Analisi delle strutture in zona sisimica: utilizzo delle leghe di alluminio

Capitolo I - Alluminio; nascita e lavorazione

1.1 - Introduzione

1.2 - Cenni storici

1.3 - Materie prime

1.4 - Produzione di allumina

1.4.1 - Impianto di produzione di alluminio primario

1.4.2 - Riduzione elettrolitica (processo Hall-Heroult)

1.4.3 - Industria dell'alluminio secondario 1.5- Alluminio ed energia

1.6 - Cenni sulla struttura interna dell'alluminio

1.6.1 - Proprietà indipendenti dalla struttura

1.6.2 - Proprietà dipendenti dalla struttura

1.7 - Produzione delle leghe di alluminio

1.7.1 - Leghe da lavorazione plastica

1.7.2 - Designazione numerica delle leghe plastiche e sue famiglie

Capitolo II - Proprietà fisico-meccaniche

2.1 - Caratteristiche generali

2.2 - Resistenza alla corrosione

2.3 - Resistenza meccanica; trazione

2.3.1 - Resistenza meccanica; confronto con l'acciaio

2.3.2 - Possibilità di utilizzo strutturale

2.4 - Il materiale strutturale 2.4.1 - Tipologie e profili

2.5 - Caratterizzazione della legge o-o

2.5.1 - Schematizzazione del comportamento strutturale

2.5.2 - Le classi di Sutter

2.5.3 - Schematizzazione a tratti

2.5.4 - Modelli continui del tipo o=o(E)

2.5.4.1 - Modello di caratterizzazione

2.5.5 - Esposizione del modello

2.5.6 - La formulazione generale 2.6 - Resistenza all'incendio

2.6.1 - Definizione delle caratteristiche dell'incendio

2.6.2 - Caratteristiche meccaniche e fisiche dell'alluminio in funzione della temperatura

2.6.2.1 - Analisi termica della struttura

2.6.3 - Analisi della resistenza della struttura

Capitolo III - Uso delle leghe di alluminio nelle strutture reticolari spaziali

3.1 -Introduzione

3.2 - Definizione di "asta industriale"

