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Prontuario-Dellingegnere-Hoepli1-124

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Unità derivate
UNITÀ DI MISURA
SISTEMA SI (Sistema Internazionale)
Multipli e sottomultipli decimali
Multipli
Sottomultipli
Fattore
Prefisso
Simbolo
Fattore
101
102
103
106 (1 )
109 (2 )
1012 (3 )
1015
1018
1021
1024
deca
etto
chilo
mega
giga
tera
peta
exa
zeta
yota
da
h
k
M
G
T
P
E
Z
Y
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
1
2
3
6
9
12
15
18
21
24
Prefisso
Simbolo
deci
centi
milli
micro
nano
pico
femto
atto
zepto
yocto
d
c
m
µ
n
p
f
a
z
y
Non è consentita la combinazione di multipli o sottomultipli
(1 ) Milione
(2 ) Miliardo (U.S.: billion)
(3 ) Bilione (U.S.: trillion)
Unità di base
Grandezza
Nome
Simbolo
Lunghezza
Massa
Tempo
Corrente elettrica
Temperatura termodinamica
Quantità di materia
Intensità luminosa
metro
chilogrammo
secondo
ampere
kelvin
mole
candela
m
kg
s
A
K (1 )
mol(2 )
cd
(1 ) Temperatura in gradi Celsius ( C) = temperatura
in gradi kelvin 273,15 (i gradi Celsius sono ancora
indicati come gradi centigradi)
(2 ) Occorre specificare le entità elementari (atomi,
molecole ecc.)
Unità supplementari
Grandezza
Nome
Simbolo
Angolo piano
Angolo solido
radiante
steradiante
rad (1 )
sr (2 )
1
( ) Sottende un arco pari al raggio del cerchio
(2 ) Sottende una calotta quadrata con lato lungo
quanto il raggio della sfera.
Grandezza
Nome
Simbolo
In unità SI
Frequenza
Forza
Pressione, tensione
Energia, lavoro, calore
Potenza
Carica elettrica (1 )
Tensione (2 )
Resistenza elettrica
Conduttanza elettrica
Capacità elettrica
Flusso magnetico
Induzione magnetica
Induttanza elettrica
Flusso luminoso
Illuminamento
Attività ionizzanti
Dose assorbita
hertz
newton
pascal
joule
watt
coulomb
volt
ohm
siemens
farad
weber
tesla
henry
lumen
lux
bequerel
gray
Hz
N
Pa
J
W
C
V
⌦
S
F
Wb
T
H
lm
lx
Bq
Gy
s 1
m kg s 2
Nm 2
Nm
Js 1
sA
WA 1
VA 1
AV 1
CV 1
Vs
Wb m 2
Wb A 1
cd sr
lm m 2
s 1
J kg 1
(1 ) Anche: quantità di elettricità
(2 ) Anche: potenziale elettrico; forza elettromotrice
Unità speciali
Grandezza
Nome
Simbolo
Relazione
Volume
Massa
Pressione, tensione
Superfici agrarie
Massa dei tessili
Angolo piano
litro
tonnellata
bar
ara
tex
angolo giro
grado centesimale
grado sessagesimale
minuto sessagesimale
secondo sessagesimale
minuto
ora
giorno
anno medio
`
t
= 1 dm3
= 103 kg
= 105 Pa
= 102 m2
= 10 6 kg m 1
= 2 ⇡ rad
= ⇡/200 rad
= ⇡/180 rad
= ⇡/10800 rad
= ⇡/648000 rad
= 60 s
= 3600 s
= 86400 s
' 31,557⇥106 s
Tempo
a
tex
gon
0
00
min
h
d
Unità indipendenti
Grandezza
Nome
Simbolo
Valore
Massa
Energia
unità di massa atomica
elettronvolt
u
eV
' 1,660⇥10
' 1,602⇥10
27
19
Unità specializzate
Grandezza
Nome
Valore
Vergenza dei sistemi ottici
Massa delle pietre preziose
diottria
carato metrico
= 1m 1
= 2⇥10
1
( ) Simbolo di↵uso: kT
4
kg (1 )
kg
J
Tipi di unità
SI: derivate dal sistema SI
CGS: derivate dal sistema CGS
GB: dei Paesi anglosassoni
US: particolari degli Stati Uniti
Velocità
SI 1 nodo nautico
luce nel vuoto (e aria)
suono nell’aria (t= temp. C)
Lunghezza
SI
1 miglio nautico internazionale
”
1 ångström (Å)
GB 1 inch (in)
”
1 foot (ft)
”
1 yard (yd)
”
1 fathom (fm)
”
1 chain, surveyor’s (ch)
”
1 chain, engineer’s
”
1 mile, statute (mi)
Area
SI
”
GB
”
”
”
”
1
1
1
1
1
1
1
centiara
ettaro (h)
circular mil
acre
square foot (sq ft)
square yard (sq yd)
square mile (sq mi)
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Forza
CGS 1 kilogrammo forza (kgf)
”
1 dina (dyn)
GB
1 pound - force (lbf)
6
grain
ounce, avoirdupois (oz)
ounce, troy (oz tr)
pound (lb)
stone
hundredweight, long (= 112 lb)
ton, long (= 2240 lb)
hundredweight, short (= 100 lb)
ton, short (= 2000 lb)
mm2
Potenza
CGS 1 cavallo metrico (CV)
”
1 chilocaloria/ora (kcal/h)
GB
1 cavallo britannico (HP)
= 1 m3
= 16,39 cm3
= 0,028 m3
= 28,41 cm3
= 4,546 `
= 36,37 `
= 3,785 `
= 159 `
= 35,24 `
= 1233 m3
= 0,01427 m3 /s
= 1 m3 /s
= 0,635⇥10
= 0,278 N
= 0,305 N
= 4,45 N
= 62,3 N
= 498 N
= 9968 N
= 445 N
= 8900 N
3
N
= 1 cm/s2
= 9,80665 m/s2
= 9,832 m/s2
= 9,780 m/s2
= 9,81 N
= 10 5 N
= 4,45 N
Pressione – Tensione
CGS 1 atmosfera tecnica (at)
”
1 mm acqua
”
1 mm mercurio
”
1 atmosfera fisica (atm)
GB
1 pound/inch2 (psi) = lbf/in2
2
Volume – Portata
SI
1 stero forestale (st)
GB 1 cubic inch (cu in)
”
1 cubic foot (cu ft)
”
1 ounce, fluid
”
1 gallon, liquid (= 4 quarts = 8 pints)
”
1 bushel (= 8 gallons)
US
1 gallon, liquid (= 4 quarts = 8 pints)
”
1 barrel, petroleum
”
1 bushel
GB 1 acre foot
”
1 acre foot/d
”
1 cumec
Peso
GB
”
”
”
”
”
”
US
”
Accelerazione
SI 1 galileo (gal)
gravità a livello del mare
standard internaz. (medie latitudini)
poli
equatore
= 1,852 km
= 10 10 m
= 2,54 cm
= 30,48 cm
= 0,9144 m
= 1,829 m
= 20,12 m
= 30,48 m
= 1,609 km
=1m
= 104 m2
= 506,7⇥10
= 0,4047 ha
= 0,093 m2
= 0,836 m2
= 2,590 km2
= 1,852 km/h
= ' 300 000 km/s
= 331,4 + (0,62 t) m/s
= 1 kgf/cm2 =0,981 bar
= 9,81 Pa = 0,0981 mbar
= 1 torr= 1,333 mbar= 133,3 Pa
= 760 torr = 1013 mbar
= 68,95 mbr
= 0,735 kW
= 1,163 W
= 0,746 kW
Energia – Lavoro – Calore
CGS 1 erg (erg)
= 1 dyn⇥cm = 10 7 J
”
1 chilocaloria (kcal)
= 4,187 kJ = 1,163 W h
SI
1 chilowattora (kW h)
= 3,6 MJ
GB
1 british thermal unit (BTU)
= 1,055 kJ
CGS 1 kcal/(m h C) di conduttività termica = 1,163 W/(m K)
”
1 kcal/(kg C) di calore specifico
= 4,187 kJ/(kg K)
SI
L’entropia si misura in J/K
Come valori medi per le statistiche si usa:
1 kg di petrolio equivalente (kep)
= 41,87 MJ (10 000 kcal)
1 kg di antracite equivalente
= 29,31 MJ (7000 kcal)
Magnetismo
CGS 1 maxwell (Mx) di flusso
”
1 gauss (Gs) d’induzione
Temperatura
Temperatura Farenheit ( F)
Temperatura Celsius ( C)
Temperatura Rankine ( R)
Temperatura Kelvin (K)
1 grado Celsius (centigrado)
1 grado Rankine
Zero assoluto
= 10
= 10
8
4
Wb
T
= 1,8 C +32
= 0,56 ( F 32)
= 1,8 K
= 0,56 R
= 1 grado Kelvin
= 1 grado Farenheit
= 273,15 C; 459,67 F; 0 R; 0 K
Tempo
1 minuto (min) = 60 s
1 ora (h) = 60 min = 3600 s
1 giorno (d) = 24 h = 1440 min = 86 400 s
1 anno musulmano = 355 o 354 d
Capodanno musulmano = 1420 il 17 aprile 1999
Capodanno ebraico = 5760 il 11 settembre 1999
Capodanno induista = 2055 il 21 marzo 1999
Capodanno buddista (cina) = 2559 il 16 febbraio 1999
Peso unitario
GB 1 pound/ft3 (lb/ft3 )
Frequenza
CGS 1 fresnel
= 157 N/m3
= 1012 Hz
Viscosità
CGS 1 poise, viscosità dinamica (P)
”
1 stoke, viscosità cinematica (St)
= 1 dyn s/cm2 = 100 m Pa s
= 1 cm2 /s
Radiazione
CGS 1 curie, attività di una sorgente (Ci)
”
1 rad, dose assorbita (rd)
”
1 rem, dose assorbita equivalente (rem)
”
1 sievert, dose assorbita equivalente (Sv)
”
1 röntgen, esposizione di ionizzazione (R)
Durezza dell’acqua
1 grado tedesco
= 10 p.p.m. CaO
1 grado francese = 10 p.p.m. CaCO3
= 3,7⇥1010 Bq
= 10 2 Gy
= 10 2 Sv
= 1 J kg 1
= 2,58⇥10 4 C/kg
= 1,786 grado francese
= 0,56 grado tedesco
(1 p.p.m. = una parte per milione = un milionesimo)
Altri simboli di unità
Abitante (ab)
Volume di gas a 0 C e 1013 mbar, secco=normalmetrocubo (m3n )
SIMBOLI MATEMATICI E ABBREVIAZIONI
Simboli matematici non usuali. Appartiene a: 2; circa uguale a: '; da
x a y: x–y (oppure:
÷); insieme vuoto: { }; molto maggiore: ; produttoria (serie
Q
di prodotti):
; proporzionale: /; sommatoria: ⌃; tende a (oppure: si ottiene):
!.
Abbreviazioni. Calcestruzzo: cls; cemento armato (oppure: calcestruzzo
armato): c. a.; corrente alternata: c. a.; corrente continua: c. c.; decreto del presidente della repubblica: DPR; decreto legge (oppure: decreto legislativo): DL;
decreto ministeriale: DM; legge: L.
Dati generali
P
11
Dati astronomici, geodetici, geofisici
INTRODUZIONE
Unità di misura particolari. Unità astronomica (AU) = 149,598⇥106 km,
distanza media della Terra dal Sole; Parsec (pc) = 206 265 AU = 3,086⇥1013 km,
distanza alla quale una AU sottende 100 di arco; Anno luce = 9,461⇥1012 km,
distanza percorsa in un anno dalla luce che ha una determinata velocità nel vuoto:
c = 2,99792458⇥108 m/s, c ' 300 000 km/s.
Legge gravitazionale di Newton (attrazione). Due corpi di massa m1
e m2 (kg) posti alla distanza r (m) interagiscono con una forza F = G m1 m2 /r2 (N)
con G = 6,6726 ⇥ 10 11 m3 /(kg s2 ).
Sistema solare. Pianeti in orbite ellittiche, quasi circolari, con un fuoco
nel Sole. Caratteristiche nella tab. A
La Terra.
Circonferenza (km)
Semiasse (km)
Schiacciamento
40 075
40 008
a =6 378,2
b = 6 356,8
(a b)/a =1/298
Equatoriale
Polare
Gravità (m/s2 )
a 0 (equatore)
a 45
a 90 (poli)
Lunghezza (km) di un arco di 1
a 0 msm
di latitudine
di longitudine
9,780
9,806
9,832
110,56
111,13
111,71
111,32
78,85
0,00
Per ogni metro di altezza sul mare la gravità decresce di 3⇥10
standard g = 9,80665 m/s2 .
6
m/s2 . Valore
Altri dati riguardanti la Terra.
– Volume: 1,083⇥1012 km3 ;
– Massa: 5,977⇥ 1024 kg;
– Superficie: 510⇥106 km2 , di cui circa 71% acqua e 29% terra (*);
– Quote e profondità prevalenti: vedi figura B;
– Velocità di fuga: 11,2 km/s;
– Orbita geostazionaria: a 36 000 km di altezza;
– Velocità di rotazione all’equatore: 1675 km/h;
– Periodo di rotazione: 23 h 56 min. 4 s, rotazione e rivoluzione in senso antiorario
guardando da nord (fig. C);
– Inclinazione del piano equatoriale: 23 260 3500 ;
– Mantello: spessore 2880 km;
– Nucleo: raggio 3470 km.
(*) Le percentuali passano rispettivamente al 65% e al 35% se si toglie dal mare e si
aggiunge alla terra la piattaforma continentale che ha una larghezza fino a 200 km
dalla linea costiera e una profondità fino a 200 m con una superficie complessiva di
circa 30 milioni di km2 . La piattaforma ha una grande importanza fra l’altro per
l’estrazione del petrolio greggio e del gas naturale.
Adriano Guadagni
Dati generali
P
12
Dati astronomici, geodetici, geofisici
SISMI E GEOLOGIA
Sismi: terremoti e maremoti (tsunami). Classificazione dei maggiori
sismi secondo:
Magnitudo Richter
Scala Energia rilasciata Equivalente in
alla sorgente (J) tonn. di TNT
2,4⇥108
1,3⇥1010
6,3⇥1011
2,7⇥1013
1,1⇥1015
3,7⇥1016
1,1⇥1018
3
4
5
6
7
8
9
Equivalente in
termini atomici
0,1 t di TNT
103 t di TNT
1/3 di bomba atomica
106 t di TNT
1/3 di bomba all’idrogeno
Intensità Mercalli modificata
Scala
E↵etti risentiti in una località
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
osservato saltuariamente
osservato di↵usamente; porte e finestre vibrano
chi dorme viene svegliato
impressionante
danni ai fabbricati
panico; crollo di qualche fabbricato
panico generale; danni di↵usi ai fabbricati
crollo generale dei fabbricati
catastrofe; danni e alterazioni al terreno
alterazioni del paesaggio; tutti i fabbricati distrutti
Velocità delle onde sismiche (entro 200 km di profondità): a) di compressione
8 km/s; b) di taglio 4,5 km/s. Le zone di maggiore sismicità (fig. A) sono raggruppate lungo la cintura circumpacifica, con la diramazione euro-asiatica (India,
Iran, Mediterraneo) e lungo la cresta atlantica intorno al meridiano 30 W. Per
l’Italia v. Ord. PCM 12-6-98 n. 2788 (Supp. GU 25-6-98).
Storia geologica della Terra. Nella tabella B è illustrata in forma condensata la storia geologica del pianeta. Come di consueto le varie età sono riportate
nell’ordine di sedimentazione, ossia partendo dall’alto con le più recenti. La durata
del periodo quaternario è stimabile in 1 milione di anni.
Composizione media % delle rocce più comuni
Graniti Basalti Arenarie Scisti Calcari
Quarzo
Feldspato
Mica
Minerali argillosi
Pirosseni
Calcite e dolomite
Materiali ferrosi
Altro
31,3
52,3
11,5
–
–
–
2,0
2,9
–
46,2
–
–
36,9
–
6,5
10,4
69,8
8,4
1,2
6,9
–
10,6
1,7
1,4
31,9
17,6
18,4
10,0
–
7,9
5,4
8,8
3,7
2,2
–
1,0
–
92,8
0,1
0,2
Adriano Guadagni
Dati generali
P
13
Dati astronomici, geodetici, geofisici
TETTONICA E ATMOSFERA
Deriva dei continenti. Secondo una suggestiva teoria, all’origine un unico
continente (pangea) avrebbe unito Nord e Sud America + Africa + Eurasia. Da
tale pangea gli attuali continenti sarebbero andati alla deriva dando luogo alle
attuali placche litosferiche (fig. A) tuttora in lentissimo movimento fra di loro.
Atmosfera. È l’involucro gassoso, di densità decrescente con la quota e di
spessore variabile con la latitudine, che circonda la Terra. Alle nostre latitudini lo
spessore è di circa 700 km (l’11% del semiasse terrestre) di cui circa 12 km (0,20%
del semiasse) costituiscono la troposfera (la temperatura diminuisce mediamente
di 5 C/km), seguita dalla stratosfera (circa 30 km, ossia 0,50% del semiasse) ove
la temperatura aumenta con andamento irregolare in media di 2 C/km e dove
è concentrata la maggior parte dell’ozono atmosferico. Segue poi la mesosfera
(circa 60 km) e la termosfera (circa 600 km). Al disopra si estende la esosfera. La
sommità perpendicolarmente ai raggi solari, è raggiunta da una potenza di circa
1,4 kW/m2 , fornita per il 10% da raggi X e ultravioletti, per il 40% da raggi visibili
e per il 50% da raggi infrarossi. Nel suo percorso verso il suolo tale potenza per
il 20% è riflessa dalle nubi, per il 25% è assorbita dalla atmosfera, per il 5% è
riflessa dal suolo stesso. Del rimanente 50%, un 23% raggiunge il terreno sotto
forma di↵usa e un 27% lo colpisce sotto forma diretta (fig. B).
L’aria per oltre il 95% è concentrata entro i primi 30 km. Allo stato asciutto,
a 15 C e 1013 mbar, essa ha una densità di 1,225 kg/m3 (atmosfera standard) ed
è composta percentualmente da:
in volume
in peso
azoto
ossigeno
argon
biossido di C
altri gas
78,09
75,55
20,95
23,10
0,93
1,30
0,03
0,05
< 0,01
id.
La densità decresce con la quota come segue:
Quota (m.s.m.)
100
250
500
750
1000
2500
5000
10 000
Densità (kg/m3 )
1,213
1,196
1,167
1,139
1,112
0,957
0,736
0,414
Il contenuto massimo di vapore acqueo aumenta con la temperatura ed è indicato nella tabella C. Nelle normali condizioni climatiche i valori indicati all’incirca
si dimezzano. Alle diverse altezza sul mare la pressione atmosferica media è indicata nella tabella D. L’atmosfera è soggetta a un grave inquinamento originato
soprattutto dal traffico (v. Inquinamento atmosferico, pag. 134). Oltre a tale inquinamento, da cui derivano danni alle persone e all’ambiente (es. piogge acide), altri
fattori influenzano l’atmosfera. L’ozono atmosferico che ci protegge dalle radiazioni UV (200-300 nm) viene attaccato da prodotti come il clorofluorocarbonio (cfc)
immesso dall’attività umana. Il biossido di carbonio che, sempre per cause umane,
eccede il circolo attivato dalle piante e dagli oceani, è per oltre il 50% responsabile
dell’e↵etto serra, origine del riscaldamento dell’atmosfera. Ci sono poi fenomeni
diversi come l’eruzione del vulcano El Chicon (Messico) le cui polveri in 20 giorni
hanno interessato tutta la terra in una fascia poco sopra l’equatore.
Adriano Guadagni
Dati generali
P
14
Dati astronomici, geodetici, geofisici
MAREE E CLIMA
Maree. Sono periodici spostamenti delle acque marine per e↵etto della attrazione lunare (e, secondariamente, di quella solare) combinata con la gravitazione
terrestre. Detta combinazione causa un flusso delle acque verso il meridiano che
fronteggia la Luna e quello opposto, innalzando il pelo libero (alta marea). A 90
rispetto a tali meridiani si ha un riflusso che dà luogo ad un livello di bassa marea.
Il fenomeno si esalta ogni 14,75 giorni (luna nuova e luna piena), quando Sole,
Terra e Luna sono allineati (sigizia) maggiorando in media del 20% l’ampiezza di
marea (dislivello fra alta e bassa). L’opposto si verifica quando Sole e Luna sono
a 90 rispetto alla Terra (quadratura). L’ampiezza di marea aumenta pure del
15–20% se la luna si trova nel punto più vicino alla terra (perigeo) lungo l’ellisse
di rivoluzione. Il contrario accade quando si trova nel punto più lontano (apogeo).
In una determinata località della costa la marea si verifica due volte per ogni
rotazione della Terra su se stessa rispetto alla Luna. Poiché, a causa dello spostamento della Luna rispetto alla eclittica, tale rotazione dura 24 h 500 , l’intervallo fra
due livelli di marea sarà di circa 12,5 ore e i picchi si verificheranno ogni volta 500
più tardi rispetto al giorno precedente.
Il diagramma di marea è essenzialmente sinusoidale con periodo semidiurno.
Si modifica però a seconda della latitudini portando ad annullare praticamente uno
dei due livelli di bassa marea nell’ area tropicale, dove dà luogo a un diagramma
con periodo diurno.
Anche a prescindere dall’azione del vento e delle correnti l’ampiezza di marea
varia a seconda del tipo di mare interessato (è minima nei mari chiusi come il Mediterraneo dove è in media di circa mezzo metro) e dalla configurazione delle coste.
Per esempio al celebre monastero di Mt. S. Michel in Francia l’ampiezza è di circa
12 m. L’alta marea risale la foce dei grandi fiumi con velocità proporzionale alla
radice quadrata della profondità dando luogo a un fronte quasi verticale dove si
scontra con una veloce corrente fluviale. Nelle baie la marea s’insinua provocando
forti correnti di flusso e riflusso con velocità anche di 5–10 nodi che possono ostacolare la navigazione. L’energia messa in gioco dalle maree può essere sfruttata a
scopi idroelettrici.
Clima. L’azione combinata di umidità, venti, temperatura, luce ecc. in una
determinata località dà luogo al clima.
La temperatura, la cui unità SI è il kelvin (K), viene spesso misurata in Celsius
o centigradi ( C) essendo K= C+273,15. Nei paesi anglosassoni è tuttora in uso
la scala Farenheit ( F) per la quale si ha C= 59 ( F 32) e F= 95 C+32 (fig. A).
Nelle zone polari sono minime le oscillazioni termiche giornaliere e massime quelle
mensili. L’inverso si verifica in quelle equatoriali (fig. B).
Per una sintesi delle condizioni termiche di una località è utile il diagramma
delle medie mensili ottenute per ogni mese disponibile mediando massime e minime giornaliere. Analogamente si può fare il diagramma mensile delle medie delle
massime o delle minime, e quello delle temperature estreme.
Nella figura C sono riassunte le condizioni climatiche di una località (Firenze)
tenendo conto, oltre che della temperatura, anche del soleggiamento, dell’irraggiamento, delle piogge e dell’umidità relativa. Il clima delle diverse aree del globo
viene definito da Koeppen Geiger con tre lettere che mettono in conto temperatura, umidità e vegetazione. Il clima dell’Italia peninsulare è classificato Csa
(temperato, estate asciutta, mese più caldo > 22 C).
Adriano Guadagni
Dati generali
P
15
Dati astronomici, geodetici, geofisici
TEMPERATURE, PRECIPITAZIONI E VENTI
Temperatura. La temperatura è stata uno dei primi elementi considerati
per la suddivisione climatica della Terra (fig. A). Le condizioni termiche in Italia
risentono della temperatura delle acque del Mediterraneo che la circondano (si
scosta di poco dai 13 C). Tale circostanza riduce l’escursione annua delle medie
mensili (22 C per Milano; 15 C per Messina). Essendo l’Italia per 4/5 montagnosa
o collinosa, le temperature e↵ettive medie annue di ogni località risentono della
quota sul mare. Pertanto le isoterme e↵ettive seguono in buona parte le isoipse
e la media annua del paese è di 12–16 C. Per eliminare l’e↵etto della quota le
temperature possono essere ricondotte al livello del mare, assumendo per le medie
annue un gradiente di 0,6 C per ogni 100 m di altezza.
Precipitazioni. Ai fini climatici, d’importanza pari alla temperatura è la
umidità dell’aria con le conseguenti precipitazioni. Più che la umidità assoluta
interessa l’umidità relativa (UR) come percentuale della massima possibile a quella
temperatura, e se ne costruiscono le medie mensili in analogia alla temperatura.
Dove non sono disponibili apparecchi registratori si assume come massima l’umidità
alle ore 6,00 e come minima quella alle ore 15,00. Quest’ultimo valore è spesso
utilizzato da solo come il più caratteristico della giornata. L’addensamento della
umidità, essenzialmente nella troposfera, dà luogo alle nubi a diverse quote, con
varie forme (fig. B).
Con la condensazione dei vapori all’interno delle nubi, si hanno le precipitazioni il cui ammontare dipende essenzialmente da latitudine, orografia, esposizione
ecc. Anche per tali a✏ussi meteorici un diagramma delle medie mensili è assai
utile per una prima conoscenza del clima locale (v. Maree e clima, pag. 14, fig. C)
I massimi valori mensili-annuali si hanno a Cherrapunj (India), quelli giornalieri
all’isola Reunion (presso il Madagascar). I rovesci di breve durata sono importanti
per la progettazione civile. In linea preliminare da noi si può assumere 100–200
(eccez. 500) ` s 1 ha 1 , nello studio delle fognature, 3–5 ` min 1 m 2 per i tetti.
Si stima che l’a✏usso meteorico annuo sia meno dello 0,05% rispetto ai
1350⇥103 km3 di acqua complessiva del globo; ove i mari rappresentano il 97%, i
ghiacciai il 2% e l’acqua sotterranea lo 0,9%. In Italia, a fronte degli a✏ussi medi
annui inferiori ai 750 mm della pianura padana, della Puglia-Basilicata e della Sicilia centrale, le maggiori precipitazioni si hanno lungo i rilievi, con punte superiori
ai 2 500 mm annui sulle Apuane, presso la Val d’Ossola e nell’alto Friuli. Il numero
dei giorni piovosi va dai 150 delle Alpi ai 60–40 di alcune zone insulari, con una
media complessiva attorno ai 100 giorni. Il massimo delle precipitazioni si ha in
estate nella regione alpina; il fenomeno s’inverte scendendo verso Sud.
Venti. Sul pianeta l’andamento dei venti è dovuto essenzialmente alle differenze di temperatura, e di conseguenza di pressione, combinate con l’e↵etto deviatore dovuto alla rotazione terrestre. Nell’emisfero settentrionale a causa della
temperatura all’equatore l’aria si solleva per ricadere nella zona tropicale per e↵etto dell’addensamento. Al polo il freddo genera una corrente discendente che finisce
per scontrarsi con quella sopra descritta. In seguito alla di↵erente velocità di rotazione (ca 1700 km/h all’equatore, 1200 da noi) i fenomeni assumono un andamento
NE-SW. Ne risulta l’andamento illustrato in figura C, per l’emisfero settentrionale.
Altri fattori interessano i venti, come l’attrito fra terra e aria, l’orografia, la
di↵erenza di temperatura fra terra e mare (brezze diurne e notturne) ecc.
Adriano Guadagni
Dati generali
P
16
Dati astronomici, geodetici, geofisici
MONSONI, URAGANI E FULMINI
Monsoni. I venti, la cui forza è classificata essenzialmente secondo Beaufort,
(tab. A), spostano le nubi e distribuiscono le precipitazioni dando luogo a fenomeni
ampi e particolarmente vistosi come nelle zone monsoniche. Per esempio nel Golfo
del Bengala, i venti freddi e asciutti che spirano in inverno dalla Siberia a nord-est,
danno luogo a una stagione secca. Verso l’estate il fenomeno s’inverte, provocando
precipitazioni intensissime, benefiche, ma talvolta disastrose.
Uragani. Generalmente le masse d’aria si spostano e contemporaneamente
ruotano a spirale (cicloni: antiorari; anticicloni: orari, nell’emisfero nord) con un
diametro di 1500 km e oltre. In alcune zone (esempio: golfo del Messico, Florida,
Caraibi, sopratutto nella stagione estiva) la spirale con alta pressione all’esterno
e bassa all’interno, ha talvolta un diametro di soli 300–400 km. Di conseguenza il
gradiente di pressione elevato e i venti fortissimi generano un uragano (tifone nel
Pacifico) con piogge ed e↵etti devastanti. Un fenomeno analogo, ma con diametro
di poco superiore a 1 km, è costituito dai tornado, spesso non accompagnati da
pioggia. Hanno l’aspetto di una colonna nerastra e vorticosa che si estende fino alle
nubi sovrastanti. Gli e↵etti hanno una estensione più limitata, ma sono egualmente
terribili, soprattutto se si presentano a gruppi, come in Florida nel febbraio 1998.
Fulmini. Burrasche o semplici temporali sono accompagnati da fulmini ossia da scariche elettriche (lampi) seguite da tuoni conseguenti all’espansione esplosiva dell’aria. Fra le cariche elettriche negative che si addensano negli strati inferiori
di una nube ad alto sviluppo verticale (cumulonembo) e quelle positive indotte sul
terreno che li fronteggia, si sviluppa una tensione anche di 100⇥106 V, dando luogo
a canali ionizzati percorsi successivamente dalla scarica. Questa può raggiungere
anche una intensità di 200 kA. La distanza dal fulmine in km si ottiene dividendo
per 3 il numero dei secondi fra il lampo e il tuono. La protezione dai fulmini è della
massima importanza ed è regolamentata dalla norma CEI 81/1 (novembre 95). La
completano la norma sperimentale CEI (progetto C 631) per la valutazione del rischio, e la CEI 81/3 sulla densità annuale dei fulmini per km2 delle varie zone. La
captazione dei fulmini avviene con aste, funi, maglie (disposte sulla linea di gronda
o sul colmo del tetto se ha pendenza superiore a 1/10) il cui volume di protezione
(fig. B) è dimensionato in funzione dei livelli di protezione che dipendono dai parametri della corrente di fulmine, fra cui il valore di picco in kA (200 per il livello
I, 150 per il II, 100 per il III e il IV). I captatori e le calate, in tondino o corda
hanno sezione minima di 50 mm2 se di acciaio zincato, o di 35 mm2 se di rame.
Le calate fanno capo ai dispersori interrati, a elementi verticali o inclinati oppure
ad anello, di dimensioni normalizzate. Le strutture da proteggere sono definite in
relazione all’altezza (> 60 m) della costruzione, alla infiammabilità, al contenuto
ecc. e all’eventuale danno per perdita di vite umane, di servizi essenziali, di patrimonio culturale. Le sovratensioni indotte all’ingresso delle linee elettriche nei
fabbricati si eliminano con scaricatori o trasformatori.
Il monitoraggio del clima si e↵ettua con centraline dislocate nei punti più
significativi, e facenti capo a un centro computerizzato. Si registrano: a) velocità e
direzione del vento, b) temperatura dell’aria (anche del suolo), c) umidità relativa,
d) precipitazioni (anche evaporazione), e) irraggiamento solare.
Per il controllo dell’inquinamento si possono registrare anche monossido di
carbonio, biossido di zolfo e di azoto. In località remote le centraline sono alimentate da batterie, eventualmente ricaricabili in tampone con energia solare.
Adriano Guadagni
Dati generali
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17
Acustica
INTRODUZIONE
Introduzione. L’acustica studia le onde di pressione e decompressione (ordine di grandezza: microbar) che, da una sorgente vibrante, si propagano entro un
mezzo elastico, sovrapponendosi alla pressione statica esistente (ordine di grandezza: bar).
La frequenza di oscillazione (altezza del suono) dovrà ricadere nel campo fonico, ossia fra 20 e 18 000 Hz, con un rapporto di circa 1/1000 (per la luce l’analogo
rapporto è di 1/2). Al disotto si ha il campo degli infrasuoni, al disopra quello
degli ultrasuoni, usato fra l’altro per indagini tecniche, mediche ecc.
I rumori sono originati da vibrazioni aperiodiche, mentre i suoni sono dovuti
a vibrazioni periodiche, le quali in generale (suoni compositi) risultano dalla sovrapposizione di una frequenza fondamentale con armoniche di frequenza multipla
(timbro). I suoni puri, risultanti da un’unica frequenza con andamento sinusoidale, sono generati da fonti artificiali appropriate. Frequenze fondamentali di voci
e strumenti sono riportate nella tabella A. Naturalmente per avere una buona
comprensibiltà occorre coprire anche le armoniche, con un campo che va da 150
a 3000 Hz per la conversazione e da 40 a 10 000 Hz per la musica. Per e↵etto
delle onde acustiche si ha un fluire di energia, non di materia. Da una sorgente
puntiforme ideale il suono nello spazio libero di un liquido o di un gas si propaga
in forma tridimensionale sferica. La velocità con cui le onde sonore viaggiano in
alcuni mezzi elastici è fornita dalle tabelle B e C.
In un mezzo con velocità di propagazione c (m/s) la lunghezza d’onda l (m) è
legata alla frequenza f (Hz) dalla relazione l = c/f . Ne consegue per esempio che
per una medesima frequenza di 1000 Hz corrisponde una lunghezza di 0,344 m nell’aria a 20 C e di 1,440 m nell’acqua, pure a 20 C. Nell’aria in condizioni normali
la lunghezza d’onda delle frequenze udibili varia fra 20 m e 2 cm.
Queste dimensioni, assai maggiori che nel caso della luce, hanno particolare
importanza nei fenomeni di di↵razione. Quando un suono di lunghezza d’onda l
incontra uno schermo nel quale è praticata una fessura di larghezza b, oppure un
bordo del medesimo che ha spessore b, se l < b il suono passa indisturbato, se
l > b il suono viene di↵ratto (fig. D). Poiché un suono è in generale la risultante
di più frequenze (fig. E), alcune componenti possono restare indisturbate, altre no.
In definitiva dal passaggio attraverso una fessura di uno schermo (o al bordo del
medesimo) il suono può risultare alterato. Come per la luce e gli altri fenomeni
ondulatori si hanno anche qui gli e↵etti della riflessione su una superficie rigida
(il suono incidente e quello riflesso sono complanari e formano angoli eguali con la
normale alla superficie nel punto d’incidenza) e di rifrazione (se un suono penetra
la superficie fra un mezzo con velocità c1 e uno con velocità c2 , l’angolo incidente
↵ e quello rifratto sono legati dalla relazione sin ↵/ sin = c1 /c2 ).
Per l’e↵etto Doppler, se la sorgente sonora che emette con una frequenza fs
(Hz) si muove con velocità v (m/s) lungo la congiungente con l’osservatore fermo,
quest’ultimo percepisce una frequenza fo (Hz) che è fo = fs /[1±(v/c)] dove c (m/s)
è la velocità di propagazione del suono nel mezzo. Il segno + vale se la sorgente
si allontana dall’ osservatore. Se è invece l’osservatore che si sposta con velocità
v 0 (m/s) rispetto alla sorgente ferma, percepirà una frequenza fo0 = fs ⇥ [1 ± (v 0 /c)],
in Hz, dove il segno + vale se l’osservatore si avvicina alla sorgente. Per numero
M di Mach s’intende il rapporto fra la velocità v della sorgente e quella c di
propagazione del suono. Il normale traffico aereo si svolge con M < 1. Per il
Concorde si raggiunge M > 2.
Adriano Guadagni
Dati generali
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Acustica
GRANDEZZE FONDAMENTALI
Grandezze sonore. Le sorgenti sonore possono essere delle specie più varie:
corde (pianoforti, violini), membrane (tamburi, e per analogia, piatti e campane),
colonne d’aria (flauti, canne d’organo, aviogetti) ecc. Salvo espressa indicazione
contraria, in questo paragrafo si fa esclusivamente riferimento a “suoni puri” senza
dimenticare che nella pratica applicativa ci si trova di fronte a “rumori” o “suoni
compositi”. L’orecchio umano reagisce a un vastissimo campo di pressioni sonore
che, fra la soglia di udibilità e quella del dolore, si estende a un rapporto di uno a
un milione. Per coprire un campo tanto ampio le varie grandezze caratteristiche,
piuttosto che col loro valore numerico nelle rispettive unità di misura, vengono
espresse come logaritmo in base 10 (bel) del rapporto di tale valore con un valore
di riferimento corrispondente in generale alla soglia sensibile. Perciò, detto M il
valore della grandezza misurata ed M0 quello del riferimento, il relativo livello sarà
10 log(M/M0 ), per comodità espresso in decibel = 0,1 bel (abbreviato dB). Raramente viene usato il Neper (Np), rapporto fra i logaritmi naturali delle grandezze
interessate (1 Np = 8,686 dB; 1 dB = 0,115 Np).
Pressione, potenza, intensità. Le oscillazioni di pressione in un punto
del mezzo elastico entro cui si propagano hanno un andamento sinusoidale col
tempo e un valore efficace p = 0,707 valore massimo. Come valore efficace di
riferimento si assume p0 = 2 ⇥ 10 5 Pa che corrisponde al minimo percepibile a
1000 Hz. Il livello di pressione sonora, o livello sonoro, è Lp = 10 log(p2 /p20 ) =
20 log(p/p0 ), in dB. Esso assume i valori della tabella A per diversi rapporti p/p0 .
La figura B riassume il campo di normale udibilità, che però si riduce notevolmente con l’età nel settore delle frequenze alte. Per esempio a 4000 Hz si ha in
generale una perdita di udito per presbiacusia che è di 3 dB a 30 anni, 12 dB a 40,
21 dB a 50, 36 dB a 60.
La sorgente sonora emette una certa potenza P in W che si di↵onde nel mezzo
elastico, essendo P0 = 10 12 W il valore di riferimento. Si definisce come intensità
I in W/m2 la potenza che attraversa 1 m2 del mezzo. Come valore di riferimento si
assume I0 = 10 12 W/m2 (1 pW/m2 ) che corrisponde alla soglia udibile. Il livello
d’intensità si definisce come LI = 10 log(I/I0 ) dB. L’intensità I è legata al valore
efficace p della pressione dalla relazione I = p2 /Z, dove Z = ⇢ c è l’impedenza
caratteristica in kg/(m2 s), pari al prodotto della densità ⇢ (kg/m3 ) del mezzo per
la velocità c (m/s) di propagazione nel medesimo. Nell’aria in condizioni normali
(20 C; 1013 mbar) si può assumere con errore modesto, Lp = LI . Qui di seguito
vengono riportati i valori dell’impedenza acustica Z dei materiali più usuali.
Materiale
Temperatura ( C)
Impedenza Z (kg m
2s 1)
Aria
Acqua
Calcestruzzo
Vetro
20
10
20
20
Acciaio
20
414
1,44⇥106
8⇥106
13⇥106
39⇥106
Sensazione sonora. Come risulta dalla figura B, il campo di udibilità ha
contorni irregolari perché, a pari intensità, la sensazione sonora (in phon) è più o
meno accentuata a seconda della frequenza. Per convenzione phon e dB coincidono
a 1000 Hz. Per avvicinare il livello rilevato a quello percepito dall’orecchio umano
sono state studiate diverse curve di ponderazione in funzione della frequenza. La
più usata è la curva A per la quale la figura C e la tabella D forniscono i valori
da sommare ai livelli rilevati. Per esempio a 220 Hz un livello rilevato di 80 dB
corrisponde a 70 dB(A).
Adriano Guadagni
Dati generali
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19
Acustica
CONCOMITANZA DI FENOMENI SONORI
Suoni diversi. Quando si ha un certo numero n di fenomeni sonori diversi e
concomitanti (per esempio suoni di diversa intensità) i relativi livelli Li in dB non
si possono addizionare; occorre fare la somma delle grandezze e da queste ottenere
il livello totale LT
!
LT = 10 log
n
X
10Li /10
dB
i=1
Per esempio se si ha L1 = 70 dB ed L2 = 80 dB, è LT = 10 log(107 +108 ) = 80,4 dB
assai vicino al livello superiore.
Nel caso di due livelli L1 e L2 in dB che di↵eriscono di L = L1 L2 , il
livello totale LT si ottiene rapidamente sommando al livello maggiore una quantità
complementare Lc in dB, decrescente con L, come riportato nella figura A.
Analisi delle frequenze. Di fronte a un rumore o a un suono composito
l’analisi va condotta per ottave mediante un filtro di banda. Ciascuna ottava viene
individuata dalla sua frequenza fc di centro che ha un valore doppio rispetto a
quello della ottava precedente e metà rispetto
p
p a quella successiva. La frequenza
inferiore fp
2, da
i di ciascuna banda vale fi = fc / 2 e quella superiore fs = fc
cui fc = fi fs e fs = 2 fi . Per esempio per fc = 250 Hz è fi = 176,8 Hz ed
fs = 353,5 Hz ; per fc = 500 Hz è fi = 353,5 Hz ed fs = 707,1 Hz.
Una progressione analoga si ha per le per le frequenze centrali di terzipdi
ottava. Per ciascuna di queste ultime il rapporto rispetto alla precedente è di 3 2.
La tabella B fornisce i valori normalizzati delle frequenze centrali di ottava e terzo
di ottava.
Interferenze. Per la contemporaneità di due o più fenomeni sonori, uno
interferisce sull’altro creando seri inconvenienti. Per esempio negli uffici o nelle
officine un elevato rumore di fondo di origine interna (es. impianti di condizionamento) o esterna può rendere difficoltoso il normale svolgimento del lavoro. Di
particolare rilevanza è il livello di rumore che interferisce con la conversazione normale in funzione della distanza fra gli interlocutori come è indicato nella tabella C
(da ISO/TR 3352).
Se poi il fenomeno sonoro è variabile nell’intervallo di tempo T se ne ottiene
il livello continuo equivalente LAeqT come media dei valori LA entro l’intervallo
medesimo. Importante infine è il livello sonoro giorno-notte LDN (day-night) risultante dalla ponderazione dei livelli diurni (6 22!16 ore) e notturni (22 6!8 ore),
questi ultimi penalizzati di 10 dB. Orientativamente le strade urbane molto rumorose danno un LDN di 80 dB(A), quelle tranquille un LDN di 50 dB(A).
Decremento con la distanza. In un campo sferico libero il livello di pressione sonora decresce col quadrato della distanza dalla sorgente. Se a una distanza
r0 si percepisce un livello sonoro Lp0 , a una distanza r il livello percepito Lp
diminuirà rispetto a Lp0 della quantità Lp = Lp0 Lp = 20 log(r/r0 ) dB.
La tabella D fornisce in cifre tonde i valori di tali diminuzioni in funzione del
rapporto r/r0 . In aggiunta al decremento dovuto alla distanza il livello sonoro si
attenua per la dissipazione di energia dovuta la mezzo (aria) entro cui si trasmette
e per altre cause (v. Ambienti aperti, pag. 21).
Adriano Guadagni
Dati generali
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20
Acustica
POTENZE E LIVELLI CARATTERISTICI
Potenze e pressioni sonore. Il campo delle potenze sonore preso in esame
è molto vasto fra i 10 12 W del valore di riferimento e i 104 W di un aviogetto
al decollo. Il rapporto fra quest’ultima potenza e quella di una conversazione
(10 5 W) è di mille milioni (un analogo rapporto per i livelli luminosi è di un
milione). La tabella A dà i valori indicativi di potenze sonore significative. Come
già detto, invece che col suo valore in Pascal, si preferisce indicare la pressione come
livello in dB rispetto al valore di riferimento di 2 ⇥ 10 5 Pa. La corrispondenza fra
Pa e dB di pressione è indicata qui di seguito:
Pa 2⇥10
dB
0
5
2⇥10
20
4
2⇥10
40
3
2⇥10
60
2
2⇥10
80
1
2⇥100 2⇥101 2⇥102
100
120
140
La tabella B dà i valori dei livelli di pressione (livelli sonori) che si verificano
nei casi più comuni. Per le grandezze e le tecniche di misurazione v. D. Min. Amb.
16-3-98 (GU 1-4-98 Nr 76).
Il DPCM 14-11-97, fornisce i valori quadro dei massimi livelli sonori nelle
diverse classi di destinazione d’uso del territorio. Per la progettazione e la verifica,
sono d’interesse essenziale i massimi livelli sonori raccomandati nei diversi ambienti
e nei di↵erenti casi. La tabella C fornisce detti livelli a scopo orientativo. Rispetto
a tali valori sono tollerabili picchi saltuari di 5 dB(A). C’è inoltre da considerare
che sono peggio tollerate le sonorità impulsive in assenza di rumore di fondo, e i
suoni non compositi. Per i luoghi di pubblico spettacolo v. DPCM 18-4-99 Nr 215.
I valori indicati in tabella corrispondono a livelli globali di pressione sonora.
Un maggiore dettaglio per le singole bande di frequenza si ha adottando le curve
USA (fig. D) “noise criteria” (NC) oppure ISO “noise rating” (NR)
Per esempio, scelto per ufficio NC = 40 (valore a 2000 Hz), la relativa curva
fornisce i livelli sonori accettabili alle diverse frequenze. Per ciò che riguarda la
nocività dei rumori, essa dipende non solo dalla intensità ma anche dalla durata
di esposizione ai medesimi. Già una esposizione continua a 30 dB induce disturbi
psichici (irritabilità, esasperazione), sopra i 65 dB si hanno disturbi vegetativi
(diminuita concentrazione, minore resa del lavoro). I rischi di ipoacusia partono al
disopra dei 80–85 dB, mentre oltre i 120 dB si ha la sordità. L’argomento è trattato
dal DL 15-8-91 numero 277.
Rilievo di livelli sonori. Il rilievo dei livelli sonori in dB avviene mediante apparecchi elettroacustici (fonometri) che hanno la possibilità di ponderare le
misure secondo la curva A, filtrarli secondo bande di ottava (o di terzi di ottava)
e fornire il livello equivalente entro l’intervallo di tempo desiderato. Per seguire le
variazioni di livello, il fonometro dispone di tre costanti di tempo: lenta (slow =
1000 m s), veloce (fast = 125 m s) e impulso (impulse = 35 m s). La prima costante
si usa per smorzare le fluttuazioni, la seconda per misurare livelli che non oscillano
troppo, la terza per misurare i livelli a carattere impulsivo.
Rilievo della potenza sonora. Il rilievo della potenza sonora emessa da
una sorgente è meno immediato. Il modo più semplice consiste nel rilevare il
livello sonoro Lpc alle diverse frequenze attorno a una sorgente campione di livello
di potenza noto Lwc . Si ripetono poi le stesse misure di livello Lp attorno alla
sorgente, posta nella medesima posizione, di cui si vuole conoscere il livello di
potenza sonora Lw . Si ha allora che Lw Lwc = Lp Lpc , (ISO 3747).
Adriano Guadagni
Dati generali
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21
Acustica
AMBIENTI APERTI
Suoni complessi. Nel seguito si prendono in considerazione rumori e suoni
complessi risultanti dalla combinazione di più frequenze. Poiché i fenomeni esaminati (es. di↵razione, assorbimento, attenuazione ecc.) hanno un e↵etto diverso
a seconda della frequenza, dal verificarsi di tali fenomeni viene fra l’altro alterata
la composizione (timbro) delle diverse frequenze. Per esempio il suono di↵ratto da
uno schermo avrà un timbro diverso da quello del suono incidente (fig. A).
Si escludono qui gli ambienti speciali, come i teatri all’aperto, che meritano
una trattazione particolare. Si studia come si propagano, si attenuano, si possono
schermare i rumori che normalmente si producono in ambiente aperto. Trattandosi
di rumori e suoni compositi un’analisi completa andrà condotta per livelli ponderati
di ottave (o terzi di ottave).
E↵etto della distanza. Se una sorgente in ambiente aperto emette una
potenza sonora P uniformemente di↵usa in campo sferico, alla distanza r l’intensità
sarà: I = P/(4⇡ r2 ) e il suo livello di pressione Lp analogo a quello d’intensità
LI , sarà Lp = LI = 10 log(P/Po ) 20 log r 10 log(4⇡) = Lw 20 log r 11
dove Lw è il livello di potenza. Se invece il campo si può ritenere emisferico
sarà Lp = LI = Lw 20 log r 8. Occorrerà mettere in conto un incremento o
decremento se vi è un particolare e↵etto direzionale.
Lungo il percorso il livello sonoro si attenua per causa del terreno e della sua
copertura nonché per le fluttuazioni del vento e della temperatura (fig. B), il tutto
di non facile né sicura e costante valutazione. Si attenua poi, sopratutto nelle alte
frequenze e con scarsa umidità relativa, per il percorso nell’aria, come indicato
nella tabella seguente. (v. anche ISO 9613).
Attenuazione (dB) dei suoni per 100 m di percorso nell’aria a pressione normale.
Temperatura
Umidità rel.
( C)
(%)
125
250
Frequenza (Hz)
500
1 000
2 000
4000
30
20
50
90
0,06
0,03
0,02
0,18
0,10
0,06
0,37
0,33
0,24
0,64
0,75
0,70
1,4
1,3
1,5
4,4
2,5
2,6
20
20
50
90
0,07
0,04
0,02
0,15
0,12
0,08
0,27
0,28
0,26
0,62
0,50
0,56
1,9
1,0
0,99
6,7
2,8
2,1
10
20
50
90
0,06
0,04
0,03
0,11
0,11
0,10
0,29
0,20
0,21
0,94
0,41
0,38
3,2
1,2
0,81
9,0
4,2
2,5
0
20
50
90
0,05
0,04
0,03
0,15
0,08
0,08
0,50
0,19
0,15
1,6
0,60
0,36
3,7
2,1
1,1
5,7
6,7
4,1
Barriere. Una sensibile attenuazione aggiuntiva può ottenersi con una barriera (fig. C) che abbia una densità superficiale di almeno 10 kg/m2 , un’altezza non
inferiore alla massima lunghezza d’onda che si vuole schermare e una lunghezza
almeno quadrupla della stessa lunghezza, nei due sensi rispetto alla congiungente
fra la sorgente e il ricevitore. La trasmissione attraverso la barriera si può trascurare, e ha scarsa rilevanza l’allontanamento del percorso sonoro rispetto al terreno.
È invece sensibile, specialmente alle basse frequenze, l’e↵etto della di↵razione secondo lo schema di figura A. Con riferimento allo stesso schema le linee di figura
C indicano l’attenuazione della barriera alle diverse lunghezze d’onda. (v. anche
D. Min. Amb. 29-11-00)
Adriano Guadagni
Dati generali
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22
Acustica
AMBIENTI CHIUSI
E↵etto delle pareti. Nel caso di una sorgente interna all’ambiente chiuso
entro il quale si trova anche l’osservatore, il livello sonoro all’osservatore ha una
componente diretta che si attenua con la distanza dalla sorgente. Però all’incontro
con le pareti una porzione d dell’energia sonora emessa si dissipa in calore, una
porzione t si trasmette attraverso le pareti e una porzione r viene riflessa verso
l’ambiente medesimo. Naturalmente d+t+r = 1. La porzione a di energia che non
viene riflessa si definisce come assorbimento “apparente”, ed è in e↵etti la somma
di quanto dissipato e di quanto trasmesso. Si ha quindi a = d + t = 1 r. Poiché
oltre a variare con la frequenza, il coefficiente a dipende dall’angolo d’incidenza
del suono sulla parete, se ne assume un valore medio. Per diversi materiali e per
di↵erenti frequenze di centro banda i valori del coefficiente di assorbimento a sono
riportati nella tabella A. Il prodotto A = aS della superficie S della parete per il
relativo coefficiente di assorbimento a misura in m2 di “finestra aperta” il potere
fonoassorbente della parete stessa. Una stima dei coefficienti medi globali per
ambienti tipici è desunta da ISO 3746 nella tabella B.
Ambiente semiriverberante. In un punto qualsiasi di un ambiente definito “semiriverberante” il livello sonoro Lp risulta, come indicativamente illustrato
nella figura C, dalla componente diretta e da quella riflessa dalle pareti:
Lp = Lw + 10 log
⇣
Q
4
+
4⇡ r2
R
⌘
dove Lw è il livello di potenza della sorgente, Q il suo eventuale coefficiente di direzionalità (= 1 per di↵usione sferica uniforme), r è la distanza P
in m dalla sorgente
ed R = Sam /(1 am ) è la costante di ambiente in m2 . Se S = PSi è la superficie
somma delle pareti (compresi soffitto e pavimento) si ha: am =
Si ai /S che è il
coefficiente di assorbimento medio ponderato. La componente diretta non si può
attenuare che adottando schermature attorno alla sorgente o allontanandosi dalla
medesima. La distanza dalla sorgente alla quale si equivalgono
p il suono diretto e
quello di↵uso (4 m nell’esempio) vale sperimentalmente 0,5 A (m), dove A (m2 )
è l’assorbimento acustico complessivo dell’ambiente.
Ambiente riverberante. Se le pareti sono molto riflettenti (piccolo assorbimento, piccolo R) la componente riflessa è prevalente, salvo le immediate
vicinanze della sorgente. Si è nel caso di ambiente “riverberante” ed è Lp =
Lw + 10 log(4/R). Ove si voglia modificare Lp occorre intervenire su R variando
l’assorbimento delle pareti. Si ottiene cosı̀ una variazione di livello sonoro fra prima
(1) e dopo (2) l’intervento, che è pari a Lp1 Lp2 = 10 log(R2 /R1 ). Per un’attenuazione di 6 dB, ad esempio, occorre quadruplicare la costante di ambiente R. In
linea generale si ricorre a materiali porosi (lana di vetro o di roccia, feltro morbido) per attenuare le alte frequenze e a materiali a membrana (pannelli di legno)
per quelle più basse. I risuonatori acustici (cavità a collo stretto) sono accordabili
su frequenze determinate. Infine i pannelli assorbenti perforati (combinazione dei
risuonatori con gli assorbenti porosi) possono in un certo senso essere accordati variando il diametro dei fori, lo spessore dei materiali e quello della intercapedine ecc.
