14 marzo

ARGOMENTI:
 MATERIALI E PRODOTTI DA COSTRUZIONE
 TIPOLOGIE STRUTTURALI E DETTAGLI COSTRUTTIVI
 AZIONI SULLE COSTRUZIONI
 RISPOSTA SISMICA E CRITERI DI PROGETTAZIONE
BASATI SULLA GERARCHIA DELLE RESISTENZE
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MATERIALI E PRODOTTI
DA COSTRUZIONE
Modulo A016 /C430 – docente ing. E. Grande
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Materiali da Costruzione
Materiali naturali e artificiali utilizzati dall’uomo per la realizzazione di
costruzioni edilizie ed opere dell’ingegneria civile.
materiali ‘tradizionali’, ovvero i
primi utilizzati dall’uomo, come il
legno e la muratura
‘Progetto Case’ – L’Aquila
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Materiali da Costruzione
Materiali naturali e artificiali utilizzati dall’uomo per la realizzazione di
costruzioni edilizie ed opere dell’ingegneria civile.
materiali di più recente impiego,
come l’acciaio ed il cemento
armato
Forth Bridge, UK
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Materiali da Costruzione
Materiali naturali e artificiali utilizzati dall’uomo per la realizzazione di
costruzioni edilizie ed opere dell’ingegneria civile.
materiali innovativi, come le leghe
di alluminio e i materiali compositi
fibrorinforzati
Carbon Fiber Truss Structures - Allred & Associates Inc USA
Kanazawa station, Japan
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Materiali da Costruzione
Materiali naturali e artificiali utilizzati dall’uomo per la realizzazione di
costruzioni edilizie ed opere dell’ingegneria civile.
materiali riciclati eco-compatibili
(attenzione all’ambiente e alla
salute/sicurezza collettiva)
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Materiali da Costruzione
Le linee guida e i documenti normativi pongono particolare attenzione
ai modelli teorici da utilizzare nella progettazione per descrive il
comportamento costitutivo dei materiali da costruzione e coglierne le
principali peculiarità.
Allo stesso tempo si presta particolare attenzione anche nei riguardi dei
controlli della qualità e dei metodi per determinare le caratteristiche
meccaniche.
Esempio:
Norme Tecniche per le Costruzioni - NTC08
Capitolo 4 - COSTRUZIONI CIVILI E INDUSTRIALI
• 4.1. COSTRUZIONI DI CALCESTRUZZO
 Classi di resistenza del cls
Valori caratteristici della resistenza a
compressione del cls valutata su
provino di forma cilindrica e di forma
cubica.
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Materiali da Costruzione
Le linee guida e i documenti normativi pongono particolare attenzione
ai modelli teorici da utilizzare nella progettazione per descrive il
comportamento costitutivo dei materiali da costruzione e coglierne le
principali peculiarità.
Allo stesso tempo si presta particolare attenzione anche nei riguardi dei
controlli della qualità e dei metodi per determinare le caratteristiche
meccaniche.
Esempio:
Norme Tecniche per le Costruzioni - NTC08
Capitolo 4 - COSTRUZIONI CIVILI E INDUSTRIALI
• 4.1. COSTRUZIONI DI CALCESTRUZZO
 Diagrammi di calcolo tensione-deformazione
utilizzati per le verifiche agli SLU
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Materiali da Costruzione
Le linee guida e i documenti normativi pongono particolare attenzione
ai modelli teorici da utilizzare nella progettazione per descrive il
comportamento costitutivo dei materiali da costruzione e coglierne le
principali peculiarità.
Allo stesso tempo si presta particolare attenzione anche nei riguardi dei
controlli della qualità e dei metodi per determinare le caratteristiche
meccaniche.
Esempio:
Norme Tecniche per le Costruzioni - NTC08
Capitolo 11 - MATERIALI E PRODOTTI PER USO STRUTTURALE
• 11.2. Calcestruzzo
• 11.2.1. Specifiche per il calcestruzzo
Indicazioni generali sulla caratterizzazione mediante la classe di
resistenza, dimensioni dei provini per le prove, etc., riferimenti a
specifiche linee guida UNI.
