DELL'ACCIAIO INOSSIDABILE

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1 MTERIL La resstenza al fuc DELL'CCIIO INOSSIDBILE Stud agl element fnt e prve spermental LE POTENZILITÀ DEGLI CCII INOSSIDBILI, NELL'IMPIEGO IN PPLICZIONI DOVE W RESISTENZ L FUOCO È UN FTTORE PREDOMINNTE, SONO STTE VERIFICTE EFFETTUNDO PROVE D HOC E PRGONNDO LE LORO PRESTZIO- NI CON QUELLE DEI NORMLI CCII L CRBONIO a c u r d e l C E N T R O I N O X INTRODUZIONE Quand s parla d acca nssdable, nella generaltà de cas vene subt alla mente la sua caratterstca peculare, vale a dre la resstenza alla crrsne. Tuttava la ptenzaltà d quest materale, spece per le sue applcazn future n mlt settr, qual l'edlza, le nfrastntture, trasprt ecc. sta nel cnsderarl nn sl un materale che resste agl ambent crrsv, ma che resce anche a estrnsecare altre prpretà fsc-meccanche, qual, ad esemp, la sua strardnara capactà d assrbre energa che l candda a essere una valda alternatva per la realzzazne d part struttural d aut per cstruzn antssmche. Tra queste peculartà, ma che certamente ha grande mprtanza è la resstenza al fuc. Tutt cnscn, nfatt, l rul che rveste una struttura edle, sa cvle che ndustrale, n cas d carc d ncend. Negl edfc e ne lcal pubblc mlt affllat, dve è necessar prevedere Un de campn dp l test d resstenza al fuc. LMIER GENNIO 2001

2 Fg. 1 Le gemetre d sezn studate (msure n mm Sezne Sezne B un temp suffcente per evacuare le persne e rganzzare effcacemente le ltta alle famme, l'acca nssdable può essere una valda alternatva a materal tradznal. Nelle cstruzn "classche", l'acca al carbn presenta una resstenza al fuc puttst mdesta cu s vva cn rvestment d materal cbent (vernc ntumescent). Per garantre l'nclumtà delle persne, nfatt, è suffcente pc temp dì resstenza n pù, che s traduce n temp d evacuazne pù prlungat, prma che la struttura arrv al cmplet cllass. Senza dmentcare che l'acca nssdable, nn necesstand d prtezn da vernc ntumescent, lmta, n cas d ncend, la prduzne d fum tssc. L'mpeg dell'nx può essere qund raccmandat n tutte le applcazn n cu la scurezza assume prrtara mprtanza: zne d evacuazne e d ntervent de sccrs, sstem d prtezne antfuc, prtezne d cav elettrc e canalzzazn ecc. p P Fg. 2 Schema statc delle trav analzzate (msure n mn). f \ f L M I E R G E N N I O

3 Fg. 3 Trave tp. Fg. 5 Varazne d temperatura nel temp mpsta al mdell / 1 / / J Inltre, laddve la resstenza al fuc è un fattre premante, le elevate prpretà meccanche ad alta temperatura, tpche degl acca nssdabl austentc, l rendn canddat all'mpeg negl element prtant delle strutture (trav, clnne). Nella cnvnzne d queste ptenzaltà degl acca nssdabl, sn state "pensate" delle prve ad hc che ptesser dare un'dea del cmprtament al fuc, sprattutt paragnandl cn quell d un nrmale acca al carbn. La rcerca è stata suddvsa n due part ben dstnte. La prma è rvlta all stud cmparat, basat su mdellstca ed element fnt, relatv al cmprtament d due trav, stt carc, d Fe3B0 e d EN (ISI 304) espste a rscaldament ansterm. L <==> Trave Temp (mn) Frn (ISO 834) Fg. 4 Trave tp B. La secnda parte, nvece, rguarda le vere e prpre prve spermental effettuate press labratr de Vgl del Fuc d Rma. Mlt nteressante è stat cnstatare a buna sntna tra dat ttenut cn l stud agl element fnt e rsultat spermental. LO STUDIO GLI ELEMENTI FINSTI Le gemetre d sezne studate, dentfcate cn e B, sn rprtate n fg. 1. Le due trav, una per gn sezne, sn sllectate secnd l schema d flessne n quattr punt. Sn stat realzzat due mdell (un per cascuna gemetra), n accrd all schema statc d fg. 2. Le trav sn state schematzzate cn element d tp "shell" a quattr nd. Per ragn d smmetra gemetrca e d carc è stata schematzzat sl 1/4 d gn struttura. Sn state applcate le pprtune cndzn al cntrn su pan d smmetra e quelle prpre dell schema d trave n flessne su quattr punt. Nelle fgg. 3 e 4 sn mstrate le defnzn agl element fnt utlzzate per calcl e per una mglre cmprensne è rappresentata metà trave. ll'element è stata mpsta una varazne prgressva d tempratura, a partre da temperatura ambente, secnd una rampa caratterstca, n accrd alla nrmatva ISO CD 834. La stessa nrma stablsce la varazne ncrementale d temperatura dell'element LMIER G E N N I O