Naturalmente la parete sulla quale è più facile intervenire è il soffitto, sia perché è
meno esposto ai danni meccanici, sia perché crea riflessioni multiple specialmente
in ambienti bassi ed estesi.
Adriano Guadagni
Dati generali
P
23
Acustica
ACUSTICA ARCHITETTONICA
Tempo di riverberazione. Nella progettazione architettonica di costruzioni particolari come teatri, cinema, chiese, sale da conferenze e simili deve essere
incluso uno studio specialistico dettagliato dell’acustica ambientale. È da tener
presente che il suono riverberato deve giungere all’ascoltatore entro un tempo massimo (0,05 s per la parola; 0,07 s per la musica) rispetto a quello diretto, per evitare
fenomeni di eco. Ciò limita la di↵erenza di percorso fra i due suoni a 17 m per la
parola e 25 m per la musica. Allo scopo di riassumere il comportamento acustico di
un ambiente è stato definito il tempo di riverberazione, che, nella sua formulazione
più semplice (Sabine) è: TR = 0,16V /A (s), dove V in m3 è il volume della sala e A
in m2 è il suo assorbimento acustico complessivo. Quest’ultimo oltre che dipendere
dalle caratteristiche dell’ambiente (pareti, arredamento, ascoltatori ecc.) varia con
la frequenza. In generale si dà il valore di TR a 500–1000 Hz per diversi V , da cui
si deduce l’A necessario. Il tempo di riverberazione (fig. A) è quello che occorre
perché, alla cessazione di un suono, il livello sonoro si riduca di 60 dB. L’esperienza
ha portato a definire i migliori tempi di riverberazione (fig. B) per i diversi tipi di
ambiente architettonico in funzione del volume totale. Una volta che il volume sia
fissato, per riportare il tempo di riverberazione entro i valori della tabella occorre
agire sull’assorbimento A dell’ambiente, modificando il potere fonoassorbente delle
pareti laterali e del fondo della sala (esclusa la parete retrostante la sorgente per
non diminuire la riflessione dei suoni). La modifica del potere fonoassorbente sarà
da realizzare “a macchie” di di↵erenti tipi per avere un tempo di riverberazione il
più possibile uniforme alle diverse frequenze ed evitare, cosı̀, una distorsione dei
suoni. Inoltre sarà da adottare un tipo di arredamento (poltrone, sedie) il cui
potere non vari molto se vi sono ascoltatori o meno.
Altri fenomeni. Per evitare fenomeni di risonanza, concentrazione di livelli
e simili, è consigliabile che le pareti laterali non siano parallele fra loro e che le
medesime, ma specialmente il soffitto, abbiano la superficie ondulata o a denti di
sega (asperità possibilmente superiori a un quarto della massima lunghezza d’onda
incidente con estensione oltre 4 volte la medesima). Infine il rumore di fondo, per
lo più proveniente dall’esterno, sarà da contenere con un buon isolamento delle
pareti perimetrali, con porte doppie, tendaggi e simili. Nonostante tali accorgimenti è tuttavia difficile prevedere una estensione del campo acustico diretto al di
là dei 25–30 m per la voce non amplificata e 45–50 m per la musica. Per aumentare la capienza si deve ricorrere a una balconata. Per ridurre l’attenuazione del
campo acustico diretto provocata dal percorso radente del suono sugli ascoltatori
(e migliorare la visibilità), la congiungente fra un ascoltatore e la sorgente dovrà
superare di h = 0,1–0,2 m l’ascoltatore precedente. Per soddisfare a questo criterio
si dovrà dare alla platea un andamento curvilineo e alla balconata una inclinazione
di 15–30 (fig. D).
Per il campo acustico riflesso una particolare importanza riveste il soffitto.
Per aversi un contributo riflesso superiore al 10% di quello diretto l’altezza media
del soffitto H (m) non potrà superare 1,5 volte la distanza r (m) fra la sorgente
e l’ascoltatore più lontano. Inoltre per evitare fenomeni di eco la di↵erenza fra
il percorso del suono riflesso e quello diretto non dovrà superare 17 m, il che si
raggiunge con la relazione: H 2  8,5(r + 8,5). La figura C riporta la combinazione
dei due vincoli.
Adriano Guadagni
Dati generali
P
24
Acustica
ACUSTICA INDUSTRIALE
Introduzione. Quello dell’acustica degli ambienti industriali è un problema
assai grave perché investe il benessere e la salute di chi vi lavora. È perciò oggetto del DL 15-8-91 n. 277. Inoltre un’acustica inadeguata finisce per influenzare
negativamente l’efficacia del lavoro e provocare danni anche all’esterno.
Si è visto che la nocività del rumore comincia già con livelli relativamente
bassi. Tuttavia, per gli ambienti di lavoro, il Legislatore, col decreto sopra citato,
si è preoccupato solo dei livelli superiori a 80 dB(A). A tale livello si comincia con
l’obbligo d’informare i lavoratori del rischio derivante dall’esposizione ai rumori.
Con 85 dB(A) si devono e↵ettuare controlli medici e fornire ai lavoratori mezzi personali di protezione. Al disopra dei 90 dB(A) diviene obbligatoria la segnaletica e
l’iscrizione dei lavoratori esposti, in apposito registro. I livelli sopra citati (equivalenti ponderati A) s’intendono come medie settimanali dei livelli di esposizione
giornaliera.
Altre regole sono state studiate e riguardano il numero d’impulsi sonori ammessi giornalmente, e la costanza di energia sonora recepita, per cui a un raddoppio
del tempo di esposizione deve corrispondere un dimezzamento dell’energia ricevuta
(diminuzione di 3 dB del livello equivalente).
Riduzione del rumore. Per diminuire il rumore occorre in primo luogo
preferire le macchine più silenziose, raggruppandole poi in aree particolari nelle
quali adottare schermi e trattamenti fonoassorbenti. Questi ultimi sono comunque
da prendere in considerazione in tutti gli ambienti di lavoro perché ne deriva una
sostanziale diminuzione del livello sonoro di↵uso: in definitiva ogni addetto sente
il rumore della propria macchina, ma non quello delle altre macchine. Le norme
ISO/TR 11688-1 e VDI 3733 contengono raccomandazioni al fine di ridurre il
rumore e la sua di↵usione.
Al progettista del macchinario e dell’impianto spetta il compito di ridurre i
rumori per via aeriforme (es. turbolenze e perturbazioni nei gas), per via liquida
(es. velocità e salti di pressione, cavitazione, mediante velocità inferiori a 1,5 m/s,
tubi di aspirazione corti), per via meccanica (es. masse impattanti limitate, numero
elevato dei denti degli ingranaggi, cuscinetti a sfere, risonanza magnetica dei motori
da evitare).
Caratteristiche dei locali. Accorgimenti impiantistici come l’adozione di
strati elastici e di masse riflettenti sono riportati nella figura A, assieme ad alcune
caratteristiche acustiche delle tubazioni (fig. B). Il progettista dell’ambiente deve
cercare di racchiudere acusticamente il macchinario maggiore e di schermare quello
minore, adottando poi condotti rivestiti per l’a✏usso dell’aria e l’uscita dei gas. È
raccomandato che i locali abbiano le caratteristiche acustiche della tabella seguente
(ISO 11690-1). Tali raccomandazioni sono valide per assorbimento medio del locale
> 0,3 o con superficie equivalente di assorbimento > 0,6–0,9 della superficie in
pianta.
Caratteristiche acustiche raccomandate nei locali di lavoro.
Volume dell’ambiente
Tempo di riverberazione
Decremento del livello sonoro
per un raddoppio della distanza
m3
s
dB
<200
200–1 000
>1 000
0,5–0,8
0,8–1,3
3–4
Adriano Guadagni
Dati generali
P
25
Ottica
LUCE
Caratteristiche generali. Col termine luce, nella teoria ondulatoria, s’intende quella banda di onde elettromagnetiche compresa circa fra 780 e 380 nm
(fig. A) che è percepita dall’occhio umano. Quest’ultimo, pur potendosi adattare a
livelli luminosi che si di↵erenziano in un rapporto da uno a un milione, ha tuttavia
una sensibilità che varia con la lunghezza d’onda (colore) ed è massima per i coni
dell’occhio a 555 nm (giallo) come è illustrato in fig. B.
Nel vuoto la luce si propaga a una velocità di 299792 km/s (la massima:
costante universale). Nell’aria tale velocità è dello 0,03 % inferiore. In cifre tonde
si può assumere, in km/s: nel vuoto (e nell’aria) 300 000; nell’acqua 222 000; nel
vetro comune
197 000. In generale in un materiale qualsiasi la velocità in m/s
p
è c = 1/ "µ dove è " la permettività elettrica in Am/(Vs) e µ la permeabilità
magnetica in Vm/(As).
La frequenza f in Hz (o in Fresnel = 1012 Hz) è data dalla velocità c in m/s
divisa per la lunghezza d’onda l in m, ossia f = c/l. All’incirca nel vuoto (e
nell’aria) è f = 3 ⇥ 108 /l.
Trasparenza e riflessione. I materiali colpiti da un raggio di luce possono
essere trasparenti se ne lasciano passare la maggior parte, opachi se lo bloccano
completamente e traslucidi se disperdono il raggio in tutte le direzioni creando
una luce di↵usa. Una superficie opaca colpita da un fascio di luce lo riflette con
andamento lineare se è incolore e perfettamente speculare, oppure con andamento
di↵uso se è incolore e perfettamente smerigliata (appare illuminata da qualsiasi
direzione la si guardi). I casi pratici sono una combinazione delle due situazioni. La percentuale di luce riflessa dai di↵erenti materiali per un raggio incidente
perpendicolare alla superficie varia con la diversa lunghezza di onda del raggio:
Lunghezza d’onda (nm)
Argento
Nichel
Acciaio
Rame
Specchio
800
700
600
500
400
300
97
70
58
89
69
96
69
58
83
67
94
65
55
72
64
91
61
54
44
63
87
53
50
31
55
10
44
37
25
41
Spettroscopia. La scarica in alcuni elementi allo stato di gas o di vapore
emette all’analisi spettroscopica linee particolari che corrispondono a una precisa
lunghezza d’onda (L, nm) e sono contrassegnate da una lettera. Si riportano qui
di seguito alcune delle linee principali:
Elemento
L (nm)
Lettera
Hg
Hg
Hg
Cd
H
Hg
He
Na
Cd
H
He
365,0 404,7 435,8 480,0 486,1 546,1 587,6 589,3 643,8 656,3 706,5
i
h
g
F0
F
e
d
D
C0
C
r
Colore. I materiali passivi che riflettono in maniera selettiva, assorbono
alcune lunghezze d’onda e riflettono le altre dando luogo a un e↵etto colorato. Le
luci colorate che provengono da di↵erenti sorgenti attive si compongono in una
luce di lunghezza d’onda somma delle lunghezze componenti.
Si dicono complementari (es. rosso+verde o giallo+blu) quei colori che si
combinano in una luce bianca.
Adriano Guadagni
Dati generali
P
26
Ottica
FENOMENI CARATTERISTICI - PRISMI
Riflessione, rifrazione. Un raggio luminoso in un mezzo omogeneo e isotropo segue un percorso rettilineo. Se incontra una superficie speculare viene riflesso nello stesso piano della normale alla superficie, con la quale forma un angolo
pari a quello d’incidenza. Alla superficie di passaggio da un mezzo trasparente a
un altro, il raggio viene deviato per rifrazione. Passando dal vuoto (e praticamente
dall’aria) a un altro mezzo trasparente, se, rispetto alla normale nel punto d’incidenza, è ↵0 l’angolo del raggio incidente e ↵1 quello del raggio rifratto, sussiste la
relazione
c0
sin ↵0
=
=n
sin ↵1
c1
dove c0 e c1 rappresentano le velocità della luce rispettivamente nel vuoto e nel
mezzo considerato, per il quale n è una costante denominata indice di rifrazione
assoluto. Tale indice varia leggermente con la temperatura e con la lunghezza
d’onda del raggio incidente. In generale viene fornito per la lunghezza d’onda di
589,3 nm (linee D del sodio). Nella tabella C della scheda precedente sono riportati
gli indici di rifrazione assoluti per alcuni materiali più usuali. Nel passaggio fra
due mezzi trasparenti 1 e 2 l’indice di rifrazione relativo è pari a n1 /n2 . Il fatto che
l’indice vari con la lunghezza d’onda consente, per esempio mediante il passaggio
attraverso un prisma, di scomporre un raggio di luce bianca nei diversi colori che
lo compongono.
Polarizzazione. Le onde di luce, sia nella componente elettrica sia in quella
magnetica (normale alla prima) oscillano in tanti piani diversi tutti passanti per il
raggio di propagazione luminosa. Si possono portare le onde (fig. A) a oscillare in
una sola coppia di piani (polarizzazione) fissa o ruotante. Se un modello monorifrangente e trasparente viene sottoposto a una azione meccanica (o anche elettrica)
può divenire birifrangente e la luce polarizzata che lo attraversa si comporta diversamente nei vari punti del modello. Con un analizzatore è quindi possibile seguire
le linee dello sforzo imposto sul modello.
Lamine e prismi. Riferendoci ai simboli della fig. B, un raggio che attraversa una lamina trasparente si sposta parallelamente a se stesso di una quantità
= d sin(↵ ↵1 )/ cos ↵1 . Se nel passaggio dal mezzo 1 al mezzo 2 l’angolo d’incidenza è uguale o superiore al limite ↵l = sin 1 (n1 /n2 ) in radianti, il raggio non
viene rifratto ma riflesso. A fronte (tab. C) sono riportati gli angoli limite al passaggio dall’aria ad alcune delle sostanze più comuni. Tale riflessione viene sfruttata
nei prismi, dei quali le figure D e F riportano i tipi principali con lo spostamento
degli assi che comportano.
Per lo stesso principio nelle fibre ottiche usate nelle telecomunicazioni il raggio
procede “rimbalzando” fra il nucleo e il mantello che hanno di↵erenti indici di
rifrazione. Addirittura il raggio può seguire percorsi curvilinei se l’indice diminuisce
con gradualità dal centro alla periferia della fibra.
Di↵razione e interferenza. Ai bordi di un ostacolo o all’attraversamento
di una fessura o di un reticolo i raggi luminosi tendono ad aggirare l’ostacolo per
di↵razione dando luogo a un alone dovuto a fenomeni d’interferenza, particolarmente evidenti essendo originati da oscillazioni coerenti (pari frequenza, sfasamento
costante nel tempo).
Adriano Guadagni
Dati generali
P
27
Ottica
SPECCHI E LENTI
Specchi. Un fascio di raggi paralleli che colpisce uno specchio concavo ottenuto dalla rotazione attorno al suo asse di una parabola y 2 = 2p x si concentra
nel fuoco che dista f = p/2 dal vertice del paraboloide. Se lo specchio è un settore
concavo sferico di raggio r, la concentrazione avviene a distanza f = r/2 dal vertice del settore. Detti b e g la distanza dal vertice rispettivamente dell’immagine
e dell’oggetto, se g > r l’immagine si forma invertita e impicciolita fra il fuoco e
il centro del settore, se f < g < r l’immagine si forma invertita e ingrandita al di
là del centro, se g < f l’immagine (virtuale) si forma ingrandita e con verticalità
inalterata al di là dello specchio. Se un oggetto si trova davanti a uno specchio
piano la sua immagine appare dietro lo specchio (immagine virtuale), ha la stessa
grandezza e verticalità dell’oggetto, ma ha i lati invertiti.
Lenti. Una lente di materiale con indice di rifrazione assoluto n è convergente (convessa) e sottile se il suo spessore al centro (superiore a quello ai bordi)
è trascurabile rispetto ai raggi R1 e R2 di curvatura delle due facce. Il potere di
tale lente è l’inverso della distanza focale f ed è dato in diottrie (1/m) da
1
= (n
f
1)
⇣
1
R1
1
R2
⌘
Per una tale lente, se a è la distanza dell’oggetto e b è quella dell’immagine dal
centro della lente, sussiste la relazione 1/a + 1/b = 1/f (fig. A). La lente d’ingrandimento (fig. C) si usa a breve distanza dall’occhio e produce un’immagine virtuale
Y 0 rispetto all’oggetto Y . L’ingrandimento I = Y 0 /Y (sempre > 3) che si realizza
vale all’ incirca I = 250/f essendo f la distanza focale in mm. In pratica soltanto
i raggi incidenti che sono vicini all’asse della lente vengono riprodotti in un solo
punto immagine come in una lente perfetta. Pertanto le lenti reali sono sede di
diversi difetti come l’aberrazione sferica in cui i raggi s’intersecano fra la lente e
il fuoco (fig. D), l’astigmatismo in cui un fascio obliquo rispetto all’asse ottico dà
luogo a due immagini, primaria e secondaria, perpendicolari fra loro e l’aberrazione
cromatica (fig. D). Quest’ultima è dovuta al diverso indice di rifrazione secondo le
varie lunghezze d’onda, e la dispersione che ne consegue è misurata dalla costante
di Abbe: ⌫ = (nd 1)/(nf
nc ) dove nd è l’indice di rifrazione per 589,3 nm
(giallo del Na), nf quello per 486,1 nm (blu dell’H) e nc quello per 656,3 nm (rosso
dell’H). Per i vetri crown è ⌫ > 55, per i flint è ⌫ < 50. Una combinazione di lenti
caratteristiche (fig. E) consente una correzione cromatica.
L’obiettivo di una macchina fotografica dà un angolo di visuale di 45 –55 per
i casi normali, con estremi di 15 per i teleobiettivi e di 100 per i grandangolo.
La lunghezza focale F si ricava dalla distanza dall’obiettivo v della immagine e u
del soggetto. L’otturatore riduce l’apertura d dell’obiettivo rispetto alla lunghezza
focale F in un rapporto f = F/d. Usualmente i rapporti vengono espressi come
f /2,8; f /4; f /5,6; f /8; f /11; f /16 ecc. dove per esempio f /11 significa che
F/d = 11. Nelle
p serie normalmente riportate sugli apparecchi ciascun valore sta
nel rapporto 2 rispetto a quello precedente e a quello seguente.
Per la sensibilità della pellicola è stata fissata una scala ISO di valori in termini
sia numerici (es. 400; 200; 100. Hanno sostituito i valori ASA) sia logaritmici (es.
27 ; 24 ; 21 . Hanno sostituito i valori DIN). Una indicazione completa potrà
quindi essere 200/24 .
Adriano Guadagni
Dati generali
P
28
Illuminotecnica
FOTOMETRIA E LAMPADE
Fotometria. Una sorgente luminosa può dar luogo a una luce più o meno
intensa. La misura di tale intensità, I vettoriale, è la candela (cd), unità di base
del sistema SI, (tab. A).
La intensità di luce dà luogo a un flusso luminoso, scalare. La sua unità
di misura è il lumen (lm) che è il flusso provocato da una candela entro l’angolo
solido unitario (steradiante). Poiché una superficie sferica comprende 4⇡=12,56
steradianti, il flusso totale di 1 cd è pari a 12,56 lm.
Una superficie che intercetta un flusso luminoso ne riceve un illuminamento,
E scalare, che si misura in lux (lx). Si realizza un lux sulla superficie di 1 m2
investita normalmente dal flusso di 1 lm ossia alla distanza di 1 m da una sorgente
puntiforme di 1 cd. Pertanto l’illuminamento decresce col quadrato della distanza
dalla sorgente e col coseno dell’angolo fra il flusso luminoso e la normale alla
superficie considerata.
La luminanza L vettoriale è lo splendore della superficie di una sorgente di luce
emessa o riflessa, in una data direzione. Una sorgente che ha 1 m2 di superficie, e
dalla quale si emette uniformemente 1 cd d’intensità ha una luminanza di 1 cd/m2 .
Per esempio una lampada a incandescenza da 100 W ha 6⇥106 cd/m2 , mentre il
cielo chiaro ne ha 4000.
La luce proviene dall’impiego di un diverso tipo di energia, normalmente
quella elettrica. Il rapporto fra il flusso che si ottiene e la potenza che s’impiega
misura in lm/W la efficienza del mezzo illuminante (tab. B: unità obsolete ancora
rintracciabili).
Lampade e apparecchi. Le lampade, essenzialmente del tipo a incandescenza oppure del tipo a scarica, sono illustrate nella tabella C. Il tipo a incandescenza può avere l’attacco a vite “Edison” normale (E 27) o golia (E 40) sopra
i 300 W, oppure mignon (E 14) o micromignon (E 10). Fra le lampade a scarica,
con emissione lineare, a parte quelle a vapore di mercurio o al sodio (luce gialla,
massima efficienza e acutezza visiva), e altre per usi speciali, le più di↵use sono
quelle fluorescenti con una efficienza di 50–75 lm/W e con una vita media di 8000
ore (decresce con la frequenza delle accensioni). Sono di forma rettilinea o circolare , abbisognano di starter e reattore (5–10 W assorbiti) e hanno diverse tonalità
di colore. Le fluorescenti compatte (emissione puntiforme) sono simili a quelle a
incandescenza e hanno un normale attacco E 27. In generale per contrastare la
caratteristica elettrica negativa le lampade devono essere alimentate tramite un
reattore che a sua volta va rifasato con un condensatore per riportare il fattore di
potenza da 0,5 a 0,95. Gli alimentatori attuali a bassa perdita richiedono 4–5 W
e hanno l’attenuazione dei radiodisturbi. L’emissione luminosa decade del 10%
nelle prime 100 ore di funzionamento e di un altro 10% fino al termine della vita utile. Contrariamente alle lampade a incandescenza, quelle fluorescenti danno
luogo all’e↵etto stroboscopico, che si può eliminare con alimentatori ad altissima
frequenza (20 kHz). A una variazione di ±10% della tensione il flusso luminoso
varia del ±10% mentre nelle lampade a incandescenza può variare del ±40%. Gli
apparecchi in cui vengono alloggiate la lampade sono delle forme più svariate, ma
essenzialmente per sorgenti sia lineari sia puntiformi, sono del tipo a luce diretta,
oppure indiretta o, infine, una combinazione dei due tipi, con diversa di↵usione
della luce (tab. D).
Adriano Guadagni
Dati generali
P
29
Illuminotecnica
POSTI DI LAVORO E ILLUMINAZIONE NATURALE D’INTERNI
Posti di lavoro. È di primaria importanza che questi posti, nei quali si
trascorrono lunghe ore di lavoro, siano ergonomicamente confortevoli anche per
quanto riguarda l’illuminazione (ISO 8995/89). Nella figura A sono indicati i
normali angoli di visuale. Nelle industrie le esigenze variano largamente a seconda
del tipo di attività e della fase di lavorazione. In generale si avranno compiti visivi
grossolani, semplici e acuti, per cui si potrà fare riferimento, caso per caso, alla
tabella A della scheda successiva, con un fattore di uniformità del 60–80%. Le
ombre a↵aticano gli occhi, ma aiutano a percepire i rilievi. Pertanto la di↵erenza
di illuminamento fra aree in luce e aree in ombra dovrà essere, a seconda delle
lavorazioni, compresa fra il 20 e l’80% dell’illuminamento delle aree in luce. Si
deve anche limitare l’abbagliamento tenendo basse le luminanze delle sorgenti, ma
anche il loro rapporto con le superfici adiacenti. Infine è da evitare lo sfarfallamento
e l’e↵etto stroboscopico. Ai posti di lavoro negli uffici è da assicurare al minimo un
illuminamento di 200 lx (nelle zone di sosta 100 lx). Comunque, anche se si prevede
una buona manutenzione e un frequente rinnovo, si deve progettare con un 25%
di eccesso rispetto ai valori nominali. Un sostanziale ausilio per l’uniformità di
illuminamento è fornito dal grado di riflessione che in media deve essere almeno
0,7 per il soffitto, 0,5 per le pareti e 0,2 per il pavimento. Gli allineamenti dei
posti di lavoro (fig. B) sarano paralleli alla parete finestrata più lunga e le file di
apparecchi illuminanti saranno sulla mezzeria fra gli allineamenti medesimi. Una
particolare importanza (D.Min. Lav. 2-10-2002 in GU 18-10-2000 Nr 244) hanno
assunto i posti di lavoro per videoterminali di cui la figura C fornisce uno schema.
L’altezza h (mm) delle lettere sullo schermo non sarà inferiore a 1/190 la distanza
in mm fra l’occhio e lo schermo, essendo comunque h 2,6 mm.
Illuminazione naturale d’interni. Per l’illuminazione naturale di interni
si esclude l’e↵etto diretto del sole che provoca abbagliamento e si considera l’illuminazione diretta del cielo e quella riflessa dalle pareti interne ed eventualmente
dalla strada e dalle pareti esterne prospicienti. Per il calcolo si parte dall’illuminamento “di progetto” di una superficie all’aperto esposta all’azione del cielo. Si
assume il valore E0 che è superato nel 90% delle ore diurne (alle nostre latitudini:
5500–6000 lux; 8000 ai tropici; 18 000 all’equatore). L’illuminamento interno che
si vuole ottenere E1 = k E0 . Se si utilizzano finestre di area A (m2 ) non inferiore
a 1/8 del pavimento, è k = e A/am S, dove S (m2 ) è la superficie di pareti più soffitto più pavimento e am è il coefficiente di assorbimento (tabella seguente) medio
ponderato dei medesimi elementi.
Coefficienti di assorbimento per superfici di diverso colore
Colore
Esempio
Bianco
Latte di calce
Molto chiaro Avorio chiaro
Grigio perla
Chiaro
Coefficiente
0,1–0,2
0,3
0,4–0,5
Colore
Esempio
Tinta media Azzurro chiaro
Scuro
Grigio scuro
Coefficiente
0,5–0,7
0,7–0,9
Per le superfici opache (trasmissione nulla): coefficiente di riflessione = 1
coefficiente di assorbimento. Infine e dipende dai coefficienti relativi al cielo, alla
strada e alle pareti prospicienti. Per una finestra aperta verso il cielo è e = 0,5
(per un lucernario e = 1). Per esempio per una stanza di 4 m⇥4 m⇥3 m (altezza),
con due finestre di 3 m2 complessivi verso il cielo aperto; con am = 0,6 si ha un
valore di k = 0,03 e l’illuminamento medio sarà 0,03⇥6000 = 180 lux.
Adriano Guadagni
Dati generali
P
30
Illuminotecnica
ILLUMINAZIONE ARTIFICIALE D’INTERNI
Flusso. Il calcolo per l’illuminazione artificiale di un interno può essere assai
complesso in casi speciali (industrie, ospedali, musei ecc.). Qui s’intende fornire
soltanto i principali elementi di guida. È da determinare il flusso e totale che,
allo scopo di raggiungere l’illuminamento richiesto a metà della loro vita media,
le lampade devono emettere alla loro istallazione. Nella tabella A sono riportati
i diversi livelli raccomandati E in lux per i di↵erenti tipi di ambiente, da cui si
ottiene il flusso totale utile u = E S, dove S in m2 è la superficie da illuminare.
Per risalire al flusso e occorre mettere in conto: • il fattore di manutenzione
Fm (generalmente 0,75–0,50) che dipende dall’accuratezza nella pulizia degli apparecchi, delle pareti e del soffitto nonché dalla frequenza nella sostituzione delle
lampade la cui luminosità decresce sensibilmente col tempo; • il fattore di utilizzazione Fu che, per ciascun tipo di apparecchio, dipende dal coefficiente di riflessione
del soffitto e delle pareti, e dalla configurazione della stanza (lunghezza, larghezza,
altezza delle lampade sul piano di lavoro). In linea di massima questo fattore vale
0,9–0,4 per apparecchi a illuminazione diretta, 0,5–0,2 per illuminazione di↵usa e
0,2–0,05 per illuminazione indiretta. In definitiva e = u /(Fm Fu ) sarà il flusso
complessivo da emettere con gli N apparecchi che si prevede d’istallare, tenendo
presente che la loro distanza reciproca non potrà superare 1,5 volte l’altezza dei
medesimi sul piano di lavoro per illuminazione diretta (2–3 volte per la indiretta).
Altri elementi da tener presenti: • l’abbagliamento: può essere provocato da
una luminanza eccedente le 25 000 cd/m2 , ma più spesso da un eccessivo rapporto
di luminanza fra piano di lavoro, sfondo e ambiente (normalmente 5, 2, 1 senza
eccedere rapporti doppi); • le ombre: aiutano la percezione tridimensionale, ma
sono faticose dove si lavora soprattutto in piano; • la resa cromatica e l’apparenza
di colore (v. tab. seguente): le lampade a incandescenza e quelle a tono caldo
danno un maggior conforto, mentre quelle di tipo diurno si adattano meglio agli
ambienti di lavoro con illuminamenti superiori a 250 lux.
Gruppo
Apparenza
Temperatura (K)
1
2
3
Calda
Intermedia
Fredda
< 3300
3300–5300
>5300
Uso
Aree residenziali
Interni di lavoro
Compiti speciali, climi caldi
Come dato di larga massima, con lampade fluorescenti, la potenza P in W/m2
per ottenere un illuminamento E in lux si può ritenere pari a: P = k E, dove k =
5–7% con illuminazione diretta, 10–15% con illuminazione di↵usa. Tali valori sono
3–4 volte superiori se s’impiegano lampade a incandescenza.
Illuminamento localizzato. Quando invece che il flusso totale, si voglia
calcolare l’illuminamento localizzato E in lux in un punto di un piano orizzontale
per e↵etto di una sorgente puntiforme, occorre conoscere la curva fotometrica della
sorgente (fig. B) da cui si ricava l’intensità luminosa I nelle diverse direzioni. Si
ha: E = I cos /D2 = I(cos )3 /H 2 , con: D distanza dalla sorgente al punto, H
altezza della sorgente rispetto al punto, angolo tra D e H. Tale illuminamento localizzato si va ad aggiungere a quello generale. Se la sorgente non è puntiforme ma
rettilinea indefinita, l’illuminamento è inversamente proporzionale alla distanza, e
non al quadrato.
Adriano Guadagni
Dati generali
P
31
Illuminotecnica
ILLUMINAZIONE D’ESTERNI
Illuminazione stradale. I principali elementi da considerare sono i seguenti. • L’illuminamento medio richiesto per la carreggiata (tab. A), che dipende
dalla velocità e intensità del traffico e dalla tonalità del fondo (chiaro: calcestruzzo,
conglomerato bituminoso con aggregati chiari; scuro: asfalto, emulsione bituminosa, conglomerato bituminoso con elementi scuri). • L’uniformità d’illuminamento
(tab. A) sia in senso trasversale (possibilmente sostegni in quinconce), sia in senso
longitudinale (rapporto interdistanza/altezza pari a 2–3 per apparecchi schermati, 3–4 per apparecchi non schermati). • L’altezza h della sorgente luminosa sul
suolo, mai inferiore a 7,5 m, e pari a 1–1,4 volte la larghezza della carreggiata per
disposizione unilaterale, la metà per disposizione bilaterale opposta o a quinconce.
L’altezza aumenta l’uniformità trasversale di luminanza ma diminuisce la luminanza media. • L’abbagliamento diretto o per riflessione diminuisce con la luminanza
della carreggiata (fondo chiaro), con l’aumentare, a pari intensità, delle dimensioni
apparenti delle sorgenti e della loro altezza (s’incrementa l’angolo di osservazione
dell’utente). • Il colore, strettamente legato al tipo di lampada. Ove interessi
l’efficienza e la durata, ma non la resa cromatica (strade extraurbane) sono da
preferire le lampade al sodio con la tipica luce gialla. Nelle vie urbane, lampade a
vapori di mercurio con alogenuri.
Tab. A Illuminamenti stradali raccomandati (lx)
Illuminamento E medio
Tipo di strada
Esterna intenso traffico
Esterna medio traffico
Urbana importante
Urbana scarso traffico
Strada e viale residenziale
Uniformità
Fondo chiaro
Fondo scuro
Emin /E
5–8
3–5
12–15
3–5
1–3
11–14
5–8
17–20
4–6
2–4
1/2,5
1/3
1/2
1/4
–
Calcoli. Il flusso e (lm) da emettere da ogni centro luminoso per ottenere a metà vita delle lampade l’illuminamento medio E (lux) richiesto, si ottiene
in modo analogo a quanto indicato per gli interni. Detti l (m) la larghezza della strada e i (m) l’intervallo fra due centri contigui, il flusso iniziale richiesto è
e = E S/(Fm Fu ), dove: Fm (0,60–0,75) è il fattore di manutenzione che dipende
dalla frequenza dei ricambi, dalla pulizia dell’atmosfera e dal rendimento dell’apparecchio; Fu è il fattore di utilizzazione che varia col rapporto altezza/larghezza
e con il tipo di centro luminoso (Fu vale 0,25–0,40 per strade con altezza = larghezza); S = l i (disposizione unilaterale) e S = 0,5 l i (disposizione bilaterale).
Esempio. Si voglia realizzare un illuminamento di 8 lux su una strada larga 10 m con pali alti 9 m a sbraccio disposti unilateralmente a un intervallo di
25 m. È allora S = 10⇥25 = 250 m2 . Supposto Fm = 0,70 e Fu = 0,30 è:
e = 8⇥250/(0,70⇥0,30) = 9524 lm per ogni centro luminoso. Come dato di larga
massima si può ritenere che per illuminare 1 km di strada larga 10 m in condizioni
medie, a un livello di 10 lux occorrono 5–15 kW con lampade al sodio e circa il
doppio con lampade a vapore di mercurio. Casi particolari delle strade sono rappresentati dalle curve (i pali tutti sul lato esterno), dagli incroci come illustrato
nelle figure B e C, e dai tunnel.
Attività all’aperto. La tabella D fornisce gli illuminamenti per diverse
attività all’aperto (in generale 100–150 lux per ricreazione e 400–500 lux per competizione nelle attività sportive). (Precisazioni in delibera CONI 15-7-99 Nr 851).
Adriano Guadagni
32
Strutture in calcestruzzo armato
Edilizia
LA STRUTTURA NEL SUO COMPLESSO
D
Fra tutti gli elementi costituenti un edificio completo, è necessario distinguere
quelli espressamente dedicati a raccogliere, sostenere e riportare sul terreno le forze
che agiscono sull’edificio stesso (genericamente denominati “struttura”), da quelli
dedicati semplicemente a completarlo dal punto di vista funzionale ed estetico
(genericamente denominati “finiture”).
Le forze che agiscono sull’edificio vanno in genere distinte in due tipologie
fondamentali.
• Verticali: a) pesi degli elementi sempre presenti (“carichi permanenti”):
sono costituiti dal peso della struttura vera e propria e dai pesi delle finiture; ciò
richiede un’accurata analisi del progetto architettonico al fine di affidare i corretti
pesi specifici alle dimensioni previste per i diversi materiali; nella tabella di figura
A sono riportati i pesi specifici dei più usati materiali per strutture e per finiture.
b) Pesi dei sovraccarichi che possono o meno essere pensati agenti (“carichi
accidentali” o “carichi variabili”): possono essere imposti dal committente per
specifiche esigenze; in loro assenza devono comunque essere imposti, in funzione
delle caratteristiche di utilizzazione, i minimi previsti dalle norme regolamentari;
nella tabella di figura B sono riportati i pesi unitari che le attuali norme prescrivono
in funzione delle caratteristiche di utilizzazione delle diverse zone di edificio.
• Orizzontali: a) Forze dovute al vento (in particolare per edifici alti), con
modalità che le norme regolamentari impongono.
b) Forze dovute al sisma nelle zone geografiche per le quali le norme attualmente vigenti ne prescrivono l’applicazione, con modalità che le norme stesse
impongono.
La “struttura” è normalmente costituita da: solai o solette: elementi orizzontali bidimensionali (spessore e dimensioni: (v. Solai, pag. 37)) destinati a riportare
i carichi verticali, direttamente agenti su di essi, sulle travi; travi: elementi orizzontali monodimensionali (spessore e dimensioni: (v. Travi, pag. 36)) destinati a
riportare i carichi verticali loro trasmessi dai solai sui pilastri e i muri; pilastri:
elementi verticali monodimensionali (dimensioni: (v. Pilastri, pag. 35)) destinati a
riportare i carichi verticali loro trasmessi dalle travi sulle fondazioni; muri: elementi
verticali bidimensionali, destinati a riportare i carichi verticali e le forze orizzontali
loro trasmessi dai solai e dalle travi sulle fondazioni; fondazioni: elementi mono,
bi o tridimensionali (v. Fondazioni dirette, pag. 38) destinati a riportare i carichi
verticali e le forze orizzontali loro trasmessi dai pilastri e dai muri sul terreno.
Quando la “struttura” è in cemento armato, l’insieme degli elementi sopraddetti costituisce una unica realtà poiché i vari getti dei diversi elementi, pur eseguiti
con successione temporale, solidarizzano fra loro, venendo a costituire un complesso telaio nello spazio formato da solidi massicci (le “fondazioni”), aste verticali (i
“pilastri”), piani verticali (i “muri”) e piani orizzontali (l’insieme delle “travi” e
dei “solai” degli impalcati).
Nella progettazione e calcolazione strutturale, viene mantenuto il complesso
schema suddetto soltanto quando siano importanti le forze orizzontali (vento per
edifici alti, sisma per le zone geografiche di sismicità notevole); nei casi più normali
(edifici fino a 7–8 piani in zone non sismiche) la progettazione si e↵ettua singolarmente per tipologia di elementi strutturali, essendo assolutamente predominanti le
forze verticali.
Renato Villa
33
Strutture in calcestruzzo armato
Edilizia
ACCIAIO
D
Generalità. È il materiale base dedicato a sopportare gli sforzi di trazione
cui una struttura è sottoposta; a sopportare gli sforzi di compressione è dedicato
il calcestruzzo che ne costituisce l’amalgama e il ricoprimento (v. Calcestruzzo,
pag. 34). Le norme regolamentari prescrivono i limiti per le eventuali impurità
accettabili nel materiale, anche se normalmente i produttori forniscono assieme al
materiale il relativo certificato di controllo e↵ettuato direttamente in stabilimento.
Forme. Due sono le forme fondamentali: barre di sezione circolare con diametro variabile da un minimo di 6 mm a un massimo di 26 mm; commercialmente
vengono utilizzati solo i valori pari del diametro; la barra totalmente liscia (un
tempo usata) viene oggi fornita con piccoli rilievi superficiali che ne aumentano l’aderenza con il calcestruzzo, ben rappresentata dalla tipica denominazione
odierna di “barre ad aderenza migliorata”; reti elettrosaldate costituite da maglie
rettangolari di barre di piccolo diametro (minimo 5 mm, massimo 12 mm) disposte
a passo costante (minimo 5 cm, massimo 35 cm).
Tipologie e resistenza. Due sono le tipologie fondamentali, identificate
attraverso le due principali caratteristiche meccaniche di resistenza: tensione caratteristica di snervamento fyk , tensione caratteristica di rottura ftk . Le due tipologie sono cosı̀ identificate: FeB38k con fyk 375 N/mm2 e con ftk 430 N/mm2 ;
FeB44k con fyk
430 N/mm2 e con ftk
540 N/mm2 . Il tipo di gran lunga più
comunemente usato è FeB44k.
Piegatura delle barre. In funzione dell’inserimento nei vari tipi di strutture, le barre possono essere piegate in diversi modi (fig. A); l’esecuzione delle
piegature può essere ordinata al produttore, ma più frequentemente essa è operata
direttamente in cantiere.
La determinazione dei punti di piegatura, e quindi la forma definitiva della
barra, è associata al percorso che le tensioni di trazione seguono nell’ambito dell’elemento strutturale; si determina in tal modo una ottimizzazione nel quantitativo
totale di acciaio.
Poiché tale ottimizzazione non sempre è economicamente compensata dal
maggior onere di lavorazione che le piegature comportano, risulta spesso preferibile
l’utilizzo di spezzoni di barre diritte, possibilmente di lunghezza pari a sottomultipli della lunghezza di barra commerciale (12 m), riducendo al minimo lo “sfrido”
(spezzoni di lunghezza inutilizzabile).
Resistenza. Come suddetto è già automaticamente individuata attraverso
la denominazione tipologica. Viene in generale garantita dal produttore attraverso
il certificato di controllo in stabilimento; comunque, viene misurata e controllata
anche attraverso prove sperimentali su spezzoni prelevati da barre e↵ettivamente
utilizzate in cantiere.
Tensioni ammissibili. Per esempio: per il tipo FeB38k: tensione ammissibile s = 215 N/mm2 ; per il tipo FeB44k: tensione ammissibile s = 255 N/mm2 .
Ricavare i valori attuali in base alle norme regolamentari vigenti.
Prove e provini. Salvo particolari esigenze di controlli statistici più severi,
normalmente viene prescritto dalle norme regolamentari che siano prelevati spezzoni di circa un metro di lunghezza da barre di diverso diametro, con quantità e
frequenza a discrezione del Direttore dei lavori. Tali spezzoni vanno inviati, per le
prove opportune, a uno dei Laboratori Ufficiali espressamente esistenti.
Costi. (2003): 8–9 E/kg.
Renato Villa
34
Strutture in calcestruzzo armato
Edilizia
CALCESTRUZZO
D
Generalità. È il materiale base dedicato a sopportare gli sforzi di compressione e di taglio cui una struttura è sottoposta; a sopportare gli sforzi di trazione
è dedicato l’acciaio che ne costituisce l’armatura (v. Acciaio, pag. 33).
Componenti. È formato da: cemento 250–350 kg/m3 , con resistenza a compressione a 28 gg. di 32,5–42,5 N/mm2 ; acqua con un rapporto fra acqua e cemento
non superiore a 0,45, esente da solfati e cloruri, limpida e senza tracce di saponi,
olii ecc., pH compreso tra 6 e 8; inerti (ghiaia e ghiaietto circa 0,8 m3 , sabbia circa
0,4 m3 ) naturali o per frantumazione ma esenti da sostanze nocive alla resistenza,
(la miscela di inerti fini e grossi viene dettata dalla curva granulometrica); additivi
eventuali, per variare la resistenza, la durabilità, l’impermeabilità, la fluidità ecc.
La figura A riporta un metodo grafico per il progetto della miscela di calcestruzzo.
I risultati di un’applicazione di questo metodo sono riportati nella figura B.
Consistenza. Variazioni anche modeste dei dosaggi suddetti causano diversa consistenza e quindi diversa lavorabilità del calcestruzzo; in funzione quindi del
tipo di struttura da eseguire (massicce, solette, travi, parapetti) si varia la consistenza; la sua misura viene e↵ettuata con un particolare strumento detto “cono di
Abrams” (“slump test”).
Resistenza (Rck ). È la caratteristica fondamentale del calcestruzzo e viene
in gran parte influenzata dal tipo di cemento e dal suo dosaggio. Viene misurata e controllata attraverso prove sperimentali su cubetti di calcestruzzo prelevati
dai getti e↵ettivamente eseguiti in cantiere. Il suo valore minimo deve essere di
15 N/mm2 e quello massimo di 50 N/mm2 , ma per resistenze superiori a 40 N/mm2
sono richiesti controlli statistici più severi.
Tensioni ammissibili. Vengono dedotte dalla resistenza caratteristica con
opportune formule regolamentari: a compressione cs = 6 + (Rck 15)/4 N/mm2
per travi e solette; a compressione cs = 0,7 ⇥ 6 + (Rck 15)/4 N/mm2 per pilastri;
a taglio senza armatura ⌧c0 = 0,4 + (Rck 15)/75 N/mm2 ; a taglio con armatura
⌧c1 = 1,4 + (Rck 15)/35 N/mm2 . Valori tipici sono riportati in tabella per una
rapida consultazione.
Tensioni ammissibili del calcestruzzo
⌧c0
⌧c1
N/mm2
Rck
N/mm2
N/mm2
N/mm2
N/mm2
cs
(travi)
cs
(pilastri)
15
6,00
4,20
0,400
1,400
20
7,25
5,07
0,467
1,543
25
8,50
5,95
0,533
1,686
30
9,75
6,82
0,600
1,829
35
11,00
7,70
0,667
1,971
40
12,25
8,57
0,733
2,114
45
13,50
9,45
0,800
2,257
50
14,75
10,32
0,867
2,400
Prove di resistenza. Viene prescritto dalle norme che siano e↵ettuati getti
di provini cubici di lato 15 cm nella misura di almeno 6 cubetti ogni 300 m3 di
calcestruzzo gettato. Tali provini vanno inviati, per le prove opportune, a uno dei
Laboratori Ufficiali.
Costi. (2003): 100–125 E/m3
Renato Villa
35
Strutture in calcestruzzo armato
Edilizia
PILASTRI
D
Materiali. Calcestruzzo di buona qualità con una resistenza a rottura di
circa 30 N/mm2 (v. Calcestruzzo, pag. 34). Armature di acciaio ad aderenza migliorata con una resistenza a rottura di circa 440 N/mm2 (v. Acciaio, pag. 33)
Carichi. I pilastri sono soggetti alle forze verticali dovute al peso sovrastante (carichi permanenti e accidentali). Se l’edificio è in zona sismica i pilastri, le
travi e il blocco scale-ascensori devono resistere alle forze orizzontali causate dal
terremoto (v. La struttura nel suo complesso, pag. 32). I carichi verticali sono pari
a circa 10 kN/m2 per ogni piano. Se un pilastro sostiene una soletta di 5 m⇥5 m
= 25 m2 , ogni piano contribuisce con 250 kN al carico sul pilastro.
Sezione. Se N è il carico verticale e A la sezione trasversale, = N/A è
la tensione di esercizio nel calcestruzzo per i carichi verticali. Si sceglie l’area A
in modo che la tensione di esercizio si mantenga inferiore ai valori prescritti. Si
ha che A = Ac + m As con Ac area del calcestruzzo, As area delle armature e
m (coefficiente di omogeneizzazione) uguale a 14. Inoltre As ' 0,01 Ac , con un
minimo di 4 d 12. (In presenza di carichi orizzontali è necessario tener conto dei
momenti flettenti che sollecitano i pilastri.)
Dimensioni in funzione del carico
N
kN
Ac
cm2
a⇥a
cm⇥cm
a ⇥ 25
cm⇥cm
As
cm2
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
321
642
963
1285
1606
1927
2249
2570
18⇥18
25⇥25
31⇥31
36⇥36
40⇥40
44⇥44
47⇥47
51⇥51
15⇥25
25⇥25
39⇥25
51⇥25
64⇥25
77⇥25
90⇥25
103⇥25
4,4
6,4
9,6
12,9
16,1
19,3
22,5
25,7
Forma. Normalmente i pilastri sono rettangolari o quadrati (fig. A, B). In
casi particolari sono a L, a C, a T. Lo spessore dei pilastri che stanno lungo il
contorno dell’edificio dipende dallo spessore della muratura. Di solito, però, non
si scende sotto i 20 cm. Le armature longitudinali vengono disposte negli angoli e,
se occorre, lungo i lati della sezione ogni 30 cm circa. Il diametro delle armature
longitudinali va da 12 mm a 20 mm e solo eccezionalmente fino a 26 mm. Le sta↵e
seguono il contorno della sezione e sono disposte a un intervallo di circa 15 cm. Il
diametro delle sta↵e va da 6 mm a 10 mm. Il copriferro sulle sta↵e deve essere non
meno di 2 cm (v. Acciaio, pag. 33).
Dettagli costruttivi. Riprese di armatura da piano a piano (fig. C). Pilastri di sezione particolare (fig. D). Smussi negli spigoli: è opportuno prevederli di
2,5⇥2,5 cm. Negli edifici in zona sismica le armature dei pilastri e quelle delle travi
devono essere opportunamente collegate.
Casseri e getti. Modalità di disposizione dei casseri (fig. E). Modalità di
getto: normale ma con particolare cura nella vibrazione. Tempo di maturazione:
circa una settimana per tutti i pilastri di un piano.
Quantità e costi. Incidenza delle armature: da 120 a 140 kg di acciaio
per m3 di calcestruzzo. Pilastro di 30 cm⇥40 cm, per piano di altezza 320 cm:
calcestruzzo 0,38 m3 , acciaio 50 kg, casseri 4,5 m2 . Costo (2003): 150 E.
Renato Villa
36
Strutture in calcestruzzo armato
Edilizia
TRAVI
D
Materiali. Calcestruzzo di buona qualità con una resistenza a rottura di
circa 30 N/mm2 (v. Calcestruzzo, pag. 34). Armature di acciaio ad aderenza migliorata con una resistenza a rottura di circa 440 N/mm2 (v. Acciaio, pag. 33).
Carichi. Le travi sono soggette alle forze verticali (peso: carichi permanenti
e accidentali) trasmesse loro dai solai (v. Solai, pag. 37) tessuti tra di esse. Le
travi sul contorno sono normalmente soggette anche al peso delle murature di
perimetro. Esse riportano tali carichi sui pilastri. Se l’edificio è in zona sismica
le travi, assieme ai pilastri e al blocco scale-ascensori, devono resistere alle forze
orizzontali causate dal terremoto (v. La struttura nel suo complesso, pag. 32). I
carichi verticali trasmessi dai solai sono pari a circa 8 kN/m2 , quelli trasmessi
dalle murature circa 7 kN/m.
Sezione e forma. Dipende dalla lunghezza L (luce) e dal carico p: se la
luce è minore o uguale a circa 0,8 volte la lunghezza (luce) del solaio, l’altezza di
sezione rimane quella del solaio (travi in spessore); altrimenti occorre un ribasso
(travi a T). La larghezza B viene definita in modo tale da limitare le tensioni di
compressione nel calcestruzzo. Per limitare la deformazione (freccia) è opportuno
che l’altezza non sia comunque minore di 1/20 della luce.
Armature. Le armature longitudinali dipendono dai valori dei momenti
flettenti e sono disposte al lembo superiore (As per i momenti negativi) e al lembo
inferiore (Ai per i momenti positivi). Per le travi a più campate, i momenti sono
dell’ordine di: pl2 /11 (negativi, p = carico totale, l = luce trave), pl2 /13 (positivi).
Per le travi di una sola campata, il momento positivo vale pl2 /8. Il diametro delle
armature longitudinali va da 10 mm a 20 mm e solo eccezionalmente fino a 26 mm.
Le sta↵e seguono il contorno della sezione e sono disposte a un intervallo di circa
15 cm. Il diametro delle sta↵e va da 6 mm a 10 mm. Il copriferro sulle sta↵e deve
essere non meno di 2 cm (v. Acciaio, pag. 33).
Dimensioni minime e armature delle travi in spessore a più campate
Maglia solaio = (5 m⇥5 m)
Altezza solaio = 20 cm
Maglia solaio = (6 m⇥6 m)
Altezza solaio = 25 cm
L
cm
B
cm
As
cm2
Ai
cm2
L
cm
B
cm
As
cm2
Ai
cm2
300
350
400
60
80
100
10,0
13,5
17,5
8,5
11,5
15,0
300
350
400
450
500
60
75
90
105
120
9,0
12,5
16,0
20,0
25,0
7,5
10,5
14,0
17,0
21,5
Dettagli costruttivi. Vista speculare tipica di un impalcato (fig. A). Sagomature dei ferri di una trave in spessore (fig. B). Sagomature dei ferri di una trave
in ribasso (fig. C). Negli edifici in zona sismica le armature delle travi devono essere
opportunamente collegate con quelle dei pilastri.
Casseri e getti. Casseri in legno o metallici. Esistono in commercio anche
travi (autoportanti) con soletta inferiore prefabbricata che non necessitano di casseri. Modalità di getto: normale. Tempo di maturazione: circa una settimana per
tutto un piano.
Quantità e costi. Incidenza delle armature: da 110 a 150 kg di acciaio per
m3 di calcestruzzo. Trave di 90 cm⇥25 cm, portante 6 m di solaio, luce = 400 cm:
calcestruzzo 0,9 m3 , acciaio 115 kg, casseri 3,6 m2 . Costo (2003): 65 E/m.
Renato Villa
37
Strutture in calcestruzzo armato
Edilizia
SOLAI
D
Tipologie. I solai sono normalmente costituiti da travetti in calcestruzzo
armato di larghezza 8–10 cm e a passo 40–50 cm, gettati in opera o prefabbricati, con interposti blocchi di laterizio. Nei travetti vengono disposte le armature
longitudinali portanti, che possono essere già previste e inserite se i travetti sono
prefabbricati. Occorre comunque un successivo getto in opera dello spessore di
4–6 cm per ottenere la solidarizzazione degli elementi. È opportuno prevedere in
tale getto integrativo una leggera rete metallica con funzioni distributive. Se non
è richiesta l’intonacatura del plafone (box, uffici) possono essere adottate lastre di
calcestruzzo prefabbricato (larghezza 120 cm, spessore 4–6 cm) comunemente dette
“predalles”, con già inserita l’armatura portante disposta, in forma di traliccio, a
passo di 50–60 cm. Esse sono poi completate in opera con pani di materiale isolante
e con successivo getto in opera.
Materiali. Calcestruzzo di buona qualità con una resistenza a rottura di
circa 30 N/mm2 (v. Calcestruzzo, pag. 34). Armature di acciaio ad aderenza migliorata con una resistenza a rottura di circa 440 N/mm2 (v. Acciaio, pag. 33).
Carichi. I solai sono soggetti alle forze verticali generate dal peso dei carichi
di esercizio (permanenti: 1,5–2,5 kN/m2 e accidentali: 2,0 kN/m2 ) e dal loro peso
proprio (2,5–3,0 kN/m2 ). L’insieme dei solai e delle travi di un piano costituisce
un elemento orizzontale rigido che riporta, se l’edificio è in zona sismica, le forze
orizzontali causate dal terremoto sui pilastri e sul blocco scale-ascensori.
