LABORATORIO DI COSTRUZIONE DELL ARCHITETTURA II

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1 UNIVERSITA DI FERRARA DIPARTIMENTO DI ARCHITETTURA LABORATORIO DI COSTRUZIONE DELL ARCHITETTURA II CORSO DI PROGETTO DI STRUTTURE Anno Accademico

2 Questo file raccoglie alcune indicazioni e slides per un approccio ai temi della progettazione delle strutture in acciaio. Il materiale qui proposto è stato presentato in occasione della lezione sulle strutture in acciaio e proviene da libri, files e informazioni disponibili nella rete web, già raccolti e ordinati da altri ricercatori, ditte produttrici, amministrazioni, etc. alle quali deve essere riconosciuta la relativa proprietà intellettuale. Tuttavia, gli strumenti di ricerca a disposizione di ogni studente (biblioteche, internet, manuali, etc.) inducono facilmente a comprendere che questa presentazione non può essere intesa come esaustiva del tema complesso della progettazione e che le informazioni e gli input qui proposti sono solo un dato di partenza per un approfondimento che gli studenti sono invitati a compiere autonomamente.

3 STRUTTURE EQUILIBRIO RESISTENZA DEFORMABILITA Fattori naturali Fattori culturali e naturali Fattori culturali e sociali

4 ELEMENTI CHE INFLUISCONO SULL EVOLUZIONE DELLE COSTRUZIONI Elementi di carattere sociale: Sviluppo demografico; Flussi migratori; Espansione della città; Divisione del lavoro (nella transizione dal saper fare alla specializzazione tecnica); Nuove funzioni pubbliche; Nascita dell economia capitalistica e attribuzione del valore di investimento agli immobili; Esigenze sociali ed economiche di tipo diverso. Elementi di carattere tecnico e scientifico: Approfondimenti nello studio dei materiali; Disponibilità di mezzi di produzione standardizzata di materiali ed elementi strutturali; Miglioramento delle attrezzature di cantiere; Laboratori e macchine di prova dei materiali; Nuove tipologie edilizie; Comparsa (fine ottocento) dei regolamenti tecnici; Diffusione delle conoscenza.

5 La rivoluzione industriale incide in modo determinante sullo sviluppo delle costruzioni e delle teorie scientifiche. La disponibilità di materiali nuovi (il ferro e la ghisa), le esigenze sociali, lo sviluppo economico ed industriale introducono alla moderna scienza delle costruzioni e alle nuove tecniche costruttive.

6 Boulton e Watt, Filanda a Salford (Manchester),

7 Biblioteca Nazionale, Parigi

8 LA PRODUZIONE DELL ACCIAIO

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18 Dalla LAMINAZIONE si ottengono due tipi di laminati: - piastre, con spessore compreso tra 6 mm e 300 mm (a seconda del tipo di utilizzo finale); - fogli o lamiere con spessore inferiore a 6 mm (utilizzati soprattutto nel campo automobilistico e aerospaziale). Inizialmente la laminazione è effettuata ad elevate temperature (hot rolling). Durante questo processo, la microstruttura fragile e porosa del materiale si modifica in una struttura con dimensione dei grani più fine e con proprietà meccaniche migliori come resistenza e durezza. In seguito, si effettua una laminazione a temperatura ambiente (cold rolling) attraverso la quale il prodotto assume resistenza e durezza più elevate e una migliore finitura superficiale. Quest ultimo processo richiede una quantità maggiore di energia (la resistenza del materiale è ovviamente più elevata a temperatura ambiente) e conduce ad un prodotto con proprietà di anisotropia (dovute alla disposizione deformata artificialmente dei grani che compongono il materiale).

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21 FORGIATURA STAMPO APERTO (OPEN DIE) STAMPO CHIUSO (CLOSED DIE)

22 FORGIATURA a stampo chiuso

23 ESTRUSIONE

24 TIPI DI ACCIAIO

25 Il carbonio condiziona la resistenza e la duttilità: Quando aumenta il carbonio, la resistenza cresce e la duttilità diminuisce. I più comuni acciai per carpenteria metallica hanno un contenuto in carbonio molto basso e sono quindi estremamente duttili. Una caratteristica importante è anche la tenacità dell acciaio, cioè la sua capacità di evitare rottura fragile alle basse temperature.

26 extra dolci: carbonio compreso tra lo 0,05% e lo 0,15% dolci: carbonio compreso tra lo 0,15% e lo 0,25% semi-dolci: carbonio compreso tra lo 0,25% e lo 0,40% semi-duri: carbonio tra lo 0,40% e lo 0,60% duri: carbonio tra lo 0,60% e lo 0,70% durissimi: carbonio tra lo 0,70% e lo 0,80% extraduri: carbonio tra lo 0,80% e lo 0,85%

27 La GHISA è una lega ferro-carbonio caratterizzata da un tenore di carbonio compreso fra l'1,9% e il 5,5%. E fragile, resiste poco alla trazione e alla flessione, è resistente alla compressione e alla corrosione; La ghisa non può subire lavorazioni plastiche in quanto non è malleabile, né a caldo né a freddo; Possiede un'ottima fusibilità: fonde a temperatura non molto elevata, è fluida, dà getti sani e compatti, e consente una facile realizzazione di pezzi anche molto complicati.

