PROVE DI QUALIFICAZIONE PER GLI ACCIAI DA CARPENTERIA

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1 CORSO DI SPERIMENTAZIONE, COLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI Facoltà di Architettura Università degli Studi di Napoli Federico II PROVE DI QUALIFICAZIONE PER GLI ACCIAI DA CARPENTERIA Prof. Ing. R. Landolfo Anno Accademico IL MATERIALE CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI METALLICI LEGHE FERROSE Fe La Ghisa C > 2% Gli Acciai C < 2% Acciai da Carpenteria Acciai da Cemento Armato LEGHE NON FERROSE Cu,.. Al Leghe Pesanti: Bronzo (Sn 16%) Ottone (Zn 45%) Leghe Leggere SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 1

2 CENNI STORICI SULLE LEGHE FERROSE LA GHISA DEFINIZIONE E una lega Fe-C (con C>2%) Riduzione degli ossidi di ferro in Altoforno VANTAGGI Resistenza alla corrosione superficiale Colabile APPLICAZIONE Dalla fine del XVIII SVANTAGGI Fragilità Eteroresistente Resist. a comp. > Resist. a Trazione. Alla fine del XIX SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 2 CENNI STORICI SULLE LEGHE FERROSE ESEMPI DI COSTRUZIONI IN GHISA E. Labrouste: Biblioteca Imperiale di Parigi G.Eiffel, M. Koechlin: La torre Eiffel Esposizione universale di Parigi 1889 SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 3

3 CENNI STORICI SULLE LEGHE FERROSE DALLA GHISA ALL ACCIAIO NASCITA dell ACCIAIO Nel 1855 ad opera di Bessmer l affinazione della Ghisa Ecole du Sacré-Coeur, Parigi 1895, Hector Guimard PRIMI ESEMPI DI STRUTTURE IN ACCIAIO SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 4 CENNI STORICI SULLE LEGHE FERROSE DALLA GHISA ALL ACCIAIO NASCITA dell ACCIAIO Nel 1855 ad opera di Bessmer l affinazione della Ghisa Tacoma Building, 1887, Chicago PRIMI ESEMPI DI STRUTTURE IN ACCIAIO SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 4

4 APPLICAZIONI COPERTURE Malpensa 2000 SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 5 APPLICAZIONI PONTI Akashi Kaikyo, Giappone: Campata centrale 1991 m - lunghezza complessiva 3991 m SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 5

5 APPLICAZIONI EDIFICI ALTI Jin Mao Building, Shanghai, 421 m SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 5 LE MEMBRATURE LAMINATI A CALDO SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 6

6 LE MEMBRATURE FORMATI A FREDDO Profilati Lamiere Grecate SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 7 IL MATERIALE PREROGATIVE DELL ACCIAIO VANTAGGI SVANTAGGI Elevata resistenza Sensibilità nei riguardi del fuoco Ridotto peso Sensibilità agli agenti atmosferici Buona duttilità e malleabilità Deformabilità Riciclabile SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 8

7 CLASSIFICAZIONE ED USO DEGLI ACCIAI DA COSTRUZIONE ACCIAI DA CARPENTERIA TIPI Acciai Dolci o Non Legati Strutturali C < 0.2% Fe360 Fe430 Fe510 S235 S275 S355 Acciai Microlegati Ad alto limite elastico C < 0.2% Trattamenti termici + (V), (Mo), (Nb), (B), (Si) Acciai Bassolegati Autopassivanti C < 0.2% (Cr), (Ni), (Mn) < 5% Acciai Legati Inossidabili (Cr), (Ni) > 5% SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 9 QUALIFICAZIONE DEGLI ACCIAI DA COSTRUZIONE PROVE DI QUALIFICAZIONE (Allegato 8 del D.M. Min. LL.PP. 9 Gennaio 1996) OBIETTIVI TIPI DI PROVE Idoneità del processo produttivo Garantire, su basi statistiche, la qualità dei prodotti Determinazione delle proprietà meccaniche Prove a Trazione (EN Parte I) Prove di Resilienza Analisi Chimiche statiche urto Valori Caratteristici frattile inferiore del 5% f k = f m (1 - k δ) SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 10

8 PROVE A TRAZIONE PROVA A TRAZIONE SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 11 PROVE A TRAZIONE GEOMETRIA PROVINI PROVETTE PROPORZIONALI Esempi di Provette P. PROVETTE NON PROPORZIONALI Esempi di Provette N.P. SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 12

9 PROVE A TRAZIONE ESTRAZIONE PROVINI Macchina di Preparazione Provini SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 13 PROVE A TRAZIONE ESTRAZIONE PROVINI SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 13

10 PROVE A TRAZIONE MACCHINA DI PROVA Norma di Riferimento (EN Parte I) Macchina di Prova della Galdabini (Sun 10) SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 14 PROVE A TRAZIONE MACCHINA DI PROVA Norma di Riferimento (EN Parte I) Macchina Macchina di Prova di Prova Manuale della del Galdabini Laboratorio (Sun della British Steel 10) SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 14

11 PROVE A TRAZIONE MACCHINA DI PROVA Norma di Riferimento (EN Parte I) Macchina di Prova Automatizzata del Laboratorio della British Steel SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 14 PROVE A TRAZIONE LA PROVA SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 15

12 PROVE A TRAZIONE LA PROVA SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 15 PROVE A TRAZIONE LA PROVA SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 15