• 11.2.2. Controlli di qualità del calcestruzzo
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Materiali da Costruzione
Le linee guida e i documenti normativi pongono particolare attenzione
ai modelli teorici da utilizzare nella progettazione per descrive il
comportamento costitutivo dei materiali da costruzione e coglierne le
principali peculiarità.
Allo stesso tempo si presta particolare attenzione anche nei riguardi dei
controlli della qualità e dei metodi per determinare le caratteristiche
meccaniche.
Esempio:
Norme Tecniche per le Costruzioni - NTC08
Capitolo 11 - MATERIALI E PRODOTTI PER USO STRUTTURALE
• 11.2. Calcestruzzo
• 11.2.1. Specifiche per il calcestruzzo
• 11.2.2. Controlli di qualità del calcestruzzo
descrizioni delle varie fasi come la valutazione preliminare della
resistenza, controllo di produzione, controllo di accettazione, prove
complementari.
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Materiali da Costruzione
L’ACCIAIO
VANTAGGI:
 L’elevato rapporto resistenza/peso (circa 3 volte quello del c.a.)
consente di ottenere strutture leggere, quindi con una riduzione degli
scarichi da peso proprio in fondazione e poco sensibili alle azioni di
natura sismica.
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Materiali da Costruzione
L’ACCIAIO
VANTAGGI:
 riciclabilità del materiale
 rapidità di esecuzione delle strutture
 la capacità dissipativa e la duttilità
 e molti altri…
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Materiali da Costruzione
L’ACCIAIO
SVANTAGGI:
 trattamenti delle superfici
 resistenza al fuoco
1.0
Strength at Room Temperature
Strength at Higher Temperature
 la scarsa “cultura” in Italia
Light
Weight
Concrete
0.8
0.6
0.4
Steel
Normal
Weight
Concrete
0.2
0
0
400
800
1200
oC
1600
2000
o
F
oC
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Materiali da Costruzione
L’ACCIAIO
SVANTAGGI:
 Fenomeni di instabilità nelle membrature snelle governanti le verifiche
di resistenza agli SLU
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Materiali da Costruzione
L’ACCIAIO
Gli acciai al carbonio sono leghe ferro-carbonio con percentuale di
carbonio inferiore al 2%.
In particolare, gli acciai da carpenteria presentano un contenuto di
carbonio variabile tra lo 0.17% - 0.22%.
Le principali proprietà del materiale acciaio utili ai fini della
progettazione strutturale delle costruzioni metalliche sono ottenute
tramite prove di qualificazione su:
 Provette di forma e dimensioni unificate
 Elementi strutturali o parti di elementi
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Materiali da Costruzione
L’ACCIAIO
PRINCIPALI PROPRIETÀ
 Tensione di rottura a trazione
 Tensione di snervamento
 Resilienza
 Allungamento percentuale a rottura
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Materiali da Costruzione
L’ACCIAIO
PROVA DI TRAZIONE
Si esegue su provini di dimensioni normalizzate ricavati da profilati o
lamiere.
 Fase 1. andamento lineare
 Fase 2. snervamento
 Fase 3. incrudimento e strizione
 Fase 4. tratto discendente
Da questa prova si ricava: la tensione di snervamento e di rottura, il
modulo di elasticità, l’allungamento a rottura e la contrazione trasversale.
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Materiali da Costruzione
L’ACCIAIO
PROVA DI DUREZZA
E’ una misura della resistenza opposta alla penetrazione di un altro corpo.
E’ fornita dal rapporto tra la forza applicata è l’area dell’impronta
lasciata dall’oggetto battente.
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Materiali da Costruzione
L’ACCIAIO
PROVA DI PIEGAMENTO
E’ una prova di flessione in campo plastico.