4 Fg. Trave tp - s 304. Fg. 7 Trave tp - Fé 30. J Fg. 8 Trave tp B - ISI 304. n funzne d quella stantanea del frn e della gemetra dell'element stess. l mdell è stata mpsta una varazne d temperatura nel temp, secnd la curva d fg. 5. La curva d salta n temperatura dpende pertant dall'ambente, dal tp d materale, dal su fattre d massvtà (rapprt tra la superfce dell'element espst al fuc e l su vlume). Il cmprtament del materale schematzzat è d tp elast-plastc, cn snervament e ncrudment dpendent dalla temperatura. I dat sn stat elabrat a partre dalle curve spermental rcavate cn le prve d tra- Fg. 9 Trave Tp B - Fé 30. zne per l'isi 304 e dalle tabelle dell'eurcde 3 per l'fe30. Il cmprtament del materale è stat valutat n termn d dstrbuzne delle tensn al mment del cllass e d varazne della frecca d nflessne nel temp. Nelle fgg -^9 è mstrata la dstrbuzne delle tensn all'att del cllass. Il crter adttat (nrma BS 47, part 20 e 21) per determnare l'nz del cedment plastc della trave cnsste nel valutarne la velctà d defrmazne. Il passagg da regme elastc (struttura ancra n scurezza) a regme plastc (frmazne d cernere plastche cn cnseguente raggungment L M I E R G E N N I O

