L'effettu di i carichi pesanti nantu à e strutture di l'edifiziu
In l'ingegneria civile, un edifiziu hè più cà una semplice pila robusta di cimentu è acciaio. Daretu à a so forma apparentemente simplice si trova un sistema strutturale cuncipitu per resiste à una varietà di forze è carichi per decennii, ancu centinaie d'anni. Unu di i fattori più cruciali in a sicurezza è a vita di serviziu di un edifiziu hè u so pesu, sia da l'elementi di l'edifiziu sia da l'attività umane è ambientali. Questu articulu discute cumu i carichi di pesu affettanu e strutture di l'edifiziu, i tipi di carichi nantu à i quali agiscenu, è e so cunsequenze è strategie di pianificazione.
Capisce u cuncettu di carichi nantu à l'edificii
In generale, u caricu annantu à un edifiziu hè custituitu da tutte e forze chì agiscenu annantu à l'elementi strutturali. Quessi carichi sò trasmessi per viaghji specifichi - da e lastre di u pianu à e travi, da e travi à e colonne, dopu à e fundazioni, è infine à u terrenu. À misura chì u caricu aumenta, ogni elementu longu à sti viaghji deve avè una capacità sufficiente per impedisce a rottura.
I carichi pesanti ùn significanu micca sempre "pesanti" à ochju nudu. Macchine industriali, schedari pieni di documenti, serbatoi d'acqua nantu à i tetti, folle di persone, o ancu l'accumulazione di materiali in un locu ponu aumentà significativamente u caricu. S'ellu ùn hè micca pigliatu in contu da a fase di cuncepimentu, questu aumentu pò purtà à crepe, deflessione eccessiva, cedimentu di e fundazioni, è ancu crollu.
Tipi di carichi chì affettanu e strutture
In a pianificazione di a struttura di l'edifiziu, i carichi sò generalmente raggruppati in parechje categurie principali:
1. Caricu mortu
U pesu mortu hè u pesu permanente di i cumpunenti di l'edifiziu, cum'è e lastre di u pianu, e travi, e colonne, i muri, i tetti, e finiture, i soffitti è l'installazioni fisse. Per via di a so natura permanente, u pesu mortu hè presente per tutta a durata di vita di l'edifiziu. Sè si sceglienu materiali più pesanti (per esempiu, aduprendu muri di mattoni solidi invece di partizioni leggere), u pesu mortu aumenta, mettendu richieste supplementari nantu à e colonne è e fundazioni.
2. Caricamentu vivu
I carichi in tensione derivanu da l'attività umana è da l'usu di u spaziu: occupanti, mobili, attrezzature, veiculi (in parcheggi multipiano) è merci almacenate. I carichi in tensione ponu varià è, in certe situazioni, ponu esse sustanziali, cum'è una sala piena di ghjente o un magazzinu cù carichi pesanti. L'errori in a definizione di a funzione di un spaziu ponu esse periculosi; un esempiu classicu hè a cunversione di un ufficiu in un magazzinu senza una valutazione strutturale.
3. Pesu Ambientale
I carichi ambientali includenu i carichi di u ventu, i carichi di i terremoti, i carichi di e precipitazioni è, in certe regioni, i carichi di neve (fora di u cuntestu indonesianu). Ancu s'elle ùn sò micca sempre "pesanti" in termini di massa, e forze laterali di u ventu è di i terremoti ponu esse uguali o ancu superiori à i carichi verticali in termini di u so impattu nantu à a stabilità strutturale.
4. Carichi Speciali
I carichi speciali includenu carichi da macchine vibranti, gru, serbatoi di liquidi, carichi d'urto è carichi temporanei durante a custruzzione. In l'edifici industriali, i carichi di e macchine ponu causà vibrazioni chì acceleranu a fatica di i materiali è riducenu u cunfortu.
Cumu i carichi di pesu affettanu l'elementi strutturali
1. Piastre di pavimentu è travi: Deflessioni è crepe
Quandu i carichi pesanti agiscenu nantu à un pianu, e lastre è e travi resistenu à e forze di flessione. Sè u caricu supera a capacità, si verifica una deflessione eccessiva (u pianu si sente cum'è s'ellu si piega) è crepe in a zona di tensione di u béton. Piccule crepe ponu esse accettabili, ma grande crepe ponu compromettere a funzione, dannà a finitura, accelerà a currusione di l'armatura è riduce a capacità di a struttura.
In l'edificii à longa luce, a cuncepzione di travi è lastre deve tene contu micca solu di a resistenza ma ancu di a rigidità. I carichi pesanti ripetuti ponu aumentà a deflessione à longu andà per via di u scorrimentu di u béton.
2. Culonne: Instabilità è Rottura per Compressione
I pilastri sò l'elementi principali chì trasmettenu i carichi verticali à a fundazione. L'aumentu di i carichi di pesu pò fà chì i pilastri operinu vicinu à i so limiti di capacità di compressione. In i pilastri snelli, u risicu di buckling aumenta ancu. A ruptura di i pilastri hè spessu critica perchè pò pruvucà un crollu progressivu, induve u crollu di un elementu face chì una catena di altri elementi crolli.