Altezza. Normalmente tutti i solai di un piano hanno altezza costante; essa
dipende dalla lunghezza L (luce) della campata più lunga. Per limitare la deformazione (freccia) l’altezza non deve essere minore di 1/25 della luce.
Armature longitudinali. Dipendono dai valori dei momenti flettenti e
sono disposte al lembo superiore (As per i momenti negativi) e al lembo inferiore
(Ai per i momenti positivi). Per i solai a più campate, i momenti sono dell’ordine
di: pl2 /11 (negativi, p=carico totale, l=luce solaio), pl2 /13 (positivi). Per una sola
campata, il momento positivo vale pl2 /8. Il diametro delle armature longitudinali
va da 8 mm a 16 mm, eccezionalmente fino a 20 mm.
Altezze minime e armature dei solai a più campate
Altezza solaio = 15 cm
Altezza solaio = 20 cm
Altezza solaio = 25 cm
L
cm
As
cm2 /m
Ai
cm2 /m
L
cm
As
cm2 /m
Ai
cm2 /m
L
cm
As
cm2 /m
Ai
cm2 /m
300
350
2,3
3,2
2,0
2,7
300
350
400
450
500
1,8
2,4
2,9
3,7
4,6
1,6
2,1
2,5
3,1
3,9
350
400
450
500
550
600
1,7
2,3
2,9
3,5
4,3
5,1
1,4
1,9
2,5
3,0
3,6
4,3
Dettagli costruttivi. Vista speculare tipica di un impalcato (fig. A). Sezione tipica di un solaio in laterizio (fig. B). Sezione tipica di un solaio in “predalles”
(fig. C). Sagomature dei ferri longitudinali (fig. D).
Casseri e getti. Casseri in legno o metallici. I solai in “predalles” sono
autoportanti e non necessitano di casseri. Modalità di getto: normale. Tempo di
maturazione: circa una settimana per tutto un piano.
Quantità e costi. Incidenza delle armature: da 8 a 10 kg di acciaio per m2
di solaio. Solaio di luce 500 cm, altezza 20 cm: costo (2003) 40 E/m2
Renato Villa
38
Strutture in calcestruzzo armato
Edilizia
FONDAZIONI DIRETTE
D
Introduzione. Le fondazioni sono destinate a riportare sul terreno le forze
verticali dovute al peso sovrastante (carichi permanenti e accidentali) trasmesse
loro dai pilastri. È indispensabile conoscere le caratteristiche del terreno attraverso
indagini geotecniche e geognostiche, atte a stabilire se il tipo di fondazione deve
essere diretto o indiretto (pali); nel primo caso esse forniscono le caratteristiche
di resistenza del terreno stesso ( t ), nel secondo forniscono la tipologia di pali più
adeguata (v. Fondazioni indirette, pag. 39). Valori medi di resistenza del terreno
per fondazioni dirette: t = 0,1–0,3 N/mm2 .
Tipologie. Fondazioni isolate (plinti): per terreni omogenei e modeste differenze di carico da pilastro a pilastro; linearmente continue (travi rovesce): per
terreni disomogenei o per grandi di↵erenze di carico da pilastro a pilastro; superficialmente continue (platee): per terreni particolarmente mediocri o disomogenei
unitamente a sensibili di↵erenze di carico da pilastro a pilastro. Nelle zone sismiche
è sempre sconsigliabile l’adozione di plinti isolati.
Materiali. Calcestruzzo di modesta qualità con una resistenza a rottura
di circa 25 N/mm2 (v. Calcestruzzo, pag. 34). Armature di acciaio ad aderenza
migliorata con una resistenza a rottura di circa 440 N/mm2 (v. Acciaio, pag. 33).
Carichi. Il carico sul terreno è pari al carico sul pilastro (v. Pilastri, pag. 35)
incrementato di circa il 10% dovuto al peso della fondazione.
Altezza. Plinti su terra: l’altezza è circa 0,6 volte il valore dello sbalzo
massimo; travi rovesce: circa 1/5 il valore della massima luce; platee: circa 1/10
della massima luce.
Armature. Plinti: l’armatura principale viene disposta al lembo inferiore
ed è destinata a sopportare il momento di sbalzo, al lembo superiore è presente
solo una leggera armatura con diametro di 10–12 mm (fig. A). Travi rovesce: le
armature longitudinali superiori dipendono dal momento positivo As ' pl2 /13,
quelle inferiori dal momento negativo Ai ' pl2 /11, con p carico totale e l luce
trave. Il nucleo centrale viene generalmente racchiuso da sta↵e disposte a un
intervallo di 15–20 cm e diametro 8–12 mm (fig. B). Platee: l’armatura richiede un
particolare accurato studio. Per tutte le fondazioni, i copriferri è bene siano non
meno di 2,5–3 cm.
Dimensioni e armature di plinti quadrati
in funzione del carico sul pilastro e della t
t =0,1 N/mm
2
t =0,3 N/mm
2
N
kN
l⇥l
cm⇥cm
H
cm
Ai
cm2
l⇥l
cm⇥cm
H
cm
Ai
cm2
250
500
750
1000
1250
1500
165⇥165
235⇥235
285⇥285
330⇥330
370⇥370
400⇥400
45
65
80
90
100
110
5,5
10,5
15,2
20,7
26,0
30,5
95⇥95
135⇥135
165⇥165
190⇥190
215⇥215
235⇥235
35
40
45
50
60
65
4,2
10,3
16,5
22,5
26,2
31,4
Quantità e costi. Incidenza delle armature in kg di acciaio per m3 di calcestruzzo: plinti su terra: 40–50; plinti su pali: 100–110; travi rovesce: 80–100;
platee: 50–70. Plinto su terra di 200 cm ⇥ 200 cm, H=60 cm: calcestruzzo 2,4 m3 ,
acciaio 100 kg, casseri 4,8 m2 . Costo (2003): 400 E.
Renato Villa
39
Strutture in calcestruzzo armato
Edilizia
FONDAZIONI INDIRETTE
D
Tipologie e terreno. Le fondazioni sono destinate a riportare sul terreno le forze verticali dovute al peso sovrastante (carichi permanenti e accidentali)
trasmesse loro dai pilastri. È indispensabile conoscere le caratteristiche del terreno attraverso indagini geotecniche e geognostiche, atte a stabilire se il tipo di
fondazione deve essere diretto (v. Fondazioni dirette, pag. 38) o indiretto (pali).
Nel caso di fondazioni indirette, esse forniscono la tipologia di pali più adeguata
(metodologia costruttiva, portata, diametro, lunghezza). Tipologie di pali: a) trivellati (diametri: da 10 a 25 cm, portata da 70 a 400 kN); b) trivellati di grande
diametro (diametri: da 80 a 150 cm, portata da 2500 a 7500 kN); c) prefabbricati
(diametri: da 25 a 45 cm, portata da 250 a 800 kN); d) battuti (diametri: da 30
a 60 cm, portata da 350 a 1500 kN). Tipologie di fondazioni: a) isolate (plinti):
per sostegno di pilastri isolati (fig. A); b) linearmente continue (travi rovesce): per
sostegno di pilastri ravvicinati o di muri continui. Nelle zone sismiche è sempre
consigliabile l’adozione di travi rovesce o quantomeno di travi di collegamento in
c.a. fra i plinti isolati.
Materiali. Calcestruzzo di modesta qualità con una resistenza a rottura
di circa 25 N/mm2 (v. Calcestruzzo, pag. 34). Armature di acciaio ad aderenza
migliorata con una resistenza a rottura di circa 440 N/mm2 (v. Acciaio, pag. 33).
Carichi. Il carico sui pali è pari al carico sul pilastro (v. Pilastri, pag. 35)
incrementato di circa il 10% dovuto al peso della fondazione.
Altezza. a) plinti: circa 0,4–0,8 volte il valore del lato, in funzione della
portata dei pali; b) travi rovesce: circa 1/4–1/5 il valore della massima luce.
Armature. Le armature dipendono dalla posizione reciproca fra pilastri e
pali: sono comunque disposte in modo da assorbire le tensioni di trazione che
si vengono a creare per riportare il carico dei pilastri ai pali. Il diametro delle
armature principali è di 14–26 mm. I copriferri è bene siano non meno di 2,5–3 cm.
Dimensioni e armature di plinti quadrati in funzione
del carico sul pilastro e della portata dei pali
Portata=200 kN
Portata=400 kN
N
kN
Pali
n.o
l⇥l
cm⇥cm
H
cm
Ai
cm2
Pali
n.o
l⇥l
cm⇥cm
H
cm
Ai
cm2
250
500
750
1000
1250
1500
2
3
4
6
8
8
60⇥120
100⇥120
120⇥120
120⇥180
180⇥180
180⇥180
50
50
65
65
80
80
4,2
5,4
6,6
7,8
9,2
10,7
2
2
2
3
4
4
90⇥180
90⇥180
90⇥180
150⇥180
180⇥180
180⇥180
80
80
90
90
100
100
3,5
5,3
7,1
8,9
10,5
13,0
L’armatura indicata collega inferiormente ogni palo al pilastro
Casseri e getti. Casseri in legno o metallici. Modalità di getto: normale.
Tempo di maturazione: circa una settimana.
Quantità e costi. Incidenza delle armature: 100/110 kg di acciaio per m3
di calcestruzzo. Plinto a 4 pali da 200 kN ciascuno: 120 cm ⇥ 120 cm, H = 65 cm:
calcestruzzo 0,94 m3 , acciaio 110 kg, casseri 3,12 m2 . Costo (2003): 300 E.
Renato Villa
40
Strutture prefabbricate
Edilizia
EDIFICI INDUSTRIALI
D
Edifici industriali monopiano. Le strutture prefabbricate per gli edifici
industriali sono prevalentemente realizzate con elementi verticali in calcestruzzo
armato ordinario (c. a.) e strutture orizzontali in calcestruzzo armato precompresso
(c. a. p.). I componenti base che costituiscono un edificio monopiano prefabbricato
sono (fig. A): elementi di fondazione: plinti a pozzetto, travi di collegamento e travi
reggi-tamponamento; elementi verticali: pilastri incastrati alla base nel pozzetto di
fondazione; travi per vie di corsa di carri ponte vincolate ai pilastri tramite mensole
o riseghe; travi di copertura distinte in travi a doppia pendenza per copertura a falde
inclinate e in travi piane, abitualmente con vincolo di semplice appoggio sulla testa
dei pilastri ottenuto con cuscinetti di neoprene, oppure con vincoli rigidi (bullonati
o saldati) in caso di zona sismica; solai di copertura costituiti da elementi piani o
nervati in funzione della luce con tipologia di vincolo come per le travi; elementi
secondari quali coronamenti di gronda, elementi per shed, cordoli per lucernari;
pannelli di tamponamento: piani o nervati con diversi tipi di finitura superficiale e
di incorpori per l’isolamento termico per costituire le tamponature esterne.
Edifici industriali multipiano. I componenti base sono gli stessi degli
edifici monopiano con l’aggiunta degli elementi di impalcato che costituiscono i
solai praticabili intermedi (piani o nervati).
Materiali. Calcestruzzo di elevata qualità con una resistenza a rottura di
30–50 N/mm2 (v. Calcestruzzo, pag. 34). Armatura inerte di acciaio ad aderenza
migliorata con una resistenza a rottura di circa 440 N/mm2 ; armatura di precompressione di trefoli con resistenza a rottura di circa 1850 N/mm2 (v. Acciaio,
pag. 33)
Carichi. Molto spesso, specialmente negli edifici monopiano, la resistenza
alle forze orizzontali S è affidata ai soli pilastri che si comportano come mensole
incastrate alla base nel plinto di fondazione. Particolare attenzione viene quindi
rivolta ai carichi dovuti al vento e al sisma. I carichi verticali negli edifici monopiano sono: pesi propri, carichi permanenti di finitura e carico di neve. Negli edifici
pluripiano si aggiunge il valore del sovraccarico ai piani praticabili.
Trasporti e montaggi. Abitualmente gli elementi prefabbricati sono prodotti in uno stabilimento fisso dove viene realizzato anche lo stoccaggio e di qui
vengono inviati ai cantieri di montaggio secondo un programma di consegna stabilito. Oltre ai limiti di peso dei singoli componenti si deve tener conto anche dei
limiti di dimensioni imposte dalle norme sulla circolazione. In generale tutti i pezzi
prodotti devono rispettare il limite di larghezza massima di 2,50 m. Possono derogare i trasporti “eccezionali” per gli elementi fuori sagoma limite o fuori peso che
vengono e↵ettuati con mezzi particolari e con la scorta della polizia stradale. La
maggior parte dei trasporti avviene con autoarticolati su strada, molto raramente
con ferrovia. I montaggi delle strutture prefabbricate vengono realizzati da ditte
specializzate con attrezzature mobili di sollevamento (autogru).
Progettazione. Sono fondamentali le verifiche nelle fasi di produzione, trasporto e montaggio oltre che nella fase finale di struttura completata.
Quantità e costi. Per realizzare 1 m2 di struttura di un edificio industriale prefabbricato occorrono circa 0,20 m3 di calcestruzzo, 15 kg di acciaio inerte e
10 kg di acciaio di precompressione. Il costo medio della struttura di un edificio prefabbricato monopiano montato in opera è di 100 E/m2 . Il costo medio del
tamponamento prefabbricato è di 40 E/m2 .
Roberto Capra
41
Strutture prefabbricate
Edilizia
FONDAZIONI
D
PLINTI PREFABBRICATI. Sono di dimensioni standard per accogliere
all’interno del pozzetto pilastri quadrati o rettangolari. La dimensione del pozzetto è di 5–10 cm più grande, per ogni lato, della sezione del pilastro, per permettere
un buon riempimento di calcestruzzo al di sotto e intorno al pilastro. La profondità è pari a circa 1,5–2 volte il lato del pilastro corrispondente (fig. A). A volte
la prefabbricazione si riduce al solo pozzetto prefabbricato che viene collegato alla
piastra di fondazione gettata in opera con apposite armature di richiamo (fig. B).
A volte invece i plinti prefabbricati comprendono anche la piastra di fondazione
sottostante. Poiché le dimensioni di questa piastra sono vincolate dalle limitazioni
per il trasporto, la sollecitazione ammissibile sul terreno viene ottenuta compensando con magroni di sottofondazione di varia dimensione. Normalmente lo spessore
(S) di queste sottofondazioni è uguale o maggiore del valore della sporgenza (a)
rispetto alla piastra del plinto prefabbricato.
Carichi. I plinti sono soggetti ai carichi trasmessi dal pilastro e devono
di↵ondere tali carichi sul terreno tramite la piastra di base. Questa deve resistere
al punzonamento. I tratti al di fuori del pozzetto vengono verificati a flessione. I
pozzetti devono essere in grado di trasmettere azioni verticali, momenti flettenti e
azioni di taglio orizzontale dai pilastri al suolo (fig. C). In particolare la sommità
del pozzetto (colletto) deve presentare una adeguata cerchiatura.
Quantità e costi. Incidenza delle armature: circa 80 kg/m3 di calcestruzzo,
incidenza della mano d’opera 8 ore/m3 .
Tipo di plinto
Costo (E – 2002)
Materiali
A
B
H
Cls
Acciaio
m
m
m
m3
kg
Distanza da stabilimento (km)
0
10
50
100
200
1,8
2,2
2
2,5
1,15
1,45
1,8
2,85
150
230
500
800
600
900
650
950
700
1000
750
1050
TRAVI PREFABBRICATE DI FONDAZIONE. Hanno normalmente sezione rettangolare e servono a sostenere i pannelli di tamponamento oppure collegare tra loro i plinti di fondazione nel caso di zona sismica. Le travi vengono
normalmente utilizzate su luce di 6–8 m appoggiandole da plinto a plinto e vincolandole con ferri di armatura fuoriuscenti e getti integrativi in opera. Quando
la maglia dei pilastri è ampia si sopperisce alla distanza tra i pilastri con plinti
intermedi reggi-trave appositamente realizzati per ridurne la luce (fig. D). Le travi
devono possedere sufficiente robustezza per sopportare il carico dei pannelli ma soprattutto una rigidezza sufficiente per reggere eventuali tamponature tradizionali
in blocchi di cemento o in laterizio senza che queste si fessurino.
Quantità e costi. Incidenza delle armature: circa 100 kg/m3 di calcestruzzo, incidenza della mano d’opera 6 ore/m3 .
Tipo di trave
Costo (E – 2002)
Materiali
L
B
H
Cls
Acciaio
Distanza da stabilimento (km)
m
m
m
m3
kg
0
10
50
100
200
6
0,40
0,50
1,2
130
500
600
650
700
750
Roberto Capra
42
Strutture prefabbricate
Edilizia
PILASTRI
D
Progetto. Le verifiche da e↵ettuare sugli elementi verticali devono tenere
conto delle fasi transitorie in maniera predominante rispetto agli altri componenti
prefabbricati. I pilastri infatti vengono normalmente prodotti, stoccati e trasportati in orizzontale e vengono sollevati in cantiere per raggiungere l’assetto definitivo
di mensole verticali incastrate alla base (fig. A). Inoltre è importante la verifica di
instabilità, trattandosi per lo più di elementi snelli.
Mensole. I pilastri presentano spesso mensole, capitelli o forcelle per l’appoggio e l’alloggiamento delle travi. Le forcelle realizzate alla sommità dei pilastri
svolgono una funzione statica sia nelle fasi transitorie di montaggio sia nelle fasi
di esercizio. Spesso, durante il montaggio, vengono impiegati cunei di legno tra
forcella e trave. Questi cunei vengono rimossi se le forcelle devono resistere anche
in fase di esercizio e la loro funzione viene affidata a vincoli permanenti studiati
in modo tale da non alterare il vincolo principale di progetto. Quando le forcelle
assolvono la funzione di stabilizzare le travi, esse vengono verificate anche per un
momento flettente aggiuntivo (torcente per la trave) M = V l/300 con V reazione
della trave ed l luce della trave. Nella figura B sono riportati schemi e disposizioni
costruttive per le forcelle.
Dettagli costruttivi. In corrispondenza dell’estremità superiore è necessario prevedere una adeguata armatura di frettage per fare fronte sia alle azioni di
contatto verticali sia alle azioni orizzontali trasmesse dagli elementi di impalcato
(fig. C). Un’analoga armatura è necessaria al piede. Tutte le sezioni di estremità, i capitelli e le mensole devono avere l’intero perimetro smussato, salvo idonei
accorgimenti a protezione degli spigoli. Per la movimentazione dei pezzi occorre
prevedere ganci in materiale a resilienza garantita (FeB 22) o dispositivi speciali o
fori passanti.
Armatura. L’armatura dei pilastri è spesso condizionata dalle fasi transitorie di sollevamento in cui gli e↵etti flessionali dovuti al peso proprio incrementato
dall’azione dinamica sono determinanti. La tabella D riporta i valori di armatura
minima necessari per le verifiche a pressoflessione in esercizio e per le verifiche a
flessione delle fasi transitorie.
Quantità e costi. L’incidenza delle armature è variabile in funzione delle
sollecitazioni flessionali (molto elevate nel caso di zona sismica o in presenza di
carri-ponte importanti o di altezza elevata) e si può indicare tra i 100 e i 200 kg di
acciaio per ogni m3 di calcestruzzo. Incidenza di mano d’opera: 6 ore/m3 . Nella
tabella sottostante sono indicati i prezzi di un pilastro tipico di dimensioni 50⇥50
per due lunghezze diverse e due diverse incidenze di armatura.
Costo (E/m – 2002)
Materiali
H
Cls
Acciaio
c/o
m
m3 /m
kg/m3
stab.
0 km
Trasporto e montaggio
50 km
100 km
200 km
7
7
9
9
0,25
0,25
0,25
0,25
100
150
100
150
80
90
75
85
90
100
85
95
100
110
95
105
105
115
100
110
110
120
105
115
Roberto Capra
43
Strutture prefabbricate
Edilizia
TRAVI
D
Introduzione. Le travi costituiscono l’orditura principale portante, appoggiano sulla testa dei pilastri e sostengono gli elementi di impalcato. Si possono
distinguere in due gruppi: travi piane e travi a doppia pendenza.
La maglia strutturale degli edifici industriali è abitualmente rettangolare. Le
travi piane vengono normalmente utilizzate sulla luce minore, con elementi secondari “lunghi”, mentre le travi a doppia pendenza vengono impiegate sulla luce
maggiore, con elementi secondari “corti”.
Disposizioni di progetto. Lo spessore minimo di qualsiasi porzione facente parte della sezione trasversale non deve essere inferiore a 5 cm e comunque non
inferiore a 5 volte il diametro dell’armatura di precompressione ivi presente. Con
cavi post-tesi lo spessore deve essere superiore di almeno 5 cm rispetto al diametro
delle guaine. Anime e nervature devono essere armate su entrambe le facce con
sta↵atura completa. Negli orizzontamenti che impiegano travi a lama con elementi
secondari di modesta rigidità si devono prevedere opportuni accorgimenti al fine
di impedire moti relativi tra travi ed elementi secondari.
Appoggi. Le estremità delle travi devono avere caratteristiche tali da assicurare il corretto assemblaggio con i pilastri, anche per il caso di semplice appoggio. Durante il montaggio la trave isolata, in assenza di vincoli, deve possedere una
larghezza di appoggio di dimensioni tali da contrastare eventuali urti e le azioni
orizzontali del vento agenti sulla parete della trave. La profondità minima dell’appoggio definitivo, in cm, dev’essere non inferiore a 8 + l/300 con l luce netta
della trave in cm (fig. A). In zona sismica non sono consentiti appoggi nei quali la
trasmissione di forze orizzontali sia affidata al solo attrito (fig. B).
Travi piane. Le travi ad altezza costante vengono utilizzate in tutti gli
edifici con copertura piana. Le sezioni caratteristiche sono a I (fig. C) o a ⌦ (fig. D)
per contenere lo spessore dell’impalcato nella loro altezza. Per la movimentazione
degli elementi occorre prevedere ganci in acciaio a resilienza garantita (FeB22) o
fori passanti per l’inserimento di spinotti o dispositivi speciali di cui esistono in
commercio varie tipologie certificate.
Armatura. L’armatura principale è costituita da trefoli per la precompressione e da acciaio inerte per l’armatura trasversale corrente. Nelle zone terminali,
in cui non è ancora agente la precompressione, tutta l’armatura a flessione, taglio
e torsione è costituita da acciaio inerte. Nella figura E è riportata la tabella di
utilizzo per una trave a I con H = 120 cm.
Quantità e costi. La quantità di armatura è molto variabile in funzione
della luce e dei sovraccarichi. Valori medi, per m3 di calcestruzzo, sono: trefoli
40 kg; acciaio inerte 60 kg; incidenza di mano d’opera 8 ore.
Nella tabella sottostante sono indicati i prezzi per una trave tipica a I con
H = 120 cm e B = 45 cm.
Trave
Costo (E/m – 2002)
Materiali
Luce
Cls
Trefoli
m
m3 /m
= 0,5
8
10
12
14
0,280
0,280
0,280
0,280
10
14
18
22
00
c/o
Trasporto e montaggio
stabil.
0 km
50 km
100 km
200 km
90
100
85
95
105
110
100
105
110
115
105
110
110
120
110
115
120
125
120
125
Roberto Capra
44
Strutture prefabbricate
Edilizia
TRAVI A DOPPIA PENDENZA
D
Introduzione. Le travi ad altezza variabile hanno avuto una grande di↵usione nelle strutture industriali prefabbricate ricalcando la classica soluzione delle
strutture metalliche a capriata. La soluzione più di↵usa è quella di trave sottile
con anima piena. In epoca recente sono state ideate anche travi a doppia nervatura
tipo pi-greco per eliminare i problemi di instabilità. Queste travi vengono normalmente utilizzate su maglie rettangolari in cui la trave è impiegata sulla dimensione
maggiore mentre i solai di impalcato sono posati sulla luce minore.
Il grande sviluppo di questo tipo di soluzione costruttiva in alternativa alle
strutture con copertura piana è dovuto a una più semplice e tradizionale realizzazione delle opere di finitura e di impermeabilizzazione, consentendo l’impiego di
materiali più economici e garantendo il deflusso delle acque di pioggia.
Instabilità. Queste travi, alte e sottili, devono essere verificate per i fenomeni di instabilità: è obbligatorio garantire la stabilità, laterale e di insieme,
alle azioni orizzontali in tutte le fasi. Particolare attenzione va rivolta alle travi
di testata soggette alle azioni del vento in depressione. Lo studio dell’instabilità
flessiotorsionale della trave va sviluppato tenendo conto di una imperfezione minima in mezzeria nel piano orizzontale di valore: u = 0,02 l concomitante con un
fuori piombo in mezzeria pari al 2% dell’altezza della trave (fig. A), prendendo in
considerazione tutte le relative situazioni di vincolo e di carico.
Disposizioni progettuali e costruttive. La pendenza della falda varia
da un minimo del 10% a un massimo del 15%. In presenza di forcelle sulla testa
dei pilastri, le estremità della trave devono presentare sezione rettangolare piena.
Va prevista l’adozione di specifiche armature in corrispondenza della mezzeria per
sopportare la risultante verticale delle due azioni di compressione inclinate lungo
le falde.
Per garantire la stabilità nella fase finale è necessario vincolare rigidamente
le travi con gli elementi secondari di solaio. Tale collegamento avviene con getti
integrativi di calcestruzzo in opera, oppure con saldature o bullonature di appositi
dettagli metallici predisposti all’estradosso delle travi.
Armatura. L’armatura principale è costituita da trefoli per la precompressione e da acciaio inerte per le sta↵e e per le armature di testata. Data la variabilità
in altezza della sezione vengono normalmente usate sta↵e in tondino di acciaio anziché le reti elettrosaldate molto usate normalmente negli elementi prefabbricati.
Quantità e costi. Le armature variano con la luce e i sovraccarichi. Valori
medi, per ogni m3 di calcestruzzo, sono: trefoli 30 kg; acciaio inerte 70 kg; incidenza
di mano d’opera 8 ore.
Nella tabella sottostante sono indicati i prezzi per una trave a doppia pendenza impiegata su un interasse di 10 m con tegoli di solaio a ⇡.
Trave
Costo (E/m - 2002)
Materiali
Luce
Cls
Trefoli
m
m3 /m
= 0,5
16
18
20
22
24
0,55
0,55
0,55
0,55
0,55
10
12
14
16
18
00
c/o
Trasporto e montaggio
stab.
0 km
10 km
50 km
100 km
200 km
190
195
205
210
215
210
215
225
230
240
220
225
235
240
250
235
240
245
250
255
245
250
255
260
265
250
260
265
270
280
Roberto Capra
45
Strutture prefabbricate
Edilizia
ELEMENTI DI IMPALCATO
D
Introduzione. Gli impalcati degli edifici industriali sono generalmente costituiti da elementi prefabbricati nervati, corrugati o curvati, che formano il solaio
di copertura o di calpestio. Questi elementi possono essere semplicemente accostati oppure si possono interporre tra di loro componenti prefabbricati secondari,
appoggiati ai bordi dei precedenti. Gli elementi prefabbricati di copertura prendono il nome di tegoli, copponi o tegoloni e sono catalogati come travi in parete
sottile. Con la loro geometria realizzano vari tipi di coperture: piane, a shed, con
lucernari continui, a falde inclinate sulle capriate ecc. (fig. A).
Particolare caratteristica di questi elementi è la loro deformabilità. La produzione con un tracciato rettilineo dei cavi di precompressione provoca negli elementi
una “monta” verso l’alto di alcuni centimetri. In mancanza di un corretto dimensionamento è facile trovare elementi contigui con “monte” diverse che possono
creare problemi nelle opere di finitura.
Prescrizioni di progetto. Per gli elementi di copertura non esistono limiti prescritti del rapporto lunghezza/altezza dell’elemento. Nelle fasi transitorie
di sollevamento e trasporto le verifiche devono tener conto degli e↵etti dinamici,
aumentando o riducendo il peso proprio con un coefficiente 1 + ↵ in cui ↵ 0,15.
Al montaggio tutte le parti dell’estradosso accessibili all’operatore devono essere verificate per un carico concentrato di 200 kg su un’impronta di 20 cm⇥20 cm.
La stabilità degli elementi destinati a sorreggere l’operatore in caso di caduta deve
essere assicurata per una forza verticale di 200 kg trasmessa nella posizione più sfavorevole attraverso i dispositivi di sicurezza. I dispositivi di sollevamento devono
essere previsti in progetto e realizzati con materiali appropriati.
Appoggi. I più comuni sono in gomma e vanno dimensionati con le “Istruzioni per il calcolo e l’impiego degli appoggi in gomma nelle costruzioni” CNR
10018. La profondità dell’appoggio non potrà essere inferiore a 8 + l/300 cm dove
l è la luce dell’elemento. In zona sismica gli appoggi devono essere di tipo rigido
e vengono realizzati mediante getti integrativi oppure con opportune saldature o
bullonature di elementi metallici predisposti negli elementi prefabbricati.
Armatura. È costituita da trefoli di precompressione e da acciaio inerte,
per l’armatura trasversale corrente, di solito in rete elettrosaldata (fig. B). Nelle
zone di testata in cui non è ancora agente la precompressione tutta l’armatura è
costituita da acciaio inerte. Nella figura C è riportata una tabella di utilizzo per
un tipico elemento a ⇡ con interposte coppelle.
Quantità e costi. Le armature variano con la luce e meno con i sovraccarichi, essendo questi limitati alle finiture del tetto e al carico accidentale della
neve. Valori medi di armatura possono essere: trefoli 30 kg/m3 di cls; acciaio inerte 40 kg/m3 di cls. Incidenza di mano d’opera 5 ore/m3 . Nella tabella sottostante
sono indicati i prezzi per un tipico elemento a ⇡ con H = 100 cm e B = 250 cm.
Elemento
Costo (E/m - 2002)
Materiali
Luce
Cls
Trefoli
m
m3 /m
= 0,5
18
20
22
24
0,300
0,300
0,300
0,300
12
16
20
24
00
c/o
Trasporto e montaggio
stab.
0 km
10 km
50 km
100 km
200 km
85
95
80
90
90
100
85
100
95
105
95
105
110
125
130
140
120
130
145
155
140
150
175
185
Roberto Capra
46
Strutture prefabbricate
Edilizia
SOLAI
D
Introduzione. I solai prefabbricati, abitualmente completati con getti integrativi in opera, presentano le tipologie seguenti.
Solai a travetti prefabbricati. Sono costituiti da travetti o travi in calcestruzzo
armato normale o precompresso e da un getto integrativo collaborante (fig. A).
Solai a pannelli. In questi solai si intende per pannello un elemento prefabbricato di larghezza superiore a 50 cm e di lunghezza pari alla luce di una campata.
I pannelli possono essere: alveolari a lastra forata (fig. B); a lastra semplice con
nervature o tralicci metallici di irrigidimento emergenti da una lastra inferiore
completata in opera da un getto integrativo confinato da blocchi di alleggerimento
(fig. C); a doppia lastra con getto integrativo in opera solo lungo i bordi dei pannelli (fig. D); nervati ottenuti direttamente per forma, utilizzando spesso elementi
previsti per la copertura con il solo completamento di una cappa collaborante per
la ripartizione trasversale (fig. E).
Norme di progetto. Lo spessore minimo non può essere inferiore a 8 cm.
Nel caso di solaio vincolato in semplice appoggio monodirezionale, il rapporto tra
luce di calcolo e spessore di solaio non deve essere superiore a 25. Per solai costituiti da pannelli piani, pieni o alleggeriti, prefabbricati precompressi, il rapporto può
essere portato a 35. Per solai continui, tali rapporti possono essere incrementati
fino a un massimo del 20%. È ammessa deroga per i solai di semplice copertura.
Sono necessarie verifiche di deformabilità: le frecce istantanee con i carichi permanenti devono essere < 1/1000; le frecce a tempo infinito con i carichi permanenti
più il 30% degli accidentali, devono essere < 1/500.
Appoggi. Deve essere garantita una profondità e↵ettiva all’appoggio, a posa avvenuta, non inferiore a 3 cm se è prevista in opera la formazione della continuità dell’unione, e non inferiore a 5 cm se l’appoggio è definitivo. Per appoggi
discontinui (nervature, denti ecc.) i valori precedenti vanno raddoppiati.
Armature. Le armature sono costituite da trefoli o trecce di precompressione e da tondino per le armature inerti. Elementi prodotti con particolari procedimenti quali i solai alveolari non hanno presenza di armatura di sta↵atura e
devono affidare al solo calcestruzzo la resistenza alle azioni di taglio.
Quantità e costi. Le armature sono molto variabili in funzione dei sovraccarichi e delle luci. Indicativamente si possono valutare nel modo seguente.
Elementi in c. a. p. Trefoli di precompressione 30 kg/m3 di calcestruzzo; acciaio 30 kg/m3 di calcestruzzo; incidenza di mano d’opera 4 ore/m3 .
Elementi in c. a. Acciaio 90 kg/m3 di calcestruzzo; mano d’opera 5 ore/m3 .
Costi di un tipico solaio alveolare (larghezza = 100 cm)
Costo (E/m - 2002)
Solaio
Spessore
Peso
c/o
cm
kg/m2
stab.
0 km
10 km
Trasporto e montaggio
50 km
100 km
200 km
16
20
24
30
44
240
290
330
370
540
21
22
24
26
32
24
26
27
30
37
26
28
30
33
42
27
29
31
34
43
27
29
31
34
44
28
30
32
35
45
Roberto Capra
47
Strutture prefabbricate
Edilizia
PANNELLI DI TAMPONAMENTO
D
Introduzione. I pannelli di tamponamento degli edifici industriali sono costituiti da lastre piane oppure nervate per le altezze maggiori. Vengono di solito
realizzati incorporando materiale isolante, sia per ridurne il peso, sia per l’isolamento termico. Per particolari requisiti di coibenza, il materiale isolante può essere
senza discontinuità e il pannello è realizzato a strati, con lo strato esterno di protezione fissato alla lastra portante con chiodature in acciaio inossidabile (fig. A).
Abitualmente i bordi dei pannelli sono organizzati con giunti a maschio/femmina
per migliorare la tenuta e facilitare l’applicazione dei materiali di sigillatura.
Prescrizioni di progetto. Le pareti di tamponamento devono essere ancorate alle strutture con dispositivi di collegamento che siano efficienti senza tenere
conto dell’attrito. Se i pannelli di tamponamento sono montati in orizzontale, essi
vanno ancorati agli elementi verticali (pilastri). Con maglie strutturali di dimensioni elevate è necessario inserire pilastri intermedi con la sola funzione di reggere il
tamponamento. Se sono montati in verticale, i pannelli vanno collegati al piede alla
trave reggi-muro e in sommità agli elementi di copertura. Per i pannelli di tamponamento delle testate non è consentito l’ancoraggio al lembo inferiore delle travi,
prive di una sufficiente rigidezza flessionale nel piano orizzontale. I dispositivi di
fissaggio devono essere durevoli e garantire i movimenti relativi degli elementi (per
esempio i movimenti verticali degli elementi di copertura) (fig. B). Gli elementi di
tamponamento vanno verificati per le fasi transitorie di movimentazione e di montaggio, essendo molto diverse le condizioni di produzione (di solito in orizzontale
su pista piana) e di impiego (in verticale tramite basculaggi). I pannelli devono
resistere alle sollecitazioni del vento e devono essere calcolati per l’isolamento termico e per le variazioni di temperatura nello spessore dell’elemento, derivanti dalla
presenza del coibente.
Armatura. L’armatura principale è costituita da acciaio inerte e più raramente da trefoli o trecce poiché il tracciato rettilineo dei cavi di precompressione
limita la possibilità di realizzare aperture nel tamponamento. Vi è poi un’armatura secondaria importante, costituita normalmente da reti elettrosaldate, avente la
funzione di evitare fessurazioni per il ritiro del calcestruzzo e per le sollecitazioni
termiche, soprattutto in presenza di materiale coibente incorporato.
Quantità e costi. Incidenze medie di armatura: rete elettrosaldata 5 kg/m2
di pannello; armatura inerte 8 kg/m2 di pannello. Notevole incidenza hanno gli incorpori per il fissaggio alle strutture, nel numero minimo di due in sommità e due
alla base. Rilevanti sono anche i dispositivi per la movimentazione non essendo
possibile utilizzare ganci semplici per questioni estetiche. I prezzi sono molto diversi anche in funzione della finitura esterna che varia dal semplice calcestruzzo a
rivestimenti con graniglie, finiture sagomate della superficie con graffiatura, cannettatura ecc. Nella tabella sottostante sono riportati i costi a m2 per un pannello
nervato con polistirolo incorporato.
Pannello
Costo (E/m2 )
Materiali
Altezza
Cls
Ferro
c/o
m
m3 /m2
kg/m2
stab.
0 km
10 km
Trasporto e montaggio
50 km
100 km
200 km
6
8
10
12
0,16
0,16
0,16
0,16
11
13
16
20
23
28
33
38
25
30
35
40
35
40
45
50
37
42
47
52
42
47
52
57
45
50
55
60
Roberto Capra
48
Strutture in acciaio
Edilizia
ACCIAIO
D
Materiale. Gli acciai sono leghe ferro-carbonio, con la presenza di modeste
quantità di altri elementi, in cui il tenore di carbonio, sotto forma di carburo di
ferro, non supera l’1,7%; oltre tale valore si hanno le ghise bianche. Al crescere
del tenore di carbonio si elevano le caratteristiche di resistenza e la durezza, mentre si riducono l’allungamento a rottura e tutte le caratteristiche di deformabilità
plastica del materiale, si accentua inoltre la tendenza alla rottura fragile e si riduce la saldabilità. Con l’aggiunta di altri elementi è possibile ottenere acciai di
alte caratteristiche di resistenza meccanica e con buone proprietà di deformazione
plastica (tab. A). Gli acciai da costruzione vengono impiegati di regola allo stato
grezzo di laminazione; in casi particolari, e per un’ampia serie di acciai speciali,
vengono eseguiti trattamenti termici anche su elementi costruttivi già composti in
officina.
Acciai da carpenteria. I comuni acciai da carpenteria hanno un tenore
di carbonio indicativamente compreso fra 0,10 e 0,30% e contengono manganese e
silicio (rispettivamente entro i limiti di circa 1,5% e 0,6%) oltre alle citate impurezze; in presenza di uno o più altri elementi di lega, il prodotto viene chiamato
acciaio speciale.
Simbolo Simbolo
adottato
UNI
Caratteristiche o parametro
ft
R
Tensione di rottura a trazione (N/mm2 )
fy
Rs
Tensione di snervamento (N/mm2 )
Fe 360 Fe 430 Fe 510
(Fe 37) (Fe 44) (Fe 52)
360
430
510
235
225
225
215
215
205
275
265
265
255
255
245
355
345
235
235
235
225
225
275
265
265
355
245
235
Spessore s (mm)
s  16 mm
16 < s  30
30 < s  40
40 < s  50
50 < s  63
63 < s  100
Profilati, barre,
larghi piatti,
lamiere
Profilati cavi
B
kV
kV
✏t
A
Resilienza (J)
s  16 mm
16 < s  35
35 < s  40
+20 C
27
27
27
C
0 C
27
27
27
D
20 C
27
p
27
27
Allungamento percentuale a rottura (L0 = 5,65
Lamiere
Barre,
profilati,
larghi piatti
Profilati cavi
Elettrodi
s  40 mm
40 < s  63
63 < s  100
s  40 mm
40 < s  63
63 < s  100
A0
)
26
( 1%)
( 2%)
23
( 1%)
( 2%)
21
( 1%)
( 2%)
28
( 1%)
( 2%)
24
( 1%)
( 2%)
22
( 1%)
( 2%)
24
21
20
E44
E44
E52
Con la laminazione a caldo si ottengono i “profilati”, cioè gli elementi che
compongono le opere in carpenteria. Con fucinatura o fusione si ottengono elementi particolari, quali apparecchi di appoggio, piastre, ganci di sollevamento ecc.
Nei grossi profili possono verificarsi disuniformità che danno luogo a stati di autotensione.
Luca
49
Strutture in acciaio
Edilizia
EDIFICI CIVILI MULTIPIANO
D
Generalità. L’impiego di strutture in acciaio nei fabbricati multipiano è
generalmente motivato dalle seguenti esigenze: a) tempi di esecuzione ristretti e
non vincolati a condizioni ambientali climatiche e stagionali; poiché la prefabbricazione di officina degli elementi strutturali non dipende dal clima e dalla lunghezza
delle giornate solari e il montaggio in opera non necessita di tempi di maturazione;
b) luci strutturali notevoli ( 6,00 m); poiché al crescere delle dimensioni della maglia strutturale la struttura metallica, in rapporto ad altri materiali da costruzione,
comporta incrementi di peso proprio molto modesti e non necessita di complesse
opere provvisionali, essa diviene generalmente più economica rispetto alle altre
soluzioni; c) fabbricati alti (più di 15–20 piani); quando le quote di lavorazione rispetto al piano del cantiere costringono a complesse procedure per il sollevamento
e la posa in opera dei materiali da costruzione, la struttura metallica, per il basso
peso strutturale (rapporto tra il peso specifico e la tensione di lavoro ), diviene
la soluzione più economica; e anche l’ingombro degli elementi strutturali verticali resistenti diviene piccolo in rapporto a quello necessario con altri materiali da
costruzione; d) fabbricati in zona sismica; se gli e↵etti del sisma governano il dimensionamento strutturale, la struttura metallica permette di ridurre l’entità delle
masse coinvolte dalla azione del sisma e i loro e↵etti sul fabbricato, dimostrando
inoltre gradi di duttilità e dissipazione certi e molto elevati, in rapporto ad altri
tipi di strutture. Negli altri casi, l’impiego della struttura metallica nei fabbricati
civili multipiano non sempre corrisponde alla soluzione più economica.
Tipologie strutturali. Nel più di↵uso schema statico per i fabbricati civili
multipiano a struttura metallica (fig. A schema “pendolare”) le connessioni tra elementi verticali (colonne) e orizzontali (travi) sono realizzate con schema a cerniera
(fig. B), semplificando la realizzazione dei nodi e separando i ruoli resistenti alle
azioni esterne agenti sulla struttura: travi soggette a sola flessione retta, colonne
compresse assialmente e azioni orizzontali assegnate ad apposite mensole reticolari (controventi verticali) o alle strutture in c. a. dei vani scala-ascensore (fig. C),
già presenti nel fabbricato per ragioni funzionali. Schemi a telaio a nodi rigidi,
piani o tridimensionali, se non giustificati da particolari esigenze progettuali, sono generalmente meno economici, per la maggiore difficoltà nella realizzazione dei
nodi.
Elementi strutturali presenti • Travi inflesse: (v. Travi inflesse, pag. 51)
generalmente costituite da profilati della serie IPE (120–600). • Colonne compresse
(o presso-inflesse): dimensionate per carico assiale in funzione della snellezza negli
schemi di tipo “pendolare”, selezionandole tra i profilati appartenenti alle serie HE
e in special modo alla serie HEA (120–360), che quasi a parità di ingombro strutturale con la serie HEB ha valori del raggio minimo d’inerzia più alti. • Controventi
di piano: (fig. D) costituiti da una maglia reticolare generalmente realizzata con
diagonali in profilati a L e con le travi, principali e secondarie, come “briglie”,
aventi lo scopo di ottenere un comportamento di piano “rigido”. In esercizio i
controventi di piano possono essere sostituiti dai solai, ma il loro impiego nelle fasi
di montaggio è fondamentale. • Controventi verticali: quando non si impiegano le
torri in c. a. dei vani scala-ascensore, i controventi verticali sono mensole reticolari che impiegano come briglie le colonne verticali di una campata e come aste di
parete, angolari a L o profili a C. Durante le fasi di montaggio della struttura è
generalmente necessario realizzare controventi verticali provvisori in acciaio.
Luca Strata
50
Strutture in acciaio
Edilizia
EDIFICI INDUSTRIALI MONOPIANO
D
Generalità. Sono fabbricati in cui la copertura ha la prevalente funzione di
protezione nei riguardi degli eventi atmosferici, generalmente destinati ad attività
industriali, espositive, di spettacolo ecc. Sono impostati su due o più file di colonne,
che individuano navate anche di altezze di↵erenti tra loro, e che possono fornire
sostegno a vie di corsa per carriponti anche in più ordini sovrapposti.
Schemi strutturali delle membrature verticali. Si ricorre generalmente a una delle seguenti tipologie (fig. A) correnti: a) telai in ambedue le direzioni
(fig. A1); b) struttura pendolare controventata nelle due direzioni (fig. A2); c) telai
in direzione trasversale e controventi con struttura pendolare in direzione longitudinale (fig. A3), nelle varianti: c1) colonne incastrate alla base e non vincolate
in sommità, c2) colonne incastrate alla base e collegate in sommità da capriatebiella, c3) portale incastrato o incernierato alla base (soluzione più frequentemente
usata).
I telai trasversali hanno tipologie assai diverse a seconda della presenza o
meno delle vie di corsa (fig. B). Nel caso di capannoni con carroponte impegnativi,
le colonne sono formate da un tronco inferiore composto ad anima piena o reticolare
e tronco superiore a inerzia ridotta (baionetta) disposto fra il piano delle vie di
corsa e la copertura.
Elementi strutturali presenti. Nei fabbricati monopiano, per la loro
grandissima eterogeneità di destinazioni e forme, possono essere presenti svariati complessi resistenti, ciascuno con una specifica funzione. Qui vengono nominati
i principali. a) Arcarecci: elementi inflessi (v. Travi inflesse, pag. 51) che riportano
il carico verticale agente in copertura alle travi principali (luce generalmente 
6,00 m). b) Capriate di copertura: strutture prevalentemente inflesse, generalmente reticolari. c) Colonne: elementi compressi dal peso proprio, dai carichi verticali
della copertura, della facciata e degli eventuali carriponte, e inflessi dalle forze
orizzontali dovute al vento e ai carriponte. d) Travi di bordo: accolgono le reazioni
delle capriate che non cadono in corrispondenza delle colonne, se il passo delle
stesse è maggiore dell’interasse delle capriate.
Controventi. I dispositivi di controvento svolgono un ruolo determinante
nella stabilità delle strutture in acciaio e in particolare in quelle monopiano. Si
distinguono i tipi seguenti. a) Controventi verticali longitudinali e trasversali:
generalmente reticolari, disposti nelle campate centrali delle file longitudinali e
trasversali di colonne, destinati ad accogliere le forze orizzontali del vento e degli
eventuali carriponte (spunto, frenatura, serpeggiamento, urto); b) controventi di
falda longitudinali e trasversali: strutture reticolari leggere, disposte nel piano
delle falde, con funzione stabilizzante per gli arcarecci e le capriate; c) controventi
delle capriate di copertura (crociere): stabilizzano la briglia inferiore delle capriate
di copertura reticolari quando esse sono rigidamente connesse (“a telaio”) con le
colonne e, pertanto, sede di azioni di compressione nei campi prossimi agli appoggi
per e↵etto delle azioni orizzontali.
Vie di corsa. Travi presso-inflesse dalle azioni verticali e orizzontali (trasversali e longitudinali) dei carriponte. La sezione della via di corsa assume forme
diverse a seconda della importanza del carroponte stesso.
Tamponamenti o baraccamenti. Pareti di chiusura, spesso in lamiera
grecata, sostenute da graticci di montanti verticali e listelli orizzontali che, talvolta,
possono anche partecipare alla struttura resistente complessiva del fabbricato.
Luca Strata
51
Strutture in acciaio
Edilizia
TRAVI INFLESSE
D
Generalità. Gli elementi inflessi delle costruzioni civili sono dimensionati
verificando che siano contemporaneamente soddisfatti i limiti di resistenza e di
deformabilità definiti, rispettivamente, dal tipo di materiale e dalla destinazione
d’uso del locale di cui costituiscono il sostegno.
Profili ottimali. In assenza di fenomeni di instabilità come generalmente
garantito dalle strutture di solaio poste all’estradosso dell’elemento e a esso solidali, nell’ambito delle normali costruzioni civili sono da preferirsi i profili alti,
appartenenti alla serie IPE. Ove l’importanza della struttura lo consenta, possono
essere realizzati profili composti saldati, tendenti a massimizzare le caratteristiche
di inerzia pur mantenendo un basso peso strutturale (a “I” molto alta).
Limiti di deformabilità. Le membrature metalliche sono, in genere, in
grado di sostenere a flessione carichi molto maggiori di quelli che determinano deformazioni elastiche incompatibili con la funzionalità, la durata e il corretto comportamento delle finiture tecnologiche installate nella struttura. Per tale ragione
sono imposti dei limiti alla deformabilità elastica delle membrature che, spesso,
risultano determinanti per il loro dimensionamento. Per le travi dei solai la freccia
dovuta al solo sovraccarico non deve generalmente superare 1/400 della luce. Per
le travi caricate direttamente o indirettamente da muri, da pilastri o da tramezzi,
la freccia totale, dovuta al carico permanente e al sovraccarico non deve superare
1/500 della luce. Per gli arcarecci delle coperture, la freccia totale, dovuta al carico
permanente e al sovraccarico, non deve superare 1/200 della luce.
Materiali. Nel campo dei passi strutturali di corrente impiego nella edilizia
civile, poiché i limiti di deformazione risultano generalmente più severi dei limiti
di resistenza del materiale, le travi inflesse non beneficiano delle maggiori risorse
resistenti o↵erte dagli acciai delle classi più elevate, ed è generalmente impiegato
acciaio delle classi Fe 360 e Fe 430 nei gradi di saldabilità più adatti alla esecuzione
dei nodi di collegamento. Solo in strutture speciali e particolarmente in quelle
realizzate mediante profili composti saldati, risulta opportuno l’impiego di acciai
ad alta resistenza.
Altezza dei pacchetti di solaio. Le limitazioni di deformabilità imposte
alle strutture inflesse tendono a determinare, nell’edilizia civile corrente, spessori della struttura di solaio generalmente maggiori di quelli necessari, a parità di
luce e carico utile, con altri sistemi costruttivi. La soletta di orizzontamento, se
resa collaborante con la struttura metallica a mezzo di appositi dispositivi, può
contribuire a ridurne notevolmente l’ingombro.
Altezza e dimensione delle travi inflesse. Nel caso di una struttura
di solaio con sovraccarico utile di 2,5 kN/m2 e carichi permanenti non strutturali
pari a 2,0 kN/m2 , rispettando contemporaneamente la limitazione di resistenza (Fe
360) e di deformazione elastica (1/500 della luce per e↵etto del solo sovraccarico),
si ha il prospetto della seguente tabella.
Altezza travi tipo IPE (mm)
Distanza
tra travi (m)
2
3
4
Luce della trave (m)
2
3
4
5
6
120 160 200 270 300
140 200 240 300 360
160 220 270 330 400
Distanza
tra travi (m)
5
6
–
Luce della trave (m)
2
3
4
5
6
180 240 300 360 450
180 240 300 440 500
–
–
–
–
–
Luca Strata
52
Strutture in acciaio
Edilizia
COLONNE COMPRESSE
D
Generalità. Le membrature che appartengono alla tipologia delle colonne
compresse sono generalmente le aste verticali delle strutture pendolari (v. Edifici
civili multipiano, pag. 49) ed, in generale, tutte quelle aste per cui, in assenza
di azioni flettenti applicate, la configurazione geometrica dell’asse baricentrico si
discosta dalla rettilineità, per e↵etto delle imperfezioni dovute alle tolleranze di
costruzione e di laminazione o di montaggio, per valori molto contenuti (1/1000
della lunghezza di libera inflessione).
Profili ottimali. Stante l’elevato valore del rapporto tra la tensione di lavoro del matriale acciaio e il suo peso specifico , nel caso di elementi compressi
impiegati nelle correnti opere di edilizia civile, il parametro maggiormente influente
sul dimensionamento delle membrature è costituito dalla loro snellezza (rapporto
tra la lunghezza di libera inflessione Lo e il raggio minimo di inerzia imin della sezione trasversale del profilo). Saranno quindi da preferirsi profili che, per compattezza
di forma e di disegno, riescano a ottenere alti valori di imin , pur mantenendo l’area
della sezione trasversale (e dunque il peso lineare dell’elemento) a valori contenuti.
I profili ottimali per aste semplicemente compresse sono: i tubi a parete sottile
tondi e quadri nonché i profili della serie HEA. Per la maggiore facilità di disegno
dei nodi di collegamento la serie aperta ad ala larga alleggerita HEA è di norma il
profilo più impiegato.
Limiti di snellezza. In ragione del repentino manifestarsi del collasso per
carico critico degli elementi compressi, è opportuno che la snellezza delle colonne
principali compresse sia sempre inferiore a 150 (fig. B).
Materiali. Nell’ambito delle dimensioni degli interpiani di corrente impiego
nella edilizia civile usuale, poiché i limiti di snellezza sono molto più severi dei limiti
di resistenza del materiale, le colonne compresse non beneficiano delle maggiori
risorse resistenti o↵erte dagli acciai delle classi più elevate, ed è generalmente
impiegato acciaio delle classi Fe 360 e Fe 430 nei gradi di saldabilità (A, B, C e
D) più adatti alla esecuzione dei nodi di collegamento. Solo in strutture speciali
e particolarmente in quelle realizzate mediante profili scatolari composti saldati e
nelle sezioni a cassone di lamiera irrigidita, può risultare opportuno l’impiego di
acciai ad alta resistenza.
Dimensione delle colonne compresse tipo HEA (Fe 360).
