Prof. Ing. Felice Carlo Ponzo. PDF Lezioni sul sito: www2.unibas.it/ponzo

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1 PDF Lezioni sul sito: www2.unibas.it/ponzo

2 IL MATERIALE: Forme e Tipi Lamierini Lamiere sottili Lamiere medie Lamiere spesse Lamiere: (< 1 mm) (1 4 mm) (4 50 mm) ( > 50 mm) Profilati laminati a caldo: IPN HEA, HEB, HEM Profili a: ( C, T, Z, L) Tubi o profilati cavi (tondi, quadrati, rettangolari) Profilati Saldati a doppio T Sagomati a freddo

3 IL MATERIALE: Forme e Tipi Profili laminati a caldo

4 IL MATERIALE: Forme e Tipi Profili saldati a doppio T Ottenuti da lamiere a caldo saldando direttamente due piatti all anima Si può ottimizzare lo sfruttamento dei materiali differenziando le caratteristiche dell acciaio dell anima e delle ali (travi ibride).

5 IL MATERIALE: Forme e Tipi Travi chiodate I profili saldati hanno sostituito le travi chiodate

6 IL MATERIALE: Forme e Tipi Profili Sottili Lamiere Grecate, ondulate, etc. Sagomati a freddo Da laminati a caldo Da laminati a freddo VANTAGGI: sagomario più ampio, massimo sfruttamento della resistenza, massima leggerezza. SVANTAGGI: fenomeni di instabilità locale, pericoli connessi alla corrosione.

7 LE IMPERFEZIONI STRUTTURALI 1: Presenza di tensioni residue 2: Disomogenea distribuzione delle caratteristiche meccaniche Prodotte dai processi tecnologici di tipo: TERMICO: raffreddamento, saldatura, taglio alla fiamma. MECCANICO: laminazione a freddo, raddrizzamento Le tensioni residue sono di natura elastica ed autoequilibrate Valutazioni della capacità portante basate sull asta industriale e non più su quella ideale

8 LE IMPERFEZIONI STRUTTURALI Profili laminati a caldo Prodotte dal raffreddamento successivo alla laminazione (da 600 C a temp. Amb.) Le parti più esposte si raffreddano più rapidamente (estremità delle ali, centro dell anima). Al termine del raffreddamento: le zone raffreddate per prime risultano compresse, quelle raffreddate per ultime risultano tese.

9 LE IMPERFEZIONI STRUTTURALI Profili laminati a caldo Analogo processo di formazione può aversi per qualsiasi elemento metallico che si raffredda, anche se a sezione compatta. L entità delle tensioni residue dipende dai legami tensioni-deformazioni del materiale al variare della temperatura, nonché dal grado di disuniformità delle deformazioni connesso alla distribuzione della temperatura nella sezione trasversale.

10 LE IMPERFEZIONI STRUTTURALI Distribuzione delle tensioni residue Profilati laminati a caldo Per i profili a doppio T dipende dai rapporti: h/b; t f /h; t f /b; t w /h; t w /b È influenzata dalle condizioni di raffreddamento e dal tipo di raddrizzamento (diverso da paese a paese). La presenza di tensioni residue di compressione alle estremità delle ali è sfavorevole nei riguardi dell instabilità.

11 LE IMPERFEZIONI STRUTTURALI Profili laminati a caldo Azione di livellamento delle tensioni residue prodotto dal raddrizzamento

12 LE IMPERFEZIONI STRUTTURALI Distribuzione delle tensioni residue Lamiere Distribuzione parabolica Poiché deve essere equilibrata s rc = 2 s rt l entità di tali tensioni dipende da: -Rapporto fra larghezza e spessore (b/t); - Rapporta fra area e perimetro ( r ef = 2A/u) TAGLIO ALLA FIAMMA s rt = f y Taglio su un solo lato Taglio su entrambi i lati

13 LE IMPERFEZIONI STRUTTURALI Tensione di snervamento f y ; Tensione di rottura f t ; Allungamento a rottura e t ; Resilienza KV; Durezza HV. Caratteristiche meccaniche Si nota resilienza ed allungamenti più bassi dove resistenza e durezza sono più elevati. La f y nelle ali è più bassa rispetto a quella nell anima

14 LE IMPERFEZIONI STRUTTURALI Caratteristiche meccaniche Esame Micrografico Situazione ottimale Bande di laminazione Spessori maggiori Grana più grossa F y minore

15 LE IMPERFEZIONI STRUTTURALI Profili formati a freddo Tensioni residue variabili lungo lo spessore di importanza trascurabile, come effetto globale, influente sull imbozzamento delle singole parti. Lo strato superficiale tende ad allungarsi ed è contrastato dalla parte centrale. Lo strato superficiale risulta quindi compresso

16 LE IMPERFEZIONI STRUTTURALI Profili formati a freddo Variabilità delle caratteristiche meccaniche per effetto dell incrudimento nelle piegature Innalzamento del limite elastico tanto maggiore quanto maggiore è il rapporto t/r dove: t = spessore r = raggio di curvatura

