Introduzione. Prof. R. Landolfo

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1 Progettare Con In Zona Sismica Prof. Raffaele LANDOLFO Università degli Studi di Napoli Federico II Introduzione ALLA LUCE IL POTENZIALE SCOPRENDONE I LIMITI PER POTERLI MIGLIORARE Cherie Carter-Scott 2

2 Il Materiale Generalità: Prerogative Richieste del mercato globale delle costruzioni 1. Confort e design (Architettura) 2. Sicurezza, Durabilità (Ingegneria) Richiesta di acciaio nelle applicazioni industriali 3. Costi accessibili (Economia) Incremento annuo pervisto al Sostenibilità ambientale (Tutti) prof. Prof. R. R. Landolfo Unità I.2) I sistemi strutturali in acciaio: Generalità 3 Il Materiale Generalità: Prerogative Le prerogative di un sistema costruttivo sono intrinsecamente legate alle caratteristiche fisicomeccaniche del materiale impiegato per la realizzazione dei suoi componenti strutturali. Strutturali Elevata leggerezza Buona resistenza Strutture di grande luce Vantaggi Tecnologiche- Costruttive Ambientali Duttilità Prefabbricabili Uso differenziato dei materiali Design e qualità dei componenti Rapida di trasporto, montaggio e messa in opera Reciclabili Strutture sismosistenti Strutture High-Tech Strutture ecosostenibili Riduzione costi - Costi diretti - Costi indiretti Svantaggi Bassa resistenza al fuoco Elevata deformabilità dovuta al basso rapporto E/f y dovuti alla elevata snellezza Prestazioni effettive molto prossime a quelle di calcolo 4

3 Il Materiale : Classificazione In base al principale elemento metallico contenuto nella lega possiamo differenziare le leghe in ferrose e non ferrose LEGHE FERROSE Fe La Ghisa C > 2% Gli Acciai C < 2% Acciai da Carpenteria Acciai da Cemento Armato Fe LEGHE NON FERROSE Cu,.. Al Leghe Pesanti: Bronzo (Sn 16%) Ottone (Zn 45%) Leghe Leggere 5 Il Materiale Classificazione: Nomenclatura Europea EN Italiana UNI 7070 S 235 J2 (G3 + Z15) Fe 360 D Gruppo Acciai Acciaio strutturale Carat. meccaniche (resistenza) Tensione di snervamento f y (235, 275, 355, 420, 460) Carat. meccaniche (tenacità-saldabilità) Classi di riesilienza (J0, JR, J2, J3, J4) Carat. fisiche e speciali richieste Ad es. M lam. Termomecanica, N lam. Normalizzata etc.. W resistente alla corrosione, L per basse temperature etc El. principale della lega Acciaio strutturale Carat. meccaniche I Tensione di rottura f u o f t Carat. meccaniche II Classi di riesilienza (B, C, D, DD) N.B. Gli acciai S235 e Fe360 sono, a parità di resilienza, lo stesso materiale 6

4 Il Materiale Indagini sperimentali: generalità Essendo un prodotto di tipo industriale, il controllo di qualità è eseguito in stabilimento (prodotti qualificati ai sensi della norma UNI EN 9001) secondo le specifiche Allegato 8 del D.M. Min. LL.PP. 9 Gennaio 1996 o del par.11.2 del D.M. del 14/09/2005 (ex TU) Obiettivi Tipi di prove std Idoneità del processo produttivo Determinazione delle proprietà meccaniche Prove a Trazione (EN Parte I) Prove di Resilienza Analisi Chimiche statiche dinamiche Controllo statistico della qualità f k = f m (1 - k) 7 Il Materiale Indagini sperimentali: generalità La caratterizzazione probabilistica delle proprietà meccaniche avviene eseguendo un numero statisticamente significativo di prove (almeno 10), ipotizzando che i parametri misurati rispettino una distribuzione Gaussiana o normale della densità di probabilità X i è la misura del parametro meccanico X che si vuole caratterizzare f = n i /n tot f i è la frequenza relativa associata parametro meccanico rilevato X i ed esprime Digramma di Frequenza in percentuale in numero di volte (n i )incui tale parametro ha raggiunto il valore X ì (o è interno ad un intervallo) rispetto al numero totale di misurazioni (n tot ) eseguite Frequenza X k X k =X m -k s f i X i Valore caratteristico X m = X i /n s Parametro misurato n i1 X ( X X i n 1 m ) 2 X k è il valore caratteristico del parametro misurato e corrisponde al frattile inferiore di ordine k (in genere il 5%) ovvero che ha la probabilità di essere minorato del 5% X m è il valore medio del parametro misurato (media aritmetica) e corrisponde alla probabilità del 50% di essere minorato s m è lo scarto quadratico medio e misura la disperione dei risultati k è un coefficiente di distribuzione (vedi tab) 8

