VANTAGGI riciclabilità del materiale rapidità di esecuzione delle strutture la capacità dissipativa e la duttilità e molti altri...

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1 VANTAGGI riciclabilità del materiale rapidità di esecuzione delle strutture la capacità dissipativa e la duttilità e molti altri... M [knm] TSW-BCC % -5% -1000% 5% 10% WW-BCC8 d/h

2 SVANTAGGI trattamenti delle superfici resistenza al fuoco la scarsa cultura in Italia Strength at Higher Temperature Strength at Room Temperature 1.0 Light Weight 0.8 Concrete 0.6 Steel Normal 0.4 Weight Concrete oc o F oc

3 Houston: First City National Bank Building 6 piani Daley Center Building (31 piani)

4 CBF a K sui lati angolo a 45 (St.Louis Missouri) British Columbia Bldg. for EXPO 86 (Vancouver)

5 WTC Towers New York

6 MATERIALI E PRODOTTI Gliacciaialcarboniosonolegheferro carbonio con percentuale di carbonio inferiore al 2%. Acciai da carpenteria contenuto di carbonio0.17% 0.22% prove di qualificazione eseguite su: Provette di forma e dimensioni unificate Elementi strutturali o parti di elementi

7 MATERIALI E PRODOTTI Principali proprietà: Tensione di rottura a trazione Tensione di snervamento Resilienza Allungamento percentuale a rottura

8 MATERIALI E PRODOTTI PROVA DI TRAZIONE Si esegue su provini di dimensioni normalizzate ricavati da profilati o lamiere. Fase 1. andamento lineare Fase 2. snervamento Fase 3. incrudimento e strizione Fase 4. tratto discendente* Da questa prova si ricava: la tensione di snervamento e di rottura, il modulo di elasticità, l allungamento a rottura e la contrazione trasversale.

9 MATERIALI E PRODOTTI PROVA DI DUREZZA E una misura della resistenza opposta alla penetrazione di un altro corpo. Consiste nella misura del diametro dell impronta di penetrazione lasciata sul provino da una sfera di acciaio sottoposta ad un carico F per un determinato intervallo di tempo. La prova viene effettuata con apparecchi diversi (Brinell, Vichers, Rockwell) che si differenziano tra di loro per la forma del penetratore. La durezza Brinell è data da:

10 PROVA DI PIEGAMENTO PROGETTAZIONE DELLE STRUTTURE METALLICHE MATERIALI E PRODOTTI E una prova di flessione in campo plastico. Consiste nell inflettere il provino in modo tale da realizzare una cerniera plastica e farla ruotare fino a che la parte di destra e quella di sinistra raggiungano un angolo prefissato. Non si devono avere né screpolature né cricche. Essa consente di accertare l attitudine del materiale a sopportare grandi deformazioni a freddo senza rompersi. La prova di piegamento fornisce inoltre, come anche quella di allungamento a rottura, indicazioni sulla duttilità del materiale.

11 MATERIALI E PRODOTTI PROVA D URTO E necessaria per scongiurare fenomeni fragili sotto determinate condizioni (stati pluriassiali, basse temperature, urti). Gli acciai devono possedere una buona tenacità che viene misurata tramite la resilienza, ovvero il rapporto tra l energia di rottura e l area del provino. Prova con il pendolo di Charpy

12 MATERIALI E PRODOTTI PROVA D URTO La prova di resilienza mette in evidenza la resistenza alla rottura fragile (resilienza) degli acciai. Il pendolo, lasciato cadere da un altezza h0, rompe il provino e risale dal lato opposto ad un altezza h. La quantità h0 h è proporzionale all energia di rottura della provetta; essa, rapportata all area di rottura, fornisce il valore della resilienza. Il grafico resilienza temperatura che si ottiene da queste prove permette di individuare la temperatura di transizione intesa come quella temperatura al di sotto della quale vi è un brusco decadimento della resilienza.

13 MATERIALI E PRODOTTI PROVA DI FATICA Si può avere rottura del campione sotto un certo numero di cicli di carico e scarico tali da non causare livelli di tensione preoccupanti in campo statico. Mette in evidenza la riduzione, rispetto al valore originario, della resistenza meccanica a seguito di cicli di sollecitazioni di intensità oscillante nel tempo.

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15 MATERIALI E PRODOTTI sono anche funzione della sezione!!

16 MATERIALI E PRODOTTI Tensioni residue si formano a causa del processo di raffreddamento Le parti esterne dell ala e quella centrale dell anima si raffreddano più rapidamente e tendono quindi ad accorciarsi in misura maggiore rispetto ai punti di intersezione ala anima. Questo tende a generare tensioni di trazione all estremo delle ali e compressione all intersezione ala anima (b) che però si smorzano (c) grazie alle deformazioni viscose delle parti più calde, non ancora ben solidificate. Il successivo raffreddamento dei punti di intersezione ala anima, quando il resto del profilo è ormai raffreddato e quindi solidificato, genera trazione all attacco ala anima e compressione agli estremi delle ali e al centro dell anima (d) e questo stato tensionale autoequilibrato rimane presente nel profilato.

17 MATERIALI E PRODOTTI I prodotti industriali in acciaio si dividono in due categorie: a. Laminati a caldo (profilati, barre, piatti, lamiere e profilati cavi). b. Lamiere grecate e profilati formati a freddo I primi sono di uso generale, mentre i secondi possono essere utilizzati nelle costruzioni correnti evitando quelle zone in cui i carichi possono dar luogo a deformazioni locali.