Carico sulle
colonne
(kN)
Altezza di interpiano
o lunghezza di libera
inflessione Lo (m)
Carico sulle
colonne
(kN)
Altezza di interpiano
o lunghezza di libera
inflessione Lo (m)
3,00 3,50
4,00
3,00 3,50
4,00
100
120
120
120
1000
240
260
260
250
140
140
160
1250
280
280
300
500
180
200
200
1,500
300
300
320
750
220
240
240
1750
320
340
360
Incidenza sul costo di costruzione. Nei fabbricati monopiano a destinazione industriale l’incidenza del peso delle colonne sul peso complessivo dell’edificio
per unità di superficie coperta, dipende dalla portata, dalla luce e dalla corsa del
carroponte; assume valori variabili tra 4 e 16 kg/m2 . Nei fabbricati multipiano con
campate di 3–6 m e interpiano di 3–4 m, il valore del peso delle colonne sul peso
complessivo è di 16–30 kg/m2 , in funzione del numero dei piani.
Luca Strata
53
Strutture in acciaio
Edilizia
ASTE COMPOSTE
D
Generalità. I normali profili laminati di corrente produzione industrializzata e unificata non sono generalmente in grado di assolvere a tutti i molteplici
impieghi delle costruzioni in acciaio. Quando le dimensioni dell’opera, o la quantità in peso di materiale lavorato, o la particolarità delle condizioni progettuali lo
giustificano, si ricorre frequentemente a profili composti ad hoc mediante assemblaggio di officina di lamiere e anche di parti di profilati. Nell’assemblaggio di aste
composte possono utilmente essere impiegati anche acciai di di↵erenti qualità. In
particolare, anime e piattabande a doppio T possono essere realizzate con acciai
di di↵erenti caratteristiche meccaniche, dotati di maggiore o minore limite elastico a seconda dello stato di sollecitazione di trazione o di compressione. Nel caso
di unioni di forza saldate, potranno essere impiegati acciai di caratteristiche di
risilienza adeguati al tipo di sollecitazione e di procedimento di saldatura, migliorando le qualità di durata della struttura e riducendo i rischi di rottura fragile. Le
lamiere costituenti le piattabande potranno infine essere conformate agli specifici
ruoli assegnati nel complesso strutturale, per esempio con sezioni larghe e sottili,
per consentire l’appoggio di elementi collaboranti degli orizzontamenti, o strette e
compatte, per agevolare l’inserimento di altri elementi costruttivi.
Modalità costruttive. Nella composizione di aste a sezione particolarmente snella, oltre agli eventuali irrigidimenti longitudinali e trasversali, devono essere
previste anche specifiche modalità esecutive volte a garantire limiti di tolleranza
geometrica accettabili per il successivo impiego. La sezione trasversale delle aste
composte viene progettata adeguando le risorse resistenti del profilo alle e↵ettive
condizioni di sollecitazione di progetto e ottimizzando quindi la sezione rispetto
alla resistenza.
Tuttavia nell’assemblaggio delle aste composte, sia nella fabbricazione che
nell’impiego, devono essere assunte particolari accortezze volte a evitare che la
sezione progettata presenti parti localmente instabili per eccessiva snellezza sia
durante la costruzione sia in fase di esercizio, perché le limitazioni dei rapporti
tra lunghezza e spessori delle parti componenti la sezione resistente che nei profili
laminati unificati sono sempre soddisfatte, potrebbero invece non esserlo.
Condizioni di impiego. Pur essendo l’impiego di aste composte prevalentemente riservato a strutture speciali o di grande dimensione (travate da ponte,
gru di grosse dimensioni, attrezzature speciali per l’industria e i trasporti), anche
in opere di importanza corrente possono essere conseguiti significativi risparmi in
peso strutturale impiegando profili composti, purché la quantità di materiale lavorato e la serialità della produzione giustifichi i maggiori costi unitari del profilo
composto rispetto a quello laminato (anche 30–40% in più).
Criteri di progettazione. Per evitare l’imbozzamento delle pareti sottili
delle aste compresse, in mancanza di una più precisa determinazione, il rapporto
b/t deve essere minore dei valori indicati nella tabella A, essendo: t lo spessore
della parete sottile (fig. B); b la larghezza della parete sottile; t1 , b1 lo spessore e la
larghezza dell’elemento, anima o piattabanda, al quale la parete sottile è vincolata;
= (b1 /t1 )/(b/t) il parametro che commisura l’elasticità dell’incastro della parete
sottile. Qualora risulti
> 1 si deve assumere
= 1. Nelle aste saldate le
dimensioni b e b1 devono essere misurate a partire dalla mezzeria dei cordoni di
saldatura e in quelle laminate al netto dei raccordi. Rapporti larghezza e spessore
maggiori di quelli indicati devono essere giustificati da un procedimento di calcolo
rigoroso.
Luca Strata
54
Strutture in acciaio
Edilizia
ASTE COMPOSTE A TRALICCIO
D
Generalità. Un particolare tipo di aste a sezione composta è costituito
dalle aste composte mediante tralicciatura di elementi laminati. A seconda del tipo
di collegamento fra i correnti, le aste composte si distinguono in (fig. A): a) aste
tralicciate; b) aste calastrellate con correnti distanziati almeno sei volte il raggio
d’inerzia del singolo corrente (aste a correnti distanziati); c) aste abbottonate con
correnti ravvicinati, posti a meno di tre volte il raggio d’inerzia del singolo corrente.
L’impiego di tali tipi di aste è generalmente previsto per elementi compressi.
La convenienza dell’impiego di tali aste deriva dal fatto che la tralicciatura consente
di ottenere sezioni dotate di grande raggio di inerzia nel piano della tralicciatura
stessa con ridottissimo peso strutturale e, conseguentemente, in grado di sfruttare
appieno le risorse resistenti del materiale acciaio anche in compressione. Le aste
tralicciate possono essere combinate tra loro in modo da costituire sistemi spaziali
quali, per esempio, i tralicci per elettrodotti.
Modalità costruttive. Il comportamento delle aste composte dipende dalle prestazioni flessionali dell’asta e dalla deformabilità dei collegamenti, che devono
assorbire le mutue azioni di scorrimento tra i profili che costituiscono la sezione. Le
aste composte mediante tralicciatura devono essere progettate in maniera tale che
siano contemporaneamente rispettati i limiti di snellezza globale del traliccio nel
suo complesso e di snellezza locale di ogni singola asta. Lo schema di tralicciatura
impiegato nel progetto di tali tipi di aste deriva direttamente da questi requisiti
ed è in stretta dipendenza dal tipo di laminati impiegati per i correnti e per le aste
di parete (fig. B).
La stabilità fuori piano delle aste tralicciate compresse deve essere garantita da appositi dispositivi, ritegni o vincoli, o dalle caratteristiche di inerzia dei
soli correnti considerati come aste singole, in quanto il traliccio è inerte rispetto
all’inflessione in tale direzione.
Criteri di progettazione. I laminati più frequentemente impiegati sono:
a) gli angolari a L a lati uguali o disuguali, semplici o accoppiati; b) i profilati della
serie CNP (generalmente per i correnti); c) i tubi tondi e quadri. La capacità portante complessiva dell’asta dipende dal comportamento globale della membratura,
dal comportamento locale di ogni corrente e da quello dei collegamenti. Una membratura composta compressa può essere riguardata come asta semplice o composta
a seconda del piano di inflessione che si considera, ovvero se la stabilità nei confronti dell’inflessione deve essere valutata, o meno, in direzione normale a quella del
piano del traliccio. La determinazione della capacità portante delle aste composta
è comunque basata sul criterio della snellezza equivalente. Nel caso particolare
di collegamenti acalastrelli, deve essere considerato il comportamento a “telaio”
dell’asta composta.
Le aste tralicciate possono essere composte mediante bullonatura o saldatura;
nel caso di aste di dimensioni trasportabili entro i limiti di sagoma, la composizione
mediante saldatura risulta molto più conveniente in termini di peso strutturale
perché evita la presenza di piastre e bulloni.
Diagonali, calastrelli e relativi attacchi si dimensionano per la forza V =
(!N )/100; dove ! è funzione della snellezza equivalente dell’asta e N è la forza
assiale applicata all’asta. In presenza di azioni dinamiche la forza V deve essere
aumentata del 25%; i calastrelli di collegamento si calcolano ammettendo che la
forza V si ripartisca in quote uguali.
Luca Strata
55
Strutture in acciaio
Edilizia
TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLS
D
Generalità. Utilizzando la collaborazione statica che si instaura tra il profilato metallico e la soletta in calcestruzzo (cls), è possibile ottenere sezioni resistenti
dotate di rigidezze flessionali molto maggiori del profilato semplice. Inoltre l’unione della trave col solaio in calcestruzzo, posto al di sopra dell’elemento di acciaio,
garantisce l’assenza di fenomeni di instabilità flessotorsionale in fase di esercizio.
Nell’ambito delle normali costruzioni civili sono pertanto da preferirsi i profili
cosiddetti alti, appartenenti alla serie IPE, oppure, per strutture importanti, profili
composti saldati che massimizzano le caratteristiche di inerzia (fig. A).
Limiti di deformabilità. Queste travi possiedono generalmente rigidezze
flessionali elevate, che determinano basse deformazioni elastiche, pienamente compatibili con la funzionalità, la durata e il corretto comportamento delle finiture
tecnologiche della struttura (v. Travi inflesse, pag. 51).
Materiali. Poiché i limiti di resistenza del materiale risultano generalmente
più severi dei limiti di deformazione, le travi a sezione composta collaborante beneficiano delle maggiori risorse resistenti o↵erte dagli acciai delle classi più elevate
(Fe 430 e Fe 510).
Modalità costruttive. Trave metallica autoportante. Durante la fase di
getto del solaio collaborante (I fase), la trave in acciaio viene sollecitata dallo stato
di tensione derivante dal peso proprio e dal peso del solaio in cls. La sezione
composta risulta poi efficiente per le successive fasi di costruzione ed esercizio (II
fase) nei confronti dei carichi permanenti e accidentali. Le tensioni si sommano
come rappresentato in figura B. La trave in acciaio viene costruita e montata con
una opportuna controfreccia per ottenere un intradosso circa orizzontale al termine
delle fasi di costruzione.
Trave metallica puntellata. Grazie alla presenza dei puntelli durante il getto
del solaio il profilato d’acciaio risulta quasi scarico. Al momento della presa del
calcestruzzo e dopo la rimozione dei puntelli, tutte le azioni agenti sulla trave,
compreso il peso proprio, sollecitano la sezione composta. La determinazione della
eventuale controfreccia da assegnare alla trave in acciaio viene quindi eseguita con
riferimento alle caratteristiche statiche della sezione composta.
Caratteristiche statiche con soletta piena h=12 cm
Solo acciaio
Sezione composta
J
W
J id
W inf W sup
IPE
cm4
cm3
cm4
cm3
cm3
120
140
160
180
200
318
541
869
1317
1943
53,0
77,3
109,0
146,0
194,0
3658
4275
5125
6213
7658
337
340
360
392
440
4174
4778
5587
6589
7862
Solo acciaio
Sezione composta
J
W
J id
W inf
W sup
IPE
cm4
cm3
cm4
cm3
cm3
220
240
270
300
330
2772
3892
5790
8356
11770
252,0
324,0
492,0
557,0
713,0
9460
11758
15523
20373
26495
501
580
693
834
1006
9377
11208
14033
17389
21296
Connettori. La solidarizzazione tra il profilo in acciaio e il getto di cls
collaborante è ottenuta tramite connettori a taglio metallici applicati alla trave. Il
tipo più di↵uso è quello a pioli tipo Nelson, elettrosaldato con apposite attrezzature
ai profili in acciaio sia in stabilimento sia in opera. Il costo e la difficoltà della
esecuzione in opera della saldatura dei pioli nelle costruzioni civili correnti, hanno
portato alla produzione di tipologie di pioli anche fissati a freddo.
Luca Strata
56
Strutture in acciaio
Edilizia
SOLAI CON LAMIERA GRECATA
D
Generalità. È possibile realizzare sezioni resistenti composte di acciaio calcestruzzo (cls) anche per i solai, utilizzando sottili lamiere di acciaio (da 8/10 a
12/10 mm) profilate a greca mediante piegatura a freddo (lamiere grecate). Le
piegature più frequentemente adottate sono denominate A55/P600 e A75/P570
(fig. A). Le lamiere sono dotate di corrugamenti (imbutiture) sui fianchi delle greche per migliorare l’aderenza con il calcestruzzo (Hi-bond ).
Materiali. Nella produzione delle lamiere grecate sono impiegati acciai delle
classi Fe 430 e Fe 510, con tensioni di lavoro, limitate dal sottile spessore delle
lamiere, a circa 140 kN/mm 2 . Le lamiere possono essere fornite in acciaio nero,
zincate o preverniciate ed eventualmente trattate con vernici speciali.
Altezza e dimensione dei solai. Nel caso corrente di una struttura di
solaio con sovraccarico utile di 2,5 kN/m 2 e carichi permanenti non strutturali
di 2,0 kN/m 2 , rispettando contemporaneamente la limitazione di resistenza e di
deformazione elastica (1/500 della luce per e↵etto del solo sovraccarico), si ha:
Tipo
lamiera
Altezza
della lamiera
(mm)
Altezza totale
della soletta
(cm)
Peso totale
della soletta
(kN/m2 )
Luce massima
L
(m)
A55/P600
A55/P600
A55/P600
A55/P600
55
55
55
55
9
10
11
12
1,65
1,90
1,15
2,40
2,80
2,80–3,20
3,20–3,40
3,40–3,60
A75/P570
A75/P570
A75/P570
75
75
75
13
14
15
2,00
2,25
2,50
3,40
3,40–3,80
3,80–4,20
Modalità esecutive. Le solette composte acciaio-cls tipo Hi-bond sono generalmente realizzate con la lamiera autoportante durante la fase di getto (I fase).
La lamiera è soggetta allo stato di tensione derivante dal peso proprio e dal peso
del calcestruzzo, mentre la sezione composta risulta efficiente solo per le successive fasi di costruzione ed esercizio (II fase) nei confronti dei carichi permanenti
e accidentali. Al termine delle fasi di costruzione le tensioni si sommano come
rappresentato in figura B. Le lamiere possono essere posate continue sulle strutture principali portanti. In tale caso, per realizzare travi composte acciaio-cls, i
connettori a taglio da prevedersi su queste ultime dovranno essere posati in opera
(v. Travi composte acciaio-cls, pag. 55).
Limiti di deformabilità. La massima freccia prevista per le lamiere in fase
di getto non deve superare L/240. In fase di esercizio, valgono le limitazioni imposte alle strutture di solaio (v. Travi inflesse, pag. 51). Poichè le lamiere vengono
generalmente fornite con profilo longitudinale rettilineo con tolleranza inferiore allo 0,2% della lunghezza della lamiera (11–12 m), e non è quindi applicabile alcuna
controfreccia di progetto, la freccia permanente finale dovrà essere limitata in sede
di dimensionamento, anche sulla base di considerazioni estetiche.
Connessioni alle strutture portanti. Il fissaggio tra la lamiera grecata e
i profili in acciaio della struttura portante principale deve essere garantito in tutte
le fasi di costruzione, dalla posa al getto integrativo, mediante saldatura per punti,
viti o rivetti eseguiti nella parte inferiore delle nervature. Detto fissaggio, oltre
a impedire lo scivolamento delle lamiere, esercita una funzione stabilizzante sulle
strutture principali di sostegno prima della presa del calcestruzzo.
Luca Strata
57
Strutture in acciaio
Edilizia
CONTROVENTI
D
Generalità. L’onere di un calcolo rigoroso per realizzare telai e nodi rigidi,
nonché l’esigenza di rendere gli edifici economici e di più rapida progettazione
ed esecuzione, inducono a orientarsi verso schemi isostatici, nei quali le azioni di
forze orizzontali, come vento, sismi, tiri di cavi, instabilità parziale o globale ecc.,
sono assegnate a specifici elementi di controvento. L’importanza dei controventi è
determinante: ciascun elemento di controvento assolve a un compito ben preciso
e specifico; il suo errato inserimento nel contesto delle strutture potrebbe riuscire
addirittura nocivo alla stabilità dell’edificio stesso.
Tipologie strutturali. Negli edifici civili si distinguono dispositivi di controvento: a) verticali, destinati ad accogliere le risultanti delle forze orizzontali di
ciascun piano; b) orizzontali, disposti nel piano degli orizzontamenti e delle coperture per garantirne la indeformabilità nel loro piano; c) di falda, disposti sulle
testate ed, eventualmente, lungo il perimetro delle strutture di copertura per impedire lo svergolamento o il ribaltamento delle strutture principali di copertura
(travi o capriate); d) di banchina, disposti lungo i fianchi di fabbricati industriali,
per garantire la stabilità delle aste longitudinali destinate a trasferire ai controventi
verticali le azioni orizzontali e per stabilizzare le vie di corsa degli apparecchi di
sollevamento; e) a crociera, disposti verticalmente nel piano normale a quello delle
strutture di copertura per rompitrattarne la lunghezza di inflessione fuori piano.
Disposizioni ricorrenti delle aste diagonali sono a croce di S. Andrea, a V , a K, a
“portale” (fig. A).
Criteri di progettazione. Il dimensionamento delle aste diagonali dei dispositivi di controvento è eseguito, alternativamente: • considerando efficaci solo
le aste tese delle maglie reticolari, e pertanto prevedendo profili snelli in grado
di non subire danneggiamenti per e↵etto dello svergolamento per carico di punta
quando soggetti a carichi di compressione (
200); • considerando efficaci le
aste tese e compresse, e pertanto verificando a carico di punta gli elementi compressi delle maglie reticolari; lo schema statico dei controventi risulta in questi
casi generalmente iperstatico. Se la geometria della struttura è simmetrica, il suo
comportamento è assimilabile a quello di due strutture isostatiche antisimmetriche
sovrapposte soggette ciascuna alla metà delle azioni orizzontali.
Incidenza sul costo di costruzione. Nel grafico della figura B sono indicati i valori del peso complessivo delle strutture reticolari verticali di controvento
in acciaio con schema a “croce di S. Andrea” al variare del carico orizzontale e del
numero dei piani. I valori diagrammati sono calcolati con un interpiano di 3,30 m,
aste diagonali in angolari a lati uguali, colonne verticali a interasse di 6,00 m e
comprendono l’incidenza delle piastre di nodo e delle bullonature. Per interassi L
tra le colonne verticali di 4–8 m, possono essere impiegate le formule seguenti per
diagrammato:
⇥la rettifica del peso totale
⇤
2
⇥p 60 + 15 (L 4)2 ⇤ (1 + 0,02 np ) per 4 m  L < 6 m;
p 60 + 15 (L 4) (1 0,02 np ) per L > 6 m; con: p peso diagrammato per un
interasse L = 6 m; np numero piani.
Nel grafico della figura C sono indicati i valori del peso complessivo delle
strutture reticolari orizzontali di controvento in acciaio con schema a croce di
S. Andrea per valori del carico orizzontale di 70–180 kg/m in funzione della luce
tra i controventi verticali. I valori diagrammati sono calcolati con aste diagonali
in angolari a lati uguali, altezza pari a 1/10 della luce, passo variabile tra 1/20 e
1/5 della luce e comprendono l’incidenza delle piastre di nodo e delle bullonature.
Luca Strata
58
Strutture in acciaio
Edilizia
COPERTURE A STRUTTURA METALLICA
D
Generalità. Si impiegano coperture a struttura di acciaio prevalentemente
in edifici monopiano a destinazione industriale e speciale. Negli altri casi correnti
di edilizia civile residenziale, la struttura di copertura è realizzata generalmente con tipologia analoga a quella dei livelli praticabili, con o senza pendenza e
dimensionata per carichi inferiori a quelli dei piani sottostanti.
Tipologie strutturali. Lo schema strutturale più di↵uso prevede l’impiego
di: a) capriate di copertura, generalmente reticolari con schema a diagonali tese e
montanti verticali (fig. A1), disposte in passo pari all’interasse delle colonne verticali e comunque non superiore ai 6 m; b) arcarecci, elementi inflessi che riportano
il carico verticale agente in copertura alle travi principali, selezionati tra profili
IPE, a C piegato a freddo e, frequentemente, a ⌦ (fig. A2, 3); c) controventi di
falda longitudinali e trasversali, disposti nel piano delle falde, con funzione stabilizzante per gli arcarecci e le capriate (fig. A4) ed, eventualmente, controventi delle
capriate di copertura (crociere), con funzione stabilizzante per la briglia inferiore
delle capriate di copertura reticolari; d) lamiere grecate di copertura, in numerosi
tipi di profilature, ove le piegature più frequentemente adottate sono denominate
A40/P750 e A55/P800.
Profili ottimali. Per la realizzazione delle capriate sono frequentemente impiegati profili a L accoppiati, che permettono un agevole disegno dei nodi (fig. A2);
procedure di lavorazione automatizzate e l’impiego di connessioni saldate in officina, portano peraltro a preferire strutture fabbricate con profili a H o tubolari
(fig. A3). Le strutture di controventamento sono generalmente realizzate con angolari a L, semplici o accoppiati, con profili tubolari o a C.
Altezza, dimensioni e limiti di deformabilità. Le strutture di copertura hanno una notevole incidenza sul peso complessivo del fabbricato, soprattutto
se esso è monopiano e le luci libere sono maggiori di 20 m: per tale ragione l’altezza utile tra le briglie delle capriate non dovrebbe mai scendere sotto 1/20 della
luce libera. In presenza di falde in pendenza, generalmente compresa tra il 6 e il
10%, la capriata risulta ad altezza variabile, e l’altezza minima agli appoggi può
essere ridotta sotto tale limite. Per tutte le strutture di copertura, la freccia totale,
dovuta al carico permanente e al sovraccarico, non deve superare 1/200 della luce.
Montaggio e controventamento. Alle strutture di copertura, soprattutto
nei fabbricati industriali monopiano, viene anche assegnato il compito di garantire il complessivo irrigidimento dell’intero sistema strutturale, per il tramite dei
dispositivi di controventamento di falda e di testata. Durante le fasi di montaggio
occorrono dispositivi temporanei destinati a stabilizzare le colonne e le capriate
già poste in opera. Quando le capriate di copertura sono assemblate a piè d’opera
e sollevate per la posa, deve essere studiata anche la dislocazione dei punti di sollevamento e la stabilità a svergolamento della capriata, assicurandola con specifici
dispositivi di controvento da utilizzare volta per volta a reimpiego per tutti gli
elementi sollevati.
Incidenza sul costo della costruzione. Nel grafico della figura B sono
indicati i valori del peso, per m2 utile di superficie coperta, delle lamiere e delle strutture di copertura in acciaio al variare dell’interasse delle capriate e della
loro luce. I valori diagrammati comprendono l’incidenza delle lamiere, delle bullonature, dei controventi, degli arcarecci e delle capriate principali e sono calcolati
rispettando i limiti di deformazione.
Luca Strata
59
Strutture in acciaio
Edilizia
STRUTTURE RETICOLARI PER COPERTURE
D
Generalità. Per le sue intrinseche caratteristiche di leggerezza, la struttura
in acciaio è frequentemente impiegata nella realizzazione di coperture di impianti
industriali, sportivi, a uso collettivo e in genere in tutti quei casi in cui la necessità di minimizzare o escludere sostegni intermedi della copertura comporta la
realizzazione di campate di grande luce.
Tipologie strutturali. I principali settori di impiego sono: a) le travature
reticolari a capriata a semplice e doppia falda, specialmente nei fabbricati industriali; b) le travature a traliccio reticolare spaziale torsiorigido, nei casi di ineguali
applicazioni di carichi sospesi alla copertura (impianti, passerelle, ecc.) e nei casi
di sollevamento e montaggio delle strutture di copertura in condizioni operative
difficoltose (fig. A); c) le strutture reticolari spaziali a piastra (fig. B).
Campi di applicazione. Le travature reticolari piane si impiegano per luci
da piccole a medie (8–20 m). Le travature a traliccio spaziale coprono convenientemente campate di luce superiore a 20–25 m e impegnano solo due lati contrapposti
del perimetro del fabbricato con le strutture di sostegno. Le strutture a piastra
reticolare spaziale si impiegano nel caso di superfici da coprire con poca di↵erenza
tra le lunghezze dei lati, di grande dimensione (generalmente oltre i 40 m) e con
elementi di sostegno della copertura disposti perimetralmente.
Criteri di progettazione. Per le travature reticolari piane (v. Coperture
a struttura metallica, pag. 58). Le travature a traliccio spaziale sono generalmente
costituite dall’accoppiamento di due travature reticolari piane collegate mediante
tralicciature di controvento superiori e inferiori poste al livello delle briglie. Sono
inoltre necessari diaframmi reticolari interni posti nel piano normale a quello di
giacitura delle aste di parete. Le strutture a piastra reticolare spaziale sono frequentemente realizzate con profili tubolari cavi che consentono di realizzare strutture
con alti indici di sfruttamento dell’acciaio. Si ottengono cosı̀ pesi propri ridotti in
grado di compensare il maggior costo del materiale, delle lavorazioni e dei giunti.
La leggerezza della struttura consente soprattutto un dimensionamento contenuto
dello spessore della copertura che, nel campo delle grandi luci, è particolarmente
sensibile agli e↵etti del peso proprio.
Incidenza sul costo di costruzione. Nel grafico della figura C sono indicati i valori del peso, per m2 utile di superficie coperta, delle strutture di copertura
in acciaio al variare della loro luce. I valori diagrammati comprendono solo l’incidenza delle bullonature e dei giunti (lamiere, arcarecci e controventi sono pertanto
esclusi) e sono calcolati rispettando i limiti di formazione. Il grafico è calcolato
per travature a traliccio spaziale distanziate tra loro da 6 a 12 m e per piastre
reticolari a pianta quadrata con appoggio lungo tutti i bordi. I valori diagrammati
per le piastre reticolari restano significativi fino a rapporti tra i lati pari a 1,5, per
rapporti superiori i valori tendono a quelli delle travature; nel caso di appoggio
discontinuo lungo il perimetro, concentrato solo agli spigoli o assente lungo tutto
un lato, l’incidenza del peso strutturale a m2 può crescere notevolmente (anche
oltre il doppio). Nel campo delle coperture di grande luce il fattore generalmente
determinante sul costo complessivo è costituito dal trasporto dei pezzi, dal loro
assemblaggio, dal sollevamento e dal montaggio in opera. Generalmente prevedere
l’assemblaggio a terra delle strutture e il loro successivo sollevamento a mezzo di
apparecchiature anche di grande dimensione risulta più economico ed efficente per
tempi di esecuzione, rispetto ad altre soluzioni.
Luca Strata
60
Strutture in acciaio
Edilizia
COLLEGAMENTI BULLONATI
D
Generalità. Si prevedono assemblaggi bullonati nei seguenti casi: a) unioni
in opera senza installazioni di cantiere complesse e costose; b) strutture per le quali
il contenimento dei costi è dato da procedure ad alta produttività di lavorazione
dei profilati in linee di taglio e foratura, automatizzati senza successivi interventi
manuali di rifinitura (molature, cianfrini, scantonature, preparazione dei lembi,
saldature di piastre, flange e simili); c) strutture zincate da assemblare in opera;
d) strutture sottoposte a cicli di verniciatura e protezione dalla corrosione prima
del montaggio.
Tipologie dei collegamenti. Si distinguono due tipi di collegamenti: a) a
taglio, nel quale l’azione accolta da un elemento è trasferita all’elemento giuntato
dal contatto tra i gambi dei bulloni e la lamiera di contorno dei fori attraverso cui
essi sono alloggiati; b) ad attrito, eseguiti solo con bulloni ad alta resistenza, nel
quale l’azione accolta da un elemento è trasferita all’elemento giuntato mediante
l’attrito tra le piastre del nodo del collegamento dato dal serraggio dei bulloni. I
collegamenti a taglio richiedono, a parità di azione trasmessa, di classe e diametro,
un numero di bulloni inferiore rispetto alle unioni ad attrito; il collegamento, sollecitato dalle azioni di progetto, subisce uno scorrimento inelastico indotto dal gioco
foro-bullone che determina, specie in strutture dotate di molti giunti, deformazioni
permanenti non trascurabili in fase di progettazione; i collegamenti ad attrito, al
contrario, non ammettono scorrimenti nell’ambito delle azioni di progetto; qualora
l’attrito fosse vinto da azioni superiori a quelle di calcolo, il giunto funzionerebbe
ancora come uno di tipo a taglio.
Condizioni ottimali d’impiego. Si impiegano collegamenti a taglio nei
collegamenti “a cerniera” (senza trasmissione dei momenti flettenti), nei giunti
d’anima e nei collegamenti soggetti a sforzi di tipo tagliante; nei collegamenti
di montaggio, nelle controventature provvisorie o dove si prevedono tenditori. I
collegamenti ad attrito si usano: nelle unioni di piattabande tese e compresse
di travi semplici, composte e a cassone; nelle unioni di travature reticolari e nei
controventamenti verticali e orizzontali a struttura di acciaio.
Indebolimento delle sezioni per e↵etto dei fori. La verifica di resistenza delle aste tese collegate mediante bullonatura si e↵ettua con riferimento all’area
netta della sezione trasversale dell’asta, detraendo l’area dei fori.
Materiali.
Tipi di bullone
Classe
vite
Resistenze caratteristiche
Tensioni ammissibili
Classe
dado
ft
N/mm2
fy
N/mm2
fk,N
N/mm2
N/mm2
⌧b,adm
N/mm2
4,6
4A
400
240
240
160
113
5,6
5D
500
300
300
200
141
6,6
5S
600
360
360
240
170
8,8
6S
800
640
560
373
264
10,9
8G
1000
900
700
467
330
b,adm
Si impiegano bulloni dei diametri:
=12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30 mm,
conformi alle UNI 5727, UNI 5591, UNI 5592 e UNI 3740. I fori devono avere diametro uguale a quello del bullone maggiorato di 1 mm fino a 20 mm e di 1,5 mm
oltre 20 mm; in accoppiamento di precisione la maggiorazione sarà rispettivamente di 0,25 e 0,50 mm.
Luca Strata
61
Strutture in acciaio
Edilizia
COLLEGAMENTI SALDATI
D
Generalità. Le unioni saldate non determinano riduzione della sezione efficacie degli elementi collegati e possono essere conformate in modo da seguire nel
migliore dei modi l’e↵ettivo flusso degli sforzi presente nelle parti da unire. È
preferibile impiegare unioni saldate in tutti gli assemblaggi in officina; l’esecuzione
in opera delle saldature richiede particolari accortezze e costi elevati. Strutture di
grosse dimensioni possono essere composte con saldatura per parti fino ai limiti di
sagoma trasportabili e assemblate in opera mediante bullonatura.
Classi delle saldature. Si distinguono due classi. a) I classe: giunti effettuati con elettrodi di qualità 3 o 4 secondo UNI 5132 o con altri procedimenti
qualificati di saldatura equivalenti e realizzati con accurata eliminazione di ogni
difetto al vertice prima di e↵ettuare la ripresa o la seconda saldatura. Essi debbono soddisfare ovunque l’esame radiografico secondo gli standard della collezione di
radiografie dell’IIW (International Institute of Welding) o un esame con ultrasuoni
che accerti la presenza di difetti non maggiori di quelli ammessi per le radiografie.
b) II classe: giunti e↵ettuati con elettrodi di qualità 2, 3 o 4 secondo UNI 5132
o con altri procedimenti di saldatura equivalenti, ritenuti comunque non idonei a
superare gli esami richiesti per la I classe.
Tipologie dei collegamenti. Si distinguono le saldature a piena penetrazione e le saldature a cordoni d’angolo. I collegamenti a piena penetrazione sono
richiesti in tutte le unioni di testa e in quelle a T dove siano previste azioni normali
all’asse del giunto e in special modo di trazione; in ragione degli spessori collegati
e delle possibilità operative o↵erte dalla dimensione e dislocazione del pezzo, sono
da prevedersi le preparazioni dei lembi da saldare (fig. A). I collegamenti a cordoni d’angolo sono impiegati in tutte le unioni impegnate a taglio e dove le azioni
normali all’asse del giunto sono secondarie o trascurabili.
Criteri pratici di progettazione. La posizione dei giunti deve agevolare
l’esecuzione, evitare la concentrazione di saldature in zone ristrette e permettere
che i giunti di testa siano suscettibili di controlli non distruttivi. Devono essere evitate le discontinuità locali. Le parti da saldare potranno essere soggette a
preriscaldo locale per evitare le cricche da idrogeno, con temperature dipendenti
dal tipo di acciaio, dallo spessore del materiale e dal procedimento di saldatura
impiegato; il preriscaldo è generalmente richiesto per acciai ad alta resistenza e/o
spessori superiori a 30 mm. In strutture impegnative e con notevoli concentrazioni
di saldature è possibile prescrivere un trattamento termico successivo alla saldatura (e susseguente ra↵reddamento controllato) per ridurre le autotensioni indotte
dall’assemblaggio. Il calcolo delle tensioni nelle saldature si e↵ettua assumendo come sezione resistente la sezione di gola del cordone di saldatura e assumendo come
lunghezza quella intera del cordone, se questo non presenta estremità palesemente
mancanti o difettose.
Saldature a piena penetrazione. Devono essere previsti di I classe i giunti
testa a testa di maggior importanza appartenenti a membrature tese esposte a
temperature minori di 0 C. Nel caso di elementi di spessore diverso, sollecitati
normalmente al giunto, l’elemento di spessore maggiore deve essere rastremato.
Saldature a cordoni d’angolo. Negli attacchi di estremità di aste sollecitate
da forza normale, realizzati soltanto con cordoni d’angolo paralleli all’asse di sollecitazione, la lunghezza minima dei cordoni stessi deve essere pari a 15 volte lo
spessore. La saldatura a tratti non è ammessa per cordoni d’angolo.
Luca Strata
62
Strutture in acciaio
Edilizia
BASI DELLE COLONNE
D
Generalità. Le colonne metalliche delle strutture in acciaio accolgono carichi concentrati di intensità molto elevata in rapporto alla resistenza dei materiali
delle ordinarie strutture di fondazione, generalmente realizzate in c. a. La ripartizione dei carichi alla base delle colonne è affidata ad appositi dispositivi a piastra
in grado di di↵ondere la pressione della colonna fino a livelli compatibili con quelli
del materiale della fondazione. Si presentano di↵erenti casi di sollecitazione alla
base delle colonne; le più ricorrenti sono: colonne compresse; colonne tese; colonne
presso e tenso-inflesse; colonne soggette a presso o tenso-flessione deviata.
Tipologie costruttive. Le piastre di base delle colonne metalliche possono
essere previste saldate in officina e unite alla colonna oppure bullonate da assemblare in opera.
Gli ancoraggi alle strutture di fondazione (tirafondi) sono strettamente necessari solo in presenza di azioni di trazione, tuttavia la loro presenza è generalmente
richiesta anche nel caso di colonne sempre compresse per consentirne il corretto posizionamento e regolarne la verticalità (fig. A1). Non è opportuno fare affidamento
sui tirafondi per assorbire eventuali azioni di taglio alla base delle colonne: per tale
scopo, qualora l’attrito sviluppato tra la piastra di fondazione e l’estradosso della
fondazione stessa non risulti sufficiente, è necessario introdurre appositi dispositivi
di contrasto (fig. A3).
L’ancoraggio dei tirafondi alla fondazione avviene tipicamente: a) per semplice aderenza; b) per aderenza e contrasto; c) con teste a martello (fig. B). I tirafondi
annegati nei getti delle fondazioni presentano spesso poca precisione di posizionamento, anche se posati entro le gabbie di armatura delle fondazioni con l’impiego
di dime; quando possibile è preferibile posare i tirafondi entro apposite tasche dopo
l’esecuzione delle fondazioni, procedendo alla sigillatura dopo il controllo del tracciamento (fig. B2 e B3). La sigillatura sarà eseguita con malta cementizia ad alta
resistenza moderatamente additiva con espansivi, al fine di compensare gli e↵etti
del ritiro e garantire il perfetto contatto del conglomerato con le piastre metalliche
e le barre dei tirafondi, solo dopo la registrazione delle quote altimetriche e di
verticalità della colonna.
Criteri di progettazione. Nel solo caso di compressione semplice è sufficiente che la piastra di base posta al di sotto della colonna sia in grado di distribuirne il più uniformemente possibile sulla superficie di impronta il carico da
essa proveniente. Tale risultato è perseguito assegnando alla piastra di base la
superficie necessaria e garantendo che la sua rigidezza flessionale sia tale da non
permettere concentrazioni di sforzo.
La rigidezza flessionale della piastra si ottiene assegnandole un adeguato spessore (minimo 16–20 mm) e mediante l’inserimento di nervature (fig. B4 e B5). In
tutti gli altri casi in cui sono coinvolte azioni di trazione, oltre che a rispettare la
corretta di↵usione degli sforzi, la conformazione della piastra di base deve essere
adatta a trasferire efficacemente l’azione di trazione dal profilato della colonna agli
ancoraggi (tirafondi) predisposti nelle fondazioni. Alcune delle soluzioni correnti
maggiormente impiegate sono rappresentate nelle figure B3 e C.
Incidenza sul costo di costruzione. Le piastre di ancoraggio incidono
molto modestamente sul peso complessivo delle colonne di un fabbricato. Tuttavia la tipologia costruttiva prescelta può allungare anche notevolmente i tempi
di consegna delle colonne, soprattutto quando si prevedono piastre composte per
saldatura in strutture zincate.
Luca Strata
63
Strutture in acciaio
Edilizia
PREPARAZIONE E PROTEZIONE DELLE STRUTTURE
D
Preparazione. È l’insieme di trattamenti di natura chimica o meccanica
atti ad asportare i materiali estranei che impediscono l’intimo contatto fra la superficie e lo strato protettivo e a creare un irruvidimento della superficie che ne
favorisca l’ancoraggio. Si distinguono in lavaggi, in preparazione delle superfici con
sistemi chimici e sistemi ad azione meccanica.
Lavaggi. Per bagno o immersione; a spruzzo, in apparecchiature fisse, attraverso le quali viene fatto passare il pezzo da trattare o mobili a bassa o ad alta
pressione o con vapore.
Sistemi chimici. La preparazione delle superfici può avvenire:
a) Con solventi: volta a eliminare dal supporto i grassi e gli oli. I solventi più
usati sono: nafta, tricloroetilene, 1-1-1 tricloroetano ecc.
b) Con sostanze acide (decapaggio): largamente impiegato per pezzi di piccole
dimensioni. Consiste nell’immersione dei pezzi da trattare in soluzioni tra il 5 e
il 20% di acido solforico o cloridrico e fosforico miscelati. Rimuove le scorie di
laminazione, di saldatura e dei trattamenti termici, gli ossidi superficiali, la ruggine
e i prodotti della corrosione, i depositi proteici e le scorie di calcare.
c) Con sostanze alcaline: come un trattamento complementare alle preparazioni meccaniche.
Sistemi ad azione meccanica. Pulizia con sistemi manuali. Pulizia con sistemi meccanici a percussione e raschiamenti. Sabbiatura: pneumatica, idraulica e
meccanica centrifuga. La sabbiatura pneumatica utilizza abrasivi silicei, metallici,
natural, o sintetici e può a sua volta essere suddivisa in sabbiatura a secco e a
umido. La idrosabbiatura (metodo idraulico) convoglia l’abrasivo per mezzo di acqua ad altissima pressione. Quella meccanica (sabbiatura automatica centrifuga)
è invece e↵ettuata sempre a secco e utilizza normalmente abrasivi metallici (ghisa
e acciaio).
Protezione. Lo scopo del rivestimento è di assicurare una protezione efficace di lunga durata delle superfici metalliche, con la formazione di una barriera
stagna tra queste pareti e il mezzo ambientale (tab. A).
Rivestimenti passivi. Devono garantire e mantenere nel tempo i seguenti
requisiti:
a) resistenza meccanica per sopportare le sollecitazioni che si producono durante le operazioni di maneggiamento (trasporto, montaggio, esercizio) e per assecondare le deformazioni elastiche;
b) tenuta stagna rispetto all’acqua e al vapore acqueo in modo da impedire
la penetrazione dell’umidità attraverso il rivestimento;
c) inerzia chimica;
d) insensibilità ai batteri che possono danneggiare il rivestimento;
e) elevata resistenza d’isolamento elettrico in modo da opporsi ai fenomeni
elettrochimici che avvengono tra la parete metallica e il mezzo.
Rivestimenti attivi. Unitamente o meno a rivestimenti passivi, assicurano
alla struttura metallica un’insensibilità totale nei confronti del mezzo ambientale
generalmente ottenuta associando al metallo un altro metallo più elettronegativo:
per i metalli ferrosi si usa la protezione galvanica mediante la metallizzazione
con zinco; alla protezione attiva può essere associata una protezione passiva con
funzione di tappa-pori, diminuendo cosı̀ l’autocorrosione dello zinco.
Luca Strata
64
Strutture in acciaio
Edilizia
TRASPORTO E MONTAGGIO DELLE STRUTTURE
D
Trasporto. Il trasporto dei pezzi prodotti in officina avviene generalmente
su strada. Sono peraltro possibili trasporti di tipo ferroviario, a mezzo di natanti
ed, eccezionalmente, di aeromobili. Il trasporto stradale e quello ferroviario implicano che le dimensioni complessive di ingombro dei pezzi, dei dispositivi per il
loro supporto e del mezzo di trasporto rispettino i limiti di sagoma ammessi per
la circolazione (fig. A). Mentre nel caso di trasporti di tipo ferroviario i limiti di
sagoma sono sostanzialmente inderogabili, nel caso di trasporto stradale, trasporti
definiti speciali e circolanti con scorta e sorveglianza possono eccedere i limiti di
sagoma fino ai limiti concordati con l’ente proprietario della strada sulla base delle
caratteristiche del tracciato, del peso del pezzo trasportato e delle caratteristiche
del mezzo di trasporto impiegato (passo assi, carico per asse, raggi di sterzata ecc.).
I trasporti speciali possono avere incidenze elevatissime sul costo della costruzione.
I trasporti a mezzo di natanti non hanno virtualmente limitazioni di ingombro
ma, anche se il pezzo da trasportare può essere il risultato dell’assemblaggio in un
cantiere navale di più parti a loro volta trasportate per strada o ferrovia, richiede
evidentemente che la destinazione finale sia accessibile dai natanti, il che rende il
campo di applicazione notevolmente limitato.
Montaggio. Il sistema di montaggio si determina in base a condizioni ambientali (accessi al cantiere, disponibilità di aree a piè d’opera ecc.), a vincoli o
accordi contrattuali (tempi di consegna, disponibilità di attrezzature preesistenti
ecc.) al peso massimo dei pezzi, all’altezza dell’edificio, al sistema di controvento,
alla disposizione dell’edificio in pianta.
Il montaggio è agevolato se in sede di progetto: a) sono state previste squadrette di imbastitura provvisoria a tutti i giunti saldati di travi o colonne; b) non
esistono saldature in opera in posizione sopra testa; c) le colonne sono suddivise
in tronchi di limitata altezza e la loro base consente aggiustamenti in pianta e in
quota; d) non esistono collegamenti a cerniera fra i vari tronchi di colonna; e) i
bulloni sono unificati nel maggior numero, per classe e diametro.
Tecniche e attrezzature. a) Gru a torre. Scorrevole su binari o fissa, con
la torre, telescopica o meno, libera o ancorata lateralmente all’edificio in più sezioni.
Per edifici di grande altezza si usano gru a torre con portata anche superiore a 10 t
(fig. B1).
b) Gru semovente. Adatta per edifici bassi, di forma allungata, con prefabbricati anche molto pesanti. Le gru semoventi hanno un peso rilevante in rapporto
alla portata: se esistono piani interrati fuori del perimetro dell’edificio e non praticabili da mezzi pesanti, le gru semoventi non possono generalmente accostarsi
all’area di montaggio (fig. B2).
c) Derrick strallato. Tecnica molto usata, soprattutto in passato, per edifici
di grande altezza e di pianta compatta (fig. B3).
d) Derrick a saettoni. Può essere usato in posizione fissa (alla sommità di
una torre di controvento in c. a.) o essere sollevato di piano in piano mediante
taglie o martinetti. Ha un angolo d’azione in pianta  270 , per l’interferenza fra
il braccio e i due saettoni a 90 (fig. B4).
e) Sistema “lift-slab”. Gli elementi si solaio sono prefabbricati a terra, a
pacchetto, sulla verticale della posizione che andranno a occupare nell’edificio e
sollevati fino a completamento dell’opera.
Luca Strata
65
Strutture in acciaio
Edilizia
COSTI DELLE STRUTTURE
D
Dati generali. Tipologia: fabbricato per uffici con controventi metallici.
Carichi utili q = 200 daN/m2 ; carico totale p = 600 daN/m2 ; pressione del vento
w = 100 daN/m2 ; coefficiente di esposizione = 1,2; numero piani np = 7; larghezza
B = 15 m; lunghezza L = 30 m; altezza in gronda H = 24 m; altezza d’interpiano
L0 ' 3,50 m; passo della maglia strutturale massima b⇥` = 6⇥6 m (fig. B).
Elementi strutturali. Travi secondarie: con passo i = 3 m su luce `s =
6 m, collaboranti con la soletta. Momento massimo M = i p `2s /8 = 3⇥600⇥62 /8 =
8100 daN m; modulo di resistenza Ws
M/ am = 426 cm3 , con tensione ammissibile am = 1900 daN/cm2 , si sceglie una IPE 270. Travi principali (v. pag. 51):
sulla maglia massima di 6⇥6 m: si sceglie una IPE 500. Colonne (v. pag. 52): carico massimo al piede N = b ` p np = 6⇥6⇥600⇥7 = 151 200 daN: si sceglie una
HEA 300. Solai (v. pag. 56): lamiera grecata tipo A55/P600 su una luce di 3,00 m.
Stima del peso. Peso (daN) = lunghezza (m) per peso unitario (daN/m).
a) Colonne: Lc = 6⇥4⇥3,50⇥7 = 588 m, Pc = 588⇥88,3 = 51 920 daN.
b) Travi principali: Lp = 5⇥4⇥7⇥6 = 840 m, Pp = 840⇥106 = 89 040 daN.
c) Travi secondarie: Ls = 11⇥7⇥(6⇥2+3) = 1155 m, Ps = 1155⇥36,1=41 696 daN.
d) Lamiera grecata: Ag = 15⇥30⇥7 = 3150 m2 , Pg = 3150⇥15,7 = 49 455 daN.
e) Controventi orizzontali di piano (v. pag. 57): carico del vento w1 = 1,2⇥100 =
120 daN/m2 ; peso unitario per il lato di luce 30 m = 500 daN/piano; per il lato di
luce 15 m = 250 daN/piano; da cui: Po = (500 + 250)⇥7 = 5250 daN.
f) Controventi verticali longitudinali (v. pag. 57): carico del vento w2 = w1 B/2 =
120⇥15/2 = 900 daN/m; luce della campata = 6 m; da cui: Pv1 = 1000 daN.
g) Controventi verticali trasversali: carico del vento w3 = w1 L/2 = 120⇥30/2 =
1800 daN/m; luce della campata = 6,00; da cui: Pv2 = 1800 daN.
h) Totale: Pc + Pp + Ps + Pg + Po + Pv1 + Pv2 = 240 161 daN.
Stima del costo. Il costo unitario C può essere calcolato con la formula: C = c a ⌃ bi , con: i = 1, . . . , n; n numero di parametri bi considerati; c =
0,50 E/daN costo del materiale base; a incidenza del tipo di laminazione (tab. A);
bi incidenza del tipo di: fornitura, lavorazioni, trasporto, montaggio (tab. A).
Calcolo dei costi unitari minimo e massimo:
Incidenza del tipo di laminazione (per laminato prevalente, IPE) a = 1,0.
Incidenza delle lavorazioni, trattamenti, trasporto e montaggio:
Fase
Caratteristica
bi
bmin
bmax
Fornitura
Lavorazioni
Tagliato e forato a misura
Trattamento di decapaggio,
saldatura di piastre,
trattamento protettivo di zincatura
Stradale in sagoma
Sollevamento,
bullonato in opera
b1
b2
b3
b4
b5
b6
b7
1,5
0,5
0,2
0,2
0,1
0,2
0,1
1,6
0,7
0,4
0,5
0,2
0,7
0,3
⌃ bi =
2,8
4,4
Trasporto
Montaggio
Da cui si ricava:
Costi unitari: Cmin = 1000⇥1,0⇥2,8 = 1,40 E/daN; Cmax = 2,20 E/daN.
Poiché l’opera è di facile esecuzione, con sollevamento e montaggio non particolarmente difficoltosi, il costo unitario complessivo C può considerarsi la media
tra i valori calcolati, e pari a 1,80 E/daN. L’importo delle opere in acciaio vale
dunque I = 1,80⇥240 161 = 432 290 E, pari a 137,25 E/m2 .
Luca Strata
66
Costruzioni in terra
Edilizia
CARATTERISTICHE GENERALI
D
Campi d’impiego. Antichissimo materiale da costruzione, la terra viene
ancora utilizzata nell’edilizia sia per il recupero del patrimonio “in crudo” sia per
nuove costruzioni. La sua versatilità ha favorito lo sviluppo di molteplici tecniche
costruttive: da quelle con capacità portante (mattone crudo, terra battuta, terra
colata, maltone, façonnage) a quelle di tamponamento (torchis, tamponamento con
mattoni crudi alleggeriti) e isolamento termico (tecniche definite di terra alleggerita
come la terra-paglia, terra-legno, terra-argilla espansa ecc.)
Qualità delle costruzioni in terra. La terra viene attualmente preferita ad altri materiali per le sue caratteristiche di ecocompatibilità. Dal punto di
vista ecologico, rappresenta una risorsa abbondante, non è inquinante, comporta
un consumo energetico basso o nullo ed è facilmente riciclabile. Le sue caratteristiche biologiche rendono gli ambienti salubri e confortevoli dal punto di vista
microclimatico per le sue caratteristiche di traspirabilità, regolazione dell’umidità
dell’aria, assenza di particolari sostanze tossiche e inquinanti (evitando l’estrazione
da terreni a rischio), sicurezza dal punto di vista elettromagnetico (non permette
l’accumulo di elettricità statica).
Aspetti economici. Costruire in terra può essere vantaggioso anche dal
punto di vista economico nei Paesi in via di sviluppo dove spesso è proposta come
tecnologia “appriopriata” ed è utilizzata in cantieri di autocostruzione. Altrimenti
i costi dell’edilizia in terra non sono altamente concorrenziali, avendo un mercato
limitato.
Riconoscimento e analisi della terra. Gli esami in situ, di carattere prevalentemente percettivo, forniscono un’immediata valutazione della composizione
di un suolo e sono molto utili nella fase di cantiere per la messa in opera, perché
o↵rono indicazioni sul grado di umidità della terra. Le analisi semplificate permettono di approfondire le valutazioni sul riconoscimento della terra attraverso l’esame
di sedimentazione semplificato (eseguibile con un semplice flacone cilindrico) che
indica visivamente le componenti granulometriche del suolo; l’esame del ritiro lineare che fornisce indicazioni sull’indice di plasticità, l’esame del cordone ecc. Gli
esami di laboratorio, o↵rono invece valori più dettagliati che possono essere messi
a confronto (attraverso curve limite o curve ideali) con i dati indicativi tipici di
ogni tecnica costruttiva. Di primaria importanza sono l’analisi granulometrica e di
sedimentometria: due esami complementari che forniscono le percentuali dei di↵erenti elementi presenti nel suolo analizzato (ghiaia, sabbia, limi, argille). La terra
da prelevare per le analisi e per la costruzione, va scelta al di sotto dello strato
arabile (detto orizzonte B), cosı̀ da eliminare le parti organiche. La determinazione
dei limiti di Attenberg consente di individuare le caratteristiche di plasticità della
terra (limite di liquidità e di plasticità) e i limiti di ritiro e assorbimento, oltre a
definire i gradi di attività delle terre.
Scelta delle tecniche costruttive. La conoscenza delle proprietà della
terra permette di scegliere la tecnica costruttiva più adatta al tipo di suolo disponibile. I dati sulle caratteristiche della terra permettono inoltre di migliorarne
le prestazioni, variando la composizione granulometrica (aggiungendo per esempio
sabbia) o inserendo stabilizzanti (cemento, calce, bitume). L’aggiunta di stabilizzanti, se da un lato può migliorare le caratteristiche tecniche del materiale,
dall’altro può diminuire le qualità abitative, per cui spesso il materiale terra viene
preferito ad altri per la sua traspirabilità e regolazione igrometrica.
Sergio Sabbadini
67
Costruzioni in terra
Edilizia
TECNICHE COSTRUTTIVE
D
Regole generali. La longevità delle costruzioni in terra dipende dalla prevenzione al degrado dovuto all’umidità. Sono consigliati pertanto: un basamento munito di impermeabilizzazione orizzontale, che impedisca la risalita capillare
dell’umidità; un tetto sporgente che protegga dalle piogge di stravento e/o un
eventuale intonaco con caratteristiche di traspirabilità ed elasticità.
Mattone crudo. Il tradizionale adobe: mattone costituito da un impasto
di terra o terra e paglia, sagomato in apposite forme e seccato al sole, resta la
tecnica “in crudo” più di↵usa nel mondo e in Italia. I diversi metodi di produzione
del mattone crudo sono i seguenti. • Adobe industriale (colato o tagliato): tecnica
sviluppata in USA e in Australia. In Sardegna, dove l’adobe è ancora utilizzato, la
fase di produzione è meccanizzata solo per la preparazione dell’impasto. • Blocchi
compressi (BTC): la terra prevalentemente sabbiosa (50% sabbia, 25% limo, 25%
argilla), omogenea e setacciata (0,5–1 cm) viene utilizzata allo stato umido per
essere compattata (2–4 N/m2 ) in presse manuali o meccaniche. I tempi di essiccamento sono ridotti perché l’impasto di partenza contiene meno acqua ed o↵re un
prodotto più resistente e stoccabile da subito. Spesso i blocchi di terra compressa
vengono stabilizzati (BTS) con il 5–10% di legante idraulico (si utilizza una terra
più sabbiosa: 50–75% sabbia). • Blocchi estrusi, imitano la moderna produzione
dei laterizi utilizzando un impasto speciale (meno argilloso e a volte alleggerito
con fibre naturali). È possibile utilizzare i mattoni tradizionali, prima della cottura, con funzione autoportante, preferibilmente per pareti interne divisorie o di
tamponamento (in strutture a ossatura lignea).
