Strutture stratificate a freddo (sistema Struttura/Rivestimento): le verifiche sui profili portanti

Acciaio per l’edilizia residenziale: strutture stratificate a freddo (sistema Struttura/Rivestimento)

Premessa

La seconda parte di un lungo articolo sulle strutture stratificate a secco, riguarda le verifiche sui profili portanti.
La prima parte, relativa alle diverse pareti, solai e coperture è stato pubblicato in precedenza, con mio grande piacere, e lo potete trovare al seguente link.

Le verifiche dei profili pressopiegati a freddo di piccolo spessore sono influenzate significativamente da numerosi dettagli; ovviamente i più importanti sono le caratteristiche geometriche delle sezioni, ma anche i vincoli di estremità e di ritegno torsionale o distorsionale hanno una notevole importanza. Negli ultimi anni, infatti, notevoli sforzi sono stati fatti a livello accademico per ottenere formule empiriche per considerare l’apporto positivo delle connessioni tra i profili portanti e i pannelli di finitura. A livello pratico progettuale però, si preferisce ancora in larga misura non considerare questo fattore e verificare i profili portanti come vedremo nel seguito. Precisazione importante è che tali profili sono così fortemente condizionati dalle instabilità, che le verifiche di resistenza sono spesso irrilevanti. Notevole importanza per la corretta verifica è quindi, l’individuazione della giusta instabilità a cui è soggetto il profilo.

Verifiche dei profili pressopiegati a freddo

Nell’ambito delle diverse tipologie di elementi strutturali in acciaio, i profili pressopiegati a freddo sono generalmente i più sottili e presentano pertanto un comportamento strutturale influenzato dalle forme d’instabilità semplici (globale, locale e distorsionale) o accoppiate.
L’instabilità locale è caratterizzata da spostamenti fuori piano degli elementi lastra che compongono la membratura, senza che i raccordi tra questi elementi subiscano alcuna deformazione; essa è detta locale perché presenta delle deformate instabili le cui semilunghezze d’onda sono dello stesso ordine di grandezza delle dimensioni della sezione trasversale. Quando il valore della semilunghezza d’onda è dello stesso ordine della estensione della membratura, si parla invece di instabilità globale, nella quale la sezione trasversale non si deforma e si può presentare in tre distinti modi: instabilità flessionale pura, instabilità torsionale pura e instabilità flesso-torsionale. Infine, quando i valori delle semilunghezze d’onda sono compresi tra le dimensioni trasversali della sezione e la lunghezza dell’asta, si ha un tipo d’instabilità denominato distorsionale; in essa i raccordi tra gli elementi lastra che compongono la membratura subiscono uno spostamento con conseguente distorsione della sezione. Accanto a queste forme d’instabilità semplici, deve contemplarsi la possibilità che più forme instabili possano presentarsi contemporaneamente, dando luogo a modi d’instabilità accoppiati.

Le metodologie di analisi dell’instabilità globale dei profili cold-formed non si discostano sostanzialmente da quelle utilizzate, di provata validità, per i profili laminati a caldo. L’instabilità locale e distorsionale rappresentano le forme d’instabilità più tipiche dei profili formati a freddo.
Con riferimento ai profili d’acciaio, fino ai primi anni 2000 la normativa italiana (CNR-UNI 10022, 1984) era una delle meno aggiornate, mentre quella statunitense (AISI), quella australiana-neozelandese nonché quella europea (UNI EN 1993-1-3, 2006, alla quale fa riferimento la normativa Italiana vigente) sono più recenti e avanzate.

Per lo studio dell’instabilità locale è largamente diffuso il metodo element mode, che applica la teoria della stabilità per le lastre in parete sottile ad ogni elemento lastra costituente la sezione trasversale della membratura. È possibile in tale modo portare in conto la capacità postcritica delle parti compresse della sezione, ossia la possibilità di sopportare carichi superiori a quello critico elastico Euleriano.

Gli approcci teorici attuali disponibili sono tutti finalizzati alla schematizzazione, in maniera semplificata, della ridistribuzione dello stato tensionale che si verifica in fase postcritica e si differenziano nel considerare:
- La tensione massima, agente in prossimità degli appoggi di bordo, uniformemente distribuita solo su una porzione di lastra denominata larghezza efficace;
- Una tensione ridotta agente uniformemente su tutta la lastra;
- La tensione massima distribuita su una lastra di spessore ridotto.
 

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