17 LE IMPERFEZIONI STRUTTURALI Profili Saldati Le tensioni residue dipendono da: -Modalità di saldatura, -Sezione del cordone, -Spessori e geometria Trazione in vicinanza del cordone (dell ordine di fy) Compressione altrove

18 LE IMPERFEZIONI GEOMETRICHE TRASVERSALI LONGITUDINALI Sezione retta (spessori, dimensioni, ortog. Asse della membratura, eccentr. carico IMPERFEZIONI TRASVERSALI ALI ANIMA Dimensioni Statistica su 5000 profilati a I laminati secondo euronorme Tendenza delle ali ad essere più sottili e dell anima ad essere più spessa dei valori nominali

19 LE IMPERFEZIONI GEOMETRICHE IMPERFEZIONI LONGITUDINALI I difetti geometrici, quali errori di verticalità, errori di rettilineità, disallineamenti, eccentricità accidentali dei giunti, possono essere considerati introducendo imperfezioni geometriche equivalenti globali o locali. 2 3 h 2 h 1 Per telai sensibili alle azioni orizzontali, indicata con h l altezza totale del telaio, l imperfezione globale, in termini di errore di verticalità, può essere assunta pari a: h m 0 Dove Ф 0 è il difetto di verticalità, Ф 0 = h/200, e α h e α m sono due coefficienti riduttivi. Con m numero di pilastri di una stilata. m m

20 LE IMPERFEZIONI GEOMETRICHE IMPERFEZIONI LONGITUDINALI Le imperfezioni del sistema, o globali, possono essere imputabili alla non perfetta verticalità delle colonne ed orizzontalità delle travi, diverse posizioni dei vincoli rispetto al progetto. La non verticalità delle colonne nei telai a nodi mobili viene portata in conto mediante forze orizzontali addizionali F h N Ed

21 LE IMPERFEZIONI GEOMETRICHE IMPERFEZIONI LONGITUDINALI Il difetto di curvatura iniziale viene tenuto in conto riferendosi ad un sistema di forze orizzontali equivalenti. Definita la quantità e 0, intesa come massimo scostamento rispetto alla configurazione iniziale indeformata, è possibile ricondursi ad un sistema di forze statiche uniformemente distribuite q. Secondo le NTC, gli effetti delle imperfezioni di centinatura possono essere trascurate quando sul sistema strutturale agiscono forze orizzontali di notevole entità.

22 PROVE MECCANICHE Prova Completa di Trazione Acciai da extra-dolci a semiduri Forme tipiche dei provini (UNI EN ISO ). Acciai da extra-duri

23 PROVE MECCANICHE Prova Completa di Trazione Modulo elastico E = N/mm 2 Allungamento a rottura: % per acciai comuni % per acciai ad alto limite snerv. Fenomeno della strizione: riduzione apparente della resistenza, che invece cresce fino alla rottura.

24 PROVE MECCANICHE Prova Completa di Trazione Influenza della temperatura

25 PROVE MECCANICHE Prova Compressione Globale (Stub Column Test) Dimensioni tronchi di profilati 20 i min 5 h L 2 h +250 mm 3 h I risultati includono gli effetti delle imperfezioni strutturali (tensioni residue, caratteristiche disomogenee). Tensione limite più bassa per i singoli provini

26 PROVE MECCANICHE Prova di Resilienza Si effettua con il pendolo di CHARPY con un provino predisposto con tagli unificati. L indice di resilienza è pari a: energia di rottura/area di rottura J/cm 2 T* temperatura di transizione, al di sotto la resilienza assume valori inammissibili. T* può arrivare fino a -35 C (C, Mu) e a -70 C. I valori della resilienza dipendono dalla forma dell intaglio Per gli acciai comuni al carbonio su provini con A=0,8 cm 2 intaglio KV deve essere garantita una resilienza pari a: 27J a 20 C (grado B), 0 C (grado C), - 20 C (grado D)

27 PROVE MECCANICHE Prova di Fatica Prova di rotazione a carico verticale costante -La rottura a fatica si verifica per tensioni inferiori alla rottura statica; -Il numero di cicli cresce al diminuire di D s ; -La tensione può oscillare indefinitamente tra 0 e s originaria ; -La tensione può oscillare indefinitamente tra s e +s dove s< s originaria

28 PROVE MECCANICHE Prove di determinazione delle tensioni residue Metodi distruttivi e non distruttivi METODI DISTRUTTIVI Dalle deformazioni o dagli spostamenti degli elementi sezionati si risale allo stato tensionale (legge di Hooke).

29 PROVE MECCANICHE Prove di determinazione delle tensioni residue Metodi distruttivi e non distruttivi METODI NON DISTRUTTIVI - Metodo dei raggi X: il quale utilizza gli spazi interatomici come base di misura delle deformazioni e ne collega le variazioni allo stato tensionale residuo. - Hole Drilling : misura delle deformazioni liberate a seguito dell esecuzione di piccoli fori (f 8mm) in un numero opportuno di punti (metodo semi-distruttivo)

30 GLI ACCIAI DA CARPENTERIA