Consiste nell’inflettere il provino in modo tale da realizzare una cerniera
plastica e farla ruotare fino a che la parte di destra e quella di sinistra
raggiungano un angolo prefissato. Non si devono avere né screpolature
né cricche.
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Materiali da Costruzione
L’ACCIAIO
PROVA D’URTO
E’ necessaria per scongiurare fenomeni fragili
condizioni (stati pluriassiali, basse temperature, urti).
sotto determinate
Gli acciai devono possedere una buona tenacità che viene misurata
tramite la “resilienza”, ovvero il rapporto tra l’energia di rottura e l’area
del provino.
Viene eseguita utilizzando il pendolo di Charpy
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Materiali da Costruzione
L’ACCIAIO
PROVA DI FATICA
Si eseguono allo scopo di fornire informazioni relative al comportamento
di un materiale metallico sottoposto a cicli di sollecitazione che si ripetono
nel tempo. Le sollecitazioni possono essere di tipo semplice (trazione,
compressione, flessione e torsione) oppure possono risultare da una
combinazione di sollecitazioni semplici.
Si può avere rottura del campione sotto un certo numero di cicli di carico
e scarico tali da non causare livelli di tensione preoccupanti in campo
statico.
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Materiali da Costruzione
L’ACCIAIO
PARAMETRI UTILIZZATI IN FASE DI PROGETTAZIONE
I principali parametri utilizzati in sede di progettazione delle costruzioni
metalliche sono riportati dalle normative come valori nominali.
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Materiali da Costruzione
L’ACCIAIO
PARAMETRI UTILIZZATI IN FASE DI PROGETTAZIONE
funzione anche dello spessore della sezione a causa degli effetti legati al
processo di raffreddamento che induce delle autotensioni nell’elemento.
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dal materiale ai PRODOTTI INDUSTRIALI
Prodotti industriali
I prodotti industriali in acciaio si dividono in due categorie:
 Laminati a caldo (profilati, barre, piatti, lamiere e profilati cavi).
 Lamiere grecate e profilati formati a freddo
I primi sono di uso generale, mentre i secondi possono essere utilizzati nelle
costruzioni correnti evitando quelle zone in cui i carichi possono dar luogo
a deformazioni locali.
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dal materiale ai PRODOTTI INDUSTRIALI
Prodotti industriali
Acciai laminati a caldo prodotti in:
 Profilati
 Barre
 Larghi piatti
 Lamiere
 Profili cavi
Tra i profilati più utilizzati nelle strutture per edifici:
 Profilati a doppio T ad ali larghe, serie leggera (HEA)
 Profilati a doppio T ad ali larghe, serie normale (HEB)
 Profilati a doppio T ad ali larghe, serie pesante (HEM)
 Profilati a doppio T ad ali strette e rastremate (IPN)
 Profilati a doppio T ad ali medie e parallele (IPE)
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dal materiale ai PRODOTTI INDUSTRIALI
Prodotti industriali
Profilati in acciaio standardizzati
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Materiali da Costruzione
IL CEMENTO ARMATO
Costituito dall’unione di calcestruzzo con barre di armatura metalliche.
NTC08 - 4.1. Costruzioni di Calcestruzzo
Calcestruzzo armato normale (cemento armato)
Calcestruzzo armato precompresso (cemento armato precompresso)
Calcestruzzo a bassa percentuale di armatura o non armato
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Materiali da Costruzione
IL CEMENTO ARMATO
NTC08 - 4.1. Costruzioni di Calcestruzzo
Il calcestruzzo viene titolato ed identificato mediante la classe di
resistenza contraddistinta dai valori caratteristici delle resistenze
cilindrica e cubica a compressione uniassiale.
