LEZIONE 6. PROGETTO DI COSTRUZIONI IN ACCIAIO Progetto di giunzioni saldate. Corso di TECNICA DELLE COSTRUZIONI Chiara CALDERINI A.A.

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1 Corso di TECNICA DELLE COSTRUZIONI Chiara CALDERINI A.A Facoltà di Architettura Università degli Studi di Genova LEZIONE 6 PROGETTO DI COSTRUZIONI IN ACCIAIO Progetto di giunzioni saldate

2 ASPETTI TECNOLOGICI ORIGINI STORICHE IL SISTEMA DI COLLEGARE LAMIERE IN ACCIAIO TRAMITE SALDATURA TROVA ORIGINE ALL INIZIO DEL XX SECOLO DALLA CONSTATAZIONE CHE GLI INCONVENIENTI CONNESSI ALL USO DEI CHIODI POTEVANO SUPERARSI PROCEDENDO, PREVIA FUSIONE LOCALE, AD UN COLLEGAMENTO MONOLITICO DELLE PARTI. LA DIFFICOLTA DI MAGGIOR RILIEVO CONSISTEVA NEL DOVER LIMITARE IL RISCALDAMENTO DEI PEZZI DA SALDARE AL FINE DI NON MODIFICARNE LE CARATTERISTICHE MICROGRAFICHE E MECCANICHE RENDENDOLI INADATTI ALL USO. LA SALDATURA E IL COLLEGAMENTO DI DUE LAMIERE IN ACCIAIO PER FUSIONE, CON L APPORTO, IN GENERE, DI MATERIALE METALLICO ESTERNO DI RINFORZO. LA SALDATURA REALIZZA LA CONTINUITA DEL MATERIALE TRA LE PARTI CHE VENGONO UNITE. CORDONE DI SALDATURA

3 ASPETTI TECNOLOGICI SALDABILITA DELL ACCIAIO GRADO 0: SALDATURA IMPOSSIBILE GRADO 5: SALDABILITA OTTIMA

4 ASPETTI TECNOLOGICI PROCEDIMENTI DI SALDATURA PROCEDIMENTI MANUALI: SALDATURA OSSIACETILENICA SALDATURA AD ARCO CON ELETTRODI RIVESTITI SALDATURA CON PROTEZIONE DI GAS ED ELETTRODO INFUSIBILE PROCEDIMENTI SEMI-AUTOMATICI: SALDATURA CON PROTEZIONE DI GAS ED ELETTRODO FUSIBILE PROCEDIMENTI AUTOMATICI: SALDATURA AD ARCO SOMMERSO SALDATURA AD ELETTROSCORIA

5 ASPETTI TECNOLOGICI PROCEDIMENTI DI SALDATURA PROCEDIMENTI MANUALI LA SALDATURA AD ARCO CON ELETTRODI RIVESTITI SI BASA SULLA FORMAZIONE DI UN ARCO ELETTRICO TRA UN ELETTRODO, MANOVRATO MEDIANTE UNA PINZA PORTA-ELETTRODI, ED IL MATERIALE BASE DA SALDARE. L ARCO ELETTRICO PROVOCA UN CALORE MOLTO CONCENTRATO, CHE PORTA ALLA RAPIDA FUSIONE SIA DEL MATERIALE BASE SIA DELL ELETTRODO. L ELETTRODO E COSTITUITO DA UNA BACCHETTA CILINDRICA CON UN RIVESTIMENTO LA CUI FUSIONE GENERA DEI GAS PER LA PROTEZIONE DELLA ZONA D ARCO E DEL BAGNO DI SALDATURA.

6 ASPETTI TECNOLOGICI PROCEDIMENTI DI SALDATURA PROCEDIMENTI MANUALI LA SALDATURA CON PROTEZIONE DI GAS ED ELETTRODO INFUSIBILE ANCHE QUESTO TIPO DI SALDATURA SI BASA SULLA FORMAZIONE DI UN ARCO ELETTRICO. IN QUESTO CASO, L ARCO SI GENERA TRA UN ELEMENTO DI TUNGSTENO ED IL MATERIALE BASE. L ARCO ELETTRICO PROVOCA UN CALORE MOLTO CONCENTRATO, CHE PORTA ALLA RAPIDA FUSIONE DEL MATERIALE BASE, MA NON DELL ELETTRODO. L ELETTRODO HA IL SOLO SCOPO DI CONSENTIRE LA FORMAZIONE DELL ARCO ELETTRICO. LA PROTEZIONE DELLA ZONA D ARCO VIENE EFFETTUATA CON GAS ARGON. EVENTUALE MATERIALE DI APPORTO DEVE ESSERE INTRODOTTO SEPARATAMENTE. QUESTO TIPO DI SALDATURA VIENE USATO PER MATERIALE IL CUI BAGNO DI SALDATURA E FACILMENTE OSSIDABILE, COME GLI ACCIAI INOX E L ALLUMINIO.