5 ~ 700 re % 00 a» E 500 = 400 Temperatura crtca - Trave & 0 ISI 304 (FEM) D Fé 30 (FEM) ISI 304 (spermentale) 300 0,0 0,2 0,4 0, À Fattre d carc 0,8 1,0 Fg. 10 Rapprt spermentale Temperatura/Fattre d carc per la trave. 45 n -30- E, a. E 15- I- _ q Tempc crtc - Trave ,0 0,2 0,4 0, Fattre d carc O ISI 304 (FEM) D Fé 30 (FEM) ISI 304 (spermentale) _~ ~ Fg. 11 Rapprt spermentale Temp/Fattre d carc per la trave D Temperatura crtca - Trave B 200 1[, 0,0 0,2 0,4 0, D ; ; 0 D 0,8 1,0 O ISI 304 (FEM) Fé 30 (FEM) ISI 304 (spermentale) "HI Fattre d carc 1 0,8 1,0 Fg. 12 Rapprt spermentale Temperatura/Fattre d carc per la trave B. d nstabltà strutturale) vene determnat cnfrntand la velctà stantanea d defrmazne della trave (dervata della frecca rspett al temp) cn una velctà, detta d defrmazne crtca. Nel mment n cu la velctà stantanea d defrmazne supera quella crtca, la trave nn può essere pù cnsderata n grad d spprtare l carc. L'ntervall d temp trascrs dall'nz dell'espszne, sn al mment crtc, ndvìdua qund l csddett "temp d resstenza al fuc". In funzne della curva d salta n temperatura, s determna p anche la temperatura crtca del cmpnente. partà d gemetra e d espszne, l temp e la temperatura crtca dpendn, naturalmente, ltre che dalla rspsta del materale, anche dall'enttà del carc applcat. Se defnam "fattre d carc" l rapprt tra l carc applcat e l carc che prta a snervament la trave a temperatura ambente, s ntusce cme quest parametr pssa essere cnsderat per stablre la "severtà" della sllectazne applcata. È pssble, pertant, rcavare, n funzne d quest parametr, l'andament del temp e della temperatura crtc per due materal esamnat (Fe30 e ISI 304). Sn state percò esegute dverse smulazn per due tp d trave ( e B) e per due materal, mpnend carch crescent. I rsultat sn stat p elabrat n accrd alla prcedura BS 47 per ndvduare temperature e temp crtc. I rsultat dell'elabrazne sn rprtat nelle fgg. 10-rl3, dve s sn nsert, ltre a punt determnat per mezz del calcl (FEM), anche punt rappresentatv delle prve prelmnar, n pena scala, esegute press l Centr Stud ed Esperenze de Vgl del Fuc d Rma sull stess tp d trav. S può cnstatare l'ttm accrd ttenut tra prevsne numerca e spermentazne. Da grafc s nta che al crescere del carc, la temperatura crtca s abbassa. Infatt, a una pù elevata tensne applcata deve far rscntr una crrspndente resstenza a snervament che s ttene per temperature LMIER GENNIO 2001

6 45-30 Q. 15 Temp crtc - Trave B ; O ISI 304 (FEM) Fé 30 (FEM) ISI 304 (spermentale) D f 0,0 0,2 0,4 0, 0,8 1,0 Fattre dì carc Dettagl de martnett draulc per l'applcazne del carc durante la preparazne de test press labrtr de Vgl del Fuc d Rma. decrescent. Percò, n crrspndenza d elevat fattr d carc le temperature e temp crtc per due materal, rsultan equvalent; ve sn rcheste tensn d snervament pù elevate, n un ntervall da 100 a 400 C, materal s cmprtan n md mlt smle. Invece, per "fattr d carc" nferr a 0,5 dventa cnsderevle l "vantagg" cnsegut cn l'en (ISI 304). Infatt, temp d resstenza al fuc passan da 10\15 mnut dell'fe 30 a 20^30 mnut dell'en (ISI 304), n un ntervall d temperature che va da 50 a 800 C crca, che è cnsderat quell pù crtc per le strutture metallche sttpste a carc d ncend. Vene qund tercamente quas raddppat l temp a dspszne per pter ntervenre n cas d ncend ed perare, n cndzn d scurezza, sulla struttura. Passam ra a rsultat ttenut dalle prve spermental press labratr de Vgl del Fuc. I CMPIONI Le trav campne sttpste alle prve sn state realzzate per saldatura da lamera n acca nssdable del tp ISI valr nmnal delle msure d tal campn sn rprtat nella tab. 1, untamente a tp d prfl standardzzat pù sml a quell testat. In crrspndenza de punt d applcazne Fg. 13 Rapprt spermentale Temp/Fattre d carc per la trave B. TB. 1 - VLORI NOMINLI DELLE GRNDEZZE CRTTERISTICHE DEI CMPIONI, DOVE: H = LTEZZ TRVE, S = SPESSORE NIM, S, - SPESSORE L SUPERIORE, S 3 : SPESSORE L INFERIORE, B = LRGHEZZ LI, L - LUNGHEZZ TRVE, P = PESOD ELL TRVE n campne Tp d trave Paragnable a IPE 240 Paragnable a IPE 240 Paragnable a HE 200 Paragnable a HE 200 h[mml s [mn] s t [mm] s 2 [mm] b [mml L [mm] P[kNJ ,99 0,99 1,24 1,24 LMIER CENNIO 2001

