I tipi di carichi che agiscono sulle strutture per edifici e altre strutture possono essere ampiamente classificati come carichi verticali, carichi orizzontali e carichi longitudinali. I carichi verticali consistono in carico morto, carico vivo e carico d’urto.

I carichi orizzontali comprendono il carico del vento e il carico sismico. I carichi longitudinali cioè le forze di trazione e di frenata sono considerati in casi speciali di progettazione di ponti, travi a cavalletto ecc.

Tipi di carico su strutture ed edifici

In una costruzione di un edificio due fattori principali sono considerati: sicurezza ed economia. Se i carichi sono giudicati e presi più alti, allora l’economia ne risente. Se l’economia è considerata e i carichi sono presi meno allora la sicurezza è compromessa.

Quindi la stima dei vari carichi che agiscono deve essere calcolata con precisione. Codice standard indiano IS: 875-1987 e codice standard americano ASCE 7: Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures specifica vari carichi di progettazione per edifici e strutture.

I tipi di carichi agenti su una struttura sono:

1. Carichi morti
2. Carichi imposti
3. Carichi di vento
4. Carichi di neve
5. Carichi sismici
6. Carichi speciali

Carichi morti (DL)

Il primo carico verticale che viene considerato è quello morto. I carichi morti sono carichi permanenti o stazionari che vengono trasferiti alla struttura per tutta la durata della vita. Il carico morto è principalmente dovuto al peso proprio dei membri strutturali, alle pareti divisorie permanenti, alle attrezzature fisse permanenti e al peso dei diversi materiali. Consiste principalmente nel peso di tetti, travi, pareti e colonne ecc. che sono altrimenti le parti permanenti dell’edificio.

Il calcolo dei carichi morti di ogni struttura è calcolato dal volume di ogni sezione e moltiplicato per il peso unitario. I pesi unitari di alcuni dei materiali comuni sono presentati nella tabella sottostante.

Leggi: Peso unitario / Densità dei diversi materiali da costruzione

Carichi imposti o carichi vivi (IL o LL)

Il secondo carico verticale che viene considerato nella progettazione di una struttura è il carico imposto o carico vivo. I carichi vivi sono carichi mobili o in movimento senza alcuna accelerazione o impatto. Si presume che questi carichi siano prodotti dall’uso previsto o dall’occupazione dell’edificio, compresi i pesi delle partizioni mobili o dei mobili, ecc.

I carichi vivi continuano a cambiare di volta in volta. Questi carichi devono essere adeguatamente assunti dal progettista. È uno dei carichi principali nella progettazione. I valori minimi dei carichi vivi da assumere sono dati in IS 875 (parte 2)-1987. Dipende dall’uso previsto dell’edificio.

Il codice dà i valori dei carichi vivi per la seguente classificazione di occupazione:

• Edifici residenziali – case d’abitazione, hotel, ostelli, locali caldaie e impianti, garage
• Edifici educativi
• Edifici istituzionali
• Edifici di assemblaggio
• Edifici commerciali e uffici
• Edifici commerciali
• Edifici industriali e
• Stoccaggio.

Il codice dà un carico uniformemente distribuito e carichi concentrati. Le solette devono essere progettate per sopportare sia carichi uniformemente distribuiti che carichi concentrati, a seconda di quello che produce maggiori sollecitazioni nella parte in esame. Dal momento che è improbabile che in qualsiasi momento particolare tutti i piani non stiano portando simultaneamente il carico massimo, il codice permette una certa riduzione dei carichi imposti nella progettazione di colonne, muri portanti, supporti per pilastri e fondazioni.

Alcuni dei valori importanti sono presentati nella tabella sottostante, che sono i valori minimi e dove necessario devono essere assunti più di questi valori.

Tuttavia in un edificio a più piani le possibilità che i carichi imposti agiscano simultaneamente su tutti i piani sono molto rare. Quindi il codice prevede la riduzione dei carichi nella progettazione di colonne, muri portanti, i loro supporti e le fondazioni come mostrato nella tabella seguente.

.

Numero di piani (incluso il tetto) che devono essere portati dall’elemento in esame	Riduzione dei carichi totali distribuiti in %
1	0
2	10
3	20
4	30
5-10	40
Oltre 10	50

Carico da vento

Il carico da vento è principalmente un carico orizzontale causato dal movimento dell’aria rispetto alla terra. Il carico del vento deve essere considerato nella progettazione strutturale specialmente quando la superficie dell’edificio supera due volte le dimensioni trasversali alla superficie esposta al vento.