3.2.1 - Imperfezioni geometriche

3.2.1.1 - Curvatura longitudinale

3.2.1.2 - Variazioni nelle dimensioni della sezione trasversale

3.2.2 - Le imperfezioni meccaniche

3.2.2.1 - Tensioni residue

3.2.2.2 - Metodi di misurazione

3.2.2.3 - Profili estrusi

3.2.2.4 - Profili saldati

3.2.3 - Disomogenea distribuzione delle caratteristiche meccaniche

3.2.3.1 - Valori di riferimento

3.2.3.2 - Profili estrusi

3.2.3.3 - Profili saldati

3.3 - Criteri generali per l'esame dei sistemi costruttivi

3.3.1 - Sistema Mero

3.3.2 - Sistema Triodetic Connector

3.3.3 - Sistema nodo non nodo

3.3.4 - Sistema Gyrotron

3.3.5 - Sistema Sphar

3.3.6 - Sistema Spherobat Aluminium

3.3.7 - Sistema Unibat

3.4 - Composizione ottimale di un gruppo nodo asta

Capitolo IV - Unioni fra elementi in lega di alluminio

4.1 - Unioni con organi meccanici

4.1.1 - Unioni chiodate

4.1.2 - Unioni bullonate

4.1.2.1 - Rapporti dimensionali e tolleranze

4.1.2.2 - Resistenza delle unioni bullonate

4.1.2.3 - Comportamento generico

4.1.2.4 - Verifiche di resistenza e stati limiti

4.1.2.5 - Unioni a taglio con bulloni in acciaio o in lega di alluminio

4.1.2.6 - Resistenza di progetto

4.1.2.7 - Verifica a taglio dei bulloni

4.1.2.8 - Verifica a trazione nei bulloni

4.1.2.9 - Verifica a trazione e taglio nei bulloni

4.1.2.10 - Verifica a rifollamento

4.1.2.11 - Verifica delle sezioni forate

4.2 - Unioni saldate

4.2.1 - Procedimenti di saldatura

4.2.1.1 - Le leghe saldabili

4.2.1.2 - Classi della saldatura

4.2.2.1 - Giunti testa a testa

4.2.2.2 - Giunti a "T" o a croce a completa penetrazione

4.2.2.3 - Giunti a cordone d'angolo

4.2.3 - Resistenza delle unioni saldate

4.2.3.1 - Zona a resistenza ridotta

4.2.4 - Giunti testa a testa o a completa penetrazione

4.2.4.1 - Sezione resistente

4.2.4.2 - Sollecitazione semplice perpendicolare all'asse del cordone

4.2.4.3 - Sollecitazione semplice parallela all'asse del cordone

4.2.4.4 - Sollecitazione composta

4.2.5 - Giunti a cordoni d'angolo

4.2.5.1 - Sezione resistente

4.2.5.2 - Sollecitazione semplice

4.2.5.3 - Sollecitazione composta

4.3 - Unioni incollate

4.3.1 - Caratteristiche e tipologie

4.3.2 - La preparazione delle superfici

4.3.3 - La scelta degli adesivi

4.3.4 - Il dimensionamento del giunto incollato

4.4 - Comparazione con le unioni in acciaio (CNR 10011/85)

4.4.1 - Differenza di approccio ai due materiali strutturali

4.4.2 - Distinzione di dimensionamento e verifica

4.4.2.1 - Unioni bullonate

4.4.2.2 - Unioni saldate

4.4.2.3 - Unioni incollate

Capitolo V - Esempi di edifici con struttura in alluminio

5.1 - Palazzo delle esposizioni del Centro Interamericano di San Paolo in Brasile

5.2 - Centro dei congressi di Alghero (SS)

5.2.1 - Descrizione generale dell'opera

5.2.2 - La scelta del materiale

5.2.3 - I carichi accidentali

5.2.3.1 - Azioni ortogonali alla copertura

5.2.3.2 - Azioni parallele al piano di copertura

5.2.4 - Il progetto della struttura

5.2.4.1 - La struttura reticolare spaziale

5.2.4.2 - Particolari costruttivi

5.2.4.2.1 - Accoppiamento tubo-cono

5.2.4.2.2 - Accoppiamento bullone-sfera

5.2.4.2.3 - Apparecchi di appoggio

5.2.4.3 - Le stratture secondarie

5.2.4.3.1 - Manto di copertura

5.2.4.3.2 - Pannelli di tamponamento

5.2.5 - Esecuzione, montaggio e collaudo

5.3 La sede dell'ente di promozione dell'alluminio, Utrech-Olanda

5.4 - Scala autoportante in alluminio della torre di controllo dell'aeroporto di Barcellona (Spagna)

5.4.1 - Analisi strutturale e metodologia di montaggio

5.5 - Nuove soluzioni per strutture in alluminio

5.5.1 - Introduzione

5.5.2 - Nuove strutture

5.5.3 - Strutture planari

5.5.4 - Prove su prototipo e relative analisi

5.5.5 - Strutture reticolari tridimensionali

5.5.6 - Strutture tridimensionali continue

5.5.7 - Strutture tridimensionali ibride

Capitolo VI - Normativa antisismica, ordinanza 3274/2003

6.1 - Introduzione

6.1.1 - Classificazione sismica

6.1.2 - Approccio prestazionale

6.1.3 - Definizione delle azioni di progetto

6.1.4 - Regolarità strutturale

6.1.5 - Procedure di progetto: capacity design e dettagli costruttivi

6.1.6 - Metodo di verifica agli stati limiti 6.1.7- Valutazione degli edifici esistenti

