Le azioni sulle costruzioni: carichi, vento e neve
Carichi permanenti e d'uso, percorso dei carichi e aree di influenza con esempio, pressione del vento da Bernoulli dimostrata con esempio, coefficienti di esposizione e forma, neve.
Prima di dimensionare bisogna sapere quanto pesa ciò che la struttura deve portare. Le azioni sono il peso proprio, gli altri carichi permanenti, i carichi d’uso, la neve, il vento, le variazioni di temperatura e i terremoti (lezione sulla progettazione sismica). In questa lezione vediamo i carichi permanenti e variabili, il percorso dei carichi e le aree di influenza con un esempio, la pressione del vento con la dimostrazione dalla legge di Bernoulli e un esempio, e la neve.
Carichi permanenti
- Permanenti strutturali
: il peso degli elementi portanti, calcolato dai volumi e dai pesi specifici: calcestruzzo armato 25 kN/m³, acciaio 78,5 kN/m³, legno 4-6 kN/m³, muratura 15-20 kN/m³. - Permanenti non strutturali
: pavimenti, massetti, intonaci, impianti, tramezzi (che le norme permettono di considerare come carico uniforme equivalente, per esempio 0,8-1,6 kN/m² secondo il peso delle pareti).
Carichi variabili d’uso
Le norme fissano i carichi d’esercizio per tipo di ambiente, già scelti come valori caratteristici: ambienti residenziali 2,0 kN/m², uffici 3,0, ambienti suscettibili di affollamento (scuole, ristoranti) 3,0-5,0, biblioteche e archivi 6,0 o più, coperture accessibili solo per manutenzione 0,5. Per le sale tecniche con apparecchiature pesanti (armadi di telecomunicazioni, centri di calcolo, batterie di accumulatori) i carichi vanno valutati caso per caso: un armadio di batterie può superare i 10 kN/m² sulla sua impronta.
Il percorso dei carichi
I carichi seguono un percorso: dal solaio alle travi, dalle travi ai pilastri, dai pilastri alle fondazioni (lezione sulle fondazioni) e al terreno. Per un predimensionamento rapido, ogni pilastro porta il carico della sua area di influenza: la porzione di solaio più vicina a lui che agli altri pilastri.
Esempio. Pilastri a maglia di 5 m per 4 m: un pilastro interno ha un’area di influenza di 20 m². Con il carico di progetto del solaio della lezione sulla sicurezza, 9,9 kN/m², riceve circa 200 kN per piano; in un edificio di quattro piani, alla base, circa 800 kN più il peso proprio dei pilastri. I pilastri d’angolo hanno un quarto dell’area, quelli di bordo la metà. Il calcolo esatto, con la continuità delle travi, sposta un po’ di carico verso i pilastri del primo allineamento interno.
Il vento
Il vento esercita sulle superfici una pressione proporzionale al quadrato della velocità.
Teorema. Un flusso d’aria di densità 
e velocità 
che si arresta contro un ostacolo produce nel punto di ristagno la sovrappressione
![\[ q = \frac{1}{2}\rho v^2 \]](https://www.electronics-engineering.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-5fc399f21d473422cb5f9f434b406c11_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Dimostrazione. Per la legge di Bernoulli lungo una linea di corrente, in un flusso stazionario, incomprimibile e senza perdite, 
è costante (lezione sulla meccanica dei fluidi di Fisica 1). Lontano dall’ostacolo la pressione è quella atmosferica e la velocità ; nel punto di ristagno la velocità è nulla, quindi la pressione cresce di 
. ∎
Esempio. Con 
kg/m³ e una velocità di riferimento di 27 m/s (circa 97 km/h, il valore di base di molte zone d’Italia): 
Pa, cioè 0,46 kN/m². Le norme moltiplicano questa pressione cinetica per:
- il coefficiente di esposizione, che cresce con l’altezza e con l’apertura del terreno (il vento è più forte in quota e in campo aperto che in città): sopra un edificio alto o su una collina può raddoppiare la pressione;
- il coefficiente di forma (o di pressione), che dipende dalla geometria: positivo sulle pareti sopravento, negativo (aspirazione) sottovento e su molte coperture, dove il vento tende a sollevare;
- il coefficiente dinamico, per strutture snelle che possono oscillare.
Per tralicci e antenne il vento è spesso il carico principale: conta la superficie esposta di aste, parabole e cavi, e per le strutture snelle anche le oscillazioni indotte dai vortici, che possono entrare in risonanza.
La neve
Il carico di neve su una copertura è 
: il valore caratteristico al suolo 
, che dipende dalla zona e dall’altitudine (da circa 0,6 kN/m² sulla costa a diversi kN/m² in montagna), moltiplicato per il coefficiente di forma 
(0,8 per le coperture piane e poco inclinate, che si riduce fino a zero oltre i 60°, perché la neve scivola), e per i coefficienti di esposizione e termico. Gli accumuli dovuti al vento vicino a parapetti e salti di quota possono moltiplicare il carico localmente: sono una causa frequente di crolli di coperture leggere.
