un certo numero di sollecitazioni o carichi in condizioni usuali (carico di servizio, neve, ecc.) O anche eccezionali (incidente, terremoto, ecc.) Senza danni. e senza mettere in pericolo gli occupanti.
La stabilità è assicurata quando in ogni punto della costruzione gli sforzi da carichi esterni non superano la resilienza del materiale .
La stabilità edilizia è il campo di studio di una branca dell'ingegneria e soprattutto dell'ingegneria civile , delle strutture ingegneristiche .
Regolamento
Codici o regolamenti ufficiali definiscono i criteri di stabilità nonché i fattori di sicurezza da tenere in considerazione durante la progettazione . Notiamo principalmente:
- Gli Eurocodici sviluppati dal Comitato Europeo di Normalizzazione (CEN).
- Standard statunitensi scritti da professionisti dell'edilizia. Si noti più specificamente l'ACI-318 sviluppato dall'American Concrete Institute per il cemento armato.
Carichi o stress
I carichi o le sollecitazioni sono forze o pressioni applicate alla costruzione. Distinguiamo:
- carichi permanenti: peso proprio della costruzione e delle sue finiture ,…;
- carichi di costruzione interni: precompressione , regolazione dei cuscinetti,…;
- costi di esercizio , quelli derivanti dalla funzione stessa della costruzione: carichi di traffico su un ponte , pressione dell'acqua su una diga , carichi portati dall'occupazione di un edificio, terreni che spingono su un muro,…;
- carichi di origine climatica: vento , pioggia , neve , temperatura ,…;
- carichi derivanti da cambiamenti nell'ambiente circostante la costruzione: assestamento sotto un supporto,…;
- carichi di eventi eccezionali: inondazioni, tempeste e tornado , terremoti , ecc .;
- possibilmente alcune cariche accidentali: incendio , esplosioni, urti, fuoriuscita inaspettata di materiali pesanti, sovrapressione in un processo industriale, ecc.
Gli oneri da tenere in considerazione sono definiti dalla normativa in uso e dalla funzione stessa della costruzione. Da notare che alcune costruzioni cosiddette di “sicurezza” sono realmente invocate solo in casi eccezionali o accidentali: il caso delle barriere anti-tempesta.
Resistenze
Ogni materiale può essere caratterizzato dalla sua resistenza. Questo viene misurato mediante prove e misurazioni ( test meccanico ) o è certificato dal produttore.
Il valore di resistenza preso in considerazione per il controllo di stabilità tiene conto della dispersione statistica insita nel materiale. Si parla di resistenza caratteristica, cioè di un valore che ha una probabilità del 95% di essere inferiore a quello del materiale effettivamente utilizzato.
Controllo di stabilità
Criteri di stabilità
La stabilità della costruzione è assicurata se le sollecitazioni sono inferiori alle resistenze, ovvero:
S ≤ R
Dove S rappresenta le sollecitazioni e R rappresenta le resistenze. Se S = R, diciamo che è stato raggiunto lo stato limite . Se S> R, la costruzione supera la rovina e subisce danni.
Fattori di sicurezza
Tuttavia, date le incertezze relative sia ai carichi che alle resistenze, i codici e le normative richiedono l'uso di coefficienti di sicurezza.
La relazione di cui sopra diventa quindi:
S * Cs_charge ≤ R / Cs_materials
Dove Cs_charge rappresenta il coefficiente di sicurezza da applicare ai carichi e tiene conto:
- La possibilità di deviazioni sfavorevoli nelle tariffe.
- Possibilità di modellazione imprecisa dei carichi.
- Incertezze relative alla valutazione degli effetti dei carichi.
E Cs_matériaux rappresenta il coefficiente di sicurezza da applicare alle resistenze e tiene conto:
- Deviazioni sfavorevoli dai punti di forza statistici dei materiali.
- Imprecisioni dei coefficienti di conversione tra le resistenze misurate e le resistenze reali.
- Incertezze sulle proprietà geometriche e sui modelli di resistenza.
Questi coefficienti di sicurezza sono specificati in base alle condizioni di verifica (stati limite ultimi e in servizio).
Verifica della stabilità complessiva
Il progettista prende le misure necessarie affinché la costruzione non si muova come un blocco e quindi eviti:
- la linea di galleggiamento: questo controllo è particolarmente importante per le costruzioni interrate al di sotto del livello della falda freatica. È necessario tenere conto delle variazioni di questo livello nel tempo;
- lo slittamento : può essere il caso di sostenere un muro di terra;
- ribaltamento o ribaltamento: caso di una costruzione snella soggetta agli effetti del vento.
Controllo della resistenza
Ogni elemento della costruzione deve avere una resistenza sufficiente per evitare le seguenti modalità di rovina :
- cedimento per eccesso di carico e quindi per superamento della capacità di resistenza nominale ( resistenza dei materiali ), cioè cedimento duttile di breve o lungo termine ( creep );
- rovina da instabilità geometrica , quando la struttura sfugge sotto il carico ( deformazione ). Ciò può verificarsi principalmente per elementi sottili come le barre di acciaio strutturale;
- rovina per fatica , quando il numero di sollecitazioni alternate ( vibrazioni , ecc. ) supera la capacità dell'elemento. La fatica riguarda principalmente i supporti delle macchine rotanti;
- rovina per frattura fragile ( meccanica della frattura ) per elementi soggetti a basse temperature o ad alta velocità di carico o aventi difetti preesistenti.
Questo controllo è applicabile anche per il terreno sotto la fondazione ( geotecnico ).
Controllo della funzionalità
Oltre alla stabilità, dovrebbe essere garantita la funzionalità della costruzione. Ad esempio, dovrebbe essere evitato che:
- Le deformazioni significative in caso di vento forte non infastidiscono gli abitanti di un edificio.
- Ampiezze di vibrazione eccessivamente forti non distruggono la macchina supportata.
- Le crepe ridurranno l' impermeabilizzazione (costruzione) di una torre dell'acqua, ...
In condizioni di servizio, il progettista farà in modo che la costruzione rimanga entro il suo range funzionale: nessuna deformazione o crepa eccessiva, ecc
In condizioni eccezionali ( incendio , incidente, terremoto , ecc.) L'edificio può subire danni parziali ma deve essere considerata la sicurezza degli utenti (residenti, ecc.).
Note e riferimenti
- http://www.cen.eu
- ACI -318 Requisiti del codice edilizio per calcestruzzo strutturale e commenti
- American Concrete Institute http://www.concrete.org/general/home.asp
- Vedi Eurocodice 1: EN 1991-1 [9.4]
- Vedi articolo correlato "calcestruzzo negli stati limite"
- per i fattori di sicurezza vedere, ad esempio, Eurocodice I : EN 1991-1 [9.3]
Vedi anche
Bibliografia
: documento utilizzato come fonte per questo articolo.
- Charles Massonnet - Statica delle costruzioni - Università di Liegi - 1972
- Timoshenko , Strength of Materials, D. Van Nostrand Co., 1930 (ristampa 1940, 1955), 2 vol.
Articoli Correlati
- Ingegneria strutturale
- Cemento armato
- Cemento armato allo stato limite
- Acciaio
- (en) in: Fracture_mechanics
- (en) en: Fatigue_ (material)
- Ingegneria Civile
- Telaio
link esterno
- Eurocodici: http://www.icab.fr/guide/eurocode/index.html