7 ASPETTI TECNOLOGICI PROCEDIMENTI DI SALDATURA PROCEDIMENTI SEMI-AUTOMATICI LA SALDATURA CON PROTEZIONE DI GAS ED ELETTRODO FUSIBILE ANCHE QUESTO TIPO DI SALDATURA SI BASA SULLA FORMAZIONE DI UN ARCO ELETTRICO. L ARCO SI GENERA TRA UN ELETTRODO, COSTITUITO DA UN FILO CONTINUO AVVOLTO A MATASSA, ED IL MATERIALE BASE. UN DISPOSITIVO AUTOMATICO DI ALIMENTAZIONE PROVVEDE ALL AVANZAMENTO DELL ELETTRODO. L ARCO ELETTRICO PROVOCA UN CALORE MOLTO CONCENTRATO, CHE PORTA ALLA RAPIDA FUSIONE SIA DEL MATERIALE BASE SIA DELL ELETTRODO. LA PROTEZIONE DELLA ZONA D ARCO VIENE EFFETTUATA CON GAS ARGON.

8 ASPETTI TECNOLOGICI PROCEDIMENTI DI SALDATURA PROCEDIMENTI AUTOMATICI LA SALDATURA AD ARCO SOMMERSO ANCHE QUESTO TIPO DI SALDATURA SI BASA SULLA FORMAZIONE DI UN ARCO ELETTRICO. L ARCO SI GENERA TRA UN ELETTRODO, COSTITUITO DA UN FILO CONTINUO AVVOLTO A MATASSA, ED IL MATERIALE BASE. UN DISPOSITIVO AUTOMATICO DI ALIMENTAZIONE PROVVEDE ALL AVANZAMENTO DELL ELETTRODO. L ARCO ELETTRICO PROVOCA UN CALORE MOLTO CONCENTRATO, CHE PORTA ALLA RAPIDA FUSIONE SIA DEL MATERIALE BASE SIA DELL ELETTRODO. LA PROTEZIONE DELLA ZONA D ARCO E AFFIDATA AD UN FLUSSO CHE VIENE DISTRIBUITO SUL GIUNTO FORMANDO UN CUMULO ALL INTERNO DEL QUALE SCOCCA L ARCO.

9 ASPETTI TECNOLOGICI FORMAZIONE DI CRICCHE A FREDDO EFFETTI DELLA SALDATURA LA SALDATURA E CARATTERIZZATA DA PICCOLE MASSE DI METALLO PORTATE RAPIDAMENTE IN FUSIONE E RAPIDAMENTE RAFFREDDATE PER EFFETTO DELL ASSORBIMENTO DI CALORE DA PARTE DEL METALL CIRCOSTANTE. LA RAPIDA VELOCITA DI RAFFREDDAMENTO PUO PROVOCARE EFFETTI SIMILI A QUELLI DELLA TEMPRA, PRODUCENDO ZONE DI ELEVATA DUREZZA. QUESTE ZONE DURE, CHE SI MANIFESTANO IN GENERE NEL MATERIALE BASE AI MARGINI DELLA SALDATURA, POSSONO ESSERE SEDE DI INCRINATURE (CRICCHE A FREDDO). FORMAZIONE DI CRICCHE A CALDO TALI CRICCHE SI FORMANO DURANTE LA SOLIDIFICAZIONE DEL MATERIALE A CAUSA DI SEGREGAZIONI DI IMPUREZZE CHE SI ADDENSANO NELLA ZONA FUSA E CHE, SOLIDIFICANDO A TEMPERATURA PIU BASSA DELL ACCIAIO, DANNO LUOGO PER EFFETTO DEGLI SFORZI DI RITIRO AD UNA DECOESIONE DEL MATERIALE.