5 Il Materiale Indagini sperimentali: La prova a trazione Interpretazione Esempi di curve sperimentali - F F F F S235 S420W 9 Il Materiale Indagini sperimentali: Influenza del fuoco Interpretazione F F Diagramma di un acciaio al carbonio al variare della temperatura T=20C T=200C T=400C E(T)/E 0 Andamento del modulo elastico con la temperatura T [C] Andamento di f y con la temperatura F S235 F Feb f y (T)/f y N.B. Si ha un degrado della resistenza (f y e f u ) e della rigidità (E) del materiale prof. Prof. R. R. Landolfo 10

6 Il Materiale Indagini sperimentali: La prova di resilienza Esecuzione della prova Provini e Interpretazione H W E 0 0 E E W ( H H ) Lavoro Speso Durante la Prova (J) R E A 0 Resilienza KV (J/cm 2 ) Pendolo di Charpy Macchina di Prova della British Steel Proprietà meccaniche misurate 11 Le membrature e gli elementi strutturali Classificazione e cenni sui processi produttivi Processo Laminati piani e coils Lamiere (t>3mm) Lamierini (t3 mm) Laminazione a caldo Laminazione a freddo Prodotti siderurgici industrializzati Profilati laminati a caldo Profilati per composizione saldata HE IPE UPN OHS (*) Laminazione a caldo Trafilatura (*) Lavorazione a freddo con saldatura (*) Laminazione a caldo con saldatura (*) IFB SFB Alveolate Piegatura a freddo Profili formati a freddo Lamiere grecate Profili a Z o C - Profilatura - Pressopiegatura - Stampaggio 12

7 Le unioni Classificazione Nodi Colonna- Trave Al tipo di elementi collegati Giunti Trave- Trave Colonnafondazione Colonna Trave Metodologia di classificazione Comportamento strutturale (*) rispetto alle membrature congiunte Completo ripristino Parziale ripristino Senza ripristino (*) Rispetto ad uno dei seguenti parametri: Resisenza M Rigidezza Duttilità Nodi a completo ripristino Membrature collegate Nodi a parziale ripristino Alla tecnologia Con organi meccanici Con saldatura Bulloni Arco Rivetti Laser 13 Le membrature e gli elementi strutturali Unioni con organi meccanici: tipologie Bulloni Chiodi Per carpenteria pesante Bulloni (d[12 30mm] Chiodi (d 8 mm) Tipologie di organi meccanici Per carpenteria leggera (*) Rivetti (d< 8 mm) Viti autofilettanti Clincatura Viti Rivetti Clincatura (*) Le strutture in carpenteria leggera si differenziano da quelle in carpenteria pesante perchè realizzate integralmente con membrature formate a freddo Ancoraggi Tasselli chimici Tasselli meccanici Tasselli meccanici Tasselli chimici 14

8 Le unioni Unioni saldate: tipologie N.B.. In ambito strutturale si adottano generalmente saldature autogene per fusione ovvero saldature nelle quali il materiale di base, portato a fusione, partecipa alla realizzazione Tipologie di Saldatura Processo (*) (*) Saldature più comuni in ambito strutturale Ad arco con elettrodo rivestito Strutture in acciaio Ad arco in ambiente protetto (MIG, MAG, TIG) Strutture in lega di alluminio e inox Speciali (Laser, spot weld) Strutture cold-formed Con elettrodo T Con protezione di gas Laser Per sovrapposizione Forma del cordone Strutture ordinaria A completa penetrazione Strutture ad alta duttilità e serbatoi T Testa a testa 15 Le Tipologie Strutturali Gli edifici multipiano: classificazione Telai non controventati Tipologia strutturale Telai controventati Classificazione degli edifici multipiano Stabilità laterale Telai a nodi spostabili Telai a nodi fissi Tipo di nodo travecolonna Telai a nodi rigidi Telai a nodi semirigidi Telai con articolazioni (schema pendolare) k 16