13 PROVE A TRAZIONE LA PROVA a) b) Meccanismo di Collasso a livello (a) macroscopico e microscopico (b) SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 15 PROVE A TRAZIONE LA PROVA Confronto tra i provini prima e dopo la rottura (B.S.) SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 15

14 PROVE A TRAZIONE LA PROVA Confronto tra i provini prima e dopo la rottura (B.S.) SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 15 PROVE A TRAZIONE INTERPRETAZIONE DELLA PROVA PARAMETRI DI BASE RISPOSTA REALE E NOMINALE Legge σ-ε Nominali o Ingegneristici Tensione F σ = S 0 Deformaz l l0 ε = l 0 S 0 F l Reali σ = F r S ε = r l1 l0 dl l SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 16

15 PROVE A TRAZIONE PARAMETRI MECCANICI PARAMETRI RISPOSTA ACCIAI DOLCI Resistenza allo snervamento f y ; Resistenza a rottura f t o f u ; σ (N/mm 2 ) f t Fase Plastica Fase Incrudente Modulo di elasticità normale E; f y sup Allungamento percentuale a rottura ε t ; f y Strizione percentuale a rottura S. E=tan(α) ε e ε u ε t ε (%) SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 17 PROVE A TRAZIONE PARAMETRI MECCANICI PARAMETRI RISPOSTA ACCIAI DURI Resistenza convenzionale allo 0.2% f 0.2 ; Resistenza a rottura f t o f u ; Modulo di elasticità normale E; Allungamento percentuale a rottura ε t ; σ (N/mm 2 ) f % ε t ε (%) SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 17

16 PROVE A TRAZIONE CONFRONTI TRA DIVERSI MATERIALI METALLICI ACCIAI DA CARPENTERIA SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 18 PROVE A TRAZIONE CONFRONTI TRA DIVERSI MATERIALI METALLICI ACCIAI DA CEMENTO ARMATO SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 18

17 PROVE A TRAZIONE VALORI DI RIFERIMENTO DELLE PROPRIETA MECCANICHE PROPR. f y (N/mm 2 ) E (N/mm 2 ) ε t A (%) γ (KN / m 3 ) α ( C -1 ) FeB22k PRINCIPALI PROPRIETA MECCANICHE MISURATE DA PROVE A TRAZIONE ACCIAI DA C.A. FeB32k 315 f t f u (N/mm 2 ) f t / f y FeB38k Feb44k ACCIAI DA CARPENTERIA S235 Fe S275 Fe S355 Fe N.B. 1N 0.1Kg f ; 1N/mm 2 =1MPa 10 Kg f /cm 2 SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 19 PROVE DI RESILIENZA PROVA DI RESILIENZA SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 20

18 PROVE DI RESILIENZA MACCHINA DI PROVA Schema Macchina di Prova (Pendolo di Charpy) SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 21 PROVE DI RESILIENZA MACCHINA DI PROVA Macchina di Prova della British Steel SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 21

19 PROVE DI RESILIENZA GEOMETRIA PROVINI Macchina per la preparazione dei provini (British Steel) SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 22 PROVE DI RESILIENZA GEOMETRIA PROVINI Pezzo e Provini ricavati (British Steel) SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 22

20 PROVE DI RESILIENZA GEOMETRIA PROVINI SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 22 PROVE DI RESILIENZA LA PROVA Posizionamento Provino SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 23

21 PROVE DI RESILIENZA LA PROVA Provino prima e dopo la prova SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 23 PROVE DI RESILIENZA VALORI DI RIFERIMENTO PROPRIETA MECCANICHE DEGLI ACCIAI DA CARPENTERIA MISURATI DA PROVE DI RESILIENZA PROP Grado Livello Saldabilità Temp. ( C) S235 Fe360 S275 Fe430 S355 Fe510 B Resilienza KV C D DD SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 24

22 PROVE DI RESILIENZA INTERPRETAZIONE DELLA PROVA PARAMETRI RISPOSTA AL VARIARE DELLA TEMPERATURA Lavoro Speso Durante la Prova (J) E = 0 0 E E = W ( H H ) Resilienza KV (J/cm 2 ) R = E A 0 SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 25 PROVE DI RESILIENZA INTERPRETAZIONE DELLA PROVA PARAMETRI RISPOSTA AL VARIARE DELLA TEMPERATURA Lavoro Speso Durante la Prova (J) E = 0 0 E E = W ( H H ) Resilienza KV (J/cm 2 ) R = E A 0 Influenza della Temperatura Sulla resilienza KV SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 25

23 ANALISI CHIMICHE ANALISI CHIMICHE LIMITI DI COMPOSIZIONE CHIMICA DEI PRINCIPALI ACCIAI DA CARPENTERIA Grado Carbon. C (%) Mangan. Mn (%) Silicio Si (%) Fosforo P (%) Zolfo F (%) S235 S275 B C D B S355 C D SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 26 IL MODELLO MECCANICO IL MODELLO MECCANICO σ (N/mm 2 ) f y,d σ amm E=tan(α) ε e ε (%) SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 27

24 IL MODELLO MECCANICO IL MODELLO MECCANICO σ f y σ f y Arctg (E 1 ) Arctg (E) Arctg (E) ε ε a) b) Modelli di materiale impiegati per gli acciai da costruzione SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 27 IL CERTIFICATO IL CERTIFICATO SPERIMENTAZIONE, OLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI 28