Tecnica
Adobe tradizionale
Adobe industriale
Blocchi compressi
Blocchi estrusi
Massa volumica Conduttività termica Resistenza a compressione
(kg/m3 )
(W m 2 K 1 )
(N/mm2 )
1400–1600
1500–1900
1900–2200
1900–2200
0,59–0,73
0,59–0,91
0,91–1,2
0,91–1,2
2,25–4,25
2,5
1–4
4,5–1,7
Terra battuta (pisé). Si compatta la terra per strati (8–10 cm) entro un
sistema di casseratura, si realizzano cosı̀ in opera grossi blocchi che possono essere
raccordati tra loro, con giunti verticali o diagonali. Ogni livello presenta blocchi
sfalsati orizzontalmente rispetto a quelli sottostanti. Occorre una terra con granulometria molto di↵erenziata. Attualmente si utilizzano compattatori meccanici
che aumentano la solidità e omogeneità di ciascun blocco. Nel pisé prefabbricato (N. Meunier) i blocchi sono formati al suolo per poi essere imbragati e trasportati in opera. Caratteristiche: =1800–2100 kg/m3 ; =0,91–1,13 Wm 2 K 1 ;
=1,8k N/m2 .
Terra alleggerita. La terra ha la funzione di legare tra di loro diversi materiali (paglia, argilla espansa, scaglie di legno) cosı̀ da costituire pareti isolanti
all’interno di un’ossatura portante. La tecnica della terra-paglia (F. Volhard), prevede l’immersione di fibre lunghe di paglia in una barbottina di terra argillosa e
un periodo di riposo di 24 ore prima della sua messa in opera entro casseratura.
Nel caso di terra-legno e terra-argilla espansa, la terra argillosa viene mescolata insieme ad altri elementi in un miscelatore planetario; in questo caso non occorrono
tempi di riposo dell’impasto che viene subito costipato nei casseri. Caratteristiche:
=300–1000 kg/m3 ; =0,1–0,35 Wm 2 K 1 ;
Sergio Sabbadini
68
Costruzioni in terra
Edilizia
PARTICOLARI COSTRUTTIVI
D
Regole generali. A prescindere dal tipo di tecnica utilizzata nelle murature in terra si consiglia di inserire, nei punti particolarmente sollecitati da azioni di
sfregamento (appoggio travi), elementi aggiuntivi come i mattoni cotti, mensole in
pietra ecc. oppure elementi in legno laddove è richiesto un ancoraggio per porte,
finestre, mensole. Altri punti delicati sono gli angoli esterni delle case che spesso si
vedano rinforzati nelle costruzioni tradizionali in terra. Le murature miste richiedono un attento studio dei punti di giunzione che devono tener conto delle dilatazioni
e dei comportamenti igrometrici. L’ammorsamento con altri tipi di murature (a
moduli), per la realizzazione di portali spallette di porte e finestre ecc., è facilmente
eseguibile con l’utilizzo di mattoni crudi, richiede soluzioni più studiate nel caso
di murature monolitiche come la terra battuta e il massone (fig. A). Il problema di
fessurazioni, dovuto a di↵erenze di dilatazione, si può prevenire aggiungendo una
rete nell’intonaco che copra una fascia intorno alle travi o pilastri.
Mattone crudo. Le tecniche di messa in opera dei mattoni crudi non differiscono sostanzialmente dai metodi di apparecchiamento murario utilizzato per
i mattoni cotti, ma utilizzano prevalentemente una malta d’allettamento in terra
o terra stabilizzata per i blocchi di terra stabilizzata (BTS). In alcune regioni gli
adobe hanno dimensioni che comprendono l’intero spessore della muratura e sono
posizionati di traverso per la realizzazione di pareti portanti e longitudinalmente
per formare tramezzi. È questo il caso dei làdiri presenti nelle numerose costruzioni della Sardegna del Campidano (fig. B) o negli esempi lucano-calabresi. I blocchi
compressi non o↵rendo un buon aggrappo per l’intonaco e per motivi estetici sono
spesso lasciati a vista.
Strutture a Fachwerk. Trattandosi di strutture miste, i punti critici da
risolvere riguardano: l’ammorsamento tra il sistema di tamponamento e l’ossatura
(terra cruda e ossatura lignea), le dilatazioni e la coerenza dei materiali (fig. C).
Nel caso di riempimento in terra alleggerita si può scegliere tra diverse soluzioni.
• Utilizzo di una struttura portante costituita da doppi pilastri distanziati, fissati
tra di loro oppure a un pilastro centrale. Questo sistema permette la continuità
delle fibre vegetali mantenendo stabile il muro in terra e paglia e permette un facile
fissaggio dei casseri (fig. D). • Utilizzo di una struttura portante di tipo tradizionale
nella quale il sistema di controventatura si realizza solo negli angoli. La muratura
in terra e paglia risulta separata in campate e dove occorre si possono inserire listelli
posti orizzontalmente ogni 40–50 cm. I sistemi di terra alleggerita che sfruttano
casseri a perdere con pannelli isolanti posti verso l’estradosso (pannelli di arelle,
fibre di legno) o↵rono un ottimo isolamento ma necessitano di alcune precauzioni.
Per assicurare una completa asciugatura della terra, la muratura deve essere ben
esposta (interno della casa ventilato), non devono essere realizzati forti spessori
(< 30–40 cm), la messa in opera va prevista in primavera cosı̀ da avere molti
mesi caldi a disposizione per asciugare. Come si è potuto constatare in numerosi
esempi di edifici storici, l’ossatura in legno è più duratura se a contatto con la
terra rispetto ai materiali impermeabili perché assorbe l’umidità in eccesso, oltre
a o↵rire una protezione. Uno sviluppo della tecnica della terra battuta, è il metodo
spagnolo del calicastrado, ancora oggi utilizzato. Questo sistema prevede la messa
in opera dell’intonaco a base di calce direttamente nella casseratura man mano che
si procede per la compattazione della terra. Il calicastrado, da un lato comporta
un rallentamento dei tempi di esecuzione, dall’altro o↵re un ottimo contatto tra
intonaco e muratura in terra, proteggendola dalle intemperie nel tempo.
Sergio Sabbadini
69
Costruzioni in terra
Edilizia
ESEMPIO COSTRUTTIVO
D
Descrizione dell’intervento. Recupero e ampliamento di un edificio tradizionale a corte chiusa della Sardegna dei Campidani. Committente: Comune di
Samassi. Progettista: arch. I. Garau. Impresa: Murru di Quartucciu (CA). Direttore lavori: arch. I. Garau. Consulenti: arch. S. Piras, M. Achenza, S. Sabbadini.
L’edificio abbandonato da più anni mantiene la sua funzione originaria di biblioteca
ospitando anche laboratori artistici. L’intervento ha richiesto un rifacimento delle
murature deteriorate per infiltrazioni dalla copertura (murature del primo piano),
un adeguamento strutturale alle normative vigenti da un punto di vista strutturale (inserimento di un cordolo) e una serie di sperimentazioni per le tecniche di
costruzione in crudo (mattoni crudi, malta di allettamento, intonaci) (fig. A).
Fondazioni-basamento. È stato realizzato un drenaggio perimetrale intorno alle fondamenta per diminuire problemi e patologie dovute all’umidità di risalita
capillare. Sono state inserite anche bocchette di aerazione per i vespai. In casi di
rifacimento murature o nuova costruzione si può prevedere anche l’inserimento di
materiali impermeabili (fogli, guaine) contro l’umidità di risalita.
Consolidamento. Sono stati sostituiti i solai in legno fortemente degradati,
con analoga tipologia costruttiva. Le travi, impeciate in testa, appoggiano su
dormienti in legno o su mensole in laterizio o malta idraulica e non direttamente
su mattoni crudi. Sono state sostituite le originarie chiavi lignee di ammorsamento
inserite nella muratura in crudo con un cordolo in c.a. secondo norme vigenti. Per il
consolidamento delle strutture murarie dell’edificio preesistente sono stati sostituiti
alcuni elementi strutturali realizzando gli architravi in làdiri. La realizzazione degli
archi in blocchi di terra per le aperture maggiori dell’ampliamento ha consentito
di ottenere maggiore coerenza e continuità degli apparecchi murari.
Interventi sulle parti costruttive in crudo. Il capitolato d’appalto prevedeva la sostituzione della muratura degradata in terra con nuovi mattoni crudi.
Per piccoli interventi di recupero spesso si ricorre all’acquisto fondi di magazzino o
alla fabbricazione artigianale. In questo caso la produzione di nuovi làdiri eseguita
dalla stessa impresa appaltatrice è stata guidata da specialisti. La fabbricazione
è stata migliorata nei processi di produzione semi-industrializzati (trasporto, vagliatura e impasto meccanizzati) e nel controllo e sperimentazione degli impasti.
È stata controllata la resistenza del materiale (30 kg/cm2 ) e le qualità della terra
(analisi granulometrica: argille 15%, limi 37%, sabbie 43%, ghiaia 5%) vedi tabella B. Gli intonaci assumono grande importanza nelle murature in crudo perché
devono avere caratteristiche di forte traspirabilità ed elasticità. Intonaci interni:
originari e tradizionali in calce aerea o terra. Intonaci esterni: consigliato un triplice strato costituito da rinza↵o in malta di terra e paglia leggermente stabilizzato
in calce (5% circa), intonaco in calce aerea e sabbia, finitura in calce. Altri intonaci
consigliati sono a base di calce aerea e idraulica o calceforte (calce idraulica cotta
a basse temperature particolarmente elastica e traspirante).
Copertura. È stata sostituita quella preesistente con tetto ventilato, masseto isolante alleggerito con sughero e doppia protezione all’infiltrazione d’acqua,
cosı̀ da assicurare longevità alla muratura in crudo.
Costi. Fornitura e messa in opera dei blocchi di terra 225 E/m3 , con processo produttivo semi-meccanizzato. In altri Paesi si ha un costo inferiore grazie
a una totale meccanizzazione del processo produttivo dei mattoni crudi (mattoni
colati).
Sergio Sabbadini
70
Atti amministrativi
Edilizia
TESTO UNICO IN MATERIA EDILIZIA
D
Il “Testo Unico delle disposizioni legislative e regolamentari in materia edilizia” (DPR 6-6-2001 n. 380) ammette la “denuncia di inizio attività” (DIA) per
un gran numero di interventi edilizi, tra cui le nuove costruzioni, purché le opere
siano conformi agli strumenti urbanistici vigenti. Le Regioni possono “ampliare o
ridurre l’ambito applicativo delle disposizioni” sugli interventi soggetti alla DIA.
Attività edilizia libera (art. 6). Salvo norme più restrittive (per es. a
tutela del paesaggio), i seguenti interventi possono essere eseguiti senza il “Permesso di costruire”: interventi di manutenzione ordinaria (opere di riparazione, di
rinnovamento e sostituzione delle finiture e quelle necessarie ad integrare o mantenere in efficienza gli impianti tecnologici esistenti); interventi volti all’eliminazione
delle barriere architettoniche, che non comportino la realizzazione di rampe o di
ascensori esterni; opere temporanee per attività di ricerca nel sottosuolo.
Permesso di costruire (ex Concessione edilizia) (art. 10). Interventi
di nuova costruzione fra i quali anche la costruzione di manufatti edilizi fuori terra o
interrati, ovvero l’ampliamento di quelli esistenti all’esterno della sagoma esistente;
interventi di urbanizzazione primaria e secondaria realizzata da soggetti diversi dal
Comune; realizzazione di infrastrutture e di impianti anche per pubblici servizi;
installazione di manufatti leggeri, anche prefabbricati; interventi che comportino
la realizzazione di un volume superiore al 20% del volume dell’edificio principale;
la realizzazione di depositi di merci o materiali, la realizzazione di impianti per
attività produttive all’aperto ove comportino trasformazione permanente di suolo
inedificato.
Interventi di ristrutturazione urbanistica che comportano la sostituzione dell’esistente tessuto urbanistico-edilizio con altro diverso, mediante un insieme sistematico di interventi edilizi, anche con la modificazione del disegno dei lotti, degli
isolati e della rete stradale.
Interventi di ristrutturazione edilizia che portino ad un organismo edilizio in
tutto o in parte diverso dal precedente anche con aumento di unità immobiliari,
modifiche di volume, della sagoma, dei prospetti o delle superfici, ovvero che,
limitatamente agli immobili compresi nelle zone omogenee A (in pratica i centri
storici e residenziali), comportino mutamento di destinazione d’uso.
Denuncia di inizio attività (DIA) (art. 22). Tutti gli interventi non
riconducibili ai precedenti elenchi che siano però conformi alle previsioni degli
strumenti urbanistici, dei regolamenti edilizi comunali. Interventi di manutenzione ordinaria: opere e modifiche necessarie per rinnovare e sostituire parti anche
strutturali degli edifici, nonché per realizzare ed integrare i servizi igienico-sanitari
e tecnologici, sempre che non alterino i volumi e le superfici delle singole unità
immobiliari e non comportino delle destinazioni d’uso. Interventi di restauro e risanamento conservativo: comprendono il consolidamento, il ripristino e il rinnovo
degli elementi costitutivi dell’edificio, l’inserimento degli elementi accessori e degli impianti richiesti dalle esigenze dell’uso, l’eliminazione degli elementi estranei
all’organismo stesso. Varianti a permessi di costruire che non incidono sui parametri urbanistici e sulle volumetrie, che non modificano le destinazioni d’uso e le
categorie edilizia, non alterano la sagoma dell’edificio. Tutti gli interventi di cui
sopra che riguardino immobili sottoposti a tutela storico-artistica o paesaggisticoambientale, previo rilascio del parere o autorizzazione della competente Sovrintendenza (in questo caso è ammesso il mutamento di destinazione d’uso - art. 21 del
D.Lgs. 490/1999).
Attilio Pizzigoni
71
Atti amministrativi
Edilizia
PERMESSO DI COSTRUIRE
D
Generalità. La concessione edilizia (C. E.) citata dalla L 10/77, ora sostituita dal permesso di costruire (v. pag. 70), è il titolo, rilasciato dal sindaco, che
abilita il proprietario dell’area o chi abbia il titolo per richiederla, a eseguire le
opere edilizie, in conformità alle previsioni degli strumenti urbanistici e dei regolamenti edilizi. Essa non incide sui rapporti di diritto privato ed è rilasciata
fatti salvi i diritti dei terzi. Il rilascio è normalmente subordinato al pagamento
di un contributo di concessione che è costituito da quote diverse secondo il tipo di
intervento (tab. B). I tipi di intervento per i quali deve essere obbligatoriamente
richiesta la concessione edilizia (tab. A) sono i seguenti.
Nuove costruzioni. Qualsiasi edificio o manufatto che venga realizzato
fuori terra o interrato nonchè qualsiasi involucro, baracca, tendone, box prefabbricato, tettoia, roulotte e case mobili allacciate alle infrastrutture ecc. Sono da
comprendere in questa categoria gli interventi realizzati su aree di demolizione di
edifici esistenti che modificano la sagoma fondamentale dell’edificio o che superano
i limiti previsti dalla definizione di ristrutturazione.
Ristrutturazione edilizia. Sono gli interventi “rivolti a trasformare un
organismo edilizio mediante un insieme sistematico di opere che possono portare a
un organismo edilizio anche in tutto o in parte diverso dal precedente” (L 457/78 art. 31). Normalmente si e↵ettuano per: modificare le destinazioni d’uso, e↵ettuare
interventi strutturali (spostamenti di solai, scale ecc.), modificare le caratteristiche
architettoniche e tecnologiche, aumentare la superficie utile anche solo mediante
un diverso posizionamento dei solai, ricostruire fedelmente un edificio a seguito
anche di demolizione totale dello stesso.
Restauro e risanamento conservativo (a fini non abitativi). Sono gli
interventi “rivolti a conservare l’organismo edilizio e ad assicurarne la funzionalità
mediante un insieme sistematico di opere che, nel rispetto degli elementi tipologici, formali e strutturali dell’organismo stesso, ne consentano destinazioni d’uso con
essi compatibili. Tali interventi comprendono il consolidamento, il ripristino e il
rinnovo degli elementi costitutivi dell’edificio, l’inserimento degli elementi accessori
e degli impianti richiesti dalle esigenze dell’uso, nonché l’eliminazione degli elementi estranei all’organismo edilizio” (L 457/78 - art. 31). Tali interventi non possono
comportare, comunque, aumento della superficie utile esistente ma possono modificare il numero e la superficie delle unità immobiliari mediante accorpamento di
unità contigue o suddivisioni senza alterazioni dell’assetto tipologico.
Mutamenti di destinazione d’uso. Sono i mutamenti connessi o non
connessi a trasformazioni fisiche o funzionali degli edifici. Questi interventi sono
sottoposti a provvedimento concessorio (oneroso) o autorizzatorio (gratuito) nei
casi previsti con apposite leggi regionali.
Ristrutturazione urbanistica. Sono gli interventi “rivolti a sostituire l’esistente tessuto urbanistico-edilizio con altro diverso mediante un insieme sistematico di interventi edilizi anche con la modificazione del disegno dei lotti, degli
isolati e della rete stradale” (L 457/78 - art. 31). Si e↵ettuano per razionalizzare una porzione di “tessuto urbano” (uno o più isolati) mediante: il riordino
plani-volumetrico e il risanamento igienico-funzionale, l’adeguamento delle infrastrutture, la valorizzazione delle caratteristiche ambientali della zona oggetto di
intervento.
Laura De Carlini
72
Atti amministrativi
Edilizia
DENUNCIA D’INIZIO ATTIVITÀ E ATTIVITÀ LIBERA
D
Autorizzazione. L’autorizzazione edilizia (L 457/78) sostituisce il permesso di costruire per alcuni tipi di intervento (tab. A) ed è contraddistinta oltre che
dalla gratuità del titolo anche da un sistema procedurale più semplificato. In
alcuni casi è anche prevista l’applicazione del “silenzio-assenso” con conseguente
limitazione dei tempi burocratici per l’approvazione dei progetti. L’autorizzazione
edilizia deve essere richiesta per interventi di: manutenzione straordinaria, vale a
dire per “le opere e le modifiche necessarie per rinnovare e sostituire parti anche
strutturali degli edifici, nonchè per realizzare e integrare i servizi igienico-sanitari
e tecnologici, sempre che non alterino i volumi e le superfici delle singole unità immobiliari e non comportino modifiche della destinazione d’uso” (L 457/78 art. 31).
Tali interventi non devono comunque alterare la composizione delle unità edilizie
e interessare l’aspetto esterno dell’edificio; interventi di restauro e risanamento
conservativo purché volti al recupero abitativo; modifiche di destinazione d’uso
connesse o non connesse a trasformazioni fisiche o funzionali degli edifici nei casi
previsti da apposite leggi regionali; demolizione senza contestuale ricostruzione.
Sono soggetti ad autorizzazione gratuita, purchè non sottoposti ai vincoli delle L
1089/39 (Tutela delle cose d’interesse artistico o storico) e L 1497/39 (Protezione delle bellezze naturali): pertinenze e impianti tecnologici al servizio di edifici
esistenti; depositi di materiali a cielo libero; opere di demolizione reinterri e scavi
(con esclusione di cave e torbiere). Molti di questi interventi possono ora essere
concessi con DIA.
Denuncia di inizio attività (DIA). La DIA è introdotta con la L 241/90
per permettere a chi deve eseguire alcuni tipi di intervento (tab. B), di seguire una
procedura burocratica semplificata, in sostituzione della richiesta di concessione o
autorizzazione. Sono soggetti alla DIA: tutti gli interventi previsti dalla L 662/96
art. 2 comma 60 (tab. B), nonché le opere interne alle costruzioni, come indicate
nella L 47/85 art. 26. Questa procedura è ora applicabile anche per gli immobili
sottoposti ai vincoli delle seguenti leggi: L 1089/39 (Tutela delle cose d’interesse
artistico e storico), L 1497/39 (Protezione delle bellezze naturali), L 394/91 (Legge
quadro sulle aree protette) e L 183/89 (Norme per il riassetto organizzativo e
funzionale della difesa del suolo) previo rilascio di parere o autorizzazione della
competente Sovraintendenza. Sono esclusi anche gli immobili compresi nei centri
storici e quelli oggetto di strumenti di pianificazione particolareggiata. In tutti
questi casi occorre seguire la procedura dell’autorizzazione o della concessione. La
DIA deve essere inoltrata in comune almeno 20 giorni prima dell’e↵ettivo inizio
dei lavori. Essa deve essere accompagnata da una dettagliata relazione, corredata
degli opportuni elaborati progettuali, a firma di un progettista abilitato. Questi
assevera la conformità delle opere da realizzare agli strumenti urbanistici adottati e
ai regolamenti edilizi vigenti nonché il rispetto delle norme di sicurezza e di quelle
igienico-sanitarie. Il progettista deve inoltre redigere un certificato di collaudo
finale che attesti la conformità dell’opera al progetto presentato.
Attività libera. Nessun permesso deve essere richiesto per interventi di:
manutenzione ordinaria sul patrimonio edilizio esistente (tab. C), vale a dire per
“quelli che riguardano le opere di riparazione, rinnovamento e sostituzione delle
finiture degli edifici e quelle necessarie ad integrare o mantenere in efficienza gli
impianti tecnologici esistenti” (L 457/78 - art. 31, Dpr 380/01, DLgs 301/02).
Laura De Carlini
73
Atti amministrativi
Edilizia
PROCEDURE PER IL PERMESSO DI COSTRUIRE
D
Procedimento di rilascio. Il procedimento del permesso di costruire segue un percorso burocratico sintetizzato nella tabella A. Esso è regolamentato dalla
L 662/96 - art. 60 e può essere cosı̀ riassunto. • Al momento della presentazione
della richiesta di permesso, l’ufficio comunale abilitato a riceverla, deve comunicare il nominativo del responsabile del procedimento. • Il responsabile predispone
l’istruttoria e ne verifica la rispondenza alla normativa e le condizioni necessarie
al rilascio del permesso di costruire. Egli può, entro 15 giorni, chiedere all’interessato di produrre documenti integrativi al completamento della pratica. In questo
caso, il termine di cui al punto successivo si interrompe fino al momento della
presentazione della documentazione richiesta.
• Entro 60 giorni dalla presentazione della richiesta di permesso (120 per i
comuni con più di 100 000 abitanti), il responsabile deve anche richiedere il parere
della commissione edilizia che si deve esprimere sia in merito alla conformità del
progetto alla vigente disciplina urbanistico-edilizia sia in merito alla sua validità
sotto il profilo funzionale e architettonico. • Qualora la commissione edilizia non
si esprima entro il termine predetto, entro i successivi 10 giorni (20 per i comuni
con più di 100 000 abitanti), il responsabile è comunque tenuto a formulare una
motivata proposta scritta al sindaco, riguardante il provvedimento da assumere e
i motivi per i quali detto termine non sia stato rispettato.
• Entro i 15 giorni seguenti, il permesso di costruire deve essere rilasciato,
qualora il progetto non sia in contrasto con le norme urbanistiche ed edilizie.
Richiesta di permesso di costruire. La richiesta deve essere inoltrata al
sindaco e corredata della documentazione (indicata nel regolamento edilizio comunale) atta a illustrare analiticamente l’opera da realizzare. Generalmente occorre
produrre i documenti seguenti.
Domanda in bollo, normalmente su appositi moduli, con indicazione del nominativo e generalità del richiedente e del tecnico incaricato della progettazione, del
tipo di intervento richiesto e della sua individuazione catastale. Prima dell’inizio
delle opere, la domanda dovrà essere corredata anche delle firme e delle generalità
del direttore dei lavori e dell’esecutore delle opere.
Eaborati grafici in scala adeguata relativi al progetto che s’intende realizzare:
piante di tutti i piani, sezioni, prospetti, planimetrie con sistemazioni esterne,
particolari di facciata, schema della fognatura ecc. Nel caso di interventi su edifici
esistenti, oltre alle tavole di progetto, devono essere allegati altri elaborati grafici
relativi sia allo stato di fatto sia alle modifiche da farsi. Queste ultime devono
essere evidenziate colorando in rosso le nuove murature e in giallo le demolizioni
da eseguirsi.
Il progetto deve essere firmato sia dal proprietario sia dal progettista. Inoltre
esso deve rispettare la normativa in materia sia nazionale sia regionale e deve
essere completo di tutte le verifiche relative ai vincoli urbanistici, alle indicazioni
del regolamento edilizio e del regolamento d’igiene.
Per quanto riguarda il rispetto del regolamento d’igiene, è possibile richiedere
separatamente e preventivamente il benestare della USL competente, che in caso
di approvazione, restituisce una copia timbrata del progetto presentato. Altri
documenti che possone essere richiesti dal comune, a integrazione del progetto,
sono elencati nella tabella B.
Laura De Carlini
74
Atti amministrativi
Edilizia
AUTORIZZAZIONI DI ENTI PUBBLICI DIVERSI
D
Interventi in zone soggette alle leggi sulla protezione delle bellezze
naturali e ambientali (L 1497/39 e L 431/85). Sono soggetti all’approvazione della regione o dell’ente da essa delegato (in alcuni casi il comune) gli interventi
relativi a parti di territorio di particolare interesse pubblico (parchi e giardini, ville,
territori costieri o d’interesse archeologico ecc.). In questi casi, i comuni devono
trasmettere le autorizzazioni rilasciate con relativa documentazione (elaborati, relazione, fotografie ecc.), al Ministero per i beni culturali e ambientali che ha facoltà
di annullare (entro 60 giorni) l’autorizzazione rilasciata.
Interventi su edifici d’interesse artistico, storico, archeologico o etnografico. Gli edifici vincolati ai sensi della L 1089/39, sono soggetti all’autorizzazione preventiva della competente soprintendenza. L’autorizzazione deve essere
richiesta dal proprietario con istanza corredata dalla stessa documentazione grafica
e fotografica inoltrata in comune per la richiesta di concessione edilizia. La soprintendenza o il comune interessati, inviano al Ministero BB.CC.AA. solo le pratiche
che hanno avuto esito favorevole e, questo, entro 60 giorni dal ricevimento della
documentazione può, eventualmente, annullare l’autorizzazione.
Interventi soggetti alle norme per la prevenzione incendi. La richiesta di C.E. per gli interventi relativi a costruzioni sottoposte alla normativa di
prevenzione incendi (L 966/65 art. 4, DPR 689/59, tab. A e B del DPR ed elenco
allegato al DM Interni 16-2-82), deve essere corredata dall’approvazione del progetto da parte dei Vigili del Fuoco. La richiesta di parere preventivo, su apposito
modulo, deve essere inoltrata al Comando provinciale dei Vigili del Fuoco e corredata dalla relazione e dagli elaborati grafici di progetto firmati dal progettista
e dal propietario. I Vigili del Fuoco, verificata la rispondenza alle norme, entro
90 giorni, rilasciano una copia del progetto, timbrata per approvazione, che deve
essere allegata alla pratica comunale di concessione. Per interventi relativi alle costruzioni più comuni, si riportano nella tabella A le principali norme di riferimento.
Per interventi relativi a costruzioni ad alto rischio d’incendio (locali di pubblico
spettacolo con capienza superiore alle 100 persone, depositi e distributori di olii
minerali e GPL, impianti termici e ascensori, uso del metano ecc.) si rimanda alla
vastissima normativa specifica.
Opere in conglomerato cementizio armato (normale e precompresso) e a struttura metallica (L 1086/71). Per tutte le costruzioni edilizie che
prevedono l’uso strutturale di conglomerato cementizio, precompresso o di opere
metalliche (tab. B), il costruttore deve inoltrare denuncia all’ufficio tecnico provinciale del Genio Civile. La denuncia deve riportare i nomi e gli indirizzi del
committente, del progettista delle strutture, del direttore delle opere e del costruttore. A essa devono essere allegati gli elaborati elencati nella tabella C. L’ufficio
tecnico restituisce al costruttore, all’atto della presentazione, una copia del progetto e della relazione con ricevuta dell’avvenuta consegna. Il tutto deve essere
allegato alla richiesta di concessione presentata in comune.
Interventi in zone sottoposte a vincolo idrogeologico. Per gli interventi che comportino movimenti di terra (nuovi edifici, ampliamenti, opere di urbanizzazone, scavi, pozzi, livellamenti, drenaggi ecc.) nelle zone vincolate con
apposite leggi regionali, occorre inoltrare domanda alla regione e al corpo forestale
dello Stato.
Laura De Carlini
75
Progetti edilizi
Edilizia
STUDIO DI FATTIBILITÀ E PROGETTO DI MASSIMA
D
Studio di fattibilità e progetto preliminare. Lo studio di fattibilità
costituisce una verifica iniziale dell’opportunità di intraprendere lo sviluppo progettuale vero e proprio. Esso è la prima traduzione in termini di spazi volumetrici
e distributivi in relazione alle esigenze funzionali, normative ed estetiche. Inoltre
rappresenta la prima verifica in termini di costi e di tempi di realizzazione, in relazione all’investimento economico che il committente intende fare. La L 109/94,
ne indica le caratteristiche in questo modo: “Il progetto preliminare [. . . ] consiste
in una relazione illustrativa dei lavori da realizzare comprendente le ragioni della
scelta della soluzione prospettata [. . . ], le verifiche della fattibilità e l’esame dei
profili di impatto ambientale, la conformità agli strumenti urbanistici, l’indicazione della localizzazione mediante cartografia in scala 1:10000; in schemi grafici per
l’individuazione delle caratteristiche spaziali, tipologiche, funzionali e tecnologiche
dei lavori da realizzare; nella valutazione indicativa della spesa da determinare
sulla base dei costi unitari medi per analoghe categorie di opere.” Come esemplificazione, si riporta nella figura A la planimetria di uno studio di fattibilità eseguito
per il recupero e la riqualificazione di alcuni vecchi edifici. La proprietà comprende
tre edifici in stato di abbandono (una grande villa di rappresentanza, un edificio
rustico adattato nel tempo a foresteria e una villetta per l’alloggio del custode)
immersi in una grande area a verde in parte a parco e in parte a bosco. Lo studio
di fattibilità è stato eseguito sotto forma di fascicolo comprendente una relazione,
della quale si allega il sommario (fig. A), foto e fotomontaggi ed elaborati grafici
schematici con varie soluzioni per il recupero di ciascuno degli edifici. Gli elaborati
grafici allegati alla relazione, comprendono, oltre che la cartografia generale, anche
gli schemi delle diverse proposte distributive relative a tutti i piani degli edifici.
Progetto di massima e progetto definitivo. Il progetto di massima,
consiste in una prima verifica delle scelte progettuali, mediante la stesura grafica,
in scala opportuna (generalmente 1:100 o 1:200) degli elementi fondamentali dell’opera da realizzare: piante di tutti i piani, sezioni, prospetti, approfondimento
di alcuni dettagli, calcolo delle superfici e dei volumi totali ecc. Esso comprende
anche una relazione esplicativa delle scelte progettuali fatte e delle caratteristiche
architettoniche, distributive e strutturali dell’opera nonché una prima verifica circa
la sua rispondenza alla normativa urbanistico-edilizia. Il progetto di massima diventa progetto definitivo qualora risponda alle caratteristiche indicate, per i lavori
pubblici, dalla L 109/94 - art. 16: “Il progetto definitivo consiste in una relazione
descrittiva dei criteri utilizzati per le scelte progettuali, nonché delle caratteristiche
dei materiali prescelti e dell’inserimento dei lavori sul territorio; nello studio di impatto ambientale ove previsto; in disegni generali nelle opportune scale, descrittivi
delle principali caratteristiche delle opere, delle superfici e dei volumi da realizzare,
compresi quelli per l’individuazione del tipo di fondazione; in una relazione geologica e geotecnica, idrologica e sismica, desunta da apposita campagna di sondaggi
sull’area interessata; nei calcoli preliminari delle strutture e degli impianti; in un
disciplinare descrittivo degli elementi prestazionali, tecnici ed economici previsti
in progetto, comprendente anche l’elenco dei prezzi unitari delle varie categorie di
lavori, nonché l’indicazione dei tempi necessari per la redazione del progetto esecutivo dei lavori; in un computo metrico estimativo redatto sulla base dei prezzi
unitari assunti.”
Laura De Carlini
76
Progetti edilizi
Edilizia
PROGETTO PER LA CONCESSIONE E PROGETTO ESECUTIVO
D
Progetto per la concessione edilizia. Tutti i progetti per le opere private e quasi tutti quelli relativi alle opere pubbliche, possono essere utilizzati, al fine
della realizzazione dell’opera, solo dopo aver ottenuto il benestare dell’amministrazione comunale, vale a dire la concessione edilizia. A questo scopo, gli elaborati
grafici eseguiti per il progetto definitivo dell’opera, devono essere corredati dalle
dimostrazioni relative all’osservanza: a) della normativa urbanistica contenuta nei
PRG e nei piani particolareggiati la quale regolamenta l’occupazione e l’uso del
suolo; b) dei regolamenti edilizi e d’igiene comunali che regolamentano le esigenze tipologiche, morfologiche e igieniche, comprese quelle relative alla eliminazione
delle barriere architettoniche; c) delle eventuali leggi regionali specifiche. Inoltre,
secondo il tipo d’intervento, la procedura di approvazione prevede anche la verifica e il benestare relativi alle specifiche normative riguardanti la salvaguardia dei
beni ambientali e artistici, la prevenzione degli incendi, ecc. Nel caso di interventi
sul patrimonio edilizio esistente, il progetto segue una procedura di autorizzazione
diversa secondo la categoria dell’intervento (manutenzione ordinaria o straordinaria, restauro o ristrutturazione), e deve anche essere corredato da elaborati grafici
che evidenziano le varianti apportate dal progetto allo stato di fatto della costruzione. Le verifiche di progetto, relative alle norme urbanistiche ed edilizie, sono
molteplici e devono essere e↵ettuate con metodi diversi secondo le prescrizioni e
le definizioni dei comuni. A titolo esemplificativo, si riportano nello schema A, i
conteggi e le verifiche urbanistiche principali da e↵ettuarsi per la costruzione di un
nuovo edificio residenziale di due piani, confrontando i dati di progetto con i dati
di piano regolatore (teorici) e nello schema B le verifiche da e↵ettuarsi in uno degli
appartamenti dell’edificio sopramenzionato.
Progetto esecutivo. Prevede lo sviluppo in scala adeguata (normalmente
1:50 e 1:20) degli elementi del progetto architettonico integrati e completi di tutte
le indicazioni fornite dal progetto esecutivo sia degli impianti (apparecchiature,
canalizzazioni ecc.) sia delle strutture (pilastri, travi ecc.). Nel progetto esecutivo,
la successione delle scelte progettuali avviene secondo uno schema di relazioni sintetizzato nel diagramma C. Tutte le scelte architettoniche, distributive, strutturali
e impiantistiche sono in stretta relazione fra di loro e quindi, se un elemento strutturale o impiantistico può indurre una modifica architettonica, questa, a sua volta,
torna a ripercuotersi nella progettazione strutturale. Per gli interventi pubblici la
L 109/94 cosı̀ lo definisce: “il progetto esecutivo consiste in una descrizione completa delle caratteristiche del territorio e dei lavori, in modo tale che ogni elemento sia
identificabile in forma, tipologia, qualità, dimensione e prezzo e che siano indicati
i materiali da utilizzare, le tecnologie da adottare, gli interventi di minimizzazione
dell’impatto ambientale e comunque tutti i lavori da e↵ettuare, con la definizione
di un capitolato speciale di appalto prestazionale e descrittivo. Il progetto esecutivo è redatto sulla base di complete indagini geologiche e geotermiche, idrologiche
e sismiche, di rilievi altimetrici, di misurazioni e picchettazioni, di rilievi della rete
dei servizi del sottosuolo e comprende i disegni generali e di dettaglio, inclusi i particolari costruttivi, [. . . ], nonchè i calcoli e gli elaborati grafici esecutivi generali e
di dettaglio delle strutture e degli impianti, i computi metrici dettagliati, le analisi,
l’elenco dei prezzi unitari [. . . ]. Il progetto esecutivo deve altresı̀ essere corredato
da apposito piano di manutenzione dell’opera e delle sue parti.”
Laura De Carlini
77
Indagini e valutazioni
Geotecnica
INDAGINI GEOTECNICHE IN SITO
H
Scopo. Definire la stratigrafia del terreno e le caratteristiche meccaniche e
di permeabilità dei singoli strati. La definizione del numero e della profondità delle
verticali di indagine, dipende dal tipo di opera da realizzare e dal tipo del terreno.
Posizione. Nel caso di un edificio che occupi un’area di 50 m⇥100 m circa, può essere sufficiente eseguire un sondaggio geognostico al centro e quattro
prove penetrometriche in corrispondenza degli spigoli (fig. A). Una quinta prova
penetrometrica può essere utilmente eseguita a scopo di taratura a fianco al sondaggio (a 1 m circa di distanza). Se la natura del terreno è sconosciuta, si deve
eseguire almeno un sondaggio oltre alle prove penetrometriche. Per aree molto
piccole è preferibile eseguire solo un sondaggio oppure un sondaggio e una prova
penetrometrica. Per l’esplorazione della parte superficiale del terreno può risultare
utile l’esecuzione nella fase preliminare dell’indagine di alcuni pozzetti esplorativi
di 3–4 m di profondità. Per un edificio di 100 m⇥100 m sono necessari almeno tre
sondaggi disposti ai vertici di un triangolo equilatero e 5–10 prove penetrometriche.
Profondità. Nel caso di fondazioni superficiali, la profondità delle verticali
di indagine deve essere non inferiore a due volte la larghezza massima delle fondazioni oppure, nel caso i bulbi di pressione si sovrappongano, a 1,5 volte la larghezza
dell’edificio (fig. B). Nel caso di fondazioni su pali (strato superficiale di terreno
molle), le verticali devono raggiungere lo strato di terreno portante e penetrarvi
per almeno 4–5 m. Oppure si può fare riferimento alla fondazione equivalente, cioè
a una fondazione avente la stessa larghezza della palificata e impostata a 2/3 della
lunghezza dei pali (fig. C). Nel caso di costruzioni in terra (rilevati e scavi) si hanno
le profondità indicate in figura D.
Stratigrafia. La stratigrafia del terreno risultante dai sondaggi deve essere
descritta accuratamente. Nel corso dell’esecuzione dei sondaggi è buona norma
eseguire prove penetrometriche del tipo SPT (Standard Penetration Test) negli
strati di terreno granulare e prelevare campioni indisturbati negli strati coesivi
(v. Sondaggi e prove penetrometriche, pag. 78). Per quanto riguarda le verticali
penetrometriche, nei terreni a grana fine (terreni coesivi, sabbie fini) è opportuno
eseguire prove statiche CPT (Cone Penetration Test), mentre nei terreni granulari
grossolani si può ricorrere alle prove dinamiche SCPT (Standard Cone Penetration
Test). Esistono altri strumenti per prove in sito, i quali forniscono informazioni
specifiche e si citano qui a scopo informativo: scissometro, pressiometro, dilatometro, piezocono.
Prove di laboratorio. L’indagine in sito viene completata da prove di
laboratorio sui campioni di terreno prelevati. Le prove servono a definire: volumetria, granulometria, limiti di Atterberg, resistenza al taglio e deformabilità. Nei
terreni granulari vengono di norma eseguite solo prove di classificazione, a causa
della difficoltà di prelievo di campioni indisturbati. In questo tipo di terreni quindi
l’indagine in sito dovrà essere il più completa possibile. Nei terreni coesivi, invece,
la determinazione delle caratteristiche meccaniche a mezzo di prove di laboratorio
riveste un’importanza fondamentale per la completezza dell’indagine.
Relazione geotecnica. Tutte le informazioni raccolte nel corso dell’indagine vengono riportate nella relazione geotecnica finale che contiene i seguenti punti:
scopo dell’indagine, descrizione del sito e, se possibile, della geologia generale dell’area, descrizione della stratigrafia, definizione delle caratteristiche geotecniche degli
strati, eventuale proposta della soluzione fondazionale, raccomandazioni esecutive.
Clivio Mastrantuono
78
Indagini e valutazioni
Geotecnica
SONDAGGI E PROVE PENETROMETRICHE
H
Sondaggi. I sondaggi geognosici sono perforazioni che devono fornire una
“carota” (campione cilindrico) il più possibile rappresentativa degli strati del terreno. I sondaggi vengono eseguiti a rotazione a secco (per evitare il dilavamento della
frazione fine del terreno), con carotaggio continuo. La carota ( = 75–100 mm)
deve essere disposta in apposite cassette e descritta accuratamente nel profilo stratigrafico (fig. A). Per le modalità e i simboli grafici da usare nella descrizione si può
fare riferimento alle Raccomandazioni dell’Associazione Geotecnica Italiana (AGI,
1977). All’interno dei sondaggi è opportuno far eseguire prove penetrometriche del
tipo Standard Penetration Test (SPT) negli strati di terreno granulare e prelevare campioni indisturbati negli strati coesivi. Il prelievo dei campioni indisturbati
avviene in genere a mezzo di campionatori a parete sottile (tubi Shelby) infissi a
pressione. La frequenza delle prove o dei prelievi deve essere di 2–3 m, con l’interasse minore da adottare per una certa profondità (pari ad almeno 2B, essendo
B la larghezza della fondazione) subito al di sotto della fondazione. In ogni sondaggio deve anche essere rilevato il livello della falda acquifera, misurandolo alla
fine e all’inizio di ogni turno di lavoro. Se il controllo del livello della falda riveste
un’importanza particolare, si può posizionare nel sondaggio un piezometro.
Prove penetrometriche. Le prove penetrometriche statiche o dinamiche
forniscono un profilo continuo di resistenza del terreno, sono poco costose e veloci
da eseguire. Nelle prove statiche (CPT, Cone Penetration Test) una punta conica
avanza a velocità costante nel terreno, fornendo una pressione di rottura (fig. B).
Nelle prove dinamiche continue (SCPT, Standard Cone Penetration Test) la punta
conica viene infissa a percussione e si misura il numero di colpi per un’infissione di
30 cm. Nei terreni a grana fine (terreni coesivi, sabbie fini) è sempre consigliabile
eseguire prove statiche, che determinano una caratteristica intrinseca del terreno
(pressione di rottura sotto la punta). Le prove dinamiche sono più indicate per
i terreni grossolani (es. alluvioni della pianura padana), nei quali la capacità di
penetrazione del penetrometro statico è scarsa (fig. C). I risultati di questo tipo
di prove sono però a↵etti da diverse incertezze. Infatti con penetrometri diversi
si ottengono resistenze raramente concordi con quelle delle prove SPT eseguite in
sondaggio. Perciò i risultati delle prove SCPT vanno assunti solo in senso relativo,
per esempio per correlare lo spessore dei diversi strati in corrispondenza delle
diverse verticali. È molto importante la funzione di taratura rispetto alle prove
SPT di una verticale penetrometrica affiancata a un sondaggio.
Prove di laboratorio. L’indagine in sito sarà completata da prove di laboratorio sui campioni di terreno prelevati. Le prove geotecniche di laboratorio
sono essenzialmente di due tipi: di classificazione (definizione delle caratteristiche
volumetriche, granulometria, limiti di Atterberg) e meccaniche (determinazione
della resistenza al taglio e della deformabilità).
Costi. Sondaggi: trasporto dell’attrezzatura di perforazione in andata e ritorno (raggio di 100 km): 500 E; installazione dell’attrezzatura su ciascun punto
di sondaggio: 150 E; esecuzione della perforazione a carotaggio continuo, al metro
lineare: 55 E; prelievo di campioni indisturbati in terreni coesivi, cadauno: 55 E;
esecuzione di prove SPT, cadauna 45 E. Prove penetrometriche statiche o dinamiche: trasporto dell’attrezzatura: 250 E; installazione dell’attrezzatura su ciascuna
verticale penetrometrica: 75 E; esecuzione della prova penetrometrica, al metro
lineare: 15 E.
Clivio Mastrantuono
79
Indagini e valutazioni
Geotecnica
CAPACITÀ PORTANTE DELLE FONDAZIONI DIRETTE
H
Assunzioni. La pressione ammissibile q amm che una fondazione superficiale
può scaricare sul terreno viene determinata calcolando la capacità portante limite e
dividendola per un appropriato fattore di sicurezza. Secondo la normativa italiana
(DM 11-3-1988) il fattore di sicurezza deve essere FS 3. Il calcolo della portata
ammissibile è sempre accompagnato dalla valutazione del cedimento atteso: in
particolare nei terreni coesivi (argille e limi) e nelle sabbie sciolte il cedimento
atteso è spesso il fattore critico nel dimensionamento della fondazione. Nelle sabbie
e ghiaie dense invece il cedimento è trascurabile, mentre la pressione ammissibile
sul terreno viene limitata in funzione degli sforzi interni alla struttura di fondazione
(in genere si mantiene q amm  400–500 kPa).
La capacità portante limite di una fondazione diretta viene in genere calcolata
in termini di sforzi efficaci, cioè nella condizione in cui le sovrapressioni neutre
(dell’acqua interstiziale) provocate dal carico della fondazione si sono già dissipate:
questo avviene quasi immediatamente per i terreni granulari (sabbie e ghiaie) ma
può richiedere tempi molto lunghi per i terreni coesivi (limi e argille). Per le argille,
in particolare per quelle tenere, la verifica della capacità portante in termini di
sforzi totali è in genere più sfavorevole e va quindi eseguita.
Formule. Il meccanismo di rottura del terreno è quello riportato in figura
A, ma l’angolo 90
varia per i diversi autori in funzione delle assunzioni.
Per il calcolo della capacità portante limite qlim (kPa) in termini di sforzi efficaci
sono disponibili diverse formule semiempiriche, di cui la più nota è la formula
di Terzaghi (1943): qlim = 1/2 BN + c0 Nc + qNq ; con:
(kN/m3 ) peso di
0
volume del terreno; B (m) larghezza della fondazione; c (kPa) coesione efficace
(in generale c0 = 0 kPa); q (kPa) sovraccarico agente ai lati della fondazione (in
generale q = D, essendo D l’approfondimento del piano di fondazione); N , Nc ,
Nq fattori di capacità portante riportati in tabella B. L’equazione di cui sopra
è valida per fondazioni a striscia (rapporto lunghezza/larghezza della fondazione
L/B = 1). Per fondazioni quadrate il coefficiente del termine in N è 0,4. Per
fondazioni circolari lo stesso coefficiente è 0,6 e la larghezza B viene sostituita dal
raggio R. Nel caso di fondazioni quadrate o circolari moltiplicare Nc per 1,2. Nella
tabella C è riportata la portata limite qlim di alcune fondazioni a striscia, calcolata
con la formula di Terzaghi.
Una formula più generale, proposta da Brinch-Hansen (1970), tiene conto di
fattori correttivi riferiti alla forma della fondazione, alla profondità, all’inclinazione del carico, all’inclinazione della base della fondazione, all’inclinazione del piano
campagna. Nel caso di carico eccentrico, la larghezza B da introdurre nella formula di capacità portante è quella corrispondente all’area parzializzata equivalente
(Meyerhof, 1953) e cioè per fondazioni rettangolari: Beq = B 2 e, essendo e
l’eccentricità.
Fondazioni su argille. Per le fondazioni su argille, in generale la condizione più sfavorevole è quella in termini di sforzi totali (immediatamente dopo
l’applicazione del carico). La capacità portante limite può essere calcolata con
la formula di Skempton (1951): qlim = cu Nc (1 + 0,2B/L)(1 + 0,4D/B); con: cu
(kPa) coesione non drenata; Nc = (2 + ⇡)=5,14; B, L (m) dimensioni in pianta
della fondazione; D (m) profondità del piano di fondazione. Anche per questo caso
sono disponibili fattori correttivi riferiti all’inclinazione del carico, della base della
fondazione, del piano campagna.
Clivio Mastrantuono
80
Indagini e valutazioni
Geotecnica
STABILITÀ!DEI PENDII
H
Premessa. I metodi di verifica della stabilità dei pendii comunemente usati
sono metodi dell’equilibrio limite globale, che prendono quindi in considerazione
il solo equilibrio delle forze agenti sulla massa di terreno considerata. Per esempio, nel caso in cui si assuma come superficie di potenziale scorrimento un arco di
cerchio, il fattore di sicurezza (grado di stabilità) è dato da F = Ms /Mr , in cui
Mr è il momento rispetto al centro del cerchio delle forze ribaltanti, cioè le forze
gravitazionali (peso proprio della massa) e Ms è il momento della resistenza al
taglio del terreno mobilitabile lungo la superficie di potenziale slittamento. Oltre
alle forze gravitazionali, altri fattori destabilizzanti possono essere le forze indotte
dai sismi (frane provocate da sismi), le variazioni del livello della falda che oltre
al cambiamento dello stato tensionale possono provocare la diminuzione della resistenza al taglio (rammollimento delle argille non sature), le forze di filtrazione.
Il fattore di sicurezza minimo richiesto dalla normativa italiana sia per i pendii
naturali sia per quelli artificiali è 1,3.
Metodi di verifica. Quando si può assumere che la superficie di slittamento
potenziale è un arco di cerchio (se il terreno è omogeneo e se l’instabilità potenziale
è di tipo rotazionale), il metodo di verifica più usato è il “metodo dei conci”
di Bishop (1955). È un metodo molto preciso anche nella forma “semplificata”.
Quando la superficie di potenziale slittamento è una superficie mistilinea e, in
generale, quando il movimento potenziale è di tipo traslazionale, il metodo di
verifica più usato è quello di Janbu (1973).
Di entrambi i metodi esistono in commercio diversi programmi automatici di
calcolo (es. il programma STABL della Purdue University). Preliminare all’esecuzione delle verifiche deve essere la determinazione della resistenza al taglio del
terreno, in termini di sforzi totali (coesione non drenata ca delle argille) per le
verifiche di breve termine, in termini di sforzi efficaci (coesione drenata c0 , angolo
di attrito interno drenato 0 ) per le verifiche di lungo termine.
Verifiche a mezzo di abachi. Taylor (1948) ha predisposto un abaco
(fig. A) per le verifiche di stabilità in termini di sforzi totali (condizione in cui
u = 0). In pratica l’abaco è applicabile a scarpate artificiali in argille sature,
immediatamente dopo la formazione della scarpata stessa (un caso abbastanza frequente nella pratica delle costruzioni). La figura B illustra come usare l’abaco in
presenza di uno strato rigido sotto la scarpata: nel caso (1) si usano le curve continue di figura A, nel caso (2) si usano le linee inferiori tratteggiate. Preventivamente
deve essere determinato il valore della coesione non drenata cu .
Esempio di applicazione dell’abaco: caso (1) di figura B con H = 15 m, spessore complessivo dello strato di argilla 25 m (per cui Df = 1,67), = 45 , cu =
80 kPa, = 20 kN/m3 ; risulta N = 0,175, per cui F = cu /N H = 80/0,175⇥20⇥15
= 1,52. Per le verifiche di lungo termine esistono altri abachi (Bishop e Morgenstern, 1960) ma risulta più conveniente usare direttamente i programmi di calcolo
di cui si è detto. Per una valutazione speditiva della stabilità tenere conto che per
scarpate molto alte (quasi infinite) in terreni granulari caratterizzati da angolo di
attrito interno 0 , il fattore di sicurezza può essere assunto approssimativamente
pari a F = tan 0 / tan , essendo
l’angolo di pendenza. Questo vale sia per
scarpate in assenza di falda, sia per scarpate completamente sommerse da acqua
in quiete. Per esempio, per una scarpata molto alta in sabbia con 0 = 38 e =
30 , si ha F ' 1,35.
Clivio Mastrantuono
81
Opere di sostegno
Geotecnica
SPINTA DEL TERRENO
H
Spinta a riposo. La pressione efficace (pressione trasmessa dalle particelle
costituenti il terreno, al netto della pressione dell’acqua, se presente) in direzione
orizzontale p0h viene messa in relazione con la pressione verticale efficace p0v agente
nello stesso punto tramite l’espressione: p0h = Kp0v . Il valore di K corrispondente
alla situazione “naturale”, viene indicato con K0 e denominato coefficiente di spinta
a riposo. K0 dipende dal tipo di terreno e, soprattutto, dalle sollecitazioni a cui
questo è stato sottoposto in passato. Nei terreni che dalla loro formazione non
sono mai stati sottoposti a pressioni verticali maggiori di quella attualmente agente
(terreni normalmente consolidati) si ha: K0 ' 0,4–0,6; si può assumere K0 ' 1
sin '0 con '0 angolo di attrito del terreno. Nei terreni sovraconsolidati il coefficiente
K0 assume valori maggiori del caso precedente, anche > 1. Il terreno cioè, al
diminuire dalla pressione verticale, conserva parte della pressione orizzontale.
Spinta attiva. In presenza di un’opera di sostegno che permetta al terreno
sufficienti deformazioni verso valle il coefficiente K si riduce da K0 fino al valore
limite Ka (spinta attiva) . Il coefficiente di spinta attiva Ka è funzione dell’angolo
di attrito del terreno ('0 ), dell’attrito muro terreno ( ) e della inclinazione della
superficie del terreno ( ) e del paramento di monte del muro di sostegno ("). Può
essere valutato con la formula di Coulomb generalizzata:
Ka =
[cos('
h
(cos ")2 cos(" + ) 1 +
")]2
q
sin( +') sin('
)
cos("+ )("
)
i2
Se l’opera non può subire spostamenti, si considera che agisca la spinta a riposo
(K = K0 ). Le deformazioni necessarie per lo sviluppo delle condizioni di spinta
attiva vanno dallo 0,1–0,4% nei terreni incoerenti, all’1–2% per quelli coesivi (i
valori minori per i terreni più densi e compatti).