3. Muri strutturali è nuclei: Resistenza à e forze laterali
In l'edificii à più piani, i carichi di terremoti è di ventu sò fattori dominanti. I muri di u core è di taglio aiutanu à resiste à e forze laterali per impedisce l'oscillazione eccessiva. U pesu elevatu di i singoli piani influenza ancu a risposta dinamica di l'edifiziu durante un terremotu, postu chì una massa più grande produce forze inerziali più grande.
4. Fundazione: Sedimentu è Capacità Portante di u Terrenu
A fundazione sustene u pesu accumulatu di tuttu l'edifiziu. Quandu u pesu di u caricu ùn hè micca cummisuratu cù a capacità portante di u terrenu, si verifica un assestamentu. L'assestamentu uniforme pò esse tollerabile, ma l'assestamentu differenziale (irregolare) hè periculosu perchè pò purtà à crepe in a struttura è in i muri, porte è finestre inceppate, è ancu danni à i servizii publichi.
U terrenu dolce o u terrapienu hè assai sensibile à i carichi pesanti. Dunque, in certe cundizioni, sò necessarie fundazioni prufonde cum'è pali trivellati o miglioramenti di u terrenu.
Impattu di i carichi pesanti nantu à e prestazioni è a durata di l'edificiu
I carichi pesanti ponu influenzà e strutture micca solu in u cuntestu di "collassu o micca", ma ancu in termini di prestazioni à longu andà:
1. Fatica di u materiale in elementi chì ricevenu carichi ripetuti, cum'è i pavimenti di parcheghju.
2. Corrosione accelerata di l'armatura per via di crepe chì aprenu vie per l'entrata di l'acqua è di l'aria.
3. Danni non strutturali, per esempiu soffitti crepati, piastrelle rotte o partizioni spostate.
4. Diminuzione di u cunfortu, cum'è una vibrazione eccessiva nantu à u pianu per via di l'attività o di e macchine.
In altre parolle, un edifiziu chì hè "sempre in piedi" ùn hè micca necessariamente sicuru è cunfurtevule se i carichi pesanti ùn sò micca gestiti currettamente.
Strategie di Pianificazione per Affruntà Carichi Pesanti
Per assicurà chì a struttura sia capace di sustene carichi pesanti, i seguenti passi sò generalmente applicati:
1. Calculu di carica basatu annantu à e norme
L'ingegneri utilizanu norme di pianificazione (per esempiu, SNI) per determinà e magnitudini di u caricu di cuncepimentu basatu annantu à a funzione di u spaziu: residenziale, ufficiu, scola, magazzinu, parcheghju, ecc. I fattori di sicurezza sò ancu applicati per anticipà e variazioni di u caricu è l'incertezze di i materiali.
2. Selezzione di u Sistema Strutturale Ghjustu
L'edificii cù carichi pesanti è grandi campate necessitanu spessu sistemi strutturali più forti, cum'è travi precompresse, telai in acciaio, o una cumminazione di béton è acciaio (cumpostu). Per l'edificii alti, una cumminazione di nuclei di béton è telai à mumentu pò aumentà a resistenza à i terremoti è à u ventu.
3. Capacità aumentata di l'elementi
Sè i carichi pesanti sò inevitabili - per esempiu, in un magazzinu o in una fabbrica - l'elementi strutturali ponu esse ingranditi, i gradi di béton migliurati, i rinforzi aumentati, o si ponu aduprà profili d'acciaiu cù una capacità più elevata. Tuttavia, sta capacità aumentata aumenta ancu u pesu mortu, dunque l'ottimisazione hè essenziale.
4. Cuntrollu di a deflessione è di e vibrazioni
U cuncepimentu dà priorità micca solu à a forza, ma ancu à a rigidità. E deflessioni sò limitate per impedisce chì u pianu si abbassi è chì si danneghji l'elementi non strutturali. Per i carichi dinamici, hè necessaria l'analisi di e vibrazioni per assicurà chì e frequenze naturali di a struttura ùn risunino micca cù i macchinari o altre attività.
5. Ispezione è Valutazione Durante i Cambiamenti di Funzione
Parechji prublemi si presentanu quandu a funzione di un edifiziu cambia: una casa diventa un'attività cummerciale, un ufficiu diventa un magazzinu, o un grande serbatoiu hè stallatu nantu à u tettu. Ogni cambiamentu chì aumenta u pesu deve esse accumpagnatu da una valutazione strutturale da un espertu. Se necessariu, si pò fà una ristrutturazione, cum'è l'aghjunta di travi, u rivestimentu di colonne, o l'installazione di piastre d'acciaiu/FRP.
Cunclusioni
L'effetti di i carichi pesanti nantu à e strutture di l'edifizii sò estensivi: da crepe è deflessioni in i pavimenti, à un risicu aumentatu di deformazione in e colonne, à l'assestamentu di e fundazioni per via di una capacità portante insufficiente di u terrenu. I carichi pesanti aumentanu ancu a risposta à i terremoti perchè l'aumentu di a massa produce forze inerziali più grande. Dunque, a pianificazione strutturale deve rispettà e norme, capisce a funzione di l'edifiziu, selezziunà u sistema strutturale adattatu è cunsiderà sia a resistenza sia a rigidità.
In fine, un edifiziu sicuru ùn hè micca solu quellu chì pare robustu, ma unu chì hè cuncipitu basendu si nantu à una cunniscenza approfondita di i carichi ch'ellu purtarà - oghje, è per l'anni à vene.