6.1.8 - Tecnologie innovative

6.2 - Fondamenti di Ingegneria sismica 6.2.1- I1 sistema ad un grado di libertà

6.2.2 - Oscillazioni libere in assenza di smorzamento

6.2.3 - Oscillazioni libere in presenza di smorzamento

6.2.4 - Oscillazioni forzate

6.3 - Risposta sismica e spettro di risposta elastico

6.3.1 - Spettri di risposta elastici della normativa italiana

6.4 - Comportamento di un sistema elasto-plastico ad un grado di libertà

6.4.1 - Duttilità

6.4.2 - Risposta sismica di sistemi elasto-plastici

6.4.3 - Spettri di progetto della normativa italiana

6.5 - Comportamento elastico dei sistemi a più gradi di libertà

6.5.1 - Gradi di libertà

6.5.2 - Oscillazioni libere e modi principali di vibrare

6.5.3 - Risposta sismica

6.6 - Analisi modale

Capitolo VII - Copertura della tribuna della piscina dell'università di DOHA (Qatar)

7.1 - Introduzione

7.2 - Descrizione della struttura

7.3 - Scelta del tipo di analisi da effettuare

7.3.1 - Regolarità

7.3.2 - Analisi dinamica modale

7.4 - Primi 2 modi di oscillazione naturale della struttura

7.4.1 - Modello in lega di alluminio

7.4.2 - Modello in acciaio

7.5 - Calcolo dei pesi e delle masse della pensilina

7.5.1 - Soluzione dell'equazione agli autovalori, massa modale partecipante, forme modali (autovettori), fattore di partecipazione.

7.5.2 - Spettro di risposta

7.5.3 - Forze modali

7.6 - Sollecitazioni agenti sulle strutture

7.6.1 - Differenze fra le due tipologie

G. GRASSI, La costruzione logica dell'architettura, Umberto Allemandi & C.,1967.

F. DAL CO [et al], Architettura contemporanea, Electa, Milano 1976.

G. BALLIO [et al], Strutture in acciaio, Arnoldo Mondadori Editore, giugno 1979. G. M. BO, Appunti di dinamica sismica, CLUT, Torino 1984.

LeCorbusier, Verso una architettura, Longanesi & C, Milano 1984.

M. PAZ, Dinamica strutturale: teoria e calcolo, Dario Flaccovio Editore, Palermo 1985.

F. M. MAZZOLANI, La progettazione delle strutture in leghe di alluminio, Liguori Editore, Napoli 1986.

M. CONSERVA [et al], Alluminio: manuale degli impieghi, Edimet, Brescia 1990.

D. ALTENPOHL, Uno sguardo all'interno dell'alluminio, Tecnomedia S.r.l., Milano 1991.

F. LEVI [et al], Scienza delle costruzioni, Pitagora, Bologna 1992.

C. AMERIO [et al], Tecnologia delle costruzioni, vol. I e II, SEI,Torino 1993.

C. DANIELE, Strutture di alluminio in architettura: tecnologie e tecniche d'impiego - attualità e tendenze, Politecnico di Torino, Facoltà di Architettura, a.a. 1993-1994, relatore prof.ssa Clara Bertolini.

C. GAVARINI, Ingegneria antisismica, Esa Masson, Milano 1994.

C. GUENZI, La qualità dell'alluminio per l'architettura, in AL - Alluminio e leghe, n°54, Edimet, Milano 1994.

M. BASSAN (a cura di), Progettazione e realizzazione di componenti e sistemi basati sull 'impiego di tecnologie innovative per l'industria, Franco Angeli, Milano 1994.

M. LEVY [et al], Perché gli edifici cadono, Strumenti Bompiani, Milano agosto 1997.

G. DE GIORNI, La terza avanguardia in architettura, Diagonale, 1998.

A. NEGRO [et al], Scienza e tecnologia dei materiali, Celid, Torino 2001.

C.M. ARIS, Silenzi eloquenti, Christian Marinotti Edizioni, Milano 2002.

G. M. CALVI [et al], Criteri di progettazione antisismica degli edifici, Pavia 2004.

S. PAPARONE, Analisi e verifiche di edifici multipiano in acciaio in zona sismica, tesi di laurea, Politecnico di Torino, I Facoltà di Architettura, a.a. 2004-2005, relatore prof. Donato Sabia.

AA. VV., Progettazione strutturale con l'alluminio - 5° corso avanzato di specializzazione su Tecnologia dei Materiali e Progettazione di Strutture, Edimet, Brescia 2005.