18 MATERIALI E PRODOTTI Acciai laminati a caldo prodotti in: 1) Profilati 2) Barre 3) Larghi piatti 4) Lamiere 5) Profili cavi Tra i profilati più utilizzati negli edifici: 1) Profilati a doppio T ad ali larghe, serie leggera (HEA) 2) Profilati a doppio T ad ali larghe, serie normale (HEB) 3) Profilati a doppio T ad ali larghe, serie pesante (HEM) 4) Profilati a doppio T ad ali strette e rastremate (IPN) 5) Profilati a doppio T ad ali medie e parallele (IPE)

19 MATERIALI E PRODOTTI Dimensioni sezione Area peso Momenti di inerzia Moduli di resistenza Raggi giratori Utili per il dimensionamento e la verifica delle membrature

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22 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE NORMATIVE: NTC08 Eurocodice 3 VERIFICHE AGLI STATI LIMITE ULTIMI Resistenza di calcolo La resistenza di calcolo delle membrature R d si pone nella forma: Rd R k è il valore caratteristico della resistenza M è il fattore parziale globale relativo al modello di resistenza adottato. R k M

23 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE NORMATIVE: NTC08 Eurocodice 3 VERIFICHE AGLI STATI LIMITE ULTIMI: TRAZIONE S d R d N t,rd = min a) la resistenza plastica della sezione lorda, A b) la resistenza a rottura della sezione netta, A net, in corrispondenza dei fori per i collegamenti

24 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE NORMATIVE: NTC08 Eurocodice 3 VERIFICHE AGLI STATI LIMITE ULTIMI: TRAZIONE Sforzo normale di trazione: N sd =450 kn 100 mm 26 Classe di acciaio: S235 (t<40mm) fyk=235mpa ftk=360 MPa mm 100 mm Verificare la sezione: N t,rd =?

25 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE NORMATIVE: NTC08 Eurocodice 3 VERIFICHE AGLI STATI LIMITE ULTIMI: TRAZIONE 100 mm 100 mm mm kn A=2 [(100 6) +(100 6) 6]=2328 mmq M0 =1.05 f yk =235 MPa 523 kn Anet=A 2 (26 6)=2016 mmq M2 =1.25 f tk =360 MPa N t,rd =521 kn > Nsd

26 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE ASTE COMPRESSE: STABILITA Il materiale : elevato rapporto resistenza / peso Strutture più leggere caratterizzate da membrature snelle Problemi di stabilità Le verifiche nei confronti della stabilità divengono condizionanti rispetto alle verifiche di resistenza

27 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE ASTE COMPRESSE: STABILITA P P y f Carico critico «Euleriano» Asta rettilinea Materiale omogeneo e isotropo Carico assiale Assenza di forze laterali Vincoli perfetti (assenza di attrito) Equilibrio nella configurazione perturbata Momento esterno: M e =P y Momento interno: Mi M e <M i : equilibrio stabile M e >M i : equilibrio instabile Esiste un particolare valore di P, indicato con P cr, per il quale si verifica in ogni sezione e per qualunque configurazione deformata : Me=Mi, equilibrio indifferente

28 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE ASTE COMPRESSE: STABILITA P P y f Condizione di equilibrio indifferente: Me=Mi E I y'' M E I y'' P y y 2 '' y 0 2 P E I y C sin x C cos x 1 2

29 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE ASTE COMPRESSE: STABILITA P P y C sin x C cos x 1 2 y f Condizioni al contorno x 0 y 0 C 0 2 Il valore massimo di y si attinge per x=l/2 ed è pari ad f. Inoltre, tale condizione si ha quando: L L sin x 1 sin( ) 1 n avendo considerato n=1 2 Segue dunque che: C 1 =f y f sin x L

30 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE ASTE COMPRESSE: STABILITA P P y f L 2 P E I P cr 2 E I 2 L Carico critico euleriano considerando quelle specifiche condizioni di vincolo. L espressione può essere adattata ad altre condizioni di vincolo sostituendo al posto di L la lunghezza libera di inflessione L 0 (distanza tra due flessi consecutivi della linea elastica)

31 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE ASTE COMPRESSE: STABILITA Asta ideale: 2 2 P EI / L cr, E 0 P 2 cr, E cr, E 2 cr A E L 0 min snellezza Non è più valida la formula di Eulero f y L acciaio non ha un comportamento indefinitamente elastico lineare y

32 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE ASTE COMPRESSE: STABILITA Formulazioni dedotte sulla base della sperimentazione

33 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE ASTE COMPRESSE: STABILITA Ulteriori aspetti che influenzano la stabilità nel caso di aste reali sono legati alle imperfezioni: Imperfezioni geometriche Imperfezioni meccaniche

34 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE ASTE COMPRESSE: STABILITA Curve di stabilità previste dalle normative

35 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE ASTE COMPRESSE: STABILITA APPROCCIO DELLE NORMATIVE A fyk N dove : y cr, E E f y y

36 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE ASTE COMPRESSE: resistenza Prevale rispetto alla verifica di resistenza a compressione

37 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE ASTE INFLESSE: resistenza Flessione monoassiale retta

38 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE ASTE INFLESSE: resistenza ANALISI ELASTICA DELLA SEZIONE M M W x x W e y el W el = BH 6 2 ANALISI ELASTO PLASTICA DELLA SEZIONE M W u y pl W pl = BH 4 2

39 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DELLE MEBRATURE ASTE SOGGETTE A TAGLIO: resistenza Resistenza di calcolo a taglio in assenza di torsione Contributo preponderante della zona d anima