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Eng. Onorio Francesco Salvatore

Torsione primaria e torsione secondaria: differenze ed esempi

Written By: Francesco Salvatore Onorio - Apr• 16•11

La torsione può aversi come risultato di azioni primarie o secondarie, si distinguono quindi:

– torsione primaria;

– torsione secondaria.

Il caso della torsione primaria lo si ha quando i carichi esterni non hanno alternative ad essere resistiti mediante torsione. In tali situazioni, la torsione è richiesta affinché si abbia equilibrio. Si parla quindi di torsione di equilibrio. Si tratta, quindi, di un problema di resistenza: la struttura giungerà al collasso se la resistenza torsionale non viene fornita.

Nell’esempio che segue si ha una trave direttamente caricata a torsione da un muretto posto a lato il quale causa carico eccentrico. In questo caso la torsione è dovuta ad un’azione principale la quale può essere resistita esclusivamente mediante torsione nella trave. Quella derivante è quindi una torsione principale o torsione di equilibrio.

Qui di seguito un esempio ancora più evidente: a lato della trave vi è una struttura in aggetto che provoca le stesse condizioni viste sopra.

La struttura appena vista ricorda vagamente un balcone, ma vedremo tra poco come la situazione sia differente.

Una situazione ricorrente in cui si ha torsione primaria è anche quella raffigurata di seguito:

 

Nelle strutture staticamente indeterminate, la torsione può aversi anche come azione secondaria dovuta alla continuità tra le parti. Tale azione spesso viene trascurata dai progettisti, considerando i suoi effetti, per l’appunto, come secondari. Le travi di bordo a supporto dei solai (o delle travi secondarie nella concezione pre-sismica), ricadono in questo caso.

In strutture complesse aventi connessioni rigide difficilmente è possibile evitare la torsione secondaria a causa delle condizioni congruenza, ovvero di compatibilità delle deformazioni. Per tali motivi, la torsione secondaria prende anche il nome di torsione di congruenza.

Nell’immagine che segue vi è un esempio di torsione secondaria:

In questi casi, la resistenza a torsione non è fondamentale ai fini statici e la struttura riesce a sopportare carichi esterni grazie a sole sollecitazioni di flessione e taglio.

Possiamo allora, alla luce di quanto detto, distinguere tra:

torsione di equilibrio;

torsione di congruenza.

Il trascurare l’effetto della torsione secondaria in fase di progetto può condurre a stati di fessurazione piuttosto evidenti a causa della violazione della congruenza degli spostamenti senza però che si abbiano conseguenze più serie.
Potremmo dire che, essendo la torsione primaria strettamente legata alla resistenza, il trascurarla conduce ad una violazione dello Stato Limite Ultimo.
Essendo, invece, la torsione secondaria associata solitamente alla congruenza, il trascurarla conduce alla violazione di uno Stato Limite di Esercizio.
Attenzione, però, perché tanti casi non fanno una regola, ovvero: si può avere collasso di una struttura anche per l’aver sottostimato l’entità di determinate azioni. In questi casi, quindi, una torsione ipotizzata come secondaria era in realtà primaria.

Le normative tecniche consentono di trascurare la torsione di congruenza nelle verifiche degli stati limite ultimi, a patto che gli altri elementi strutturali siano in grado di sopportare la conseguente ridistribuzione dei momenti.

Valutare gli effetti combinati in uno stato di presso/tenso flessione deviata con taglio e torsione è questione complicata. Con riferimento ad una sezione di cemento armato, infatti, i metodi più semplici tengono conto della sola interazione taglio-torsione nella verifica delle bielle di calcestruzzo. Per il calcolo delle armature si provede separatamente considerando ciascuna caratteristica di sollecitazione e sommando i quantitativi ottenuti.

Il D.M. 14 gennaio 2008 a tal proposito afferma quanto segue:
Per quanto riguarda la crisi lato calcestruzzo, la resistenza massima di una membratura soggetta a torsione e taglio è limitata dalla resistenza delle bielle compresse di calcesruzzo. Per non eccedere tale resistenza deve essere soddisfatta la seguente condizione:

I calcoli per il progetto delle staffe possono effettuarsi separatamente per la torsione e per il taglio, sommando o sottraendo su ogni lato le aree richieste sulla base del verso delle relative tensioni“.

 

Sarà la sensibilità del progettista, dunque, a valutare quanto un’azione può essere considerata primaria e quanto, invece, secondaria. Solitamente, ad esempio, le travi di bordo su cui vi sono dei balconi sarebbero soggette a trazione, ma in realtà si preferisce prolungare i ferri nel solaio per rendere i travetti collaboranti. Il meccanismo a molle collaboranti che si viene ad instaurare consente di far passare l’azione del balcone sulla trave di bordo da primaria a secondaria.

Un esempio che può essere preso come caso-studio è lo stadio OAKA di Atene realizzato dalla Cimolai, che potete vedere di seguito:

In esso, tutta la struttura fa riferimento a due archi principali:

arch tube;

torsion tube.

L’arco superiore è collegato mediante funi alle travi sottostanti e lavora prevalentemente a flessione.

L’arco inferiore, su cui si vanno ad innestare le travi, lavora prevalentemente a torsione (non uniforme), da cui deriva il nome di torsion tube (o torsional tube). In esso, l’azione dei carichi è di tipo principale per la torsione.

Per coloro che hanno curiosità sulla struttura dell’OAKA Stadium di Atene, vi rimando ad un appuntamento con un prossimo articolo.

 

 

Per chiarimenti, segnalazioni ed altro è possibile contattare l’autore a:

onorio@strutturista.com

Ing. Onorio Francesco Salvatore

 

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