10 ASPETTI TECNOLOGICI EFFETTI DELLA SALDATURA AUTOTENSIONI E DEFORMAZIONI INDOTTE A CAUSA DEL RISCALDAMENTO DISUNIFORME E RAPIDO CUI E SOTTOPOSTO IL MATERIALE NELLE OPERAZIONI DI SALDATURA, E POSSIBILE IL GENERARSI DI AUTOTENSIONI ASSOCIATE A FENOMENI DI RITIRO. TALI AUTOTENSIONI PROVOCANO DELLE DEFORMAZIONI NEGLI ELEMENTI COLLEGATI. VI SONO VARIE TECNICHE PER LIMITARE QUESTE DEFORMAZIONI (CONTROFRECCIE INIZIALI, BLOCCAGGIO DEI PEZZI, PRERISCALDAMENTI, STUDIO RAZIONALE DELLE SEQUENZE DI SALDATURA)..

11 ASPETTI TECNOLOGICI CLASSIFICAZIONE DELLE UNIONI SALDATE SI BASA SULLA POSIZIONE RECIPROCA DEI PEZZI DA SALDARE ALL INTERNO DELL UNIONE E SULLA FORMA DEI CORDONI DI SALDATURA.

12 GIUNTI A COMPLETA PENETRAZIONE LA SEZIONE RESISTENTE DELLA SALDATURA PER IL CALCOLO DELLE TENSIONI DERIVANTI DA AZIONI DI TRAZIONE O COMPRESSIONE AGENTI NORMALMENTE ALL ASSE DELLA SALDATURA O DA AZIONI DI TAGLIO, SI ASSUME COME SEZIONE RESISTENTE LA SEZIONE LONGITUDINALE DELLA SALDATURA STESSA. AI FINI DEL CALCOLO, ESSA HA COME LUNGHEZZA QUELLA INTERA DELLA SALDATURA E COME LARGHEZZA: IL MINORE DEGLI SPESSORI COLLEGATI NEI GIUNTI DI TESTA LO SPESSORE DELL ELEMENTO A COMPLETA PENETRAZIONE NEI GIUNTI A T. COMPONENTI DI TENSIONE

13 GIUNTI A COMPLETA PENETRAZIONE LA SEZIONE RESISTENTE DELLA SALDATURA PER LA VERIFICA DI RESISTENZA, SI APPLICA IL CRITERIO DI HENKY-VON MISES ADOTTATO ANCHE PER LA VERIFICA DI RESISTENZA DEGLI ELEMENTI BASE: σ = σ + σ σ σ + 3τ η f id w d COEFFICIENTE DI EFFICIENZA (DA 0.6 A 1, A SECONDA DELLA NORMATIVA) NORMATIVA ITALIANA (CNR-UNI ) η = 1 PER GIUNTI DI CLASSE I w η = 0.85 PER GIUNTI DI CLASSE II w

14 GIUNTI A CORDONI D ANGOLOD LA SEZIONE RESISTENTE DELLA SALDATURA AREA DELLA SEZIONE DI GOLA Ar = al ALTEZZA DI GOLA LUNGHEZZA DEL CORDONE ALTEZZA DI GOLA E L ALTEZZA MINORE DEL TRIANGOLO INSCRITTO NELLA SEZIONE TRASVERSALE DEL CORDONE.

15 GIUNTI A CORDONI D ANGOLOD COMPONENTI DI TENSIONE TENSIONI RIFERITE ALLA SEZIONE GOLA σ = TENSIONE NORMALE AGENTE IN DIREZIONE PERPENDICOLARE ALLA SEZIONE DI GOLA CONSIDERATA NELLA SUA REALE POSIZIONE. σ

16 GIUNTI A CORDONI D ANGOLOD COMPONENTI DI TENSIONE TENSIONI RIFERITE ALLA SEZIONE GOLA τ τ = TENSIONE TANGENZIALE AGENTE IN DIREZIONE PERPENDICOLARE ALL ASSE DEL CORDONE E GIACENTE NELLA SEZIONE DI GOLA CONSIDERATA NELLA SUA REALE POSIZIONE. τ

17 GIUNTI A CORDONI D ANGOLOD COMPONENTI DI TENSIONE TENSIONI RIFERITE ALLA SEZIONE GOLA τ = TENSIONE TANGENZIALE AGENTE IN DIREZIONE PARALLELA ALL ASSE DEL CORDONE E GIACENTE NELLA SEZIONE DI GOLA CONSIDERATA NELLA SUA REALE POSIZIONE. τ

18 GIUNTI A CORDONI D ANGOLOD COMPONENTI DI TENSIONE TENSIONI RIFERITE ALLA SEZIONE TRASVERSALE DEL CORDONE στ = TENSIONE NORMALE AGENTE IN DIREZIONE PARALLELA ALL ASSE DEL CORDONE E RIFERITA ALLA SUA SEZIONE TRASVERSALE. IPOTESI SEMPLIFICATIVA NELLE VERIFICHE SI TRASCURA QUESTA COMPONENTE DI TENSIONE σ σ