28 ELEMENTI LAMINATI A CALDO Profilati Lamiere Larghi piatti Barre

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31 ELEMENTI SAGOMATI A FREDDO Lamiere grecate Profili sottili

32 VIDEO Fusione e Laminazione

33 LE CARATTERISTICHE MECCANICHE DELL ACCIAIO (MATERIALE OMOGENEO E ISOTROPO)

34 ACCIAI PER CARPENTERIA METALLICA Le sigle che distinguono gli acciai: Fe 360 Fe 410 Fe 530 indica la tensione di rottura (N/mm 2 ) S 235 S 275 S 355 indica la tensione di snervamento (N/mm 2 )

35 MATERIALE OMOGENEO QUANDO LE SUE PROPRIETA RISULTANO INDIPENDENTI DALLA POSIZIONE MATERIALE ETEROGENEO QUANDO LE SUE PROPRIETA RISULTANO DIPENDENTI DALLA POSIZIONE

36 MATERIALE ISOTROPO QUANDO LE SUE PROPRIETA RISULTANO INDIPENDENTI DALLA DIREZIONE MATERIALE ANISOTROPO QUANDO LE SUE PROPRIETA RISULTANO DIPENDENTI DALLA DIREZIONE

37 Prova di trazione registra i valori della distanza tra due punti di riferimento per effetto della trazione

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43 ε= δl / L deformazione unitaria Modulo di Young E = σ / ε è la pendenza della curva sforzodeformazione

44 IL MODULO DI YOUNG Se il modulo di Young è piccolo, il materiale richiede uno sforzo modesto per ottenere una unità di deformazione: il materiale e flessibile. Se il Modulo di Young è grande, il materiale richiede uno sforzo notevole per ottenere una unità di deformazione: il materiale e rigido. Viene espresso in Pa = N/m 2.

45 ALTRE PROVE SULL ACCIAIO

46 Prova di resilienza bassi valori di resilienza sono indice di fragilità

47 Prova di compressione globale

48 Prova a fatica Mette in evidenza la riduzione della resistenza del materiale a seguito di cicli di sollecitazioni variabili

49 LE CARATTERISTICHE GEOMETRICHE DEGLI ELEMENTI IN ACCIAIO

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51 y x x y Metodo delle Tensioni Ammissibili σ <σamm

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53 VANTAGGI E SVANTAGGI DELLE COSTRUZIONI IN ACCIAIO

54 VANTAGGI Elevato rendimento derivante dal rapporto tra resistenza meccanica unitaria e peso specifico Grande elasticità e quindi capacità di sopportare sollecitazioni sismiche Possibilità di variare le caratteristiche del materiale adattandolo alle esigenze strutturali Possibilità di trasformazioni e riparazioni parziali della struttura dovuta alle connessioni reversibili Velocità e precisione del montaggio perché gli elementi arrivano in cantiere pre-finiti Caratteristiche certificate del materiale che garantiscono in fase di progetto i risultati finali Peso complessivo della struttura ridotto del 25% rispetto a strutture realizzate in calcestruzzo armato

55 SVANTAGGI Particolare sensibilità ai fenomeni di instabilità (snellezza) Notevole deformabilità delle strutture (problemi di funzionalità) Ridotta resistenza al fuoco (necessità di trattamenti con vernici speciali o materiali) Grande consumo di energia per produzione e trasporto (maggiore di cls, laterizio e legno) Vulnerabilità alla corrosione atmosferica

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58 GLI ELEMENTI STRUTTURALI E LE LORO CONNESSIONI I COLLEGAMENTI PILASTRO - FONDAZIONE

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69 GLI ELEMENTI STRUTTURALI E LE LORO CONNESSIONI I COLLEGAMENTI TRAVE PRINCIPALE TRAVE SECONDARIA

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81 y x x y

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83 VIDEO Taglio e predisposizione al montaggio VIDEO Connessioni di elementi in acciaio

84 GLI ELEMENTI STRUTTURALI E LE LORO CONNESSIONI I COLLEGAMENTI TRAVE - PILASTRO

85 UNIONI A CERNIERA

86 UNIONI A CERNIERA

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88 UNIONI A INCASTRO

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90 LAMIERE SALDATE

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102 VIDEO Posizionamento di travi e pilastri

103 GLI ELEMENTI STRUTTURALI E LE LORO CONNESSIONI I NODI STRUTTURALI ACCIAIO-CALCESTRUZZO

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112 GLI ELEMENTI STRUTTURALI E LE LORO CONNESSIONI LE UNIONI BULLONATE E CHIODATE

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125 VIDEO Chiodatura

126 SOLAI IN LAMIERA GRECATA E CALCESTRUZZO

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135 VIDEO Solai in lamiera grecata e calcestruzzo

136 LE TRAVI RETICOLARI

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139 Statua della Libertà New York

140 Statua della Libertà New York

141 Capriata tipo INGLESE Capriata tipo POLONCEAU

142 Capriate tipo WARREN

143 Capriate tipo WARREN

144 Capriate tipo MOHNIE

145 LUIGI CREMONA, diagramma degli sforzi normali sulle aste

146 METODO DEGLI EQUILIBRI NODALI

147 GEORG DIETRICH AUGUST RITTER, METODO ANALITICO MATEMATICO

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149 VERIFICA DI RESISTENZA

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154 VIDEO Montaggio di una struttura semplice in acciaio

155 MUSEO GUGGENHEIM BILBAO

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164 CENTRE POMPIDOU PARIGI

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169 M (Fxd) = M (Fxd) d > d F < F

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174 PONTE DELLA COSTITUZIONE VENEZIA

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183 VIDEO Montaggio ponte della Costituzione

184 TIPOLOGIE STRUTTURALI

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