Spinta passiva. La reazione massima che il terreno può esercitare per effetto di una compressione orizzontale, viene indicata come spinta passiva. Il coefficiente di spinta passiva Kp è funzione delle stesse grandezze che influenzano il
valore di Ka . Per la sua valutazione è più opportuno fare riferimento a diagrammi
che, a di↵erenza della formula di Coloumb, fanno riferimento a superfici di rottura
curve (fig. A). Per esempio: ' = 30 ; /' = 0,2; Kp = 8,05 quando /' = 1 ; con
/' = 0,5, allora 8,05 ⇥ 0,746 = 6,00.
Per mobilitare la spinta passiva sono necessarie deformazioni dell’ordine del
2–6%. La normativa italiana prescrive, ai fini dell’equilibrio dei muri di sostegno,
che qualora si tenga conto della reazione passiva del terreno a valle, questa può
essere considerata solo per il 50%.
Note. L’angolo di attrito muro terreno , per la valutazione dei coefficienti
di spinta attiva e passiva, viene generalmente limitato a non più del 50–70% del
valore dell’angolo di attrito del terreno '0 . In presenza di un flusso d’acqua il
gradiente della falda provoca una forza di massa pari a iw w , con w peso di
volume dell’acqua. Se il flusso è diretto verso l’alto o verso il basso la sua azione
può assimilarsi a una variazione del peso di volume efficace del terreno espresso
0
dalla relazione: equiv
= 0 ± iw w , in cui equiv è il peso di volume efficace che
tiene conto del gradiente iw . Deve essere utilizzato il segno + per flusso diretto
verso il basso e il segno per flusso diretto verso l’alto.
Giovanni Simonetti
82
Opere di sostegno
Geotecnica
MURI DI SOSTEGNO
H
Muri a gravità. I muri di sostegno esplicano la loro funzione prevalentemente grazie al peso proprio e del terreno gravante sul muro stesso o da questo
inglobato. Il dimensionamento si e↵ettua assegnando una geometria di tentativo
e verificando che siano soddisfatte le condizioni di equilibrio: a) alla traslazione,
lungo la superficie di imposta; b) al ribaltamento intorno allo spigolo di valle della
base. Nella figura A si osserva che: PA è la spinta complessiva, risultante della
spinta del terreno e dell’acqua; W è la risultante del peso del muro e del terreno
su di esso direttamente gravante; T è la resistenza per attrito e/o coesione sulla
base della fondazione. Si considera T = R tan + Bca in cui R è la risultante dei
carichi verticali sul piano di imposta (R = W + PAV ); è l’angolo di attrito murofondazione. Si assume generalmente  2/3', con ' angolo di attrito del terreno;
ca l’adesione fondazione-terreno si assume nulla o ca  0,5c0 , con c0 coesione efficace del terreno. Per la elevata deformabilità del materiale di riempimento a valle
del muro e per la possibilità che venga in tutto o in parte asportato, generalmente
si trascura la reazione passiva Pp .
Occorre anche verificare la capacità portante della fondazione, per cui si utilizzano i metodi relativi alle fondazioni dirette nastriformi (coefficiente di sicurezza
minimo 2) e la stabilità globale (fig. B) che però risulta significativa solo nel caso di terreni di fondazione particolarmente scadenti. Se il muro non può spostarsi
verso valle, la spinta risulta maggiore della spinta attiva e prossima alla spinta “a
riposo” (v. Spinta del terreno, pag. 81).
Muri in terra armata. Sono costituiti da un paramento, avente la funzione di trattenere il terreno, e da ancoraggi, disposti orizzontalmente nel retrostante
riempimento (fig. C). Il paramento è generalmente costituito da elementi prefabbricati in calcestruzzo e gli ancoraggi da strisce metalliche. È possibile realizzare
opere di questo tipo con materiali, geometria e aspetto molto diversi. Utilizzando
geotessuti e griglie sintetiche è possibile realizzare muri in terra armata con paramento vegetato molto inclinato rispetto all’orizzontale (60–70 ). Il coefficiente di
sicurezza rispetto allo sfilamento degli ancoraggi di larghezza b posti alla profondità d dalla superficie vale: Fs = 2 la b tan /(Ka s h) in cui s e h sono gli interassi
orizzontale e verticale; la è la lunghezza di ancoraggio, a partire dal margine del
cuneo di spinta attiva; è l’angolo di attrito fra terreno e materiale costituente
l’ancoraggio e Ka è il coefficiente di spinta del terreno. La lunghezza complessiva lo
dell’ancoraggio è data dalla lunghezza di ancoraggio la più la lunghezza del tratto
compreso nel cuneo di spinta di Rankine, pari a: (H d) tan(45 '/2). Utilizzando ancoraggi di uguale lunghezza lo , il coefficiente di sicurezza minimo (prossimo
all’unità) si ha in corrispondenza dell’ancoraggio più superficiale. Il coefficiente di
sicurezza rispetto alla rottura degli ancoraggi vale: Fs = m b c/(Ka H s h), in
cui m è la resistenza a trazione del materiale costituente l’ancoraggio; mentre b e
c sono rispettivamente larghezza e spessore. È opportuno utilizzare un coefficiente
di spinta Ka leggermente maggiore del valore di spinta attiva per tenere conto degli
e↵etti della compattazione e per limitare le deformazioni dell’opera.
Drenaggio. Ai fini della stabilità delle opere di sostegno è della massima
importanza il controllo delle acque di filtrazione che, in assenza di agevole sfogo,
possono instaurare spinte idrostatiche non previste, con significativa pericolosa
alterazione dell’assetto statico dell’opera. È quindi indispensabile prevedere la
posa, a tergo del muro, di un materiale drenante e di un sistema di raccolta delle
acque (fig. D).
Giovanni Simonetti
83
Opere di sostegno
Geotecnica
FONDAZIONI SU PALI
H
Pali infissi. Realizzati senza estrazione di terreno. Possono essere “gettati
in opera” o “prefabbricati”. Nel primo caso viene infissa nel terreno una tubazione
metallica, chiusa inferiormente, entro cui viene posta l’armatura metallica e gettato
il calcestruzzo. La tubazione metallica viene generalmente estratta dopo la posa del
calcestruzzo. Nel secondo caso il palo, generalmente in calcestruzzo prefabbricato
in stabilimento, cilindrico o troncoconico, viene infisso mediante “battipalo”. Il
diametro dei pali infissi in calcestruzzo è di 250–600 mm.
Pregi: di esecuzione rapida, tecnologicamente semplici; la misura dell’avanzamento nel terreno sotto l’azione del battipalo fornisce un’indicazione approssimata
della capacità portante. Particolarmente indicati nei terreni incoerenti sciolti.
Difetti: gli elementi prefabbricati presentano problemi di trasporto e necessità
di giunzione per lunghezze superiori ai 12–16 m; quelli gettati in opera presentano
problemi di esecuzione per profondità maggiori di 20–25 m. Producono rumore
e vibrazioni che possono precluderne l’utilizzo in zone abitate o in prossimità di
impianti e strutture sensibili alle vibrazioni. L’infissione può essere impedita da
livelli compatti, cementati o da trovanti. Poco indicati in terreni coesivi saturi,
specie se compatti.
Pali trivellati. Realizzati con estrazione di terreno. Si di↵erenziano in vari
tipi a seconda delle modalità di sostegno dello scavo: a) a secco: possibile nei
terreni in cui la parete dello scavo è stabile; b) a fango: per i quali la stabilità del
foro viene assicurata mediante l’impiego di un adatto “fango” (generalmente fango
bentonitico); c) con rivestimento: nel caso in cui le pareti dello scavo vengano
sostenute mediante una tubazione metallica provvisoria. Vengono realizzati con
diametro generalmente di 350–1500 mm. Per una buona esecuzione è consigliabile
utilizzare diametri 800 mm.
Pregi: possono essere realizzati pressoché in ogni tipo di terreno e fino a
profondità notevoli (30–50 m). Sopportano carichi considerevoli e sono dotati di
notevole rigidezza.
Difetti: richiedono l’impiego di attrezzature di grosse dimensioni e adeguati
piani di lavoro. L’esecuzione richiede perizia e attenti controlli.
Micropali. Hanno diametro inferiore a 250–300 mm e vengono realizzati con
attrezzature di dimensioni relativamente modeste. Sono disponibili attrezzature in
grado di operare anche in ambienti ristretti e con altezze libere dell’ordine di 2,7–
3,0 m. Sono realizzati con asportazione di terreno ma di↵eriscono sostanzialmente
dai pali trivellati sia per le modalità di esecuzione sia per le caratteristiche di
impiego. L’armatura è generalmente costituita da una tubazione metallica che
viene anche utilizzata per iniettare dal basso la boiacca di cemento che, per questo
tipo di palo, sostituisce il calcestruzzo.
Pregi: possono essere realizzati praticamente in ogni tipo di terreno, anche
attraversando fondazioni e strutture esistenti o livelli lapidei. Possono essere facilmente inclinati rispetto alla verticale e realizzati anche in spazi e ambienti limitati,
compresi scantinati, locali interrati o gallerie. La portata utile è molto elevata rispetto al diametro. Sono di esecuzione rapida.
Difetti: a parità di carico utile, sono più costosi.
Costi. (2002) Per i pali trivellati si può stimare un costo complessivo, al
metro, variabile da ' 125 E, per diametri di 800 mm, a ' 275 E, per diametri di
1 500 mm. Per i micropali si può stimare un costo complessivo di 90–110 E/m.
Giovanni Simonetti
84
Opere di sostegno
Geotecnica
PARATIE
H
Vengono normalmente utilizzate quando la presenza dell’opera di sostegno è
propedeutica alla realizzazione di uno scavo, per limitarne l’ampiezza e/o proteggere le strutture circostanti. L’equilibrio viene assicurato dalla reazione del terreno
a valle dello scavo ed eventualmente da uno o più livelli di appoggio intermedi
(puntoni o tiranti). Possono avere funzione provvisionale o definitiva.
Palancole. Generalmente metalliche, indicate anche come tipo LARRSEN
dal nome del primo costruttore di Brema che le ha utilizzate, costituite da profili in
acciaio (fig. A) dotati agli estremi di giunti (gargami). I profili vengono infissi nel
terreno con battipalo o con vibratore, inserendo il gargame della nuova palancola
nel gargame di quella precedente, fino a formare una parete metallica continua. Sono generalmente utilizzate per opere provvisionali; in tal caso, terminato l’impiego
possono essere estratte dal terreno per utilizzi successivi. La presenza del gargame
fornisce di per sé una certa tenuta idraulica. In caso di necessità è possibile realizzare giunti a tenuta d’acqua. Meno comuni le palancole in c. a. prefabbricato,
vengono generalmente utilizzate, come opere definitive, per piccole opere di tipo
portuale. Anche queste vengono infisse prevalentemente per battitura.
Paratie di micropali accostati. Dette anche, impropriamente, Berlinesi.
Sono costituite da una successione di micropali ( ' 140–220 mm) disposti ad
interasse di 0,3–0,5 m, su uno stesso piano o sfalsati. Poiché la parete risulta
discontinua, può essere necessario chiudere gli spazi fra i micropali con un getto di
calcestruzzo o con calcestruzzo proiettato, leggermente armato.
Paratie di pali accostati. Si utilizzano pali trivellati di grande diametro
( ' 600–1 500 mm), posti ad interasse leggermente maggiore rispetto al diametro
dei pali. I pali vengono collegati in sommità da una trave di coronamento in
c. a. avente funzione di collegamento e ripartizione fra i pali. La trave può essere
utilizzata per l’inserimento di un primo livello di tiranti.
Diaframmi continui. Vengono trivellati, generalmente in presenza di fango
bentonitico, con benna che realizza elementi a pianta rettangolare della lunghezza
standard di 2,5 m e della larghezza, in funzione delle dimensioni della benna utilizzata, variabili da un minimo di 0,5 m ad un massimo di 1,2 m. Completato lo scavo
viene calata dall’alto la gabbia di armatura e viene quindi eseguito il getto del calcestruzzo, in maniera analoga a quella seguita per i pali trivellati. Anche nel caso
dei diaframmi è opportuno collegare i singoli elementi mediante una trave di coronamento. Rispetto alla paratia di pali accostati ha il vantaggio di realizzare una
parete continua, di geometria più uniforme, in grado di sopportare spinte maggiori.
Nel caso di utilizzo come parete definitiva è necessario un getto di regolarizzazione.
Nel caso sia necessario disporre uno o più livelli di ancoraggio, disponendoli con
passo pari alla lunghezza dei singoli elementi (2,5 m) non è necessario creare una
trave di collegamento fra i tiranti.
Costi. Il costo delle palancole metalliche, in opera, varia dalle 1,25–1,5 E/kg
(50–150 kg/m2 ). Il costo dei micropali è stimabile in 90–110 E/m; per i pali dalle
' 125 E/m, per diametri di 800 mm alle ' 275 E/m, per diametri di 1 500 mm; il
costo della paratia di micropali o di pali accostati dipende dal numero di elementi
verticali presenti in 1 m2 di paratia. A questo costo è da aggiungere quello dell’eventuale calcestruzzo proiettato di protezione. Per i diaframmi continui il costo
può essere stimato fra 200 e 350 E/m2 in funzione dello spessore. A questi costi
sono da aggiungere quelli per gli eventuali tiranti.
Giovanni Simonetti
85
Opere di sostegno
Geotecnica
TIRANTI
H
Introduzione. Si distinguono la testata, per il collegamento con la struttura, la fondazione, o bulbo, e il tratto libero, che collega queste due parti. Il tirante
è costituito da un’armatura metallica, dalle guaine di protezione, dalla corrosione, dai condotti di iniezione e sfiato; in alcuni casi il tratto libero ed il tratto di
fondazione sono separati da un otturatore, che consente l’iniezione in pressione del
bulbo.
Armatura metallica. Può essere costituita da normali barre per c. a. o
tubi metallici, come comuni micropali, ma più frequentemente si utilizzano barre
(fig. A), spesso ad alta resistenza, o trefoli di acciaio armonico da precompresso
(fig. B). Vengono messi in opera mediante perforazione di piccolo diametro, 80–
200 mm, inserimento del tirante nel foro e successiva iniezione di collegamento e
protezione.
Massimo carico ammissibile per tiranti a barra e a trefoli
Tipo di tirante
Qualità acciaio (N/mm2 )
Tiro ammissibile (kN)
Barra 26,5 mm
Barra 32 mm
Barra 36 mm
1080/1230
1080/1230
1080/1230
407
593
751
1570/1770
1570/1770
1570/1770
297
595
1190
2 trefoli
4 trefoli
8 trefoli
0,600
0,600
0,600
Protezione dalla corrosione. Può essere semplice o doppia (fig. A e B), in
funzione del tipo di impiego, opera provvisionale o definitiva, e delle caratteristiche
chimico-fisiche del terreno. La protezione semplice è costituita dalla guaina di
miscela cementizia utilizzata per l’iniezione. Per tiranti costituiti da barre o trefoli,
questi, nel solo tratto libero, vengono anche ricoperti da una guaina in polietilene,
polipropilene o PVC, a sua volta riempita da grasso inerte. Per tiranti permanenti
è consigliabile il ricorso alla doppia protezione, costituita da una ulteriore guaina
in PVC, corrugata nel tratto di ancoraggio e liscia nel tratto libero, che avvolge
completamente l’armatura. In questo caso la miscela cementizia viene iniettata
separatamente sia all’interno della guaina, per la protezione e collegamento delle
armature, sia all’esterno per il riempimento del foro e la connessione al terreno.
Fondazione. La connessione al terreno può essere realizzata mediante iniezione semplice o ripetuta. Nel primo caso, indicato per tiranti in roccia, l’iniezione
viene e↵ettuata in un’unica fase, attraverso un tubo di iniezione che arriva alla
base del tirante. Nei terreni sciolti, per ottenere una maggiore capacità portante,
si utilizzano le iniezioni ripetute. In questo caso il tubo di iniezione è dotato lungo
il tratto di fondazione di numerose valvole, fra loro distanti 0,5-1,0 m. Si adottano
pressioni elevate (7-8 MPa). Le iniezioni vengono spinte fino al raggiungimento
di un prefissato volume di miscela iniettata e/o fino ad una prefissata pressione
residua del fluido di iniezione. Una volta raggiunta la maturazione della miscela
cementizia il tirante viene generalmente messo in tensione: mediante martinetti
idraulici nel caso di tiranti a trefoli, che vengono poi bloccati mediante un sistema
di cunei, avvitando, mediante chiave dinamometrica, il dado sulla testata nel caso
di tirante a barre
Costi. In funzione del tipo, delle condizioni di posa in opera e del carico
massimo previsto il costo varia fra i 60 e 100 E/metro.
Giovanni Simonetti
86
Topografia
Rilevamento
LIVELLAZIONE TECNICA
M
Scopo. Quotare punti, con la precisione di alcuni millimetri al chilometro.
La livellazione tecnica si esegue dal mezzo, con livelli con bolla torica oppure con
autolivelli e con stadie in legno centimetrate o a codici a barre. Attraverso l’uso di tecniche e strumenti appropriati la livellazione può assumere un carattere
geometrico di alta precisione con un errore di decimi o centesimi di millimetro.
Impieghi. La livellazione tecnica viene applicata ai seguenti lavori: profili e
sezioni stradali e ferroviari, tubidotti, canali e opere idrauliche, impianti di cantiere,
fondazioni, palificazioni, piazzali, pavimentazioni ecc. In cartografia viene usata
per l’appoggio altimetrico della fotogrammetria.
Strumenti. Il livello o l’autolivello dovrà avere almeno queste caratteristiche: ingrandimenti 25⇥30; apertura dell’obiettivo da 30 a 40 mm. La sensibilità
della livella torica dovrà avere un angolo di 3000 , corrispondente a uno spostamento di 2 mm della bolla. Lo scarto quadratico medio di 2 mm/km. Le stadie in
legno dovranno essere munite di una livella sferica, per il controllo della perfetta
verticalità della stadia stessa.
Operazioni. Scelta degli operatori. Per eseguire una livellazione tecnica,
occorre un caposquadra, geometra od operatore topografico junior con esperienza
di almeno due anni presso un topografo esperto. Occorrono anche due canneggiatori portastadie, in grado di saper mantenere la stadia in perfetta verticalità. Modo
operativo (fig. A. e B). La livellazione tecnica, dovrà essere eseguita dal mezzo, cioè
mantenendo una distanza uguale tra il livello e la stadia sia nella battuta indietro
come nella battuta in avanti. La distanza delle battute, distanza tra livello e stadia,
in terreni pianeggianti, dovrà essere compresa tra i 10 e i 50 metri. La livellazione
tecnica, viene usata per determinare le quote su percorsi chiusi ad anello, sviluppando la livellazione in sola andata, oppure su percorsi lineari aperti sviluppando
la livellazione in andata e ritorno. Il calcolo. Il dislivello tra due punti collegati con
livellazione geometrica è dato dalla di↵erenza tra la somma delle battute indietro
meno la somma delle battute avanti. Compensazione. La livellazione tecnica viene
compensata, in maniera empirica, appoggiandola a punti di quota nota, caposaldi.
L’errore di chiusura, riscontrato tra due punti di quota nota, verrà ripartito sui
vari dislivelli parziali proporzionatamente alle distanze parziali relative, su terreni pressoché pianeggianti; mentre su terreni con forti dislivelli l’errore di chiusura
verrà ripartito proporzionatamente sia alle distanze parziali sia ai dislivelli parziali.
Laptolleranza (mm) eseguita con compensazione empirica dovrà essere inferiore a
30 D, con D (km) lunghezza complessiva della livellazione.
Controlli. Il livello o l’autolivello dovrà essere ben tarato. Le stadie con
la bolla rettificata. Se è possibile è sempre opportuno eseguire reti di livellazione
chiuse con anelli adiacenti collegati tra di loro. Su percorsi lineari sarebbe opportuno chiudere la livellazione su caposaldi, all’inizio e alla fine del percorso. Taratura
del livello (fig. C). Si dovranno utilizzare stadie con bolla tarata, dunque perfettamente verticali. Si dovranno materializzare due caposaldi, punti fissi e stabili, A e
B, distanti tra loro circa 20 metri. Posizionando il livello esattamente in mezzo ai
due caposaldi si misurerà il dislivello tra i due caposaldi. Poi posizionando il livello
a un estremo, a circa quattro metri dal punto A, si misurerà il dislivello tra i due
caposaldi, l’errore residuo verrà corretto agendo sulle viti del reticolo del livello.
Costi unitari. Livellazione tecnica: 250 E/km in terreni pianeggianti. Livellazione di alta precisione: 770 E/km o di 13 E/caposaldo.
Primo Baraldi
87
Topografia
Rilevamento
LIVELLAZIONE TRIGONOMETRICA
M
Scopo. Quotare punti, con la precisione di un decimetro al chilometro. La
livellazione trigonometrica si esegue dai due estremi, con tacheometri o teodoliti
oppure con stazioni integrali. Viene applicata per trasportare la quota da un
punto noto ad altri punti difficilmente accessibili o lontani. In genere la livellazione
trigonometrica viene utilizzata in terreni collinari o montani.
Strumenti. Gli strumenti dovranno avere le seguenti caratteristiche: ingrandimenti 30⇥; apertura dell’obiettivo da 40 a 50 mm; precisione angolare per il
tacheometro 1 mgon per il teodolite 0,1 mgon; precisione nella misura delle distanze 3 mm + 3 ppm. Quasi tutte le stazioni integrali hanno il registratore dei dati al
loro interno con possibilità di scaricare i dati rilevati su un calcolatore portatile.
Operazioni. Scelta degli operatori. Per eseguire la livellazione trigonometrica occorrono due caposquadra, geometra o operatore topografico senior con esperienza di almeno tre anni presso un topografo esperto. Occorrono anche alcuni
aiutanti a seconda delle difficoltà riscontrate nella zona operativa. Modo operativo. La migliore soluzione sarebbe di poter rilevare contemporaneamente le misure
angolari zenitali e le distanze tra le due stazioni reciproche sui due punti estremi.
In mancanza della disponibilità in contemporanea delle due squadre operative, si
potranno rilevare i dati con una sola squadra operativa che dovrà stazionare prima
su un punto e poi sull’altro ovviamente inviando sull’altro punto un canneggiatore
portaprisma per poter eseguire la misura della distanza e il puntamento zenitale
esatto. La distanza tra i due punti può variare da 500 a 3 000 m. Calcolo. Per il
calcolo del dislivello tra le due stazioni si possono utilizzare le seguenti formule.
Rilievo reciproco e contemporaneo dalle due stazioni (fig. A): AB = Dc (1 +
Qm /R)
ptan(ZB ZA )/2; " = Dc k/(2R); Dc = RDo /(R + Qm ); Do = D sin ZA ;
R = a 1 e2 /[1 e2 (sin ')2 ].
Rilievo da una stazione (fig. B): AB = Dc (1 + Qm /R)1/ tan[ZA Dc (1
k)/(2R)] + h f ;
con: D distanza obliqua misurata; Z angolo zenitale misurato; " correzione
angolare per la rifrazione; k coefficiente di rifrazione; Qm quota media della zona
operativa; R raggio della sfera locale; a raggio equatoriale; e2 = 0,006722670; '
latitudine media; Do distanza orizzontale; Dc distanza ridotta alla sfera locale,
distanza geodetica; AB dislivello tra i due punti; h altezza dello strumento; f
altezza della mira portaprismi. Nel caso del rilievo da una stazione, il dislivello è
influenzato dalla imperfetta conoscenza del coefficiente di rifrazione k che dipende
dalle caratteristiche dell’aria (temperatura, pressione ecc.) e varia tra 0,08 e 0,20.
La tabella seguente dà qualche valore orientativo dell’errore nel dislivello e al
variare della distanza, a causa dell’errore di k (assunto pari al 2%).
D (km)
e
(cm)
1
5
10
20
30
0,1
2
8
32
72
Controlli. I due punti devono essere ben visibili tra di loro. Gli strumenti
devono essere ben tarati. Bisognerà porre molta attenzione alla lettura degli angoli
zenitali, meglio ripetere le letture più volte. Bisognerà prevedere di non avere il
sole di fronte, in linea con il punto collimato, che o↵usca e disturba il puntamento.
Tempi tecnici. I tempi tecnici operativi dipendono molto dalla difficoltà
di accesso e di raggiungimento dei vari punti.
Costi unitari. Circa 250–1000 E/stazione, ma dipendono molto dalle difficoltà logistiche.
Primo Baraldi
88
Topografia
Rilevamento
LIVELLAZIONE IDROSTATICA
M
Scopo. Quotare punti, con la precisione di alcuni decimi o centesimi di
millimetro. Controllare e monitorare assestamenti o cedimenti micrometrici su
grandi strutture . Si esegue con livelli a liquido intercomunicanti e con micrometri
di alta precisione.
Impieghi. La livellazione idrostatica viene applicata ai seguenti lavori: controlli micrometrici di assestamenti, controlli strutturali, monitoraggio di centrali
termoelettriche o grandi turbine (fig. A). La livellazione idrostatica è una livellazione di altissima precisione, e si può utilizzare solo su impianti fissi e ben predisposti,
cioè su una serie di caposaldi ben ancorati alle strutture fisse e posti a distanze pressoché costanti e pressoché allo stesso livello. L’impiego della livellazione idrostatica
è vincolata anche dalla impossibilità di poter utilizzare altri tipi di livellazione, per
esempio strutture inaccessibili, forti vibrazioni, altri impedimenti.
Strumenti. La livellazione idrostatica è basata sul principio dei vasi comunicanti. I calici, vasi comunicanti, contenenti il liquido devono essere sormontati
da un micrometro che possa misurare il centesimo di millimetro (fig. B). L’ago del
micrometro, che deve toccare la superficie superiore, menisco, del liquido nel calice,
può essere collegato elettricamente a un avvisatore luminoso e acustico. Il liquido
contenuto nel calice può essere elettroconduttore, colorato, fluidificato.
Operazioni. Scelta degli operatori. Per eseguire la livellazione idrostatica,
occorre una squadra di topografi senior addestrati espressamente per questo tipo
di livellazione. Modo operativo. La livellazione idrostatica dovrà essere eseguita
misurando i dislivelli parziali tra due caposaldi contigui per volta, percorrendo
preferibilmente un percorso ad anello in modo da poter eseguire anche la compensazione rigorosa. Bisogna misurare i dislivelli parziali tra due caposaldi contigui nei
due sensi, in andata e ritorno, scambiando i calici alternativamente sui due caposaldi. L’equipaggiamento minimo comprende due calici contenenti liquido collegati
con un tubo flessibile. Si posiziona il calice A sul caposaldo 1 contemporaneamente
si posiziona il calice B sul caposaldo 2, si lascia decantare e assestare per circa un
minuto l’equipaggiamento, indi si leggono contemporaneamente i due micrometri
sui due calici. Poi si scambia l’equipaggiamento per eseguire subito il ritorno. Si
posiziona il calice B sul caposaldo 1 contemporaneamente si posiziona il calice A sul
caposaldo 2, si lascia decantare e assestare per circa un minuto l’equipaggiamento,
indi si leggono contemporaneamente i due micrometri sui due calici. Calcolo. La
sommatoria dei dislivelli in andata deve essere uguale alla sommatoria dei dislivelli in ritorno. Compensazione. La livellazione idrostatica viene compensata, in
maniera rigorosa. L’errore di chiusura, contenuto nell’ordine di qualche decimo di
millimetro, verrà ripartito sui vari dislivelli parziali in proporzione alle distanze
parziali relative e in proporzione ai vari dislivelli parziali relativi.
Controlli. La punta dell’ago del micrometro deve essere pulita e asciutta,
la temperatura della zona operativa deve essere uguale e uniforme. Il liquido
contenuto nei calici deve essere esposto a pressione barometrica uguale e costante.
La lettura al micrometro si deve fare esattamente al primo contatto dell’ago del
micrometro con il menisco della superficie superiore del liquido nel calice.
Tempi tecnici. In genere gli impianti da monitorare con la livellazione
idrostatica rimangono sotto controllo per diversi mesi o addirittura anni, perciò i
tempi tecnici di questi monitoraggi risultano molto lunghi con frequenti controlli
periodici.
Costi unitari. Dipendono dal tipo di impianto da monitorare.
Primo Baraldi
89
Topografia
Rilevamento
POLIGONALI
M
Scopo. Le poligonali si impiegano per tracciamenti stradali e ferroviari, tubidotti, canali, rilievi planoaltimetrici e in aerofotogrammetria. Con le poligonali si
determinano le coordinate planimetriche di alcuni punti (vertici) con la precisione
di alcuni cm/km.
Si considerano tre tipi di poligonali. Le poligonali aperte partono da un punto
di coordinate note e collegano altri punti senza chiudersi su un altro punto di coordinate note (fig. A). È opportuno limitare l’uso delle poligonali aperte allo stretto
necessario perché non si possono controllare le misure. Le poligonali vincolate iniziano e terminano su punti di coordinate note (fig. B). Le poligonali chiuse iniziano
e terminano sullo stesso punto di coordinate note (fig. C).
Strumenti. Si usano o il tacheometro o il teodolite o la stazione integrale, con le seguenti caratteristiche: ingrandimenti 30⇥, apertura dell’obiettivo 40–
50 mm; precisione angolare 10cc (1 mgon) per il tacheometro e 1cc (0,1 mgon) per
il teodolite; precisione nella misura delle distanze 3 mm + 3 ppm.
Operazioni. Operatori. Occorrono un caposquadra e uno o due canneggiatori portaprismi in grado di saper scegliere i vertici della poligonale. Scelta dei
vertici. La distanza tra due vertici consecutivi può variare da 100 a 2 000 m. In
ogni caso i due vertici devono essere visibili tra loro.
Misure. In ogni vertice si centra lo strumento sulla verticale del punto a terra
(picchetto) e ci si accerta che lo strumento sia perfettamente verticale. Nelle letture
degli angoli orizzontali si punta alla palina portaprisma più in basso possibile. Nelle
letture degli angoli verticali e nelle misurazioni delle distanze si punta invece al
centro del prisma. Si misurano lati e angoli della poligonale, oltre alla direzione del
primo lato. Nel caso della poligonale aperta non si possono controllare le misure
col calcolo. Occorrerà dunque e↵ettuare le misure con maggiore attenzione.
Calcoli. Si calcolano le coordinate di ogni vertice in base alle coordinate del
vertice precedente e all’angolo di direzione del lato che unisce i due vertici. Nel caso
delle poligonali chiuse e in quello delle poligonali vincolate si possono confrontare le
coordinate calcolate con quelle note del punto di arrivo. La di↵erenza tra i valori
calcolati e i valori noti, detta “errore di chiusura”, viene ripartita in rapporto
alla lunghezza dei lati. I valori ottenuti servono per correggere le coordinate dei
vertici. In questo modo l’ultimo vertice viene fatto coincidere col punto noto.
Questa operazione prende il nome di “compensazione (degli errori di misura) della
poligonale”. Il massimo errore di chisura tollerabile viene detto “tolleranza”.
Tempi tecnici. Si possono eseguire circa 5 chilometri di poligonale al giorno
per poligonali con le seguenti caratteristiche: a) terreno pianeggiante; b) tecnici
che si spostano a piedi; c) un operatore allo strumento; d) un canneggiatore con
palina portaprismi sul vertice indietro e un canneggiatore con palina portaprismi
sul vertice avanti; e) poligonali con lati brevi di circa 100–500 m.
Su terreni mediamente ondulati e serviti da strade accessibili, con l’operatore
e i due canneggiatori motorizzati con tre auto indipendenti, collegati con radio
ricetrasmittenti, per poligonali con lati lunghi 500–2000 metri, si possono eseguire
10 vertici di poligonale al giorno.
p
Costi. (2002) Poligonali con tolleranza (mm) di 5 D: 780 E/km,pcon
D (km) lunghezza della poligonale. Poligonali con tolleranza (mm) di 10 D:
460 E/km. Poligonali di appoggio a rilievi planoaltimetrici in scala 1/500, con densità di circa 5 vertici/km2 : 260 E/vertice. Poligonali a lati lunghi: 780 E/vertice.
Primo Baraldi
90
Topografia
Rilevamento
RETI PLANO-ALTIMETRICHE
M
Scopo. Determinare le coordinate plano-altimetriche di alcuni punti (vertici) con una precisione stabilita, partendo da punti di coordinate note.
Impieghi. Tracciamenti stradali e ferroviari, gallerie, grandi manufatti e
opere di alta precisione. La rete è una poligonale chiusa ad anello con collegamenti
incrociati in modo da avere un numero abbondante di concatenamenti, e dunque
una iperdeterminazione dei punti.
Strumenti. Si possono utilizzare teodoliti, distanziometri o stazioni integrali (v. Poligonali, pag. 89)
Operazioni. Scelta degli operatori. Per eseguire una rete planoaltimetrica
occorre un caposquadra geometra o operatore topografico senior, con esperienza
di almeno tre anni presso un topografo esperto. Occorrono anche uno o due canneggiatori portaprismi in grado di saper scegliere i punti sui quali poter esegure
i collegamenti incrociati. Modo operativo. La rete plano-altimetrica collega punti
con coordinate note ad altri punti da determinare. Le misure che collegano i vari
punti possono essere: misure delle distanze, rilievo di angoli azimutali, rilievo di
orientamenti, rilievo di angoli zenitali. Calcolo e compensazione. La rete si deve
calcolare e compensare rigorosamente con appositi programmi di calcolo su elaboratore, i quali utilizzano le medie ponderate sulle misure e il metodo dei minimi
quadrati per le successive iterazioni. Questi programmi devono calcolare lo scarto
quadratico medio generale e gli scarti quadratici medi per ciascuna misura rilevata,
devono produrre altresı̀ gli ellissoidi di sbandamento per ciascun punto rilevato. La
rete in genere è solamente planimetrica ma potrà anche essere plano-altimetrica.
In questo caso, prima si dovranno rilevare, durante i rilievi (in zona operativa),
gli angoli zenitali e le altezze strumentali, poi si dovranno utilizzare programmi di
calcolo e di compensazione della rete che risolvano anche le posizioni altimetriche.
In ogni caso il programma di calcolo e di compensazione deve avere la possibilità
di evidenziare, subito dalla prima iterazione, tutte le misure anomale, da scartare
o da migliorare.
Controlli e tempi tecnici. Per eseguire una rete plano-altimetrica soddisfacente bisognerebbe ubicare i vertici in modo uniforme onde ottenere triangoli il
più possibile equilateri, con maggiori intensificazioni nelle zone con forti dislivelli.
È buona norma non tralasciare mai alcun collegamento possibile per poter iperdeterminare maggiormente la rete. Su terreni mediamente ondulati, con circa dodici
punti, si potranno impiegare tre giorni per la scelta, la ubicazione e la materializzazione dei punti, controllando le reciproche visuali; tre giorni per il rilievo delle
misure angolari e lineari; un giorno per i calcoli e la rappresentazione grafica.
Costi unitari. Il parametro per la determinazione dei costi unitari può
essere o la tolleranza nella misura delle distanze o la tolleranza nella determinazione
delle coordinate dei punti incogniti.
p
Per reti con tolleranza (mm) di 5 D: 950 E/km,
p con D (km) perimetro
globale della rete. Per reti con tolleranza (mm) di 10 D: 520 E/km. Per reti
di appoggio a rilievi plano-altimetrici in scala 1/500, con densità di circa cinque
vertici per km2 : 310 E/punto. Per reti
p a lati lunghi: 930 E/punto. Per reti di alta
precisione con tolleranza (mm) di 2 D: i costi dipendono dal tipo di lavoro da
eseguire, dal numero dei punti da collegare e dalla lunghezza dei lati da collegare
e dalla morfologia della zona.
Per reti con tolleranza di 10 mm di di errore sulle coordinate dei vertici incogniti: 260–520 E/punto; per 5 mm di di errore: 520–1030 E/punto.
Primo Baraldi
91
Topografia
Rilevamento
SISTEMA GLOBALE DI POSIZIONAMENTO
M
Scopo. Determinare la posizione assoluta di un ricevitore GPS (Global Positioning System), ubicato in un qualsiasi punto della superficie terrestre, utilizzando
una costellazione di satelliti Navstar .
Strumenti. Ricevitori GPS a singola frequenza o a doppia frequenza, da
quattro a dodici canali, in funzione della loro precisione e del loro utilizzo. Questi
ricevitori GPS ricevono segnali radiotrasmessi da una costellazione di 24 satelliti
Navstar. I 24 satelliti Navstar sono disposti su sei orbite circolari a una altezza
di 20,169 km con un periodo siderale di 12 ore. L’inclinazione dei piani orbitali
rispetto al piano equatoriale è di 55 gradi sessagesimali. I satelliti trasmettono
segnali su due bande di frequenza diverse, entrambe multiple della frequenza fondamentale degli oscillatori atomici di bordo di 10,23 MHz; L1 = 1574,42 MHz e L2
= 1227,60 MHz. Trasmettono tre tipi di segnali, due codici pseudocasuali, il C/A
e il P, e un messaggio di navigazione. Il codice C/A è utilizzato dai ricevitori di
tipo civile, accessibili a tutti, mentre il codice P è crittografato e accessibile solo
dai ricevitori militari.
Operazioni. Scelta degli operatori. Per eseguire rilievi con i ricevitori satellitari GPS occorre una squadra di topografi senior addestrata per questi tipi di
rilievi. Modo operativo. Per ottenere la posizione tridimensionale di un ricevitore
occorre ricevere contemporaneamente almeno quattro satelliti. Per applicazioni
geodetiche si utilizzano due tecniche: statiche e cinematiche. Il rilievo statico si
basa su una ricezione, e registrazione, continua e simultanea di due o più ricevitori, per un minimo di trenta minuti sino a otto ore per ogni singolo punto da
determinare. Alcune varianti del rilievo statico sono lo statico-rapido, lo pseudostatico, lo Stop & Go. Il rilievo cinematico è in grado di determinare, dopo
una inizializzazione statica, la posizionare del ricevitore in movimento, utilizzando
un ricevitore fisso su un punto di coordinate note, reference, e un ricevitore in
movimento, rover, posizionato anche per pochi secondi sui punti da determinare,
oppure anche in movimento continuo. Alcune varianti del rilievo cinematico sono il
posizionamento On-The-Fly, utilizzato nei rilievi marittimi e aerofotogrammetrici,
il posizionamento DGPS, Di↵erential GPS (fig. A), il posizionamento cinematico
in tempo reale, RTK, Real Time Kinematic, con il collegamento dei due ricevitori
con radio-modem (fig. B). Calcolo. I rilievi eseguiti con i ricevitori satellitari GPS
vengono elaborati con appositi programmi che calcolano e compensano i dati rilevati e trasformano le coordinate WGS84 in coordinate ellissoidiche o cartesiane,
geografiche o geocentriche, o locali. I programmi di calcolo in genere hanno un
menu Projection con la possibilità di trasformare le coordinante espresse in formato WGS84 in più di 60 di↵erenti sistemi locali. I programmi di calcolo quando
eseguono la trasformazione delle coordinate elaborano i sette parametri di trasformazione. I sette parametri di trasformazione sono x, y, z lineari in metri,
Ey, Ed, Ez angolari in secondi, il fattore di scala k.
Controlli. Il sistema di posizionamento satellitare si può utilizzare solo su
spazi aperti; quando i ricevitori sono coperti da piante, edifici, gronde, tettoie o
altri ostacoli, non ricevono più i dati dai satelliti perciò perdono il segnale e non
sono più attivi.
Tempi tecnici. Dipendono dalle precisioni che si vogliono ottenere, dunque
dai tempi di registrazione dei dati su ogni singolo punto. Il tempo di ricezione, su
ogni singolo punto, può variare da qualche minuto sino a otto ore.
Costi unitari. Mediamente 100–200 Eper punto determinato.
Primo Baraldi
92
Topografia
Rilevamento
STAZIONE INTEGRALE
M
Scopo. Misurare angoli e distanze, eseguire rilievi e tracciamenti. La stazione integrale è uno strumento compatto che racchiude in sé un teodolite elettronico
e un distanziometro elettronico (fig. A).
Requisiti. Una buona stazione integrale dovrà avere diversi requisiti. Basetta con piombino ottico. Cannocchiale: da 30⇥ a 40⇥ di ingrandimenti, possibilità di ruotare di 400 g, due mirini ottici per le posizioni diritto e capovolto, reticolo
illuminato. Misure angolari azimutali e zenitali, con cerchi elettro- magnetici, lettura 2cc (0,2 mgon) o 100 con risoluzione 0,1cc (0,1 mgon) o 100 . Compensatore
angolare zenitale e azimutale che controlla e corregge lo sbandamento degli assi di
rotazione dello strumento. Compensatore biassiale che controlla simultaneamente
il livellamento sui due assi. Misura della distanza, elettro-ottica con luce infrarossa.
Precisione nella misura della distanza, da 5 mm + 3 ppm a 2 mm + 2 ppm. Tipo del
distanziometro coassiale con il cannocchiale. Portata del distanziometro, con un
prisma 3 km, con tre prismi 6 km, con catadiotro 500 m. Possibilità di misurare in
continuo in tracciamento, TRK, con prisma in movimento, a una velocità di 4 m/s,
e di ritarare e di riaggiornare istantaneamente, ogni 0,4 s, la distanza rilevata dopo
aver perso il segnale per una copertura momentanea. Viti di movimento azimutale
e zenitale micrometriche a due velocità senza fine corsa. Bloccaggio veloce delle
viti micrometriche. Registrazione dei dati con memoria interna con capacità di più
di mille punti, oppure su scheda PCMCIA. Display a cristalli liquidi, retroilluminato, alfanumerico, con quattro righe di scrittura da 20 a 40 caratteri ciascuna.
Tastierino di comando alfanumerico, impermeabile, protetto dalla pioggia. Batteria interna di grande capacità. Collegamento con eventuale batteria esterna a
lunga portata. Luce di puntamento e di tracciamento, illumina il prisma nelle zone
buie e nella vegetazione fitta, agevola il portaprisma nell’individuare la linea di
mira.
Software operativo. Controllo del livello di carica della batteria, autotest
per rilevare errori interni, calendario e orologio, registrazione e scrittura alfanumerica, illuminazione notturna, regolazione della luminosità e del contrasto, eventuale
misuratore della pressione atmosferica, misuratore della temperatura, livella elettronica, visione e correzione dei dati registrati, riduzione della distanza inclinata
misurata, calcolo del dislivello, calcolo delle coordinate, programmazione di sequenze di registrazione, calcolo di intersezioni, calcolo di distanza inaccessibile,
stazione excentro, calcolo automatico della altezze spostando il puntamento zenitale su punti inaccessibili, trasformazione automatica delle coordinate da polari
a rettangolari, controllo automatico delle deviazioni spostando il puntamento azimutale. Comunicazione dei dati con porta seriale a doppia via, sia per trasferire i
dati rilevati e registrati, sia per ricevere i dati per tracciamenti e posizionamenti.
Accessori. Declinatore magnetico, oculare inclinabile (pipetta) per collimazioni a punti alti (zenitali, nadirali), filtro per collimare al sole.
Operazioni. a) Centratura sul punto a terra (punto di stazione); b) orientamento; c) misurazioni verso prismi (fig. B). Date le coordinate del punto di stazione
si ricavano le coordinate dei punti collimati (fig. C).
Costi unitari. Il costo di una stazione integrale può variare in funzione
della precisione angolare, della precisione nella misurazione delle distanze e della
portata, da 8000 Ea 20000 E.
Primo Baraldi
93
Topografia
Rilevamento
CELERIMENSURA
M
Scopo. Rilevare appezzamenti di terreno di piccola e media estensione, con
il rilievo plano-altimetrico per punti singoli.
Impieghi. Quando occorre avere una visione dettagliata di una porzione di
terreno oppure eseguire un controllo dopo aver rilevato i movimenti di terra.
Strumenti. Si possono utilizzare tacheometri e distanziometri, meglio stazioni integrali con registratore interno dei dati rilevati. È ormai obsoleto utilizzare
il tacheometro con la stadia verticale centimetrata. In zone molto aperte, senza ostacoli, si potranno utilizzare anche i ricevitori satellitari, GPS, utilizzando il
sistema cinematico in tempo reale, Real Time Kinematic (RTK).
Operazioni. Scelta degli operatori. Per eseguire un rilievo plano-altimetrico
occorre un caposquadra, geometra o operatore topografico senior con esperienza di
almeno tre anni presso un topografo esperto. Occorrono anche uno o due canneggiatori portaprismi in grado di saper scegliere i punti di dettaglio da rilevare e capaci di eseguire uno schizzo dettagliato della zona rilevata. Modo operativo. Si devono
determinare le coordinate plano-altimetriche X Y Z, oppure Nord Est Quota, di
tutti i punti caratteristici di dettaglio del terreno, partendo da punti di stazione
precedentemente coordinati per mezzo di poligonali o di dati plano-altimetrici. I
punti di dettaglio devono poter rappresentare esattamente l’andamento del terreno quando questo verrà riportato sulla carta. Per ben rappresentare e rilevare il
terreno l’operatore deve farne precedentemente uno schizzo, con le curve di livello
se il terreno non è in piano, riportando sui particolari disegnati la posizione dei
punti rilevati. I punti di dettaglio rilevati saranno più fitti nelle zone di terreno
con maggiori dettagli da rilevare. È opportuno predisporre codici alfanumerici per
selezionare e raggruppare i punti di uguale tipologia. Calcolo. I punti di dettaglio vengono calcolati singolarmente con misure radiali da ogni stazione, per cui
si calcolano i delta nord, delta est, delta quota relativi partenti dalla stazione di
rilevamento. Compensazione. I punti di dettaglio non vengono compensati, perché
partono da stazioni facenti parte di poligonali già precedentemente compensate.
Occorre ribattere alcuni punti, ben definiti, da più stazioni.
Controlli. Prima di lasciare la zona operativa bisogna accertarsi di aver rilevato tutto il territorio di indagine e di non aver lasciato buchi nel rilievo. A questo
scopo con un calcolatore portatile è opportuno calcolare i dati rilevati e restituire
il rilievo su CAD già in zona operativa con l’ausilio di un calcolatore portatile (notebook). Bisognerà controllare anche che il rilievo sia esatto elaborando le curve
di livello, controllando che non vi siano anomalie ed errori.
Tempi tecnici. In zone mediamente accidentate si possono rilevare 2 ha al
giorno nella scala 1/200, 5 ha al giorno nella scala 1/500, 20 ha al giorno nella
scala 1/1000. I tempi occorrenti per eseguire, in ufficio, i calcoli, la restituzione,
il plottaggio dei rilievi planoaltimetrici sono circa uguali ai tempi impiegati per il
rilievo in zona operativa.
Costi unitari.
Scala 1/1000, con 0,35 vertici/ha; 30 punti/ha; tolleranza
p
(mm) 0,25+0,015 D (D in km); costo unitario: 450 E/ha.
p
Scala 1/500, con 0,8 vertici/ha, 70 punti/ha, tolleranza (mm) 0,15+0,015 D,
costo unitario: 780 E/ha; come sopra ma con 150 punti/ha: 1300 E/ha.
p
Scala 1/200, con 3 vertici/ha, 200 punti/ha, tolleranza (mm) 0,08+0,015 D,
costo unitario: 1500 E/ha, come sopra ma molto dettagliati con 300 punti/ha:
2300 E/ha.
Primo Baraldi
94
Aerofotogrammetria
Rilevamento
INTRODUZIONE
M
Scopo. Rilevare plano-altimetricamente comprensori territoriali con l’ausilio delle fotografie aeree stereoscopiche e dello stereorestitutore. Si utilizza dove
bisogna avere una visione plano-altimetrica dettagliata del territorio e per progettazioni stradali e ferroviarie, per insediamenti urbanistici, per gestione del territorio.
Operazioni. Per eseguire la ripresa aerea e la stereorestituzione occorre richiedere e ottenere permessi speciali sottostanti al Nulla osta alla segretezza. Per
produrre aerofotogrammetria occorre eseguire la ripresa di fotogrammi aerei stereoscopici, per cui occorre montare una particolare camera di ripresa su un aereo
idoneo allo scopo. Il volo dovrà essere eseguito nelle ore a cavallo del mezzogiorno,
con altezza dei raggi solari non inferiore a 30 (fig. A). Le apparecchiature per la
ripresa sono schematicamente indicate in figura B. Dopo aver appoggiato i fotogrammi a terra, con livellazioni e poligonali, si può eseguire la stereorestituzione
producendo la cartografia con l’ausilio dello stereorestitutore.
La aerofotogrammetria comprende le fasi seguenti: a) volo; ripresa aerea dei
fotogrammi stereoscopici;
b) appoggio terrestre; inquadramento geometrico, livellazioni, posizionamenti
satellitari con GPS, triangolazione aerea;
c) stereorestituzione analitica e analogica, eventuale ortofoto (v. Ortofoto,
pag. 103);
d) ricognizione, completamento cartografico con rilievo delle zone non visibili
nelle foto aeree, sgrondatura (v. Ricognizione, pag. 96);
e) disegno, formazione della cartografia, vestizione, formazione di banche dati
con elenco analitico di codici e coordinate;
f) collaudo della cartografia con verifiche in zona operativa.
Controlli. I rilievi aerofotogrammetrici sono idonei per eseguire rilievi di
grandi estensioni territoriali, mentre per piccoli appezzamenti di terreno è più utile
eseguire rilievi celerimetrici plano-altimetrici terrestri. (v. Celerimensura, pag. 93)
Costi Unitari. Incidenze percentuali sul costo totale della aerofotogrammetria in funzione della scala della cartografia riprodotta.
1/10 000
1/5000
1/2000
1/1000
1/500
Volo
Inquadramento
Stereorestituzione
Ricognizione
Disegno
Collaudo
8%
17%
20%
22%
30%
3%
5%
20%
21%
22%
27%
5%
5%
23%
20%
23%
24%
5%
8%
21%
20%
22%
23%
6%
8%
18%
17%
31%
20%
6%
Costo totale E/ha
3
10
50
150
770
Con l’utilizzo della ortofoto si riduce la restituzione del 15%, si elimina la ricognizione e il disegno, per cui si ottiene un risparmio dal 30% al 50% circa. Ma, in
questo caso, le strade in pendenza presentano discontinuità dovute alla scansione
solo fino a certi limiti compatibili con i materiali fotografici, la sensibilità della
pellicola e i tempi di esposizione. Inoltre, gli edifici presentano sempre uno spigolo
in ombra che nasconde i particolari alla base. Ortofoto b/n. Costo totale: circa
2 E/ha, per la scala 1/10 000 e circa 5 E/ha, per la scala 1/5000.
Primo Baraldi
95
Aerofotogrammetria
Rilevamento
VOLO
M
Scopo. Il volo aerofotogrammetrico serve per riprendere i fotogrammi aerei
stereoscopici con cui disegnare poi la carta topografica.
Strumenti. La camera da ripresa area è montata sul pavimento dell’aereo
sopra una botola; ha un rullino di pellicola sensibile del formato di 23⇥23 cm
(fig. A) e obiettivi con distanza focale da 150 mm a 300 mm, i rullini di pellicola
sono di 120–150 m per un totale di 480–600 fotogrammi, le aperture del diaframma
variano da 1/4 a 1/8, i tempi di scatto variano da 1/100 a 1/1000. Per eseguire le
riprese aeree è preferibile utilizzare aerei bimotori perché più stabili, se si utilizzano
aerei piccoli sono da preferirsi quelli ad ala alta. L’aereo deve cercare di mantenere
una quota di volo costante e uniforme, per ottenere fotogrammi nella giusta scala,
deve altresı̀ mantenere una rotta diritta, preprogrammata e prefissata, coincidente
con l’asse della strisciata (fig. B).
Operatori. Per eseguire voli aerofotogrammetrici occorrono in genere tre
tecnici, il pilota, il navigatore, il fotografo. Il pilota guida l’aereo lungo le rotte e
alla quota assegnate, il navigatore con l’ausilio delle carte topografiche e aeronautiche, in genere la carta IGM nella scala 1/100 000, e il piano di volo precedentemente
predisposto, dà indicazioni al pilota affinché mantenga la rotta e la quota assegnate, il fotografo controlla l’assetto della camera, controlla con il cinederivometro la
sovrapposizione longitudinale dei fotogrammi, la cadenza degli scatti, la scala dei
fotogrammi.
Metodologia. La camera con opportune viti calanti è tenuta verticale durante le riprese con il centramento della livella sferica. La camera può essere ruotata attorno al suo asse verticale per correggere la deriva dell’aereo, con l’ausilio
del cinederivometro, dispositivo a traguardi con vite di rotazione che permette di
eseguire fotogrammi orientati lungo l’asse della direzione della strisciata da rilevare. Per evitare l’e↵etto del trascinamento occorre utilizzare tempi di scatto molto
ridotti, 1/500 o 1/1000, che implicano l’utilizzo di pellicole molto sensibili dunque
a grana grossa. L’e↵etto di trascinamento può essere corretto con l’utilizzo del
dispositivo antitrascinamento, in questo caso si possono utilizzare pellicole a bassa
sensibilità, 12 DIN, e a grana molto fine per ottenere la massima risoluzione delle
immagini. I fotogrammi contigui devono avere una sovrapposizione longitudinale
dal 60% al 80% per cui bisogna costantemente controllare gli intervalli di ripresa e
la cadenza degli scatti in funzione della velocità dell’aereo. L’operatore con l’ausilio
del cinederivometro regola la cadenza degli scatti controllando la sovrapposizione
delle linee di guida proiettate sulla immagine del terreno sorvolato. La quota di
volo viene calcolata nella preparazione del piano di volo in funzione della scala
della cartografia da stereorestituire (fig. C). L’operatore dovrà anche controllare la
sovrapposizione laterale del 20% sui fotogrammi delle strisciate parallele contigue
che formano il blocco delle strisciate ricoprenti l’intero territorio.
