Come fare l'analisi dei carichi secondo la normativa NTC 2018

In ingegneria, il termine "carico strutturale" si riferisce all'analisi delle forze che agiscono su una struttura, con l'obiettivo di determinarne la configurazione ottimale per evitare deformazioni indesiderate. Quando si considera il concetto di carico, è importante prendere in esame le diverse sollecitazioni a cui una struttura può essere sottoposta, sia da fattori esterni che interni. In questo articolo forniremo le basi per individuare i diversi tipi di carico e analizzarli secondo le prescrizioni delle NTC 2018

Cosa si intende per analisi dei carichi

L'analisi dei carichi è un processo fondamentale nell'ingegneria strutturale che consiste nella determinazione e valutazione delle forze che agiscono su una struttura. Questa analisi è cruciale per progettare edifici, ponti, dighe, e altre opere ingegneristiche, assicurando che siano sicure, stabili e durevoli. L'obiettivo principale dell'analisi è identificare e quantificare tutte le forze che agiranno su una struttura nel corso della sua vita per determinare le sue possibili reazioni. I risultati di quest'analisi servono, in fase di progettazione, per il corretto dimensionamento degli elementi strutturali. L'analisi, dunque, per essere efficace, deve tener conto di tutte le tipologie di carico che agiscono su una struttura nel corso del tempo.

Quali sono i carichi propri di una struttura?

Su una struttura agiscono diversi tipi di carichi, ognuno con caratteristiche specifiche di cui è necessario tenere conto per effettuare un'analisi corretta. In primo luogo è bene differenziare tra:

Carico Concentrato	È una forza applicata su un singolo punto della struttura. Viene misurato in newton (N) nel Sistema Internazionale (SI).
Carico Distribuito	È una forza che si distribuisce lungo una linea, una superficie, o un volume della struttura. Può essere misurato in pascal (Pa) quando riferito a una superficie, oppure in newton per metro quadrato (N/m²).
Carico Statico	È quel tipo di carico la cui intensità e posizione su una struttura non è soggetto a variazioni nel tempo
Carico Dinamico	È quel tipo di carico la cui intensità e/o posizione su una struttura variano nel corso del tempo

Oltre a questi è bene fare un'ulteriore distinzione, da un punto di vista più tecnico, tra due tipologie di carico fondamentali per l'analisi: quello permanente e quello accidentale.

Differenza tra Carico Permanente e Carico Accidentale

Per carico permanente si intende una tipologia di carico strutturale che comprende tutte le forze costanti e continue che agiscono su una struttura per l'intera durata della sua vita utile. Questi carichi sono dovuti agli elementi strutturali stessi e ad altri componenti fissi che fanno parte della costruzione come: travi, colonne, solai, muri, e qualsiasi altro componente fisso della costruzione. All'interno di questa tipologia possono rientrare anche altri carichi costanti come il peso di impianti fissi (tubature, sistemi HVAC, ecc.), rivestimenti, isolamenti, e altri materiali di costruzione che rimangono inalterati nel tempo. In termini di calcolo del peso è necessaria la determinazione del volume degli elementi strutturali, moltiplicato per il peso specifico dei materiali, come stabilito dalle normative.

Invece, per carico accidentale si intende l'insieme degli elementi non strutturali, come arredi, persone e agenti atmosferici (neve, vento). Questi carichi sono determinati attraverso analisi specifiche o valori imposti da regolamenti e norme tecniche. Un esempio di carico accidentale potrebbe essere il peso temporaneo di una folla su una tribuna o la forza del vento che agisce su un edificio.

Come svolgere l'analisi dei carichi secondo le NTC 2018

Dal punto di vista tecnico, l'analisi dei carichi è disciplinata dalle Norme Tecniche per le Costruzioni NTC 2018, le quali prendono in considerazione tutte le cause, o gli insiemi di cause che possono indurre una struttura in quelli che vengono definiti come "stati limite", ovvero condizioni altamente critiche in cui la struttura non riesce più ad assolvere la funzione attribuitale in fase di progettazione. Queste cause, vengono definite "azioni", e si dividono essenzialmente in 4 categorie:

L'obiettivo principale dell'analisi dei carichi è determinare i valori delle azionipermanenti (G), variabili (Q), eccezionali (A) e sismiche (E), per poi combinarle secondo le direttive stabilite dalle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) 2018, al fine di garantire che la struttura sia progettata per resistere in modo sicuro a tutte le possibili condizioni di carico che potrebbe incontrare durante il suo ciclo vitale.

Adesso approfondiremo nel dettaglio quali sono le tipologie di azioni sulle costruzioni.

1. Azioni Permanenti (G)

Queste azioni agiscono per tutta la vita nominale della costruzione, con variazioni di intensità molto lente e di modesta entità. Comprendono:

Il peso proprio di tutti gli elementi strutturali (travi, pilastri, solai, murature, ecc.).
Il peso del terreno (se pertinente).
Le forze indotte dal terreno (escludendo gli effetti di carichi variabili).
Le forze derivanti dalla pressione dell'acqua (quando costanti nel tempo).
Il peso di tutti gli elementi non strutturali (partizioni interne, pavimenti, controsoffitti, ecc.).
Gli spostamenti e le deformazioni impresse, incluso il ritiro.
La presollecitazione.

2. Azioni Variabili (Q)

Queste azioni possono avere valori istantanei molto diversi nel corso della vita della struttura. Possono essere di

Lunga durata	Se agiscono con un'intensità significativa, anche se non continuativamente, per un tempo rilevante rispetto alla vita della struttura
Breve durata	Se agiscono per un periodo breve rispetto alla vita della struttura.

Esempi includono:

Sovraccarichi di natura umana.
Azioni del vento.
Azioni della neve.
Azioni della temperatura.

3. Azioni Eccezionali (A)

Queste azioni si verificano solo eccezionalmente durante la vita della struttura. Sono dovute a eventi come:

Incendi.
Esplosioni.
Urti e impatti.

4. Azioni Sismiche (E)

Si tratta delle forze che agiscono sulla struttura derivanti dai terremoti e devono essere considerate specificamente per garantire la resistenza sismica della struttura.

Esempio: Analisi dei Carichi di un solaio

Per svolgere un'analisi accurata dei carichi, è fondamentale seguire quattro passaggi chiave:

Determinazione della Larghezza del Modulo in Funzione dell'Orditura
È essenziale individuare la larghezza del modulo che si ripete nella direzione ortogonale all'orditura del solaio. Questo modulo rappresenta la porzione di solaio che si ripete identica a se stessa;
Calcolo degli Spessori e dei Pesi Unitari
Una volta individuato il modulo del solaio, si procede al calcolo del peso totale considerando la sezione del solaio e i pesi per unità di volume dei materiali. È importante distinguere tra carico permanente strutturale e non strutturale;
Determinazione del Peso del Solaio per Unità di Superficie
Il peso totale del modulo viene diviso per la superficie del modulo per ottenere il peso per unità di superficie, necessario per il calcolo strutturale;
Considerazione del Peso degli Elementi Divisori Interni
Il carico permanente non strutturale del solaio deve includere il peso dei tramezzi. Questo peso può essere considerato come un carico uniformemente distribuito per unità di superficie, a patto che il solaio sia in grado di distribuire trasversalmente i carichi.