9 Il Quadro Normativo Le norme tecniche per costruzioni metalliche Evoluzione norme tecniche (non sismiche) < Norme puramente prescrittive Regio Decreto del 10/01/1907 Prima norma pseudoprestazionale in termini tensionali (M.T.A.) Regio Decreto del 16/11/1939 parte della Prefettura (e Genio Civile), la quale al termine alla presentazione di un certificato di Collaudo Legge n del 5/11/1971 e DM con cementizio normale e precompresso ed Introduceva una impostazione probabilistica per la caratterizzazione dei materiali e regolamentava in maniera unitaria le diverse tecnologie costruttive Normative vigenti in italia Legge quadro Norme sulle azioni Norme per il controllo >1990 Gen Legge n del 5/11/1971 D.M. LL.PP. 16/1/1996 Ordinanza del PCM n Norme Tecniche per le Costruz (aggiornamento DM 2005) D.M. LL.PP. 1/1/1996 CNR del 1988 Eurocodice 3 Norme Tecniche.. (ex. T.U.) e suoi aggiornamenti Eurocodici (recepite in italia EC3) Fino a Giu. 2009(*) Da Mar Fino a Giu. 2009(*) Da Mar metodo semiprobabilistico agli stati limite per il controllo teorico DM. LL. PP. 14/01/2008 Norme Tecniche per le costruzioni Norma unica per le costruzioni in zona sismica e non (*) Per un periodo transitorio di 18 mesi potranno essere utilizzate sia le nuove NTC che la precedente versione o in alternativa i DM 1996 * 17 Il Quadro Normativo Le norme tecniche per costruzioni metalliche Eurocodice 3 18

10 Il Quadro Normativo Le norme tecniche per costruzioni metalliche DM. LL. PP. 14/01/2008 Gazzetta Ufficiale n. 29 del 4 febbraio 2008 N.B. IL DM entra in vigore 30 gg dopo la pubblicazione sulla gazzetta ufficiale CNR UNI Il Quadro Normativo Le norme tecniche per costruzioni metalliche DM. LL. PP. 14/01/

11 Il Quadro Normativo Le norme tecniche per costruzioni metalliche DM. LL. PP. 14/01/ Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio INTRODUZIONE AL CALCOLO DELLE STRUTTURE IN ACCIAIO 22

12 Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio Definizione e classificazione Prestazioni strutturali di una membratura Capacità portante In linea del tutto generale si può affermare che per effetto deii fenomeni di instabilità si verifica erosione della resistenza plastica delle membrature metalliche 23 Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio Le membrature: Resistenza plastica Trazione (N x ) Compressione (N x ) Sollecitazioni semplici Flessione (M y ; M z ) Resistenza Plastica delle membrature Taglio (V z ; V y ) Torsione (T x ) Flessione composta (N-M) Sollecitazioni composte Flessione-Taglio (M-V) 24

13 Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio Definizione e classificazione Classificazione tradizionale Regime di sollecitazione Compressione (carico di punta) Flessione (svergolamento) Pressoflessione Instab. Improvvisa (I specie) Instab. progressiva (II specie) Classificazione dei fenomeni instabili b L Geometria del fenomeno Locale (Lc) Distorsionale (D) Globale (G) Accoppiato (G-Lc) h Confronto tra la () e le dimensioni del profilo: lunghezza del profilo (L) Larghezza (b) altezza (h) 25 Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio Definizione e classificazione Classificazione dei fenomeni instabili Carattristiche min (h, b) << L Cambiamento di forma della sezione con spostamento dei Geometria del fenomeno Locale (L) Distorsionale (D) Globale (G) Accoppiato (G-L) 26

14 Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio Definizione e classificazione Classificazione dei fenomeni instabili Carattristiche min (h, b) << L Cambiamento di forma della sezione con spostamento dei Geometria del fenomeno Locale (L) Distorsionale (D) Globale (G) Accoppiato (G-L) 27 Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio Definizione e classificazione Classificazione dei fenomeni instabili Carattristiche min (h, b) << L Cambiamento di forma della sezione con spostamento dei Geometria del fenomeno Locale (L) Distorsionale (D) Globale (G) Accoppiato (G-L) 28

15 Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio Instabilità globale Instabilità locale 29 Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio CLASSIFICAZIONE DELLE SEZIONI 30

16 Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio 31 Considerazioni Conclusive 32

17 Thank you for your attention