Controlli. I fotogrammi dovranno presentarsi nitidi e privi di nubi in modo
da assicurare la massima visibilità del suolo. Con il sistema di posizionamento satellitare GPS si possono rilevare le coordinate dell’aereo, semplificando l’appoggio
a terra e la stereorestuituzione.
Costi Unitari.
Scala fotogramma
E/ha
1/5000
1/8000
1/10 000
1/15 000
1/30 000
1,60
0,90
0,60
0,35
0,15
Per l’utilizzo di fotogrammi a colori si dovranno aumentare questi costi del 40%.
Primo Baraldi
96
Aerofotogrammetria
Rilevamento
RICOGNIZIONE
M
Scopo. Completare il disegno di tutte le zone non ben definite dalla stereorestituzione. La ricognizione si deve eseguire dove la stereorestituzione aerofotogrammetrica non è stata sufficiente e dove possono sorgere dubbi sulla interpretazione di alcuni particolari del terreno o manufatti vari. La ricognizione è una
fase molto importante nella formazione cartografica, si può escludere solamente in
alcuni rilievi a piccola scala ed eseguiti in zone montane o desertiche, con scarsi
particolari da inserire sulla cartografia finale.
Modo operativo. Strumenti e operatori come per la celerimensura e le
livellazioni. I rilievi eseguiti nella fase della ricognizione devono essere collegati planimetricamente ed altimetricamente, ai punti della poligonale dell’appoggio
terrestre, oppure potranno essere collegati ad altri punti plano-altimetrici chiaramente definiti e stereorestituiti. La ricognizione deve svolgere le funzioni seguenti.
a) Raccogliere le informazioni sulla toponomastica e sui limiti amministrativi; classificare le strade; rilevare e controllare le larghezze delle strade, dei marciapiedi e
di quanto altro necessita per integrare la stereorestituzione. b) Segnalare le costruzioni provvisorie che non devono apparire sulla cartografia o comunque che devono
essere rappresentate (tratteggiate - evidenziate - colorate) in maniera particolare;
rilevare i particolari nascosti o in ombra sui fotogrammi; completare e rilevare le
quote intorno agli edifici nelle zone nascoste o in ombra sui fotogrammi. c) Delimitare gli argini dei corsi d’acqua coperti da vegetazione, rilevare la sezione degli
argini; classificare i corsi d’acqua e rilevare il senso di scorrimento delle acque; rilevare le porzioni di terreno sommerse da acque, temporanee o permanenti; rilevare
il fondo dei fossi, dei canali, dei fiumi, dei sifoni, degli attraversamenti idraulici.
d) Rilevare le sezioni dei manufatti; sgrondare gli edifici, misurare la larghezza dei
cornicioni, perché l’operatore allo stereorestitutore vede chiaramente e restituisce
gli spigoli dei tetti, il perimetro della gronda, mentre sul disegno bisogna riportare
il perimetro dei muri esterni dell’edificio. e) Rilevare le opere sotterranee e aree,
che devono essere rappresentate sulla cartografia, sottopassi, tombini, condotte,
elettrodotti, gasdotti, fognature, trasmissione dati ecc. f) In collaborazione con
gli Enti locali si dovranno rilevare, tutti i servizi interrati e fuori terra (impianti
per luce, telefono, gas metano, elettricità). Inoltre tutte le aree destinate a scopi
particolari: servitù militari, servitù aeroportuali, destinazioni urbanistiche, parchi, aree protette, zone industriali, inserimenti stradali e ferroviari in progetto ecc.
La ricognizione assume un carattere molto impegnativo quando si devono produrre cartografie tematiche, geologiche, cliviali, comprensoriali, con delimitazione ed
evidenziazione di zone franose o zone con pericolosità di esondazioni ecc. In zone
urbane viene utilizza per la formazione di cartografia tematica per lo studio di
piani urbanistici, per circoscrivere zone residenziali, per delimitare aree verdi, per
evidenziare zone di rispetto a futuri ampliamenti viari, per evidenziare zone industriali all’interno del sedime urbano ecc. In zone extraurbane viene utilizzata per
delimitare zone tematiche molto specifiche, zone agricole con produzioni particolari, censimento arboreo, censimento delle colture, zone destinate alla estrazione,
zone di rispetto intorno a sedimi aeroportuali o a sedimi militari, zone di particolare
interesse storico, zone di rispetto faunistico e di parchi protetti.
Costi Unitari.
Scala della cartografia
E/ha
1/500
1/1000
1/2000
1/5000
200
30
15
2
Primo Baraldi
97
Aerofotogrammetria
Rilevamento
APPOGGIO ALLA AEROFOTOGRAMMETRIA
M
Scopo. Determinare le coordinate plano-altimetriche di alcuni punti dei fotogrammi per poter eseguire la compensazione relativa e assoluta del modello stereoscopico, indi poter eseguire la stereorestituzione.
Strumenti. Per eseguire l’appoggio alla aerofotogrammetria si possono utilizzare anche ricevitori satellitari GPS, sia con sistema statico e calcolo in di↵erita
sia con sistema cinematico in tempo reale RTK.
Operazioni. Scelta degli operatori. Come per le poligonali, si possono utilizzare teodoliti e distanziometri oppure stazioni integrali e livelli.
Modo operativo. Si devono determinare le coordinate plano-altimetriche di
alcuni punti caratteristici, ben visibili e ben collimabili con lo stereorestitutore. A
questo scopo si possono eseguire poligonali e livellazioni oppure eseguire il rilievo
con strumenti satellitari GPS per determinare le coordinate plano-altimetriche dei
punti di appoggio.
Per ogni modello stereoscopico bisogna determinare almeno 5 punti planoaltimetrici (fig. A). Questi punti devono essere ben distribuiti nella zona del modello
stereoscopico per esempio verso i 4 bordi e in centro. Oppure sarebbe meglio poter
disporre da 4 a 6 punti planimetrici e da 4 a 9 punti altimetrici. È buona norma
scegliere punti che possono essere utilizzati anche sui modelli stereoscopici delle
coppie dei fotogrammi adiacenti, cioè che siano nella fascia di sovrapposizione dei
fotogrammi adiacenti. Logicamente aumentando il numero dei punti di appoggio si
migliora la stereorestituzione, soprattutto per quanto riguarda i punti altimetrici
(fig. B).
Calcolo e compensazione. (v. Poligonali, pag. 89). Con la triangolazione aerea si possono ridurre i punti di appoggio rilevati a terra e calcolare e compensare
molti altri punti, solamente fotografici, di appoggio. In questo caso è sufficiente
appoggiare con i punti a terra un modello ogni circa dieci modelli e per i modelli
intermedi utilizzare punti fotografici. I punti fotografici dovranno comunque essere
almeno cinque per ogni modello. Dalle coordinate lastra di questi punti fotografici, con appositi programmi di calcolo della triangolazione aerea, si ricavano le
coordinate plano-altimetriche corrette, utili per la stereorestituzione.
Controlli. I punti coordinati planimetricamente devono essere assolutamente ben visibili dall’operatore allo stereorestitutore. Devono essere particolarmente
chiari e inequivocabili sul fotogramma: spigoli di muretti, strisce bianche sull’asfalto ecc. Sono poco usati gli spigoli degli edifici perché spesso coperti dalla gronda
del tetto, mentre risulta molto comodo determinare le coordinate degli spigoli delle
gronde che sono sempre molto evidenti sui fotogrammi. La stessa considerazione
si deve fare anche per i punti coordinati altimetricamente, con maggior attenzione
che la quota del punto rispecchi anche la quota della superficie al suo intorno.
Tempi tecnici. (v. Poligonali, pag. 89).
Costi unitari. Il costo dell’inquadramento e la ricognizione per l’appoggio alla aerofotogrammetria dipende dalla scala di restituzione, come risulta dalla
tabella seguente:
Scala di restituzione
E/ha
1/10 000
1/5000
1/2000
1/1000
1/500
1,60
3,60
25
80
470
Primo Baraldi
98
Aerofotogrammetria
Rilevamento
TRIANGOLAZIONE AEREA
M
Scopo. Produrre punti di appoggio per la stereorestituzione e ridurre perciò le operazioni di rilievo in zona operativa, con l’ausilio dello stereorestitutore
analitico. La triangolazione aerea viene eseguita per poter ridurre i tempi e i costi
dell’appoggio terrestre, riducendo i punti rilevati a terra con il sistema tradizionale,
utilizzando poligonali e livellazioni.
Strumento. Per eseguire la triangolazione aerea si può utilizzare lo stereorestitutore analitico di primo ordine utilizzato anche per la stereorestituzione.
Dato che si utilizza lo stereorestitutore le operazioni si possono eseguire presso la
propria sede.
Punti di appoggio. Lo stereorestitutore si utilizza per generare i punti di
appoggio di un blocco con più strisciate. Osservando la figura B si può constatare
che il punto A1 è presente sui fotogrammi 1 e 2, ed è utilizzato per la stereorestituzione del modello stereoscopico formato dai fotogrammi 1, 2, questo vale per il
primo fotogramma. Mentre per gli altri fotogrammi un punto viene utilizzato per
la stereorestituzione di due modelli stereoscopici. Infatti il punto A3 è presente
sui fotogrammi 2, 3, 4, ed è utilizzato per la stereorestituzione dei due modelli
stereoscopici formati dai fotogrammi 2, 3 e 3, 4. I punti aggiunti R-S-T sono punti
integrativi con ottime caratteristiche di visibilità e reperibilità su manufatti ben
visibili e accessibili, per cui sarebbe illogico non utilizzarli, anche se non occupano
nel fotogramma posizioni laterali, centrali e susseguenti.
Triangolazione per modelli indipendenti. In genere, si utilizza la triangolazione aerea per modelli indipendenti. Per poter eseguire la triangolazione aerea
è sufficiente avere almeno cinque punti noti, rilevati a terra, sul primo e sull’ultimo modello stereoscopico delle strisciate di un blocco. Meglio se si può disporre
di alcuni punti noti a metà delle strisciate e comunque almeno ogni 6–10 modelli
(fig. A). Si scelgono punti fotografici, cioè fotograficamente ben visibili e stereorestituibili, almeno cinque per ogni modello stereoscopico, distribuiti su tutte le
coppie dei fotogrammi. Bisogna porre attenzione a scegliere punti contenuti e utilizzabili anche contemporaneamente dalle coppie delle strisciate adiacenti parallele,
dunque punti contenuti nella fascia di sovrapposizione laterale.
Orientamenti relativi e orientamento assoluto. Con gli orientamenti
relativi dei modelli stereoscopici adiacenti si determinano le coordinate lastra di
tutti i punti fotografici. Con questo procedimento si determinano anche le coordinate lastra di tutti i punti rilevati a terra. Con tutte queste coordinate lastra,
immesse nel programma di triangolazione aerea e collegate alle coordinate assolute
dei punti rilevati a terra, si calcolano e compensano le coordinate assolute di tutti
i punti fotografici del blocco.
Il programma della triangolazione aerea esegue una rototraslazione con il metodo dei minimi quadrati, cioè calcola per ogni punto l’ellissoide di sbandamento e
i valori residui. Con questo sistema si potranno eliminare punti che risultano poco
idonei, oppure aggiungerne altri o correggere le letture inserite, il tutto in maniera
interattiva al fine di poter raggiungere la migliore soluzione della rete.
Strisciate trasversali. Per migliorare la compensazione dei punti fotografici e irrigidire maggiormente la rete della triangolazione aerea si possono eseguire
alcune strisciate trasversali alle strisciate longitudinali del blocco.
Costi unitari. Con la triangolazione area, si può risparmiare in un blocco,
circa il 70% dell’appoggio a terra, se il blocco è utilizzato per un rilievo aereo
comprensoriale abbastanza vasto.
Primo Baraldi
99
Aerofotogrammetria
Rilevamento
STEREORESTITUZIONE
M
Introduzione. Produrre la cartografia plano-altimetrica di un terreno rilevato con fotogrammi aerei. Per eseguire la stereorestituzione occorre utilizzare
uno stereorestitutore, analitico oppure analogico. Nello strumento viene ricostruita
la posizione relativa che i fotogrammi avevano al momento della presa, a parte la
reciproca distanza (fig. A).
Scelta degli operatori. L’operatore allo stereorestitutore deve aver seguito un corso di preparazione di tre anni presso una società di aerofotogrammetria
oppure un corso di Stereorestituzione presso un Dipartimento universitario di topografia e fotogrammetria.
Modalità operative. Si posizionano le due diapositive dei due fotogrammi
contigui nello stereorestitutore. L’operatore esegue l’orientamento interno, orientamento relativo, collimando reciprocamente sulle quattro marche di ciascun fotogramma, determinando cosı̀ la posizione del centro ottico dell’obiettivo rispetto
a quello di riferimento. Il calcolatore abbinato allo stereorestitutore calcolerà i
parametri di trasformazione (di rotazione e di traslazione), applicandoli poi alle operazioni successive. L’operatore, dopo aver eseguito l’orientamento relativo
dovrà eseguire l’orientamento assoluto, collimando reciprocamente i punti precedentemente coordinati a terra con l’inquadramento. Il calcolatore porterà il modello stereoscopico in scala orizzontale, predisponendolo per la successiva fase di
stereorestituzione. Per eseguire la stereorestituzione l’operatore, segue otticamente le linee che contornano gli oggetti da rilevare, segue l’altimetria degli oggetti,
sovrapponendo otticamente le marche proiettate nel suo campo visivo. La stereorestituzione può essere analitica o analogica. La stereorestituzione analitica
produce una cartografia numerica, nella quale ogni elemento cartografico, punto,
linea, contorno, simbolo ecc., viene definito con le sue coordinate ed è registrato
su supporto magnetico con appositi codici di identificazione. Lo stereorestitutore
è collegato a un elaboratore che mostra la cartografia su un monitor e memorizza i
dati numerici su supporto magnetico. La stereorestituzione analogica produce una
cartografia cartacea nella scala prefissata. Lo stereorestitutore è collegato a un
pantografo che disegna la cartografia nella scala predisposta. La stereorestituzione
si esegue in due fasi, prima si restituiscono tutti i particolari planimetrici, poi si
restituisce l’altimetria. La stereorestituzione dei particolari planimetrici si esegue
per punti o per linee di contorno, perimetrando i fabbricati, i cigli stradali, gli
argini, le delimitazioni delle colture ecc.
La stereorestituzione altimetrica si esegue per punti isolati oppure tracciando
le curve di livello a quota prefissata. Per tracciare le curve di livello l’operatore
posiziona il contatore del carrello dello stereorestitutore alla quota prefissata indi
appoggia la marca stereoscopica al terreno e segue la curva di livello, mantenendo sempre la marca aderente al terreno. Anche nella fase della stereorestituzione
dei particolari planimetrici l’operatore dovrà mantenere la marca aderente al terreno, producendo cosı̀ sempre linee tridimensionali. L’operatore deve segnare le zone
coperte da vegetazione, le zone in ombra e tutti i particolari che non riesce a distinguere bene, per segnalarli ai topografi che dovranno provvedere successivamente a
eseguire la ricognizione e i rilievi di completamento.
Costi unitari.
Scala di restituzione
E/ha
1/10 000
1/5000
1/2000
1/1000
1/500
0,40
1,80
10
25
110
Primo Baraldi
100
Fotogrammetria
Rilevamento
RIPRESA DI FOTOGRAMMI TERRESTRI
M
Scopo. Riprendere fotogrammi stereoscopici terrestri, per produrre la cartografia in 3D, come per la aerofotogrammetria. La ripresa fotografica stereoscopica
terrestre può essere utilizzata per molti impieghi: per prese architettoniche, archeologiche, museografiche, per catalogare opere d’arte, per il rilievo di incidenti
stradali, per il rilievo di strutture e impianti industriali, per il monitoraggio di
frane, per il rilievo di zone inaccessibili, ecc.
Strumenti. Vi sono due metodologie. Nella prima, la camera di ripresa
fotografica terrestre viene montata su un teodolite con un supporto che mantiene
l’asse della camera complanare con l’asse verticale del teodolite o meglio ancora se
può mantenere solidali e paralleli i due assi tra di loro. In questo caso, conoscendo
le coordinate del punto di stazione, si possono calcolare anche tutti i parametri
dell’orientamento esterno della camera al momento della ripresa.
Nella seconda con l’ausilio di un supporto di base fisso orizzontale, si possono montare due camere, con gli assi delle camere paralleli tra di loro e normali
alla base, per riprendere dei fotogrammi stereoscopici terrestri. Questi supporti
possono essere basculanti e possono avere delle lunghezze delle basi variabili ed
estensibili, dunque adattabili a seconda delle zona o degli oggetti da rilevare. Si
può usare anche una camera singola, ma in questo caso non si ottengono coppie di
fotogrammi esattamente stereoscopici.
Modo operativo. Nella ripresa dei fotogrammi è buona norma rispettare
i seguenti accorgimenti: a) se l’oggetto da fotografare non ha chiari elementi verticali o orizzontali, come per esempio un monumento, inserire dei fili a piombo
o delle strutture leggere orizzontali; b) controllare che la copertura stereoscopica
sia
60% tra due fotogrammi contigui; c) se possibile, riprendete i fotogrammi
a un’altezza pari a metà di quella dell’oggetto; d) non usare lo zoom, ma usare
preferibilmente un obiettivo grandangolare e mantenere una distanza focale uguale e costante per tutte le foto; e) rilevare con una serie di fotogrammi l’oggetto
nel suo insieme e con un’altra serie di fotogrammi i particolari significativi; f) se
possibile, segnalare sull’oggetto alcuni punti ben visibili con marche o scopi; g)
bisogna infine rilevare, con i sistemi tradizionali della celerimensura, alcuni punti
che siano ben definiti sull’oggetto e chiaramente visibili sui fotogrammi, onde determinarne le coordinante planoaltimetriche, per poter eseguire l’orientamento dei
modelli stereoscopici.
Prima di eseguire le riprese fotografiche occorre predisporre i punti di ripresa,
indi collegare i punti di ripresa con poligonali e livellazioni in modo da determinare
le coordinate spaziali dei punti di ripresa. La zona o l’oggetto da rilevare dovrà
essere contenuto entro una distanza non inferiore a 5 volte la base e non superiore a
15 volte la base, per esempio disponendo di una base di 2 m si possono fotografare
e restituire oggetti contenuti tra i 10–30 m.
Se non si può utilizzare un supporto con base fissa per le due camere si
possono rilevare dei fotogrammi singoli su diverse coppie di stazioni accuratamente
predisposte precedentemente in modo da ottenere delle basi abbastanza uniformi.
E si dovranno mantenere gli assi delle camere il più possibile paralleli e ortogonali
alle basi.
Costi unitari. Per la ripresa fotografica di una facciata di un edificio di
medie dimensioni, con 5 piani, occorrono circa 10–16 fotogrammi, con un costo di
circa 100 E/fotogramma, più i costi di mobilitazione (viaggio, vitto, alloggio).
Primo Baraldi
101
Fotogrammetria
Rilevamento
STEREORESTITUZIONE
M
Scopo. Produrre cartografia plano-altimetrica utilizzando fotogrammi stereoscopici terrestri. Stereorestituire fotogrammi terrestri di oggetti, edifici e strutture varie. Con fotogrammi stereoscopici terrestri si possono stereorestituire facciate di edifici, fronti di terreno quasi verticale come dirupi, fronti rocciosi, frane,
monumenti o manufatti in genere, strutture metalliche o impianti industriali ecc.
Strumenti. I fotogrammi stereoscopici terrestri possono essere stereorestituiti con appositi stereorestitutori, simili a quelli per aerofotogrammetria, che possono assumere l’assetto per le camere terrestri. Oppure in alternativa i fotogrammi stereoscopici terrestri possono essere stereorestituiti con appositi programmi
di trattamento di immagini raster stereoscopiche, su elaboratori grafici (fig. A). Si
possono utilizzare fotogrammi in bianco e nero oppure a colori.
Operazioni. Scelta degli operatori. Per eseguire rilievi stereoscopici terrestri occorre essere operatori esperti nell’utilizzo di camere stereoscopiche, dell’elaboratore, dello scanner e dei programmi di grafica specifici. Modo operativo. I
fotogrammi vengono letti con uno scanner e registrati in archivi elettronici, sotto
forma di file raster. Le immagini acquisite da scanner, da 150 a 600 bpi, vengono inserite in una directory del programma di stereorestituzione. Il programma
divide il monitor verticalmente in due campi contenenti i due fotogrammi adiacenti che formano il modello stereoscopico. La visione stereoscopica è ottenuta
con uno stereoscopio a specchi montato davanti al monitor, su un supporto leggero, nel quale l’operatore vede stereoscopicamente le due foto che appaiono sul
monitor (fig. B). Con altri sistemi la visione stereoscopica viene ottenuta utilizzando occhiali polarizzati, collegati con il monitor (fig. C). Prima di tutto occorre
collimare con il cursore sulle quattro marche dei due fotogrammi, per eseguire
l’orientamento relativo. Indi occorre collimare sui punti fissi di coordinate note,
per eseguire l’orientamento assoluto. Occorrono almeno cinque punti noti; se si
dispone di più punti distribuiti uniformemente sulla immagine da stereorestituire,
si ottiene un risultato migliore. L’elaboratore esegue i controlli e le elaborazioni
necessarie al fine di determinare i parametri di trasformazione necessari alla stereorestituzione. Al termine il programma presenta un tabulato con le ellissi di errore
sui punti utilizzati che si potranno modificare di conseguenza. Questi sistemi sono
in grado di calcolare automaticamente la quota dei punti corrispondenti dei due
fotogrammi, escludendo cosı̀ la possibilità di errore dell’operatore nella interpretazione della immagine stereoscopica. Il programma mantiene fisse le coordinate
planimetriche e varia la quota automaticamente sino al raggiungimento della quota corretta, questo sistema viene chiamato autocorrelazione. La stereorestituzione
viene eseguita con la stessa procedura di quella aerea analitica, ottenuta con lo
stereorestitutore analitico. Il disegno viene composto utilizzano comandi di grafica
CAD. Si può suddividere il lavoro su diversi piani: disegnare simboli linee e curve,
singoli punti, scrivere testi, utilizzare diversi stili di scrittura, costruire il disegno
in 2D oppure tridimensionale in 3D e si possono disegnare le curve di livello. Il
disegno generato in uscita si potrà esportare in formato DXF o in altri formati di
grafica comunemente utilizzati sui sistemi CAD.
Costi unitari. Il costo dei programmi di stereorestituzione terrestre varia
da 5000 a 15 000 E. La precisione della cartografia prodotta, e quindi il suo costo,
dipendono dalla scala dei fotogrammi, dal tipo di camera fotografica, dalla risoluzione della scansione e dalla precisione dei punti di appoggio. Si può stimare un
costo medio di 150 E per ogni modello stereoscopico.
Primo Baraldi
102
Fotogrammetria
Rilevamento
GEOREFERENZAZIONE
M
Scopo. Raddrizzare elettronicamente un’immagine raster che rappresenta,
cioè, punto per punto una porzione di territorio o la facciata di un edificio. Per
esempio, se si fotografa la facciata di un palazzo di 6–8 piani riprendendo la fotografia dal basso, (per es. dalla strada), l’immagine sulla fotografia apparirà fortemente
distorta, in prospettiva, con le linee verticali molto inclinate. Dopo aver eseguito il
raddrizzamento e la georeferenzazione, l’immagine della facciata apparirà con linee
orizzontali, che sono quelle unenti i davanzali delle finestre, le solette dei balconi
ecc. e con linee verticali che sono quelle unenti i lati delle finestre, i colonnati ecc.
Strumenti. Elaboratore elettronico con grande capacità di memoria e un
ottimo processore grafico, scanner, stampante, e programmi di grafica dedicati
espressamente per questo tipo di trasformazione.
Operazioni. Scelta degli operatori. Occorrono tecnici esperti nell’utilizzo
dell’elaboratore, dello scanner e dei programmi di grafica specifici.
Modo operativo. Un disegno cartaceo o una fotografia inseriti nello scanner
producono un file raster, cioè una descrizione punto per punto dell’immagine, che
può essere elaborata da programmi di grafica, opportunamente predisposti su elaboratore elettronico. Il file raster, può essere trattato da tutti i programmi di
grafica quindi può essere modificato, copiato, stampato. Un’immagine raster è bidimensionale per cui si può deformare o raddrizzare solo secondo i suoi due assi in
X e in Y, anche con i due fattori di scala di↵erenti, indi ruotare e traslare. Per raddrizzare un’immagine raster occorrono punti di riferimento con le coordinate note
bene individuabili sull’immagine raster. Per eseguire la rototraslazione occorrono
almeno tre punti noti, ma per poter calcolare anche gli ellissoidi di sbandamento
e gli scarti sulle coordinate occorrono più punti noti. È opportuno disporre di 6–
10 punti noti distribuiti uniformemente sulla superficie della immagine raster per
poter ottenere un migliore risultato. Con il programma si ispeziona l’immagine
raster sul video grafico e si porta il cursore sui punti dell’immagine grafica di individuazione dei punti noti, facendo riconoscere al programma i punti da mantenere
fissi nella georeferenzazione.
Compensazione. Alcuni programmi di raddrizzamento compensano la rototraslazione con il sistema dei minimi quadrati. Per cui al termine della elaborazione
elencano i parametri della rototraslazione, le ellissi di sbandamento sui vari punti
noti e gli scarti residui. Nel programma di georeferenzazione la gestione dei punti
noti è interattiva per cui si possono modificare, correggere, sostituire e cambiare
i punti con coordinate note oppure eliminare i punti anomali. Al termine della
rototraslazione il programma genera una immagine raster georiferita nella quale i
punti noti si sovrappongono esattamente ai punti corrispondenti dell’immagine di
riferimento. L’immagine ottenuta, infatti, può essere plottata con un plotter raster,
non vettoriale, e sovrapposta esattamente alla cartografia presa come riferimento.
La precisione ottenibile nella cartografia georiferita è proporzionale alla scala dell’immagine rasterizzata, alla risoluzione della scansione (dpi) e alla precisione dei
punti noti utilizzati per la georeferenzazione.
Costi unitari. Per georiferire un disegno delle dimensioni di un formato
A0, compresa la lettura con lo scanner per la formazione della immagine raster:
250 E esclusa la ricerca e il reperimento delle coordinate note da inserire nella
elaborazione. Il costo dei programmi varia da 2500 a 5000 E.
Primo Baraldi
103
Fotogrammetria
Rilevamento
ORTOFOTO
M
Scopo. A causa dei dislivelli, anche una foto aerea con asse verticale non
può essere utilizzata come carta topografica. L’errore dipende dall’inclinazione
del raggio proiettante, ma il suo valore massimo si può considerare pari a circa
il 30% del dislivello massimo presente nella zona fotografata (fig. A). Produrre
ortofoto consente di compensare gli errori causati dai dislivelli e ottenere cosı̀ carte
topografiche fotografiche raddrizzate utilizzando le fotografie aeree. Il sistema
dell’ortofoto si basa sul raddrizzamento di↵erenziato dei fotogrammi aerei (fig. B).
Strumenti. Per produrre le ortofoto si utilizzano gli ortoproiettori analitici.
L’ortoproiettore si compone schematicamente di uno stereorestitutore analitico collegato a un proiettore che ha la possibilità di variare automaticamente la distanza
tra il punto di proiezione e il piano di proiezione e quindi impressionare una lastra
raddrizzata (fig. C). Sulla lastra viene impressionata solamente la parte stereoscopica e stereorestituibile del modello generato dai due fotogrammi stereoscopici,
cioè la parte che compare su entrambi i fotogrammi.
Operazioni. Con gli ortoproiettori si esegue il raddrizzamento di↵erenziale dei fotogrammi stereoscopici, scomponendoli in piccole porzioni di immagini
raddrizzate e riportate in scala.
Scelta degli operatori. Come per la stereorestituzione, inoltre l’operatore all’ortoproiettore deve aver frequentato uno specifico corso di specializzazione per la
produzione e il trattamento di ortofoto.
Modo operativo. Si posizionano le due diapositive dei due fotogrammi contigui
della coppia stereoscopica nell’ortoproiettore con la stessa procedura utilizzata
nello stereorestitutore analitico e, allo stesso modo, si eseguono gli orientamenti
(relativo e assoluto). Si procede alla scansione semiautomatica della coppia dei
fotogrammi che compone il modello stereoscopico, producendo profili altimetrici
paralleli intervallati da una equidistanza prefissata. Con l’ausilio di questi profili
si impressiona una lastra raddrizzata proiettandovi piccole porzioni degli stessi
fotogrammi raddrizzati e riportati in scala variando la distanza tra il punto di
proiezione e il piano di proiezione proporzionalmente al dislivello che gli stessi punti
del modello presentano rispetto al piano di riferimento. La fessura del proiettore
che impressiona la lastra raddrizzata ha la stessa larghezza dell’intervallo tra i
profili altimetrici, rilevati precedentemente, dunque molto piccola. Più è piccola
la fessura del proiettore, dunque più sono vicini i profili altimetrici di scansione,
minore è il decadimento fotografico dell’immagine raddrizzata. I tempi tecnici sono
equivalenti a quella della stereorestituzione aerofotogrammetrica.
Controlli. Le carte ottenute per mezzo degli ortoproiettori sono utili perché fanno vedere esattamente e fotograficamente la natura del suolo, le colture,
la composizione degli edifici e, se a colori, sono di maggiore impatto visivo. In
questo modo però i particolari cartografici tradizionali di maggior utilizzo vengono
occultati. Le strade vengono nascoste dai filari di alberi, cosı̀ dicasi per i fossi e per
tutti quei particolari semicoperti dalla vegetazione. Curve di livello, simboli e testi
disegnabili, sono difficilmente rintracciabili. Anche le quote altimetriche isolate
sono poco reperibili e si confondono con il sottofondo sfumato o colorato. Si può
dedurre che la cartografia tradizionale è tecnicamente più apprezzabile, mentre la
cartografia ottenuta con la ortofoto contiene maggiori dati per la interpretazione
ma minori dati tecnici.
Costi unitari. Le ortofoto in bianco e nero possono costare, nella scala
1/5000, 3,60 E/ha, nella scala 1/10 000, 2 E/ha.
Primo Baraldi
104
Rilievi marini
Rilevamento
BATIMETRIA
M
Scopo. Rilevare la morfologia del fondale sommerso da acque, fondale marino, lacustre, fluviale, di cave ecc., con rilievo puntiforme oppure per mezzo di
strisciate batimetriche continue.
Strumenti. Per rilievi di scarsa entità o per piccoli appezzamenti sommersi
si possono utilizzare una stazione integrale a terra e prismi montati su di una
lunga asta che, trasportata per mezzo di un natante, si posiziona sino a toccare il
fondo nella zona di indagine. Per rilievi più impegnativi, più vasti e di maggior
precisione, bisogna utilizzare un ecoscandaglio elettronico con appositi sistemi di
taratura e con opportuni sistemi di posizionamento e di navigazione.
Operazioni. Scelta degli operatori. (v. Poligonali, pag. 89). Per eseguire
un rilievo batimetrico occorre una squadra di topografi senior addestrati espressamente per questo tipo di rilievo e all’uso dell’ecoscandaglio. Modo operativo. Se
si utilizza la stazione integrale con i prismi montati su una lunga asta, la procedura è la stessa utilizzata per eseguire un rilievo celerimetrico. Se si utilizza un
ecoscandaglio innanzitutto bisogna eseguire le tarature riferite alla variazione del
pelo libero, con l’utilizzo delle tavole delle maree e con il posizionamento di un
mareografo autoregistrante. Bisogna eseguire le tarature dell’ecoscandaglio, con la
regolazione dello zero sul grafico e misura della profondità di immersione del trasduttore nell’acqua, poi con la taratura del segnale dell’ecoscandaglio sul grafico
di registrazione alle varie profondità con conseguente taratura della frequenza di
trasmissione del suono nell’acqua, eseguita o con rete di taratura o con trasduttore
appositamente tarato immerso alle varie profondità. Per rilievi batimetrici da eseguirsi in alto mare occorre utilizzare il sistema di posizionamento e di navigazione
satellitare GPS. Il natante dovrà essere adeguato al tipo di rilievo batimetrico, per
esempio in una cava basterà un buon gommone mentre per rilievi in alto mare
occorrerà un grande natante o un rimorchiatore appositamente attrezzato. Prima
di eseguire il rilievo batimetrico bisogna dimensionare il reticolo del rilievo in funzione dell’indagine da eseguirsi, la maglia del reticolo può variare da alcuni metri
a centinaia di metri (fig. A). Bisogna predisporre, con l’ausilio di diversi sistemi
di guida, che il natante si sposti e proceda lungo le rotte precedentemente progettate, per rispettare il reticolo del rilievo, in modo da coprire tutta la zona di
indagine (fig. B). Calcolo. Come per la celerimensura, se si utilizza una stazione
integrale e asta con prismi. Con appositi programmi di oceanografia se si utilizza l’ecoscandaglio. Le profondità del fondale rilevate dall’ecoscandaglio vengono
depurate dalla variazione della marea, dal movimento ondoso, dalla taratura dell’ecoscandaglio alle varie profondità. Le strisciate batimetriche corrette vengono
riportate planimetricamente con l’ausilio del sistema di posizionamento utilizzato,
poi si calcolano e si disegnano le curve di livello batimetriche, indi si inseriscono
nella planimetria le anomalie riscontrate, relitti, scogli, isolotti, secche, dune, dirupi ecc. Tolleranze Per rilievi batimetrici in porti, fiumi, in cave o in mare, con
un battente d’acqua sino a 20 m, si possono rilevare asperità sino a 0,1 m. Per
rilievi batrimetrici eseguiti in maggiori profondità si possono evidenziare asperità
del fondale di circa 0,5% dalla profondità.
Tempi tecnici. Per rilevare un’area marina di circa 5 ha, occorreranno tre
giorni in zona operativa e sei in ufficio per rielaborazioni e formazione cartografica.
Costi unitari. Per rilievi batimetrici di piccola estensione 0,25–0,50 E/m di
strisciata batimetrica. Per rilievi in alto mare 1,00–2,50 E/m.
Primo Baraldi
105
Rilievi marini
Rilevamento
CORRENTOMETRIA
M
Scopo. Rilevare l’intensità e la direzione delle correnti in mare, lungo i fiumi,
nei laghi, sia superficiali sia in profondità. Nei fiumi, nei canali o nelle condotte
in genere con la misurazione della sezione e con la misurazione della velocità di
scorrimento dell’acqua si determina la portata.
Strumenti. Per rilevare la velocità delle correnti si utilizzano i mulinelli, i
correntometri, le crociere di corrente, le boe di dispersione.
Operazioni. Scelta degli operatori. Per eseguire rilievi correntometrici occorre una squadra di topografi senior appositamente addestrata per questi tipi di
rilievi.
Modo operativo. I mulinelli, di tipo meccanico, utilizzati nei piccoli canali,
vengono montati su aste verticali alle varie profondità e vengono poi spostati lateralmente in modo da indagare tutta la sezione del canale. I filetti fluidi più veloci
sono al centro della sezione, mentre lungo i bordi si possono misurare velocità più
ridotte.
I correntometri elettronici autoregistranti (fig. A e C2) vengono montati alle
varie profondità di indagine lungo una catena correntometrica con boa di tensionamento sommersa e boa di segnalazione in superficie. I correntometri registrano al
loro interno la direzione e la velocità della corrente, a intervalli di tempo costanti.
Alcuni correntometri elettronici rilevano anche le correnti ascendenti o discendenti.
Alcuni sensori elettronici (profilatore di corrente) montati su natante (fig. C1),
o fissi su pontili, riescono a discriminare, per mezzo di ultrasuoni, le velocità e le
direzioni delle correnti alle varie profondità, producendo un tabulato e una registrazione dettagliata di tutti i dati rilevati. Questi sensori confrontano gli spostamenti
relativi delle varie masse d’acqua, rilevati alle varie profondità, con la posizione
fissa del fondale, rilevando cosı̀ le varie direzioni e velocità delle correnti.
Le crociere di corrente (fig. B) sono formate da vele incrociate immerse a varie
profondità, con una piccola boa luminosa o radarabile, che segnala la posizione e
lo spostamento della crociera immersa. A intervalli di tempi costanti si rileva la
posizione della boa di segnalazione di superficie per cui si determinano la velocità e
la direzione di spostamento della massa d’acqua a quella profondità in quella zona
di indagine. Con questo sistema si determinano anche la velocità e la direzione
della dispersione di eventuali inquinanti immessi alle varie profondità in quella
zona di indagine.
Con le boe di dispersione invece si determinano solamente i movimenti superficiali della massa d’acqua nella zona di indagine.
Calcolo. Le indagini correntometriche vengono elaborate con appositi programmi che producono tabulati, grafici e istogrammi particolari. I tempi tecnici
dipendono dal tipo di indagine e dalla zona da monitorare.
Costi unitari. Dipendono dal tipo di indagine e dalla zona da monitorare.
Esempio di una indagine correntometrica. Zona operativa con fondale marino
di circa 70 m. Rilievo della velocità e della direzione delle correnti in tre punti
di indagine a circa 3, 4 e 5 km dalla costa alle profondità di 60, 40, 20 e 10 m,
con rilievo costante e continuativo per un periodo di tre mesi. L’indagine può
essere eseguita con la posa di tre catene correntometriche con quattro correntometri
disposti lungo ciascuna catena oppure con la posa di tre profilatori di corrente con
sensori elettronici. Stesura della relazione finale con tabulati, grafici e istogrammi.
Importo totale circa 50 000 E.
Primo Baraldi
106
Tracciamenti
Rilevamento
TRACCIAMENTO DI FONDAZIONI
M
Scopo. Riportare sul terreno i punti caratteristici dei basamenti di fondazione. I procedimenti descritti riguardano: a) tracciamento di fondazioni di edifici
o manufatti in genere; b) posizionamento di plinti, basamenti, pali, sondaggi, paratie, palancole ecc.
Strumenti. Per eseguire i tracciamenti di fondazioni occorrono livelli, tacheometri, teodoliti, stazioni integrali e attrezzatura minore, rulline, squadri ecc.
Operazioni. Scelta degli operatori. Per eseguire tracciamenti di fondazioni
occorre un caposquadra, geometra od operatore topografico, senior con esperienza
di almeno tre anni presso un topografo esperto. Occorrono anche uno o due aiutanti
canneggiatori portaprismi.
Modo operativo. Prima di tutto bisogna studiare e analizzare bene i disegni e
i dati di progetto. In base alla natura del terreno bisogna scegliere il sistema operativo più idoneo, tracciamento per allineamenti ortogonali oppure tracciamento
polare da alcuni punti di stazione dominanti il terreno, o ancora un sistema misto (fig. A, B). In genere si sceglie il tracciamento per allineamenti ortogonali se le
strutture da tracciare seguono un reticolo uniforme. In questo caso bisogna definire
e materializzare sul terreno, con picchettoni stabili e cementati, i punti nodali perimetrali del reticolo, nelle due direttrici nord-sud ed est-ovest. Da questi punti di
stazione con allineamenti incrociati, anche con due o più strumenti, si posizionano
gli incroci degli allineamenti che determinano il punto centrale del basamento da
tracciare. Il tracciamento polare si sceglie quando le strutture da tracciare sono
discontinue, non ortogonali, spesso curve e se il terreno della zona operativa non
è pianeggiante oppure presenta difficoltà e impedimenti vari. In questo caso si
scelgono e si materializzano sul terreno, con picchettoni stabili e cementati, i punti
dominanti sui quali fare stazione per tracciare i basamenti con coordinate polari.
Si collegano con poligonali chiuse o con reti plano-altimetriche i punti di base e
di collegamento dei basamenti ai punti dominanti dove fare stazione. Si calcolano
le coordinate ortogonali sia dei punti di stazione sia di tutti i punti necessari al
tracciamento, indi si calcolano tutte le coordinate polari per poter cosı̀ materializzare sul terreno i basamenti. Con l’ausilio delle coordinate polari si posizionano
sul terreno i picchetti che definiscono i basamenti.
Controlli. Nel caso del tracciamento per allineamenti ortogonali si possono eseguire controlli utilizzando allineamenti e misurazioni da diversi punti nodali
perimetrali, si può cioè ritracciare lo stesso punto del basamento stazionando sui
picchettoni perimetrali nel senso nord-sud e poi stazionando sui picchettoni perimetrali nel senso est-ovest. Nel caso del tracciamento polare si possono eseguire
controlli solamente ritracciando gli stessi punti da altre stazioni. In ogni caso è
buona norma eseguire spesso dei controlli rilevando le misure lineari e angolari
relative tra basamenti consecutivi con l’ausilio di un tacheometro o di una stazione
integrale oppure, nei casi in cui è possibile, solamente con l’ausilio di uno squadro
e della rullina.
Costi unitari. In genere questi tracciamenti vengono eseguiti con prestazioni a vacazione oraria o giornaliera in quanto sono difficilmente quantificabili, e
spesso bisogna dare la assistenza agli operai in fase di scavo e di getto, con continui
e ripetuti controlli costanti. Spesso nel caso di fondazioni di grandi edifici si lavora
in zone operative ristrette, per la presenza di falde acquifere, allagate, fangose e
con ostacoli come macchine operatrici e depositi di materiali.
Primo Baraldi
107
Tracciamenti
Rilevamento
TRACCIAMENTI STRADALI
M
Scopo. Riportare sul terreno l’asse, i cigli, gli ingombri, e le opere d’arte di
un tracciato stradale o ferroviario.
Strumenti. Occorrono: livelli, tacheometri, teodoliti, stazioni integrali, ed
attrezzatura minore, rulline, squadri, ecc.
Operazioni. Scelta degli operatori. Occorre una squadra di topografi senior appositamente addestrati per eseguire calcoli e tracciamenti. Modo operativo.
Bisogna riportare i vertici e la poligonale dell’asse stradale sul terreno, partendo
dalle coordinate dei vertici e dei sottovertici. Bisogna controllare che l’asse, riportato sul terreno rispetti il progetto, cioè passi esattamente dove è stato progettato.
Si controllano poi le distanze minime rispetto a edifici e manufatti vari esistenti
e si determina la posizione degli attraversamenti, linee elettriche, canali, incroci
e collegamenti con altre strade. A questo punto si possono calcolare e riportare
sul terreno le curve (clotoidi, e i raccordi policentrici) posizionando sul terreno
dei picchetti numerati, con cadenza costante, (nei rettifili pianeggianti almeno un
picchetto ogni 50 m, nelle curve ogni 20 m). Si deve posizionare un picchetto d’asse
ad ogni variazione del terreno. Il tracciamento lungo i rettifili si esegue procedendo lungo l’asse stesso scegliendo, dove è possibile, delle stazioni su punti elevati
e dominanti. Il tracciamento delle curve e dei raccordi si può e↵ettuare con ordinate alla tangente, ordinate alla corda, o per corde successive. Alcune volte,
in zone inaccessibili, si devono utilizzare dei punti esterni al tracciato dai quali
si riportano, con tracciamenti polari, i picchetti in asse. Spesso, in zone boschive
o particolarmente ingombre di ostacoli, bisogna eseguire un primo tracciamento,
speditivo e meno preciso, per determinare l’ingombro stradale. In questo caso è
comodo posizionare alcune stazioni sui punti dominanti, con ampia visuale della
zona operativa, indi riportare sul terreno i punti significativi del tracciato, per
mezzo di coordinate polari, e poi eventualmente intensificare e completare il tracciato stesso, stazionando sui punti significativi già ubicati. Prima bisogna aver
ben predisposto e calcolato tutti i dati riferiti a questa operazione. Ogni picchetto
d’asse diventa il punto centrale della sezione trasversale che si deve rilevare per il
successivo computo dei movimenti di terra ed eventuale compenso. Dopo aver rilevato e disegnato la linea del terreno nelle sezioni trasversali, si inserisce la sagoma
di progetto, cosı̀ si potrà calcolare il piede del rilevato o dello scavo, cioè dove la
sagoma di progetto della sezione incontra il terreno vergine. Con il picchettamento
dei piedi del rilevato e dello scavo si perimetra anche l’ingombro stradale, utile per
definire i frazionamenti e gli espropri. Dopo aver definito i movimenti di terra
bisogna tracciare i manufatti, viadotti, sottopassi, tombini, muri di sostegno, ecc.
I manufatti vengono tracciati in asse ed in pianta, indi si riportano dei picchetti
di riferimento lateralmente, monografati e protetti, oltre l’ingombro stradale, per
permettere agli operai ed alle macchine operatrici di lavorare e per poter ritracciare
costantemente il manufatto ogni qual volta gli operai lo richiedano a seconda delle
varie fasi lavorative, fondazioni, elevazioni, solette, infrastrutture, ecc.
Tempi tecnici. In quindici giorni si può tracciare una strada, comprensiva
di manufatti di media dimensione, con il computo dei movimenti di terra, di circa
cinque chilometri. Poi occorrerà un topografo fisso in cantiere per la normale
assistenza e controllo dell’avanzamento dei lavori.
Costi unitari. Per il tracciamento iniziale, esclusa l’assistenza ai lavori,
1200–2500 E/km a seconda delle difficoltà riscontrate.
Primo Baraldi
108
Telerilevamento
Rilevamento
INTRODUZIONE
M
Finalità. Il telerilevamento, grazie alle informazioni legate allo spettro delle
onde elettromagnetiche, alle tecniche, agli strumenti e ai mezzi interpretativi di cui
si avvale, permettere di migliorare e di estendere la capacità percettiva dell’occhio
umano. Esso fornisce all’osservatore informazioni quantitative e qualitative su oggetti posti nell’ambiente circostante, a una distanza che può variare da qualche
metro (proximal sensing) sino a migliaia di chilometri (remote sensing), senza avere alcun contatto fisico con essi. Le ricerche attuali sono rivolte a comprendere
sempre meglio quale siano la natura e le condizioni delle superfici investigate al
fine di ottenere mappe tematiche nelle quali vengono messi in evidenza particolari
aspetti e informazioni del territorio e delle sue caratteristiche orografiche, urbanistiche, vegetazionali, agricolo-forestali, idrologiche, geologiche, geofisiche e relative
all’inquinamento.
Riprese. Per le riprese “aeree” o “spaziali” dei dati, eseguite da notevole
distanza, ci si avvale di sensori alloggiati su velivoli opportunamente attrezzati
o su satelliti artificiali appositamente progettati; le riprese da terra, che solitamente vengono fatte per eseguire controlli di pareti rocciose, impianti e a↵reschi
nascosti dagli intonaci, ovviamente non comportano i problemi che derivano dalle piattaforme di ripresa mobili. I sensori utilizzati sono dispositivi costituiti da
un collettore di radiazioni, da un trasduttore, da dispositivi di controllo e da un
registratore, riproduttore o trasmettitore di dati, in grado di raccogliere le informazioni trasportate dall’energia elettromagnetica, rendendole accessibili all’utente
(fig. A). Possono essere prodotte immagini di tipo fotografico oppure immagini a
scansione (fig. B).
Lo spettro elettromagnetico. Il sistema di percezione visiva umano non
possiede le caratteristiche degli strumenti di misura quantitativa; la retina è infatti
sensibile solamente alle radiazioni dello spettro delle radiazioni elettromagnetiche
visibili, coincidente con i colori dell’arcobaleno, la cui lunghezza d’onda è compresa
tra 0,35 e 0,76 micron (fig. C). In questo intervallo l’occhio percepisce maggiormente la luce gialla-arancione, mentre è meno sensibile alle lunghezze d’onda più corte
(verde e blu) e più lunghe (rossa). La miosi e la midriasi, provocata dalle eccitazioni luminose, rispettivamente dai muscoli pupillari costrittori e dilatatori, non
permettono di eseguire confronti imparziali sull’intensità della luce e di discriminare correttamente i colori in ambienti poco illuminati.
Le osservazioni. Con il telerilevamento è possibile ottenere l’oggettività
e la ripetibilità delle osservazioni; caratteristiche queste, purtroppo, non ottenibili con la memoria visiva umana, condizionata da fattori ambientali, culturali,
educativi che inevitabilmente subordinano la soggettività delle osservazioni e che
quindi rendono il sistema occhio-cervello a↵etto da errori sistematici difficilmente
valutabili.
Strumenti. Gli strumenti usati nel telerilevamento possono fornire misure
(radiometri, spettrofotometri, scatterometri o altri) oppure immagini (tubi convertitori di spettro, dispositivi a scansione, macchine fotografiche ecc.).
Sono passivi gli strumenti che misurano le radiazioni emesse o riflesse dalla
superficie investigata e provenienti da una sorgente esterna.
Sono viceversa attivi quelli che provvedono direttamente all’illuminazione delle superfici, captandone la radiazione di ritorno.
Fasi. Le fasi nelle quali si articola e si sviluppa il telerilevamento sono costituite dalla: a) ripresa; b) elaborazione dei dati; c) interpretazione (fig. D).
Danilo Annoni
109
Telerilevamento
Rilevamento
AGRICOLTURA E FORESTE
M
Le carte tematiche. Sin dall’antichità l’uomo ha rappresentato la superficie fisica della Terra ricercando sistemi sempre più precisi ed efficaci per trasferire
su pelle o legno, papiro e carta, forme cartografiche espressive che si sono perfezionate negli anni. Con le mappe tematiche gli orizzonti della cartografia si sono
ampliati perché consentono di rappresentare non solo la superficie fisica di un territorio ma anche le sue realtà di interesse naturalistico-ambientale, fisico-pedologico,
chimico-biologico (fig. A).
Le carte tematiche, siano esse finalizzate alla ricerca o alla divulgazione e che
costituiscono la sintesi delle varie fasi in cui si sviluppa il telerilevamento, permettono di monitorare la dinamicità di alcuni fenomeni, fornendo preziose informazioni
sulla natura delle superfici investigate, utili per controllare, pianificare e gestire
correttamente il suolo, il territorio e l’ambiente. Una mappa tematica ricavata dal
satellite Landsat 5, nel contesto geografico italiano, può riguardare più di 20 temi
diversi.
Questa “piattaforma” americana, che da 705 km di quota esplora sistematicamente tutta la superficie terrestre ogni 16 giorni, fornisce 23 descrizioni complete
del globo terracqueo ogni anno; la sua capacità di “leggere” i dettagli del suolo è di
30 m⇥30 m, mentre il satellite francese SPOT, che ha una risoluzione geometrica
minima al suolo (pixel) di 10 m⇥10 m, permette di realizzare ingrandimenti sino
alla scala 1:50 000, con la stessa precisione metrica posseduta dalle carte topografiche di pari scala, ma con significati, contenuti e un grado di aggiornamento di
gran lunga superiore.
Applicazioni. Già nel 1974, a due anni dal lancio del primo satellite per lo
studio delle Risorse Terrestri (ERTS-1, ribatezzato poi Landsat-1), si intuı̀ come
la tecnica multispettrale potesse diventare uno strumento efficacissimo per identificare la natura di qualsiasi superficie.
Con misure spettrofotometriche sono state definite e classificate le firme spettrali (spectral signature) dei “suoli nudi” e del mondo vegetale, in modo da permetterne il riconoscimento immediato, realizzando nel contempo mappature automatiche utilizzabili in settori che riguardano l’agricoltura, l’idrologia, l’urbanistica
e la geologia.
Agricoltura e foreste. La “risposta spettrale” della vegetazione, caratterizzata da due significative riflessioni (nel verde e nell’infrarosso prossimo) e da
due assorbimenti (nel blu e nel rosso) strettamente legati ai meccanismi di scambio
fotosintetico a livello fogliare, è tipica per ogni specie vegetale e ne permette una
identificazione univoca. La classificazione e l’inventariazione corretta delle speci,
soprattutto nel caso di monocolture (risaie, pioppeti, frumento, mais, orzo ecc.)
obbedisce a criteri ben definiti e validi sia per le riprese aeree sia per le osservazioni satellitarie (previlegiati sono i satelliti Landsat 4 e 5, equipaggiati con sensore
Thematic Mapper).
L’identificazione e il conteggio di particolari specie arboree, come nel caso del
catasto olivicolo italiano, per la cui formazione sono state utilizzate foto aeree in
falso colore lette per trasparenza da un microdensitometro a scansione a colori, si
basa invece sulle caratteristiche spettrali delle piante e sulla morfometria delle loro
chiome. Grazie alle tecniche più perfezionate del telerilevamento si possono poi
stimare le produzioni, ponendo in correlazione la risposta spettrale di una certa
specie con il suo contenuto di biomassa, e quindi con il raccolto finale, valutabile
con un discreto anticipo rispetto al normale sviluppo della maturazione.
Danilo Annoni
110
Telerilevamento
Rilevamento
IDROLOGIA, URBANISTICA, GEOLOGIA
M
Idrologia e oceanografia. Le tecniche di telerilevamento ben si prestano
al controllo delle acque superficiali, alla misurazione delle loro temperature e alla determinazione di un eventuale contenuto inquinante. Per la mappatura delle
acque e dei corpi idrici viene sempre utilizzata la banda all’“infrarosso vicino”,
poiché in questa regione dello spettro elettromagnetico la riflettività dell’acqua è
praticamente nulla, mentre per la misura della temperatura superficiale dell’acqua,
con cui si può individuare l’andamento delle correnti, si utilizza la banda elettromagnetica di 10–12 µm nella quale l’emissività è costante. Per la mappatura dei
moti ondosi e dei relativi venti, si fa ricorso a tecniche radar riprese da satelliti
attrezzati per questo specifico scopo: ne è un significativo esempio quello europeo
ERS-1, dotato di sensore in banda radar dedicato all’oceanografia. Per valutare il contenuto di clorofilla nelle acque, parametro importante del ciclo biologico
marino, si utilizzano sensori che hanno bande molto strette, nelle quali il colore
di ripresa tende al monocromatismo, come avviene nello scanner CZCS (Coastal
Zone Color Scanner) installato a bordo del satellite Nimbus-7.