Per edifici di basso livello, fino a quattro o cinque piani, il carico del vento non è critico perché il momento di resistenza fornito dalla continuità del sistema di pavimento alla connessione della colonna e le pareti fornite tra le colonne sono sufficienti per ospitare l’effetto di queste forze. Inoltre nel metodo dello stato limite il fattore per il carico di progetto è ridotto a 1,2 (DL+LL+WL) quando il vento è considerato contro il fattore di 1,5 (DL+LL) quando il vento non è considerato.

Le forze orizzontali esercitate dalle componenti dei venti devono essere tenute in considerazione durante la progettazione dell’edificio. Il calcolo dei carichi di vento dipende da due fattori, cioè la velocità del vento e la dimensione dell’edificio. I dettagli completi del calcolo del carico del vento sulle strutture sono dati sotto (dall’IS-875 (parte 3) -1987).

Usando il codice colore, la pressione del vento di base ‘Vb’ è mostrata in una mappa dell’India. Il progettista può scegliere il valore di Vb a seconda della località dell’edificio.

Per ottenere la velocità del vento di progetto Vz deve essere usata la seguente espressione:

Vz = k1.k2.k3.Vb

dove k1 = Coefficiente di rischio

k2 = Coefficiente basato su terreno, altezza e dimensioni della struttura.

k3 = Fattore topografico

La pressione del vento di progetto è data da

pz = 0,6 V2z

dove pz è in N/m2 all’altezza Z e Vz è in m/sec. Fino ad un’altezza di 30 m, la pressione del vento è considerata agire uniformemente. Oltre i 30 m di altezza, la pressione del vento aumenta.

Carico di neve (SL)

I carichi di neve costituiscono i carichi verticali nell’edificio. Ma questi tipi di carichi sono considerati solo nei luoghi di caduta della neve. La norma IS 875 (parte 4) – 1987 si occupa dei carichi di neve sui tetti degli edifici.

Il carico minimo di neve su un’area del tetto o qualsiasi altra area fuori terra che è soggetta ad accumulo di neve si ottiene dall’espressione

dove S = carico di neve di progetto sull’area in pianta del tetto.

= Coefficiente di forma, e

S0 = Carico di neve al suolo.

Carico da terremoto (EL)

Le forze del terremoto costituiscono sia forze verticali che orizzontali sull’edificio. La vibrazione totale causata dal terremoto può essere risolta in tre direzioni reciprocamente perpendicolari, di solito prese come direzioni verticali e due orizzontali.

Il movimento in direzione verticale non causa forze nella sovrastruttura in misura significativa. Ma il movimento orizzontale dell’edificio al momento del terremoto deve essere considerato durante la progettazione.

La risposta della struttura alle vibrazioni del terreno è una funzione della natura del suolo di fondazione, delle dimensioni e del modo di costruzione e della durata e dell’intensità del movimento del terreno. La norma IS 1893- 2014 fornisce i dettagli di tali calcoli per le strutture che poggiano su terreni che non si assesteranno o scivoleranno in modo apprezzabile a causa del terremoto.

Le accelerazioni sismiche per il progetto possono essere ottenute dal coefficiente sismico, che è definito come il rapporto tra l’accelerazione dovuta al terremoto e l’accelerazione dovuta alla gravità. Per le strutture monolitiche in cemento armato situate nella zona sismica 2, e 3 senza più di 5 piani di altezza e fattore di importanza inferiore a 1, le forze sismiche non sono critiche.

Altri carichi ed effetti agenti sulle strutture

Come da clausola 19.6 di IS 456 – 2000, oltre al carico discusso sopra, si deve tener conto delle seguenti forze ed effetti se sono suscettibili di influenzare materialmente la sicurezza e la funzionalità della struttura:

(a) Movimento della fondazione (Vedi IS 1904)

(b) Accorciamento assiale elastico

(c) Pressione del suolo e dei fluidi (Vedi IS 875, Parte 5)

(d) Vibrazioni

(e) Fatica

(f) Impatto (Vedi IS 875, Parte 5)

(g) Carichi di montaggio (Vedi IS 875, Parte 2) e

(h) Effetto di concentrazione delle sollecitazioni dovuto a carichi puntuali e simili.