Riviste

F. M. MAZZOLANI [et al], Le possibilità di impiego delle leghe di alluminio nel campo delle strutture reticolari spaziali, in "L'edilizia e l'industrializzazione" n.6 (1988), pp. 263-281.

G. BALLIO [et al], Struttura reticolare spaziale in alluminio per la copertura del Centro Congressi di Alghero (SS), in "Giornate Italiane della Costruzione in Acciaio",Viareggio, 24-25-26-27 ottobre 1993, C.T.A. Collegio dei Tecnici dell'Acciaio, pp. 49-60.

G. C. GIULIANI, Strutture in alluminio per l'industria delle costruzioni, in "ABCD",n.s., 2 (2002), pp. 44-52.

G. C. GIULIANI, Strutture in alluminio: resistenza all'incendio, in "ABCD", n.s., 3 (2002), pp. 74-81.

L. M, Un manifesto per l'alluminio, in "Alluminio e Architettura", 32 (2004), pp. 30-37.

M. E. GIULIANI, Scala autoportante in alluminio per una torre di controllo aeroportuale, in "ABCD", n.s., 20 (2005), pp. 68-73.

A. BROOKS [et al], Aluminium centre, in "CASABELLA", 733 (2005), pp. 32-39. C. BRICK, Cajas de aluminio corno ladrillo, in "Pasajes", n. 12 (2005), pp.20,21.

Normativa italiana

CNR - 10022/84, Profilati d'acciaio formati a freddo: istruzioni per l'impiego nelle costruzioni.

CNR - 10011/85, Costruzioni di acciaio: istruzioni per il calcolo, l'esecuzione, il collaudo e la manutenzione, Commissione di Studio per le Norme sulle Costruzioni in Acciaio.

Circolare Ministeriale 4 Luglio 1996, n. 156 AA. GG./STC, Istruzioni per l'applicazione delle "Norme tecniche relative ai criteri generali per la verifica di sicurezza delle costruzioni e dei carichi e sovraccarichi".

Circolare 10 aprile 1997, Istruzione per l'applicazione delle "Norme tecniche per la costruzioni in zone sismiche", di cui al decreto ministeriale 16 gennaio 1997, pubblicata nel Supplemento ordinario alla "Gazzetta Ufficiale" n. 97 del 28 aprile 1997, serie generale.

Ordinanza del P.C. M. n. 3274 del 20 marzo 2000, Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica.

Ordinanza 3274, Norme tecniche per il progetto, la salutazione e l'adeguamento sismico degli edifìci, come modificato dall'O.P.C.M. n. 3431 del 3/5/05.

Normativa europea

EN 1993 Eurocodice 3, Progettazione delle strutture in acciaio. Le prescrizione dell'Eurocodice 3 sono modificate e integrate alle indicazioni del NAD (decreto di applicazione nazionale), costituito dalla Sezione III della parte II del D.M. 9/1/96.

EN 1998 Eurocodice 8, Indicazioni progettuali per la resistenza sismica delle strutture.

Il programma EC prevede i seguenti Eurocodici Strutturali:

EN 1991 Eurocodice 1, Basis of design andactions on structures.

EN 1992 Eurocodice 2, Design of concrete structures.

EN 1993 Eurocodice 3, Design ofsteel structures.

EN 1994 Eurocodice 4, Design of composite steel and concrete structures.

EN 1995 Eurocodice 5, Design of timber structures.

EN 1996 Eurocodice 6, Design of masonry.

EN 1997 Eurocodice 7, Geotechnical design.

EN 1998 Eurocodice 8, Design provisions far earthquake resistance of structures.

EN 1999 Eurocodice 9, Design of aluminium alloy structures.

Siti internet

www.edilportale.it

www.ingegneriasoft.it

www.alcoa.com

www.metecno.com

www.aluprogetto.it

www.cpm-sistemi.it

www.edimet.it

Industrie del settore contattate

ALCOA - Belluno

EDIMET - Brescia

HUNNIBEK ITALIA - Padova

PONTEGGI DALMINE - Milano