Urbanistica. Nella pianificazione territoriale le tecniche di telerilevamento
possono fornire un validissimo contributo per mappare le parti urbanizzate, correlandole all’analisi delle modificazioni del tessuto urbano succedutesi negli anni
(fig. A). Con opportuni algoritmi è possibile separare le aree costruite da quelle
non edificate, identificando i diversi materiali di copertura e le epoche della loro
realizzazione. Un’applicazione del TLR estremamente interessante e utile per lo
studio del risparmio energetico, riguarda le perdite di calore dai tetti, messa in
evidenza da riprese con scanner IRT all’infrarosso termico, le quali permettono di
predisporre “mappe termiche” o le carte di dispersione del calore. Questa tecnica
appare utile e originale anche per localizzare “fughe” di calore, per esempio nelle
reti di teleriscaldamento, non individuabili con i consueti metodi termometrici.
Geologia e geofisica. Per gli studi geologici l’indagine multispettrale da
satellite si è rilevata particolarmente utile per l’estensione e la sinotticità di ogni
singola ripresa o “scena” (circa 34 000 km2 ), che permette di individuare agevolmente anomalie nella composizione strutturale. L’andamento dell’umidità del suolo, che appare come macchia scura nella banda dell’infrarosso prossimo, può fornire
informazioni sulle falde idriche e sulle capacità drenanti del suolo: preziosi indicatori elaborabili per definire le zone soggette a rischio di frane o di alluvioni. Dallo
studio comparato delle immagini satellitarie e delle riprese aeree, si sono raggiunti notevoli risultati nella ricerca di risorse minerarie, soprattutto ove il suolo è
privo di vegetazione. L’uso del telerilevamento per la ricerca mineraria si basa
sulla relazione esistente fra la dispersione geochimica del sottosuolo e gli indicatori
di superficie: vegetazione, umidità, drenaggio, cromatismo del terreno. Questa
disciplina, nota anche come geobotanica, si è sviluppata in questi ultimi anni, come testimoniano i progetti dei più recenti sensori e delle bande spettrali TIMS
(Thermal Infrared Multispectral Scanner).
Vulcanologia e geotermia. Il telerilevamento ha fornito alcuni contributi
alla vulcanologia per comprendere sempre meglio i comportamenti vulcanici grazie
all’elaborazione di particolareggiate mappe termiche superficiali, che sono in grado
di fornire dettagliatissime informazioni sulla distribuzione termica dell’“edificio”
vulcanico. Si ricorre al telerilevamento anche nella geotermia finalizzata alla ricerca
di nuove sorgenti di energia.
Danilo Annoni
111
Telerilevamento
STRUMENTI DI RIPRESA
Rilevamento
Introduzione. Gli strumenti da ripresa utilizzati nel telerilevamento, siano
essi alloggiati su aereo, montati su satelliti oppure collocati su postazioni a terra, sono essenzialmente di tre tipi: fotografici, a scansione, radar. Le di↵erenti
piattaforme di ripresa e le loro quote preferenziali operative, in km, sono:
M
Postazione
Quota
Piattaforme elevatrici
Dirigibili
Palloni frenati
Palloni comandati
Palloni liberi
Elicotteri
Aeroplani a bassa quota
0–0,030
0,3–2
0,1–1
0–10
55–201
0–5
1–9
Postazione
Quota
Aeroplani da media quota
Aeroplani da alta quota
Razzi sonda
Satelliti abitati
Navette spaziali
Satelliti automatici
Satelliti meteo e telecom.
9–15
15–20
100–2500
150–600
240–600
550–2000
36000
Sistemi fotografici. Il complesso semplificato di un sistema fotografico è
rappresentabile come indicato in figura A. Sono considerati strumenti fotografici
le camere fotogrammetriche normali e/o metriche, nelle quali, a seconda delle finalità del lavoro, vengono montati filtri e pellicole particolari; escludendo le pellicole
in bianco e nero e a colori (pancromatiche), nel telerilevamento vengono impiegate pellicole all’infrarosso (sia in b/n che in falso-colore), in grado di rilevare
radiazioni che vanno dal campo del visibile sino a circa 0,9 µm di lunghezza d’onda. La banda da 0,76 a 0,9 µm, denominata “all’infrarosso fotografico”, da non
confondere con quella all’infrarosso termico (da 5 a 20 µm di lunghezza d’onda),
è utilizzata per realizzare mappe delle temperature superficiali. Con le riprese
all’infrarosso fotografico in falso-colore (IRFC), il cromatismo degli oggetti appare completamente diverso dalla realtà: il blu appare nero, il verde blu, il rosso
verde e l’infrarosso (invisibile all’occhio umano) appare rosso; il manto vegetale, per esempio, che riflette sia la luce verde sia quella infrarossa, produce sulla
pellicola la sintesi dei colori trasposti, che sono blu e rosso, determinando un colore intermedio: il magenta. Considerando le leggi di composizione dei colori si
può facilmente decodificare e interpretare i risultati delle riprese in falso-colore:
Blu + Rosso
Blu + Verde
Verde + Rosso
Blu + Verde + Rosso
=
=
=
=
Magenta
Ciano
Giallo
Bianco
(Magenta
(Ciano
(Giallo
= Bianco
= Bianco
= Bianco
Verde)
Rosso)
Blu)
Per esempio la vegetazione normale che riflette nel verde e nell’infrarosso, avrà
una risposta magenta tanto più tendente al rosso, quanto maggiore è la componente
infrarossa della luce riflessa rispetto a quella verde.
Dispositivi a scansione. L’esplorazione a scansione delle superfici è una
tecnica alla quale si ricorre quando la visione fotografica non è sufficiente per soddisfare gli obiettivi di un lavoro. I dispositivi a scansione, ovvero gli scanner, sono
strumenti “ottico/elettronici” (non fotografici) che esplorano le superfici ordinatamente per righe; siano essi montati a bordo di aerei oppure su satelliti artificiali,
l’esplorazione avviene trasversalmente rispetto alla direzione di navigazione del
vettore e in modo che la composizione dei due moti formi l’immagine, riga per riga
(fig. B). Gli scanner operano con lunghezze d’onda che vanno dal visibile all’infrarosso termico; sono in grado di rilevare contemporaneamente su bande diverse,
permettendo cosı̀ di realizzare una ripresa multispettrale: queste riprese forniscono
diverse immagini della stessa zona e vengono utilizzate per interpretazioni migliorative dei temi che costituiscono l’oggetto di apposite rappresentazioni cartografiche
(mappe tematiche).
Danilo Annoni
112
Telerilevamento
Rilevamento
SISTEMI RADAR
M
Conversione analogico-digitale. Il segnale di scansione proviene dal sensore in forma analogica; dopo la conversione analogico-digitale, a ogni riga corrisponde una sequenza ordinata di numeri in formato binario, e il segnale passa
da una descrizione continua nel tempo a una discreta. L’immagine formata dall’insieme delle righe di scansione diventa una matrice numerica elaborabile da un
calcolatore (fig. A).
Sistemi radar. Gli strumenti da ripresa che impiegano tecnologia RADAR
(Radio Detecting And Ranging) funzionano nella banda delle microonde la cui lunghezza varia da 1 mm a 1 m); sono di tipo attivo e non risentono dell’opacità atmosferica e delle nuvole (sensori ogni tempo). Nel telerilevamento vengono impiegati
essenzialmente due tipi di radar (sia per aereo sia per satellite) che funzionano in
base a due principi diversi.
a) Radar a visione laterale (Side Looking Radar) che emette un fascio d’onde
verso il terreno attraverso un antenna la quale, commutata in ricezione, ne rileva
subito la risposta; la frazione di tempo intercorsa fra stimolazione e risposta indica
la distanza degli oggetti dall’aereo o dal satellite, mentre l’intensità del segnale di
ritorno indica il tipo di superficie o la sua giacitura.
b) Radar ad antenna sintetica (SAR) che emette impulsi di energia a microonde a frequenza costante e ne riceve i segnali di risposta dal suolo in modo
continuativo: la discriminazione spaziale avviene tenendo conto dell’e↵etto Doppler che ogni oggetto riflettente genera nel suo moto di avvicinamento relativo;
l’intensità della risposta dipende da diversi fattori quali la costante dielettrica delle superfici, la resistività, l’umidità, la giacitura, la tessitura, la frequenza e la
polarizzazione del segnale. L’interpretazione delle immagini radar è complessa
ma o↵re notevoli vantaggi dovuti al controllo della sorgente del sistema attivo e
all’incondizionamento atmosferico.
c) Le bande radar. Le frequenze più usate sono le seguenti:
Frequenza
(banda)
banda
banda
banda
banda
banda
banda
banda
P
L
S
X
K
Q
V
Frequenza approssimata
(GHz)
Lungh. d’onda approssimata
(cm)
0,225–0,39
0,39–1,55
1,55–5,20
5,20–10,90
10,90–36,00
36,00–46,00
46,00–56,00
140–76,9
76,9–19,3
19,3–5,77
5,77–2,75
2,75–0,834
0,834–0,652
0,652–0,536
Satelliti delle risorse terrestri. I satelliti dedicati allo studio delle risorse
terrestri descrivono orbite circolari ed eliosincrone che passano in prossimità dei
poli a un’altezza di 750–850 km. Ogni strisciata viene “tagliata” in senso trasversale per fornire immagini con lati uguali (nel caso del Landsat 185 km⇥85 km).
Le immagini sono digitali e organizzate come matrici numeriche nelle quali a ogni
elemento corrisponde: a) un pixel al suolo; b) una coppia di coordinate riferite
alla matrice che identificano il pixel (non le coordinate al suolo); c) un valore
che rappresenta la misura della radianza del pixel stesso. I dati vengono “immagazzinati” su nastri magnetici in modo sequenziale, ordinatamente riga per riga,
colonna per colonna, banda per banda; la loro elaborazione e il loro trattamento
prima dell’utilizzo, richiedono un opportuno centro di calcolo (fig. B).
Danilo Annoni
113
Telerilevamento
Rilevamento
LANDSAT E SPOT
M
LANDSAT. Il sistema LANDSAT, come ogni satellite per telerilevamento,
si compone del veicolo spaziale e di un centro di controllo/ricezione/produzione
dei dati localizzato a terra.
L’orbita scelta, miglior compromesso fra esigenze diverse, ha le seguenti caratteristiche: a) è circolare, per ottenere immagini della stessa scala; b) è ripetitiva,
per avere osservazioni periodiche; c) è eliosincrona, per beneficiare di un’illuminazione pressoché costante della stessa zona del pianeta, confrontabile di anno in
anno; d) è polare, per poter osservare tutta la superficie del globo terrestre. I
satelliti LANDSAT 4 e 5 utilizzano sensori MSS (Multi Spectral Scanner) e TM
(Thematic Mapper), molto utili per la classificazione del territorio. Questi satelliti,
a di↵erenza dei precedenti, hanno una duplice possibilità di trasmissione a terra
dei dati: o direttamente (quando si trovano in vista di un’antenna ricevente) oppure inviando i dati al satellite TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System),
orbitante in posizione geostazionaria, che funge da ponte radio.
I satelliti della serie NOAA (USA) nati per le osservazioni meteorologiche,
vengono utilizzati per misurare le temperature della superficie marina, per lo studio delle coperture nevose e per l’accertamento della condizioni della vegetazione.
Forniscono due passaggi al giorno su una stessa area, uno diurno e uno notturno.
Carico strumentale. Gli strumenti da ripresa a bordo dei satelliti della serie Landsat sono: a) RBV (Return Beam Vidicon) Landsat 1, 2, 3; b) MSS Landsat 1, 2,
3, 4, 5; c) TM Landsat 4 e 5.
Thematic mapper (TM). Si tratta di un dispositivo, a scansione otticomeccanica installato a bordo dei satelliti NASA Landsat 4 e 5, che riprende il
suolo terrestre in strisce larghe 185 km, tagliate normalmente ogni 185 km per fornire immagini quadrate; questo scanner produce sette immagini della stessa zona
contemporaneamente, riprese in sette bande diverse dello spettro e.m. La sua risoluzione geometrica al suolo è di 30 m⇥30 m (dimesioni del pixel) per tutte le
bande, a eccezione della banda 6 che ha una risoluzione di 120 m⇥120 m. Questi
satelliti producono immagini della stessa zona ogni 16 giorni, copertura nuvolosa
permettendo: infatti non tutte le bande hanno penetrazione nelle nubi. Alle latitudini dell’Italia si può contare su circa il 50% di immagini utili fra quelle riprese.
Le immagini TM, disponibili in “quarti di immagine”, sono più maneggevoli e
decisamente meno costose di un’immagine completa (fig. A).
Sistema SPOT. Con la collaborazione del Belgio e della Svezia, il Governo francese nel 1978 diede corso allo sviluppo di un progetto chiamato Système
Probatoire d’Observation de la Terre o SPOT. I satelliti hanno un’orbita polare,
circolare, eliosincrona, posta a una distanza media dalla Terra di 832 km, con un
periodo di 26 giorni. L’equipaggiamento di bordo è costituito da due strumenti di
osservazione, che definiscono il sistema HRV (High Resolution Visible), progettati
per operare sia nel campo del visibile sia nell’infrarosso. La risoluzione del sensore
pancromatico è di 10 m⇥10 m, mentre il pixel al suolo del sensore multispettrale è di 20 m⇥20 m. Vengono prodotte immagini con un minor numero di bande
spettrali rispetto al TM del Landsat, ma con un dettaglio geometrico decisamente
maggiore. Il sistema SPOT permette di e↵ettuare, da due orbite diverse, riprese
stereoscopiche di una stessa zona, grazie al suo apparato innovativo che consente
di ruotare sino a ± 27 l’asse nadirale di visione degli strumenti (fig. B). Pertanto
si ottiene una larghezza di scansione pari a 950 km. La maggiore larghezza delle
strisce laterali (80 km) è dovuta alla sfericità della terra.
Danilo Annoni
114
Pianificazione
Territorio
PIANI STRATEGICI AREE METROPOLITANE
O
Definizione. Il Piano strategico è un piano di indirizzo; è lo strumento
che definisce gli orientamenti di sviluppo di un territorio, agisce sulle variabili
strategiche e delega ad altri strumenti la definizione dei particolari.
Dimensione territoriale. Il Piano strategico copre in genere l’insieme dei
comuni che appartengono all’area metropolitana. In molti Paesi europei un ente amministrativo è preposto all’amministrazione e/o alla pianificazione dell’area
metropolitana. Il Piano comprende in genere l’insieme dei comuni facenti parte di
questo Ente. Nei Paesi che non hanno enti amministrativi preposti all’area metropolitana, studi preliminari definiscono l’area di pertinenza del Piano, usando
criteri quali demografia, attività economiche, localizzazione delle funzioni, sistema dei trasporti e dei movimenti, strutture amministrative locali, intensità degli
scambi nei diversi settori, sistema ambientale, bacini idrografici.
Obiettivi. Fondamentale è la definizione degli obiettivi, articolati in due,
tre o più livelli. Al livello più generale si trovano le finalità che rappresentano
i traguardi principali del Piano. Queste si articolano in obiettivi generali, (che
contengono le opzioni fondamentali all’interno delle finalità) e obiettivi specifici;
questi ultimi sono a loro volta suddivisi in politiche azioni e progetti.
Contenuti. Il Piano strategico è un piano multisettoriale. I suoi contenuti
riguardano: a) strategia generale sul futuro dell’area metropolitana, ruolo e specializzazione rispetto alle altre città; b) settore economico secondario e terziario;
c) demografia; d) sistema dei movimenti; e) sistema degli scambi; f) servizi alla
popolazione; g) sistema insediativo; h) sistema del verde; i) cultura e tempo libero; l) salvaguardia culturale e ambientale; m) politica della casa. La componente
territoriale è l’area di ricaduta comune a tutti i settori.
Il doppio livello di Piano. Il Piano strategico fa parte di un sistema di
pianificazione a doppio livello, che opera una distinzione tra pianificazione generale
dello sviluppo e regolamentazione dell’uso dei suoli. In molti Paesi europei questo
doppio livello è sancito dalle leggi urbanistiche per cui il Piano strategico fa parte
dagli strumenti urbanistici ufficiali. Una volta approvato, è in genere vincolante
per gli enti che operano sul territorio, ma non è “opponibile a terzi”.
Arco temporale. L’arco temporale coperto è di medio o lungo termine
(10–20 anni). Per la previsione dello sviluppo è prassi di↵usa l’uso degli scenari
alternativi, corrispondenti a diverse situazioni socio-politico-economiche.
Il processo di decisione. Il Piano strategico coinvolge un alto numero di
soggetti decisionali (operatori economici, amministratori di diversi enti, rappresentanze dei cittadini) e richiede l’uso di processi decisionali strutturati con tecniche
specifiche (“decision making”). L’utilizzo di queste tecniche, abituale nelle imprese
private, si è ormai di↵uso anche nel settore pubblico.
Il consenso. Il consenso è un fattore chiave per l’efficacia del Piano. Senza
una solida base di consenso il Piano rimane lettera morta. Questo problema ha
portato negli ultimi anni a una fondamentale revisione dei metodi di elaborazione
del Piano. Esistono in Europa due modi di redazione dei Piani. Il primo, più tradizionale, e ancora largamente usato, prevede la stesura di un Piano definitivo, dopo
consultazione di tutti gli enti pubblici e privati coinvolti e delle forze economiche
e sociali. Il secondo, più recente, importato dal mondo aziendale e a↵ermatosi
negli USA, prevede la redazione di Piani aperti, essenzialmente focalizzati sulla
fattibilità, con carattere negoziale.
Clara Cardia
115
Pianificazione
Territorio
LIVELLI DI PIANIFICAZIONE DEL TERRITORIO
O
Introduzione. Le scale di pianificazione territoriale coincidono, in regola
generale, con i livelli della struttura politico aministrativa. Si riconoscono nella
maggior parte dei Paesi europei 4 livelli: a) lo Stato centrale; b) le Regioni; c) le
Province; d) i Comuni. A livello di stato centrale la pianificazione territoriale, è
poco sviluppata e solo alcuni Paesi in Europa si sono dotati di questo tipo di piani
(Francia, Olanda, Germania). Molti Paesi si sono tuttavia impegnati in politiche di
riequilibrio territoriale, che pur non avendo la struttura formale del Piano, sono di
fatto strategie territoriali a livello nazionale. In Italia anche se prevista dalla legge
la pianificazione territoriale nazionale non è mai stata realizzata. Sono invece più
di↵usi i piani settoriali di livello nazionale quali i piani dei trasporti, dell’elettricità,
delle localizzazioni produttive.
Pianificazione di livello regionale. La maggior parte dei Paesi europei
ha piani corrispondenti al livello regionale; chiamati in Italia Piani territoriali di
coordinamento. La finalità di questi piani è di armonizzare lo sviluppo economico
e sociale della regione con quello del suo territorio. Il loro compito può estendersi
dalla definizione di una strategia economico-territoriale di ampio respiro, come i
piani inglesi degli anni 70, a più limitati compiti di coordinamento e orientamento
degli insediamenti produttivi, residenziali e infrastrutturali.
Pianificazione di livello intermedio. Situata tra regioni e comuni, è quella che assume le forme più diverse nei singoli Paesi e varia anche in funzione dei
territori a cui è rivolta. Spesso non coincide con l’ente politico-amministrativo di
livello intermedio (province, departements ecc.), ma segue delimitazioni territoriali
specifiche. In Italia sono stati istituiti negli anni 70 i piani delle Comunità Montane e dei Comprensori, rivolti ad ambiti territoriali specifici e più recentemente i
piani di coordinamento territoriale a livello provinciale.
Rientrano in questo livello intermedio i piani per le aree metropolitane. Il
governo e la pianificazione del territorio dei grandi agglomerati urbani formati
da numerosi comuni assumono forme diverse nei singoli paesi: in Francia si è
adottata una formula che prevede l’associazione dei comuni coinvolti (communautés
urbaines) mentre in Inghilterra si è scelto di fare riferimento a un ente politicoamministrativo (metropolitan counties). L’Italia, dopo aver perseguito il modello
francese, cui non è però riuscita a dare forma giuridica, ha recentemente optato
per il secondo, creando con la L 142/1990 le aree metropolitane. La pianificazione
delle aree metropolitane è in genere di tipo strategico e fornisce gli indirizzi generali
delegando ad altri livelli di piano la questione dell’uso del suolo (v. Piani strategici
aree metropolitane, pag. 114).
Pianificazione di livello comunale. È a questo livello che l’Europa ha
la più lunga e consolidata tradizione di pianificazione del territorio con strumenti
precisi ben codificati. In Italia lo strumento chiave è il Piano Regolatore, istituito
con la L 1150/1942. Esso copre l’insieme del territorio comunale e ha un ruolo
normativo sull’uso e l’edificabilità del suolo (v. Piano regolatore generale, pag. 116).
Esiste sotto al livello del Comune una pianificazione locale rivolta a una scala territoriale inferiore. Non fa riferimento in genere a un ente amministrativo
specifico. I piani locali assumono forme molto diverse nei singoli Paesi europei e
variano anche in funzione dell’emergere di nuovi problemi. Si possono individuare
due filoni principali: i piani locali a carattere puramente fondiario-edilizio e i piani
a carattere più complesso, che si rivolgono anche al settore economico e/o sociale.
Clara Cardia
116
Pianificazione
Territorio
PIANO REGOLATORE GENERALE
O
Introduzione. Il Piano regolatore generale (PRG) è il principale strumento
normativo dell’uso del suolo urbano previsto dalla legislazione urbanistica italiana
(L 1150/1942 e successive specifiche leggi regionali). Esso copre l’intero territorio
comunale e riguarda le infrastrutture, l’uso del suolo, (funzioni private e servizi
pubblici) le densità edilizie, le zone di tutela e di conservazione. Per alcune limitate
zone di territorio fissa anche la morfologia (allineamenti e altezze). Per queste
funzioni il PRG definisce la perimetrazione territoriale precisa, che è basata sulla
cartografia catastale e ha valore legale.
Principali analisi. L’apparato analitico del Piano è molto vasto ed è in
parte definito dalle leggi regionali e nazionali e in parte legato a una prassi consolidata. Le principali analisi sono: a) analisi socioeconomiche (demografia e settori
economici chiave); b) analisi del sistema insediativo (epoca di costruzione e stato di
conservazione dell’edificato, morfologia e tipologia); c) analisi geomorfologica (topografia, pedologia); d) analisi idrogeologica; e) analisi del settore agricolo (culture
e foreste); f) carta dei vincoli idrogeologici, paesistici, beni culturali; g) analisi della
mobilità (viabilità e trasporti); h) analisi delle reti di distribuzione; i) quadro della
pianificazione a gerarchia superiore; l) analisi della strumentazione urbanistica.
Contenuti. Il Piano è costituito da una breve relazione esplicativa e da
prescrizioni. I contenuti prescrittivi sono esplicitati in planimetrie urbanistiche
(scala 1:5000 e 1:2000) e norme tecniche di attuazione (NTA). Le planimetrie riguardano i seguenti aspetti. • L’inquadramento nel territorio circostante (scala
1/10 000–1/5 000): a) sistema della viabilità e dei trasporti, b) parchi sovracomunali, c) grandi attrezzature di interesse sovracomunale. • L’uso del suolo: a) destinazione d’uso (residenziale, produttivo, terziario, servizi, verde, zone agricole ecc.);
b) perimetrazione delle zone omogenee; c) perimetrazione dei piani esecutivi (piani
particolareggiati, piani di recupero, piani di lottizzazione, piani di edilizia popolare); d) la perimetrazione dei vincoli; e) le fasce di rispetto (stradali, ferroviarie,
fluviali, cimiteriali). • Viabilità e trasporti: a) gerarchia della viabilità; b) calibri
stradali; c) ferrovie e scali merci. • Servizi: a) perimetrazione delle aeree destinate
ai diversi tipi di servizi di interesse locale (verde, parcheggi, istruzione ecc.) e di
interesse generale (ospedali, cimiteri, università, centri merci ecc.).
Norme tecniche di attuazione. Riguardano: a) il campo di attuazione
e le modalità di attuazione del PRG (definizione degli indici urbanistici e dei parametri edilizi); b) la classificazione degli usi del suolo (abitativo, produttivo, servizi ecc.); c) la disciplina del territorio: azzonamento, tipo di funzione principale
compatibile, indice di edificazione, tipi di intervento (manutenzione, risanamento, ristrutturazione, nuova edificazione); d) le procedure di attuazione, interventi
diretti (attuazione semplice) o interventi indiretti (piani attuativi ed esecutivi);
e) eventuali prescrizioni transitorie.
Formazione del Piano. Le procedure di formazione del Piano sono: a) decisione del Consiglio Comunale di procedere alla formazione o revisione del PRG;
b) stesura del documento programmatico contenente il piano degli indirizzi generali dello sviluppo del territorio comunale; c) elaborazione, in forma preliminare
e, in seguito alla discussione nelle commissioni specifiche (edilizia e urbanistica),
in stesura finale; d) adozione da parte del Consiglio Comunale, con conseguente
inizio del periodo di salvaguardia; e) pubblicazione e osservazioni: esposizione al
pubblico per osservazioni limitate all’interesse pubblico; f) invio alla Regione per
l’approvazione; g) approvazione con decreto del Presidente della Giunta.
Clara Cardia
117
Pianificazione
CENTRI TURISTICI
Territorio
Concetti. Il successo (economico) di un centro turistico dipende dall’equilibrio tra la domanda turistica/ricreativa (analisi di mercato) e l’o↵erta turistica
(attrattive) composta da:
O
– Risorse naturali dirette (per esempio, per gli insediamenti balneari: spiaggia,
morfologia della costa, fondali, viste a mare, ventilazione, copertura arborea). Queste risorse devono essere il più possibile preservate come patrimonio
turistico a lungo termine.
– Risorse al contorno (paesaggio, tradizioni, escursioni, altre attrattive).
– Attrezzature turistiche (ricettive, ricreative, commerciali ecc.).
Le attrezzature turistiche e le infrastrutture devono essere ubicate e progettate
in modo da non compromettere le risorse del luogo (fig. A). Più che per altri progetti, bisogna dedicare particolare attenzione alle condizioni climatiche all’orientamento (insolazione e venti nocivi), alle viste panoramiche, alle brezze naturali,
alla mimetizzazione nel paesaggio.
Immagine. L’ambiente da creare deve sembrare il più possibile lontano da
quello cittadino che i turisti hanno lasciato per le vacanze. Deliberatamente esotico
e legato alla tradizione locale, deve poter trasmettere immagini memorabili nei
visitatori, per farli ritornare.
Dimensionamento. La capacità ricettiva deve essere in ogni caso sempre
inferiore alla capacità turistica del luogo, una volta dedotto il numero degli eventuali visitatori giornalieri. Per capacità turistica (carrying capacity) si intende il
numero di turisti che possono utilizzare le risorse del luogo senza degradarle (spiaggia, sentieri, campi gioco ecc.) con riferimento a determinati parametri espressi
in
Il numero di letti (L) necessario per soddisfare un determinato flusso turistico,
previsto dall’analisi di mercato, è: L = (T D)/(365 R), con T n.ro totale previsto
dei turisti del flusso; D durata media del soggiorno (d); R tasso di occupazione
prevedibile (fattore). Il numero di letti (Lm ) durante il mese di punta è: Lm =
(Tm D)/31, con Tm n.ro dei visitatori previsti nel mese di punta.
Costi. Nell’impostare lo sviluppo di un nuovo centro turistico bisogna tener
conto che in generale il costo di realizzazione delle attrezzature ricettive (incluse
quelle per la ristorazione) rappresenta solo il 50–60% del costo complessivo. Questa
percentuale diminuisce per i centri con attrezzature ricettive di livello mediocre,
mentre aumenta per i centri turistici con alberghi
Incidenza dei costi di sviluppo di centri turistici
Attrezzature ricettive (alberghi, residence ecc.) e ristoranti
Altre attrezzature turistiche (ricreative, commerciali, sociali)
Servizi tecnologici e infrastrutture
Promozione, pubblicità e training del personale
Protezione ambientale e valorizzazione delle risorse
50–60%
10–15%
15–20%
5–10%
5–10%
Carlo Bottigelli
118
Pianificazione
Territorio
ATTREZZATURE TURISTICHE
O
Concetti. Lo sviluppo di un centro turistico deve preservare le risorse di
base; pertanto le attrezzature turistiche devono essere ubicate e progettate in modo
da non compromettere il patrimonio di risorse naturali, inteso come investimento
a lungo termine.
L’o↵erta di attrezzature turistiche deve essere bilanciata, rispondendo ai diversi segmenti della domanda con attrezzature compatibili fra loro e con l’ambiente.
Immagine. L’aspetto di una attrezzatura turistica non deve essere protagonista, ma gregario dell’immagine complessiva del luogo, riprendendo e riproponendo dettagli e particolari costruttivi o decorativi comuni all’intera area turistica.
Dimensionamento. Le dimensioni delle attrezzature ricettive necessarie a
fornire la capacità richiesta dipendono dalle caratteristiche e dall’estensione del territorio disponibile e dal mix delle diverse tipologie, che generano specifiche densità
(letti/ha).
Il fabbisogno di spazi costruiti (m2 di superficie utile lorda) e di terreno (m2 )
per posto letto nei diversi tipi di attrezzature ricettive, ricreative ecc. in centri
balneari/rurali o montani è stimabile in via preliminare secondo la tabella A. La
tabella B riporta i valori della superficie lorda (m2 ) per unità alberghiere di diversa
categoria.
Densità (letti/ha) in centri turistici con diverse tipologie
Tipologia ricettiva
Edifici alti molto densi
Palazzine di 4–6 piani
Palazzine di 3–4 piani
Unità aggregate di 2–3 piani
Unità singole molto dense
Unità singole a media densità
Unità singole rade
Zone balneari/lacustri
Zone montane
90–160
75–140
–
60–115
50–100
30–60
15–40
140–200
120–170
100–150
80–130
70–120
55–90
30–60
Costi. I costi di realizzazione delle attrezzature ricettive dipendono molto
dalle condizioni locali (materiali tipici, manodopera specializzata, trasporti), soprattutto per le unità di medio/basso livello, mentre per quelle di lusso sono più
similari nei diversi Paesi.
Incidenza costi in attrezzature ricettive tipiche
Edificio alto
di lusso
Investimento per camera
Consulenze, costi prelim. e assic.
Fondazioni e movimenti di terra
Struttura e opere civili
Finiture e arredi
Impianti
Imprevisti
Edificio
medio
Edificio basso
semplice
90 000
60 000
40 000
12%
4,5%
32%
16%
33%
2,5%
12%
5,5%
33%
15%
32%
2,5%
12%
3,5%
26%
17%
39%
2,5%
Carlo Bottigelli
119
Pianificazione
Territorio
CENTRI MERCI
O
Concetti. Si dividono in autoporti, se servono solamente il traffico merci su
gomma, e interporti, se consentono l’interscambio modale tra autoveicoli e carri
ferroviari. I centri merci intermodali hanno sostituito gli scali ferroviari di↵usi capillarmente sul territorio presso le stazioni, da quando il traffico merci ferroviario
– con la concentrazione dei traffici – è evoluto dalla spedizione e movimentazione
di singoli carri merci alla formazione di treni completi a composizione bloccata. I
centri merci richiedono un’ampia superficie pianeggiante (50–250 ha), devono essere direttamente accessibili dalla viabilità primaria, con raccordi possibilmente
canalizzati, e devono essere ben serviti dalla viabilità locale che sopporta il traffico
merci capillare e il pendolarismo degli addetti. Se intermodale, il centro merci
è alimentato da un raccordo ferroviario proveniente dalla stazione più vicina (la
diramazione ferroviaria non può avvenire in linea) e il terminal intermodale deve
contenere un fascio di 3–9 binari rettilinei lunghi almeno 500 m.
Dimensionamento. La superficie complessiva necessaria dipende molto dal
tipo di merci trattato e dai servizi forniti. In generale la capacità di movimentazione è stimata in circa 50 000 t/anno per ha. Pertanto, se Tm (milioni di tonnellate)
è il traffico merci annuo acquisibile dalla nuova infrastruttura definito dall’analisi
dell’interscambio nel bacino di riferimento (raggio di circa 50 km), la superficie di
terreno necessaria S (ha) per il centro merci sarà: S = 20 Tm .
Per creare le auspicabili sinergie, oltre a concentrare e recintare diverse funzioni complementari (terminal ferroviario, ribalte e magazzini – sia frigo sia normali,
in regime doganale –, aree di stoccaggio a breve/lungo termine), i centri merci
forniscono i seguenti servizi:
a) ai veicoli: rifornimento, lavaggio, sorveglianza, officine, boxe trasportatori;
b) alle persone: mensa, ristorante, diurno, motel, minimarket, pronto soccorso;
c) alle aziende: uffici per spedizionieri, operatori logistici, agenzie doganali, dogana,
carrellamento stradale, magazzini a breve/lungo termine anche in regime doganale,
pese elettroniche ecc.;
d) di sicurezza: vigilanza/sorveglianza, controllo ingresso/uscita;
e) informatici: EDP, borsa noli, localizzazione unità di carico, telecomunicazioni.
% di superficie territoriale delle componenti di un centro merci
Scalo ferroviario (manovra e composizione treni)
Terminal intermodale (container, casse mobili, semirimorchi)
Autoporto (ribalte e magazzini corrieri, spediz. e operatori logistica)
Centro servizi (agenzie dogan., uffici spediz./trasp. centro dir./amm.)
Aree comuni (zona ingresso/uscita, officina, lavaggio, parcheggi, verde)
Viabilità interna (strade, stazioni di servizio, parcheggi lungo strade)
25–30%
10–20%
25–35%
5–6%
5–10%
10–15%
Costi parametrici di realizzazione delle diverse opere (2002)
Investimento complessivo (valore medio)
Terminal intermodale (binari e piazzali)
Magazzini finiti (altezza media 18 m, con soppalchi uffici)
Magazzini finiti ecc. c.s., ma condizionati
Centro servizi / uffici condizionati
2 000
550
0,43
0,50
0,65
kE/ha
kE/ha
kE/m2
kE/m2
kE/m2
Carlo Bottigelli
120
Pianificazione
Territorio
AREE DISMESSE
O
Concetti. Le aree industriali dismesse e gli scali ferroviari obsoleti sono oggi
una grande opportunità per il riassetto complessivo, la riqualificazione e lo sviluppo
delle città, cosı̀ come fu l’abbattimento delle mura nell’800. Il riuso intelligente
delle aree dismesse è pertanto di interesse non solo per i proprietari ma per l’intera
collettività, anche a lungo termine, e i risultati dipendono molto dal rapporto
pubblico-privato.
Impostazione. La vocazione, le potenzialità e i vincoli individuati per l’area da trasformare vanno rapportati all’insieme delle aree adiacenti già dismesse
o di futura dismissione, al fine di individuare possibili sinergie e scenari di assetto complessivo a scala urbana. Poiché la valorizzazione dell’area dipenderà più
dall’appetibilità che dalla quantità delle attività insediate, è importante individuare prioritariamente la domanda di funzioni (economiche e sociali) che emerge
dal contesto urbano. Ciò anche al fine di garantire qualità urbana all’intervento.
Immagine. Vanno individuati gli edifici esistenti di pregio architettonico o
di valore documentario da conservare e risanare, destinandoli a funzioni compatibili
con le caratteristiche costruttive da preservare. La loro presenza darà prestigio,
identità, spessore storico e culturale al nuovo insediamento, e lo valorizzeranno in
termini immobiliari. L’immagine complessiva dovrà riferirsi – interpretandole – alle
pre-esistenze architettoniche sia all’interno dell’area sia al contorno, in termini di
tessuto urbano, orientamenti, tipologie, materiali e tonalità di colore, se possibile.
Vanno comunque ricercati uno schema o elementi ordinatori percepibili.
Dimensionamento. L’ammontare di volume Ve (m3 ) o di Slp (m2 ) – cioè
la superficie lorda sviluppata sui diversi piani – degli edifici realizzabili si calcola
moltiplicando la superficie territoriale dell’area da riconvertire St (m2 ) per l’indice
di fabbricabilità territoriale It (m3 /ha) o per l’indice di utilizzazione territoriale
Ut (m2 /m2 ), di solito compreso tra 0,5 e 1,0 m2 /m2 . Si può anche ottenere il volume Ve da: Ve = Slp Hv ; con Hv (m) altezza virtuale lorda di interpiano di ogni
destinazione d’uso. In generale, secondo le norme vigenti nei diversi comuni, il
40–60% della superficie territoriale dell’area da riconvertire dovrà essere destinata
a verde, parcheggi e altre attrezzature di uso pubblico (standard). Per calcolare
la superficie da cedere (o da convenzionare ad uso pubblico) si applicano gli indici quantitativi di attrezzature pubbliche (standard) relativi a ogni destinazione
d’uso (80-100% della Slp ) al corrispondente volume o Slp . La superficie standard
di strutture a parcheggio pubblico multipiano o interrate è quella sviluppata sui
diversi livelli. Nel calcolare l’ammontare di aree da cedere o convenzionare con
il comune per uso pubblico, al fabbisogno di standard generato dalle funzioni da
insediare, bisogna aggiungere eventuali quote di verde ecc. previste espressamente
dal Piano Regolatore per la specifica area.
Strumenti urbanistici e tempi di attuazione. Oltre al cambio di destinazione d’uso sancito da una Variante specifica o generale del Piano Regolatore,
l’attuazione del programma di riconversione funzionale di un’area dismessa è solitamente subordinato all’approvazione, da parte del Consiglio comunale, di un
Piano urbanistico esecutivo (piano di recupero PdR, piano di lottizzazione PdL,
piano esecutivo convenzionato PEC, secondo le diverse normative regionali) oppure di un PRU (Programma di Riqualificazione Urbana) da realizzare insieme
all’ente pubblico. L’elaborazione e l’iter di approvazione di un piano di riconversione urbanistica di un’area dismessa può richiedere, secondo le diverse realtà
politico-amministrative, da 3 a 6 anni.
Carlo Bottigelli
121
Pianificazione
Territorio
SOTTOSERVIZI URBANI
O
Generalità. Comprendono tubature, cavidotti, cunicoli e percorsi riservati
o protetti per distribuire i servizi urbani a rete (o infrastrutture, in inglese public
utilities). In generale, questi comprendono:
a) adduzione dell’acqua potabile, industriale, salmastra;
b) fognatura delle acque reflue (liquami);
c) drenaggio delle acque meteoriche e bianche (tombinatura);
d) distribuzione dell’energia elettrica in bassa e media tensione (15–20 kV);
e) illuminazione stradale e degli spazi pubblici;
f) distribuzione del gas (metano) in bassa e media pressione (5 bar);
g) telecomunicazioni (telefono/fax, trasmissione dati, altri servizi);
h) teleriscaldamento / distribuzione acqua/liquidi refrigerati;
i) sub-irrigazione degli spazi a verde pubblico.
Posizionamento. Ogni rete ha le proprie esigenze di profondità, pendenza,
ingombro, ispezionabilità e manutenzione ottimali. Pertanto la posizione planimetrica di una rete nella sede stradale dipende dalle esigenze specifiche della rete
stessa cosı̀ come dalle esigenze delle reti adiacenti, dagli ostacoli sotterranei (fondazioni e radici di alberi) e dalla frequenza di manutenzione. La distanza trasversale
minima dalle reti adiacenti è spesso determinata dall’ingombro dei pozzetti di
ispezione delle linee.
La profondità rispetto alla superficie del marciapiede o meglio all’asse della
strada è costante – per fognatura e tombinatura è necessariamente variabile – e
tiene conto sia di esigenze specifiche delle reti (sicurezza, profondità di camerette/elementi di manovra ecc.) sia dei problemi di incrocio con altre infrastrutture.
L’andamento delle reti è sempre rettilineo e parallelo all’asse stradale, con incroci
il più possibile perpendicolari anche per le ramificazioni e connessioni alle utenze.
Solitamente, verso centro strada sono ubicate le linee principali di gerarchia
superiore (cavi di alta tensione, fognature in pressione, condotte primarie dell’acquedotto o del gas a media pressione) dalle quali non dipartono connessioni alle
utenze. Vicino ai bordi della sede stradale si interrano quelle reti secondarie con
allacciamenti di costo unitario maggiore (reti elettriche e telecomunicazioni) per
ridurre il percorso delle numerose connessioni alle utenze, minimizzando cosı̀ il
costo complessivo di infrastrutturazione.
Nelle aree ad alta densità di alcune città, cosı̀ come in molti nuovi centri
a pianificazione e realizzazione controllata, si usano intercapedini stradali sotto i
marciapiedi lungo i fabbricati (accessibili e aerate da griglie amovibili), o cunicoli
percorribili (utilador), contenenti diversi tipi di servizi (secondo quanto consentito
dalle normative dei diversi Paesi) allineati in verticale su uno o entrambi i lati,
facilmente ispezionabili e potenziabili. La larghezza della parte percorribile dei
cunicoli, specialmente nelle curve e nelle diramazioni degli stessi, deve consentire
il trasporto di tratti di tubazione, per e↵ettuare sostituzioni o potenziamenti.
Costi. Il costo del guscio di questi cunicoli può essere molto elevato (750–
1250 E/m) e dipende dalla sezione e dal numero di impianti contenuti. Nelle zone
ad alta densità, l’investimento è giustificato dai risparmi nei costi di manutenzione e potenziamento che sono operazioni onerose anche in termini di intralci alla
circolazione. Il costo complessivo (scavo, conduttore, protezioni, ispezioni ecc.) di
ciascuna linea ammonta a 50–500 E/m (tab. C).
Carlo Bottigelli
122
Pianificazione
Territorio
PIANIFICAZIONE PAESISTICA
O
Concezione. Nella concezione estetica tradizionale il paesaggio viene considerato come bellezza naturale, distinguendo tra bellezze individue e d’insieme,
oggetto di specifici provvedimenti di tutela (L 1497/39). Secondo una concezione
più moderna, il paesaggio viene considerato come ecosistema, con una struttura
formale e sostanziale e un equilibrio tra i vari elementi e fattori; accanto alla tutela,
assumono crescente importanza le misure attive di gestione, con finalità ecologicoeconomiche, oltreché estetiche. Strumenti fondamentali sono la pianificazione e la
costruzione del paesaggio; la prima si propone il governo ottimale dei rapporti tra
equipaggiamento naturale del territorio ed esigenze di utilizzazione; la seconda,
detta anche ingegneria naturalistica, è una tecnica che, mediante l’uso di materiali
vivi e inerti, contribuisce a ripristinare, conservare e migliorare il potenziale ecologico ed economico delle strutture paesistiche. L’ingegnere, che è il professionista
più attivo nei processi di trasformazione del territorio, deve conoscere, sia pure
sinteticamente, i nuovi metodi di pianificazione e costruzione del paesaggio, a cui
può dare contributi significativi.
Ambiti. Negli ultimi anni anche in Italia sono state sviluppate molteplici
esperienze di pianificazione paesistica; la figura A indica gli ambiti di possibile
applicazione, distribuiti su due livelli. Al primo livello si trova la pianificazione
paesistica di tipo trasversale, che costituisce a sua volta un contributo ad altri piani: territoriali e urbanistici da un lato e di settore dall’altro (in materia di acque,
difesa del suolo, agricoltura e foreste, trasporti ecc.). Tuttavia la difesa della natura e del paesaggio è un settore autonomo con i propri piani speciali (per le aree
protette, la ricreazione ecc.) che vengono indicati al secondo livello. Particolarmente importante è l’integrazione del paesaggio nella pianificazione territoriale e
urbanistica; la tabella B indica che a ciascun livello della pianificazione orizzontale
può essere associato un piano paesistico, dapprima elaborato in forma tecnicamente autonoma e poi integrato; in Italia finora sono stati sviluppati solo i due livelli
superiori (regionale/provinciale).
Processo. L’elaborazione dei piani paesistici passa attraverso tre fasi: analisi, diagnosi e proposte. L’analisi paesistica consiste nell’inventario degli elementi
paesistici, delle forme di utilizzazione e dei vincoli. I principali elementi paesistici,
da rappresentare in apposite cartografie, sono: geologia e geomorfologia, suolo,
idrologia e idrogeologia, clima, vegetazione naturale potenziale e reale, fauna. I
principali usi del suolo sono: agricoltura, selvicoltura, orti e giardini, aree residenziali, aree industriali, trasporti, ecc. I vincoli possono essere cosı̀ distinti: agricoli
e forestali, naturalistici (parchi, riserve, monumenti naturali), idraulici e idrogeologici, venatori e alieutici, estetico-storico-artistici, ricreativi. Nella diagnosi paesistica, i risultati dei rilevamenti aiutano a valutare le possibilità delle esistenti
forme di utilizzazione in rapporto al potenziale naturale del paesaggio e ai possibili danni. Nella terza fase dei lavori vengono elaborate le proposte del piano: si
prende posizione rispetto alla futura ripartizione delle utilizzazioni, alle superfici
da vincolare e alle misure di cura e sviluppo del paesaggio. Le principali sono:
misure per un’utilizzazione agroforestale compatibile; piantagioni della campagna
per migliorare il quadro paesistico e interconnettere i biotopi; misure di ingegneria
naturalistica per la sistemazione dei corpi d’acqua, il consolidamento dei versanti,
il ricupero di aree degradate; piantagioni protettive contro il vento, il rumore, la
polvere; misure per il rimodellamento e la piantagione dei margini di insediamenti
e impianti tecnologici ecc.
Mario Di Fidio
123
Pianificazione
Territorio
COLLEGAMENTO A RETE DEI BIOTOPI
O
Concezione. Ai fini dell’orientamento ecologico della pianificazione territoriale e urbanistica, assume rilevante importanza la strategia del collegamento
a rete dei biotopi naturali e seminaturali, in tutti gli spazi, inclusi quelli agricoli
intensivi e urbano-industriali. Tale strategia deve essere integrata da altre misure
per rendere più estensivo l’uso del suolo.
I biotopi superficiali più vasti (boschi, zone umide) vengono collegati a biotopi
più piccoli (stagni, macchie di campo) mediante strutture lineari (siepi, alberature
ecc.) in una rete comprendente maglie larghe fisse e maglie strette con un certo
grado di mobilità, in funzione delle esigenze d’uso del territorio.
Spesso nei comprensori a uso intensivo le aree naturali residue sono insufficienti e si rende necessaria una parziale rinaturalizzazione. Gli obiettivi da realizzare
gradualmente sono: a) ampliare le isole naturali più grandi per garantire alle specie la possibilità di sopravvivenza; b) ampliare le isole più piccole e moltiplicarle
sul territorio in posizioni intermedie; c) trasformare in corridoi naturali strisce di
collegamento tra biotopi grandi e piccoli, sfruttando soprattutto le articolazioni
naturali e artificiali del paesaggio (strutture geomorfologiche, rive di corsi d’acqua,
strade e confini di proprietà).
Schemi di collegamento. Si riportano di seguito due schemi di collegamento a rete dei biotopi, riferiti a territori con un diverso equipaggiamento naturale
di partenza. a) Lo schema (fig. A) di rinaturalizzazione delle rive di un corso d’acqua, costituente un’importante via di collegamento tra le varie forme di vita, con
una discreta dotazione iniziale di aree naturali e seminaturali; lungo la riva destra
una striscia di 10 m viene sottratta all’uso agricolo e lasciata alla successione naturale, mentre lungo la riva sinistra i frammenti residui di bosco umido e la lanca
vengono collegati mediante realizzazione di un nuovo bosco naturale. b) Lo schema (fig. B) di collegamento in un comprensorio nel quale gli elementi naturali sono
stati quasi tutti eliminati, tranne una piccola isola residuale, che viene collegata a
due grandi isole periferiche, mediante impianto di una rete di stazioni di passo e
corridoi naturali, realizzato lungo vie di comunicazione e confini di proprietà.
Pianificazione. Le varie fasi di lavoro per la pianificazione di un sistema a
rete di biotopi sono illustrate e riassunte nella tabella C.
Esigenze di superficie. Mentre la cartografia dei biotopi accerta l’o↵erta
di superfici naturali e seminaturali, per quantificare il fabbisogno, quasi sempre
superiore, occorre conoscere in modo approfondito il funzionamento degli ecosistemi. Per esempio nelle aree agricole la densità di biotopi dipende da tre gruppi di
fattori: a) densità ottimale per la difesa meccanica del suolo; b) densità sufficiente
per la conservazione di grosse popolazioni animali e vegetali, in grado di estendersi
sulle terre coltivate; c) densità necessaria per assicurare uno scambio genetico tra
le popolazioni, ostacolato dalla frammentazione degli areali. Valutazioni empiriche, valide come media a livello nazionale, indicano nel 10% circa il fabbisogno
di grandi superfici aggregate, prioritarie per la difesa della natura, ossia vincolate
come parchi e riserve naturali; in aggiunta, occorre considerare il fabbisogno di
superfici per la compensazione dei carichi ambientali, attraverso le misure di collegamento a rete dei biotopi: biotopi di orlatura, ossia margini di strade, ferrovie e
canali: 1,2%; piccoli biotopi insulari, fasce di collegamento a rete, superfici di uso
estensivo in aree agricole: 4%; superfici di compensazione in ambito urbano, ossia
parchi e giardini: 2,0%.
Mario Di Fidio
124
Pianificazione
Territorio
CARTOGRAFIA DELLE COMPONENTI PAESISTICHE
O
Finalità. Nella pianiflcazione paesistica orientata ecologicamente, assumono un peso crescente le componenti paesistiche minori delle campagne, che costituiscono una rete di biotopi a maglia stretta. Esse hanno funzioni biologiche
per la difesa della natura, morfologico-estetiche per la difesa del quadro paesistico,
ecologiche in senso lato per la compensazione dei carichi ambientali e l’equilibrio
complessivo del territorio. Di seguito si illustra un metodo semplificato per il
rilevamento e la valutazione di tali componenti.
Classificazione. Le componenti paesistiche possono essere classificate nel
modo seguente. Elementi vegetali: prati umidi e prati aridi; alberi isolati (1 o
2); alberi in gruppo (da 3 a 20), filare (fila di più di 4 alberi); frutteti estensivi;
siepi (struttura lineare di cespugli e alberi larga fino a 15 m); fascia verde (struttura lineare di cespugli e alberi larga fino a 30 m); macchia di campo (struttura
superficiale di cespugli e alberi, fino a 300 m2 ). Elementi geologico-morfologici:
rocce isolate affioranti a pareti rocciose naturali o influenzate dall’uomo. Elementi
idrologici: ruscelli, torrenti e rogge, acque correnti in condizioni prossime a quelle
naturali, con larghezza fino a 20 m; stagni, piccoli laghi, acque stagnanti in condizioni prossime a quelle naturali, con superficie fino a 2 ha. Confini: margini di
boschi e di corpi idrici (a partire da 2 ha di superficie).
Strutture-guida. Una notevole semplificazione si ottiene rinunciando al
rilevamento diretto, facendo uso di carte aerofotogrammetriche e di strutture-guida
del paesaggio. Le principali sono: a) rilievo: dorsali e cocuzzoli di colline, bordi
di terrazzi, scarpate, margini di valli, rocce; b) corpi idrici: ruscelli, torrenti e
rogge, margini di fiumi e laghi, dintorni di sorgenti; c) confini: margini di boschi,
confini tra insediamenti e spazi aperti, confini agricoli; d) strutture antropiche: vie
di traffico (strade, ferrovie), edifici (fattorie, edifici storici e tecnici), cave, cumuli
di detriti ecc.
Rilevamento. Procede secondo le seguenti fasi: a) delimitazione degli spazi
paesistici omogenei (aventi la medesima compagine paesistica e un dato modello
di strutture-guida); b) cartografia delle strutture-guida; c) cartografia delle componenti paesistiche. Oggetto di analisi separata e diretta sono quegli elementi
significativi della vegetazione che non hanno legame con le strutture-guida.
Valutazione. Dopo il rilevamento, si applica il seguente metodo sintetico
(fig. A). Si valuta il grado di dotazione di elementi paesistici; esso può essere considerato buono, medio o scarso a seconda che la frazione di strutture equipaggiate sia
superiore a 2/3, compresa tra 1/3 e 2/3 o inferiore a 1/3. Le percentuali vengono
calcolate con riferimento alla lunghezza per le strutture lineari e al numero per
quelle puntiformi. Le strutture-guida sono presenti con una frequenza di↵erente,
a cui possono essere associati i seguenti pesi: 3 predominante, 2 codeterminante,
1 subordinata; per esempio una struttura scarsamente equipaggiata, ma predominante può incidere maggiormente sullo spazio paesistico globale di una struttura
fortemente equipaggiata ma subordinata. Si può quindi ricorrere a medie ponderate, ottenendo valori globali per interi spazi paesistici. Anche agli spazi paesistici
può essere applicato il criterio di valutazione indicato per le singole strutture-guida,
ossia la loro dotazione può essere giudicata buona, media o scarsa a seconda che
gli elementi paesistici siano complessivamente presenti per più di 2/3, tra 1/3 e
2/3 e meno di 1/3, con riferimento alle strutture-guida. In funzione dei risultati si
programmano gli interventi di ricostruzione dell’equipaggiamento paesistico.
Mario Di Fidio
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