19 GIUNTI A CORDONI D ANGOLOD DEFINIZIONE DEL DOMINIO DI RESISTENZA - STORIA NUMEROSE ESPERIENZE FURONO EFFETTUATE PER ANALIZZARE LA RESISTENZA DEI CORDONI D ANGOLO AL VARIARE DELLO STATO TENSIONALE, ALLO SCOPO DI TRACCIARE IL DOMINIO SPAZIALE DELLE RESISTENZE NELLE COMPONENTI σ τ τ, RIFERITE ALLA SEZIONE DI GOLA. DEFINIZIONE SPERIMENTALE DEL PEROIDE DELLE ROTTURE

20 GIUNTI A CORDONI D ANGOLOD DEFINIZIONE DEL DOMINIO DI RESISTENZA - STORIA DEFINIZIONE SPERIMENTALE DEL PEROIDE DELLE ROTTURE 1 a APPROX (ISO): ELISSOIDE DELLE ROTTURE σ τ + + = 1 f f f τ 2 ( ) 2 ( ) 2 uw, 0.75 uw, 0.75 uw, RESISTENZA A ROTTURA PER TRAZIONE DEL CORDONE SUCCESSIVE PROVE SPERIMENTALI (1967) PORTARONO AD UN AFFINAMENTO DELLE CONOSCENZE. IL DATO PIU INTERESSANTE RISULTO CHE L ELISSOIDE DELLE RESISTENZE A ROTTURA NON ERA UN SOLIDO DI ROTAZIONE, MA AVEVA IL SEMIASSE MINORE τ PARI A 0.58 σ ED IL SEMIASSE MEDIO PARI A 0.7 σ. PERTANTO IL CRITERIO DI RESISTENZA POTEVA ESSERE ESPRESSO COME: σ τ + + = 1 f f f τ 2 ( ) 2 ( ) 2 uw, 0.58 uw, 0.70 uw,

21 GIUNTI A CORDONI D ANGOLOD DEFINIZIONE DEL DOMINIO DI RESISTENZA - STORIA IL PRINCIPALE DIFETTO DEL CRITERIO DI RESISTENZA AD ELISSOIDE ERA IL FATTO CHE RICHIEDEVA IL CALCOLO DELLE COMPONENTI DI TENSIONE RISPETTO ALLA SEZIONE DI GOLA, CALCOLO CHE RISULTAVA LUNGO E LABORIOSO. RISULTAVA DI PIU FACILE IMPIEGO UNA CRITERIO DI RESISTENZA CHE SI BASASSE SUL CALCOLO DELLE COMPONENTI DI TENSIONE RIFERITE ALLA SEZIONE DI GOLA RIBALTATA SU UNO DEI DUE LATI DEL CORDONE. PER SEMPLIFICARE LA VERIFICA, RISULTAVA CONVENIENTE INTERPETARE IL DOMINIO DI RESISTENZA SPERIMENTALE CON UN SOLIDO LA CUI EQUAZIONE NON VARIASSE SE GLI ASSI DI RIFERIMENTO SUBIVANO UNA ROTAZIONE DI 45 (IL CHE EQUIVALE A RIBALTARE LA SEZIONE DI GOLA SU UN LATO). IL SOLIDO CHE PRESENTAVA QUESTA PROPRIETA E LA SFERA. 2 a APPROX (ISO): SFERA DELLE ROTTURE σ τ τ = 1 ( χ f ) ( χ f ) ( χ f ) uw, uw, uw, DIFETTO: NON TIENE CONTO DELLA DIFFERENZE DI RESISTENZA NELLE DIVERSE DIREZIONI RAGGIO DELLA SFERA A FAVORE DI SICUREZZA, χ =0.58