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Materiali da Costruzione
IL CEMENTO ARMATO
NTC08 - 4.1. Costruzioni di Calcestruzzo
PROVA DI COMPRESSIONE sui provini dopo 28 giorni di stagionatura (UNI
EN12390-3 e 4)
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Materiali da Costruzione
IL CEMENTO ARMATO
NTC08 - 4.1. Costruzioni di Calcestruzzo
Resistenze di calcolo
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Materiali da Costruzione
IL CEMENTO ARMATO
NTC08 - 4.1. Costruzioni di Calcestruzzo
PROVA DI TRAZIONE
La resistenza a trazione si misura mediante prova diretta ma più spesso
mediante prove indirette.
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Materiali da Costruzione
IL CEMENTO ARMATO
NTC08 - 4.1. Costruzioni di Calcestruzzo
Resistenze di calcolo
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Materiali da Costruzione
IL CEMENTO ARMATO
33
Materiali da Costruzione
IL CEMENTO ARMATO
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Materiali da Costruzione
IL CEMENTO ARMATO
Acciaio per cemento armato
• inserito in forma di barre ad aderenza migliorata
• Responsabile della resistenza a trazione e della duttilità
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Materiali da Costruzione
IL CEMENTO ARMATO
Acciaio per cemento armato
Cosa cambia tra le due classi di acciaio?
B450C
B450A
Tensione nominale di snervamento (fy,nom)
450 MPa
450 MPa
Tensione nominale di rottura (ft,nom)
540 MPa
540 MPa
Tensione caratteristica di snervamento (fy,k)
>450 MPa
>450 MPa
Tensione caratteristica di rottura (ft,k)
>540 MPa
>540 MPa
sono gli stessi per le due classi
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Materiali da Costruzione
IL CEMENTO ARMATO
Acciaio per cemento armato
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Materiali da Costruzione
IL CEMENTO ARMATO
Acciaio per cemento armato
B450C
B450A
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Materiali da Costruzione
IL CEMENTO ARMATO
Acciaio per cemento armato
Come si traducono in fase di calcolo?
ud=0.9uk=0.9∙7.5%=6.75%>1%
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Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
Specie legnose per uso strutturale
abete rosso
faggio
abete bianco pino silvestre
quercia
frassino
larice
robinia
Douglasia strutturale
castagno
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Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
Specie legnose per uso strutturale
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Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
proprietà
massa volumica: è un parametro di estrema importanza in
quanto, essendo il legno è un materiale poroso-capillare, a
seconda della massa volumica la percentuale dei pori è
mediamente pari a 50-60%. Ciò condiziona l’assorbimento di
vapore acqueo dall’aria circostante.
L’umidità del legno (detta anche tenore di umidità o contenuto
di umidità) ne influenza praticamente tutte le caratteristiche
fisiche, meccaniche e tecnologiche.
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Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
Proprietà MECCANICHE
Le caratteristiche meccaniche del legno sono influenzate da numerosi parametri:
‐ difetti;
‐direzione e tipo di sollecitazione;
‐ specie legnosa;
‐ massa volumica;
‐ umidità del legno;
‐ dimensioni del campione;
‐ velocità di applicazione dei carichi
‐ durata di azione dei
‐ configurazione di prova.
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Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
Proprietà MECCANICHE
Anisotropia del materiale
il legno possiede caratteristiche meccaniche che assumono
ordini di grandezza differenti nelle tre direzioni anatomiche
fondamentali:
- longitudinale (L);
- radiale (R);
- tangenziale (T).
È la direzione lungo la quale si
raggiungono i valori massimi
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Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
Proprietà MECCANICHE
Meccanismi di collasso
TRAZIONE
parallela alla fibratura
perpendicolare alla fibratura
Rottura di tipo fragile
Influenza dei nodi
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Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
Proprietà MECCANICHE
Meccanismi di collasso
COMPRESSIONE
parallela alla fibratura
Rottura non di tipo fragile
Bassa influenza dei nodi
sulla resistenza
perpendicolare alla fibratura
Rottura non di tipo fragile
Schiacciamento e
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tranciamento fibre
Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
Proprietà MECCANICHE-norme
17 MPa vs. 0.4 MPa !
23 MPa vs. 2.9 MPa !
Trazione / compressione
17 MPa vs. 23 MPa !
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Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
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Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
comportamento antisismico del legno
PREGI
Sono legati ad alcune caratteristiche intrinseche del
materiale che lo rendono adatto per applicazioni in
zona sismica
Leggerezza
Deformabilità
Resistenza
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Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
comportamento antisismico del legno
PREGI: leggerezza
Le strutture in legno presentano un peso ridotto
rispetto a strutture analoghe ma realizzate con altri
materiali come ad esempio l’acciaio o il cemento
armato.