7 MTERILI Fìg. 14 Rappresentazne schematca de campn n. 1 e 2 e del relatv sstema d psznament per la prva d resstenza al fuc. E 0 7x2 barre flettate d acca 010 cn bullne 7 blcch d cls aerat {gasbetn) 2x4 fazzett d rrgdment C 420 Crdne d saldatura a passata ngla a cmpleta penetrazne Sezne d gla d altezza mnma 3 mm CMPIONE 1 E 2 I! campne 1 è senza tampnatura Fg. 15 Schema rappresentatv del sstema d carc, de sstem d rlevament della curva d ncend, della mappatura termca del campne e dell'nflessne n mezzera nelle prve d resstenza al fuc. X * I *, 1< - xe Termcppa guda del frn del carc e degl appgg sn stat saldat de fazzlett trasversal d rrgdment, mentre sull'estradss sn state saldate sette cppe d barre flettate per l fssagg de blcch d tampnament. Nella fg. 14 è vsble una schematzzazne de campn n. 1 e 2 testat e della mdaltà d psznament nel frn d prva. 'f T Termcppa 1 temperatura acca 1\1, ^c J 12 «8 } 50 11> 10 * B B 90 l'i X3e4 50 f/\trasdutt [ = e y c «14 50 X5e 5 18^ 17> 3 1 a e2 * II : I 1 D D 50 = f*21 «20 E GENERLITÀ SULLE PROVE CONDOHE Sn state cndtte prve d resstenza meccanca a temperatura ambente e d resstenza al fuc cn carc applcat su quattr trav campne dì acca nx ISI 304, secnd la nrma UNI 778 (ISO 834). Sn state nzalmente cndtte due prve d resstenza al fuc su campn n. 2 e 3. f- X22 e Trattands d prfl nn nrmalzzat, dat che gl spessr delle al eran nferr a quell prevst da nrma, s è decs d rdurre, ne test dì resstenza al fuc, l carc d prva per scngurare pssbl fenmen d nstabltà. È stata p effettuata una prva meccanca a temperatura ambente sul campne n. 1, utlzzand l LMIER G E N N I O

8 Campne 2 Increment med d temperatura sulle al e sull'anma Campne 2 ndament nflessne meda a cald Fg. 17 ndament nel temp dell'nflessne n mezzera per l campne n =tmc ala superre 2= Irne anma 3- tmc ala nferre 0 15 X Fg. 1 ndament nel temp della temperatura meda del frn e della temperatura meda dell'anma e delle al del campne n Campne 2 ndament della velctà d nflessne 10 9 r1 7 n = 7,41 mnvrrn = ' S 5- * LE PROVE Le trav campne testate Fg. 18 ndament nel temp della velctà d nflessne n mezzera per l campne n. 2. stess schema statc delle prve precedent al fne d stablre un carc lmte d cmprtament elastc della trave. Le cndzn d carc csì ndvduate sn state utlzzate per l'esecuzne della terza prva n frn sul campne n. 4. Per mtv redaznal nn è certamente pssble rprtare dettagl de test, ma verrann sntetcamente llustrat gl schem e rsultat delle prve cndtte. Nella fg. 15 è rprtat l schema della prva cndtta sul campne n. 2 [schema che verrà rprpst anche per successv test d resstenza al fuc su campn n. 3 e 4). S tenga presente che l carc applcat n LMIER GENNIO