22 GIUNTI A CORDONI D ANGOLOD DEFINIZIONE DEL DOMINIO DI RESISTENZA STORIA

23 GIUNTI A CORDONI D ANGOLOD DEFINIZIONE DEL DOMINIO DI RESISTENZA IN OCCASIONE DELLA REVISIONE DELLE RACCOMANDAZIONI CNR-UNI , L ISTITUTO ITALIANO DELLA SALDATURA STUDIO ANCORA IL PROBLEMA PER SEMPLIFICARE IL CALCOLO DEI GIUNTI A CORDONI D ANGOLO PARTENDO DA UNA SOLIDO DELLE TENSIONI DI TIPO SFERICO. SI VOLEVA IN PARTICOLARE SUPERARE IL DIFETTO DELLA SFERA DI NON TENERE IN CONTO LA DIFFERENZA DI RESISTENZA NELLE DIVERSE DIREZIONI. 3 a APPROX (CNR): SFERA MOZZA LA SFERA HA EQUAZIONE: σ τ ( χ fuw, ) ( χ fuw, ) ( χ fuw, ) χ = 0.7 τ + + = 1 CON, MA E TAGLIATA DA DUE COPPIE DI PIANI PERPENDICOLARI AGLI ASSI E E PASSANTI PER 0.58 f u,w. σ τ

24 GIUNTI A CORDONI D ANGOLOD VERIFICHE DI RESISTENZA AFFINCHE LO STATO TENSIONE DEL CORDONE SIA SEMPRE ALL INTERNO DEL DOMINIO DI DELLE RESISTENZA DI ROTTURA DEFINITO DALLA SFERA MOZZA, DEVONO ESSERE RISPETTATE CONTEMPORANEAMENTE LE SEGUENTI CONDIZIONI: TENSIONI RELATIVE A SEZIONE DI GOLA σ + τ + τ 0.7 τ 0.58 f uw, σ 0.58 f uw, f uw, TENSIONI RELATIVE A PROIEZIONE DELLA SEZIONE DI GOLA SU UN LATO τ σ + τ + τ τ σ σ 0.7 f uw, 0.7 f uw, 0.7 f uw, f uw,

25 GIUNTI A CORDONI D ANGOLOD VERIFICHE DI RESISTENZA CNR UNI LA RESISTENZA A TRAZIONE DEL CORDONE f u,w DIPENDE DALLA QUALITA DEGLI ELETTRODI, CHE VA SCELTA IN FUNZIONE DEL TIPO DI MATERIALE COSTITUENTE GLI ELEMENTI DA SALDARE. IN GENERALE, PUO ESSERE ESPRESSA IN FUNZIONE DELLA RESISTENZA DI PROGETTO f d DEL MATERIALE COSTITUENTE GLI ELEMENTI DA SALDARE: β w = β w = f = β f uw, w d COEFFICIENTE DI EFFICIENZA PER ACCIAI DI TIPO 1 (Fe 360) PER ACCIAI DI TIPO 2 (Fe 430 e Fe 510) NORMATIVA ITALIANA (CNR-UNI ) TENSIONI RELATIVE A PROIEZIONE DELLA SEZIONE DI GOLA SU UN LATO τ f σ + τ + τ 0.7 f τ σ fd + σ 0.85 f 0.85 f 0.7 f d d 0.85 f 0.7 f d d d Fe360 d d Fe360 Fe430/Fe510 Fe360 Fe430/Fe510 Fe360 Fe430/Fe510 Fe430/Fe510

26 GIUNTI A CORDONI D ANGOLOD VERIFICHE DI RESISTENZA CNR UNI

27 GIUNTI A CORDONI D ANGOLOD CRITERI DI PROGETTO CNR UNI I CORDONI D ANGOLO CHE UNISCONO DUE LAMIERE DI SPESSORI t 1 E t 2 (CON t 1 >t 2 ) DEVONO AVERE LATO b SODDISFACENTE LE CONDIZIONI DI CALCOLO E, DI REGOLA, LA SEGUENTE LIMITAZIONE: t2 2 b t 2

28 COLLEGAMENTI

29 COLLEGAMENTI

30 COLLEGAMENTI

31 COLLEGAMENTI

32 COLLEGAMENTI

33 COLLEGAMENTI

34 ESERCIZIO SU STRUTTURE IN ACCIAIO ESERCIZIO CON RIFERIMENTO ALLA TRAVATURA IN FIGURA, IPOTIZZANDO I NODI FISSI FUORI DAL PIANO (CONTROVENTI), DIMENSIONARE A STATI LIMITE ULTIMI LE ASTE PER UN CARICO DI PROGETTO P d PARI A 100 kn. SI UTILIZZINO PROFILI AD L ACCOSTATI. PROGETTARE QUINDI L UNIONE A IN SOLUZIONE BULLONATA E SALDATA.

35 1. PALAZZO DEL TRIBUNALE (~1960)

36 2. MERCATO DELCARMINE (FINE 800)

37 3. STRUTTURE DELL ACQUARIO (~1990)

38 2. MERCATO DELCARMINE 3. ACQUARIO 1. PALAZZO DEL TRIBUNALE