peso specifico/resistenza
Simile a quello dell’acciaio e circa 5 volte inferiore a
50
quello del calcestruzzo
Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
comportamento antisismico del legno
PREGI: leggerezza
Le sollecitazioni indotte dall’azione sismica,
proporzionali alla massa della struttura, risultano
dunque inferiori nel caso delle strutture in legno.
F= m a
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Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
comportamento antisismico del legno
PREGI: resistenza
La resistenza del legno è dello stesso ordine di
grandezza di quella del cls, ma in più è presente
anche in trazione.
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Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
Pagoda del tempio di Horyu-ji a
Nara (Giappone, 607 d.C.)
Struttura totalmente il legno,
31.5 metri di altezza e 14 secoli
di vita.
Esempio che riassume tutti i
pregi delle strutture in legno. 53
Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
comportamento antisismico del legno
DIFETTI
Anch’essi legati ad alcune caratteristiche intrinseche
del materiale che sembrerebbero sconsigliarne
l’utilizzo in zona sismica
Fragilità
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Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
comportamento antisismico del legno
Fragilità!
È possibile attribuire duttilità ad una
struttura in legno?
È necessario affidarsi alle prestazioni dei
collegamenti
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Materiali da Costruzione
IL LEGNO e i PRODOTTI a BASE di LEGNO
comportamento antisismico del legno
Le unioni meccaniche in generale esibiscono uno
spiccato comportamento plastico consentendo di
avere buoni livelli di duttilità globale della struttura
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Materiali da Costruzione
La MURATURA
Murature con elementi naturali
 muratura di pietra non squadrata;
 muratura di pietra listata;
 muratura di pietra squadrata.
Tipologia dei blocchi, malta e tessitura
muraria influenzano fortemente il
comportamento della muratura
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Materiali da Costruzione
La MURATURA
La muratura è un materiale composito, le caratteristiche
sono:
• disomogeneità
• anisotropia
• asimmetria di comportamento compressione-trazione
• non linearità del legame sforzi-deformazioni
Il comportamento meccanico è il risultato dell’interazione
fra i blocchi e la malta.
Nella prassi progettuale tuttavia si idealizza spesso il materiale
come:
Omogeneo
Isotropo
Lineare
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Materiali da Costruzione
La MURATURA
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Materiali da Costruzione
La MURATURA
La resistenza a compressione della
muratura è inferiore a quella dei
blocchi ma superiore a quella della
malta.
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Materiali da Costruzione
La MURATURA
NTC-08 - 4.5COSTRUZIONI DI MURATURA
Sono riportate indicazioni generali relativamente a:
Malte
Elementi resistenti in muratura
Elementi artificiali
Elementi naturali
Rimandando al capitolo 11
61
Materiali da Costruzione
La MURATURA
In sede di progetto, per le murature formate da elementi artificiali pieni o semipieni
il valore di fk può essere dedotto dalla resistenza a compressione degli elementi e
dalla classe di appartenenza della malta tramite la Tabella 11.10.V.
La validità di tale tabella è limitata a quelle murature aventi giunti orizzontali e
verticali riempiti di malta e di spessore compreso tra 5 e 15 mm.
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Materiali da Costruzione
La MURATURA
Il valore della resistenza caratteristica a compressione della muratura fk può essere dedotto dalla resistenza caratteristica a compressione degli elementi fbk e dalla classe di appartenenza della malta tramite la seguente Tabella 11.10.VI.
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Materiali da Costruzione
La MURATURA
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