9 MTERILI Fg. 19 Rappresentazne schematca della prva meccanca a temperatura ambente cndtta sul campne n. 1. Trasdutt Trasdutt. 2 Trasdutt. 3 Martnett 1 Dnammetr 1 Martnett 2 Dnammetr Fg. 20 ndament nel temp dell'nflessne n mezzera per l campne n «100 Campne 4 ndament nflessne meda a cald questa prva da gnun de martnett era d 1 kn, mentre la curva d rscaldament è stata quella prevsta dalla UNI 778. ll'ntern del frn sn state applcate tt termcppe (sull schema sn la ) per l cntrll della curva d ncend e altre 15 sul campne, per la mappatura termca dell stess. In fg. 1 sn rprtate le curve d andament nel temp della temperatura meda del frn e dell'ncrement della temperatura meda delle al e dell'anma. Inltre, n crrspndenza della mezzera della trave eran present due trasduttr per l cntrll dell'nflessne e della velctà d nflessne. Prpr d quest due ultm parametr sn rprtate le curve che ne esprmn l'andament n funzne del temp (fgg. 17 e 18). È charamente vsble un ntervall d temp n cu l'nflessne è pressché nulla. Le prve sn state nterrtte nel mment n cu la velctà d nflessne ha superat quella lmte, calclata cn la frmula: V!m = L 2 /(9000xh) dve L è la dstanza tra gl appgg, n mllmetr, e h è l'altezza d calcl del campne n prva. Nella prva sulla trave n. 2 la velctà lmte era d 7,4 mm/mn. Il temp trascrs tra l'nz dell'espszne e l mment d fne prva è l temp d cllass rprtat nella tabella 2. La secnda prva d resstenza al fuc sul campne n. 3, cndtta n manera del tutt smle alla precedente, ma cn carc a martnett d 15,0 kn, ha permess dì rlevare dat smlar n accrd cn quell del campne n. 2, facend regstrare ancra una vlta l stess "arrest" della defrmazne e della velctà d defrmazne. S è passat qund al test meccanc d nflessne a temperatura ambente sul campne n. 1, secnd l schema d fg. 19. LMIER GENNIO 2001

10 TB. 2 - RISSUNTO DEI DTI EMERSI DLLE PROVE DI RESISTENZ L FUOCO CONDOTTE SECONDO UNI n campne Tp d trave Fattre d sezne [m 1 ] Tensne massma N/mm 2 ] Temp d cllass [mn] Carc applcat per martnett (kn] 2 Paragnable a IPE ,3 2, Paragnable a HE ,9 72, Paragnable a HE ,8 13, Dalla prva è emers che l valre lmte del carc tale da nn ndurre fenmen d schema statc adttat, era d 30 kn per cascun martnett.. Tale valre del carc è stat quell adttat per l'ultm test d resstenza al fuc cndtt sul campne n. 4. Nelle fgg. 20 e 21 sn rprtat rsultat d questa prva fnale. ncra una vlta s evdenza un ntervall d temp entr l quale la defrmazne e la relatva velctà hann subt una dmnuzne e p 5- ' _ Campne 4 ndament della velctà d nflessne = 8r89mnVmìn CONSIDERZIONI FINLI 2 4 Da test n pena scala cndtt, s sn rcavat dat puttst nteressant; n partclare sn stat cnfermat rsultat dell stud agl element fnt. Da un prm cnfrnt è pssble, nfatt dedurre quant segue: nel cas d basse sllectazn applcate, equvalent a fattr d carc nferr a 0,3 (prva sul campne n. 2), temp d cllass al fuc dell'acca ISI 304 ttenut ne test spermental, rsultan par a 42 mnut. Tale rsultat vene penamente cnfermat dal mdell d calcl FEM. Inltre, l temp crtc prevst tramte mdell FEM per l'fe30, rsulta sgnfcatvamente nferre (11 mnut) rspett a quell dell'he 200 n ISI 304 (17 mnut). Per fattr d carc pù elevat, prssm a 0,5 (cme nel cas del test esegut sul campne n. 3), l temp d cllass al fuc s rduce n manera sgnfcatva per la trave HE 200 n acca nx ISI 304, scendend a 24 mnut V Fg. 21 ndament nel temp della velctà d nflessne n mezzera per l campne n. 4. Dal cnfrnt cn rsultat rcavat dall'anals FEM s nta che l vantagg s rduce, n quant l stess tp d trave n Fé 30 mstra temp crtc cmpres tra 10 e 14 mnut. Nella tabella 2 sn rassunt alcun dat salent delle tre prve d resstenza al fuc. La presente rcerca è stata cndtta da cca Specal Tern e da CSM (Centr Svlupp Materal). rtcl tratt da "Inssdable " LMIER GENNIO 2001