UNINA UNIversità di NApoli “Federico II” Costruire con l’Acciaio: dal materiale ai sistemi costruttivi Prof. Raffaele Landolfo II.1 Generalità e scelta tecnologica Rendimento o grado di efficienza del materiale (m) L0 fd free breaking length • fd resistenza di progetto [FL-2] G1k • peso specifico [FL-3] L0 N.B. L0 rappresenta l’altezza teorica che può raggiungere una torre realizzata con un preassegnato materiale prima che il suo peso la porti a rottura Chi vincerà ? M15; fbk40 300 Muratura C40/50 1000 2500 C.a. ordinario NSC C90/105 C.a. alta resistenza HPC GL36h 3800 NTC Tecnologie costruttive fk Proprietà meccaniche fd M (Mpa) Muratura M15-fbk40 cls NSC C40/50 cls HPC C90/105 GL36h S460 S960 14 40 90 31 460 960 2,50 1,50 1,50 1,81 1,05 1,05 Legno S460 S960 5500 L0 (Mpa) (kN/m 3 ) (m) 6 27 60 17 438 914 18,0 24,0 24,0 4,5 78,5 78,5 318 1111 2500 3801 5581 11647 11000 Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Acciaio Prof. Raffaele Landolfo II.1 Generalità e scelta tecnologica Prerogative delle costruzioni in acciaio Le prerogative di un sistema costruttivo sono intrinsecamente legate alle caratteristiche fisicomeccaniche del materiale impiegato per la realizzazione dei suoi componenti strutturali Strutturali • Elevata leggerezza • Buona resistenza Firmitas • Duttilità TecnologicheCostruttive • Prefabbricabili • Uso differenziato dei materiali • Design e qualità dei componenti e dei sistemi • Rapidà di trasporto, montaggio e messa in opera Vantaggi Utilitas e Venustas Ambientali Sostenibilità Modulo I - Costruire con l’ Acciaio • Ridotti impatti nella fase di produzione ed istallazione (inizio vita) • Riutilizzo di elementi e materiale riciclabile a fine vita Strutture di Grande luce Strutture Sismosistenti Riduzione costi • Costi diretti • Costi indiretti Strutture High-Tech Svantaggi • Bassa resistenza al fuoco • Elevata deformabilità dovuto all’alto rapporto tra resistenza e rigidità f0/E ovvero all’alta def a limite elastico Strutture Ecosostenib. • Problemi di instabilità dell’eq. dovuti alla elevata snellezza • Maggiore accuratezza nella concezione e nella modellazione della struttura Prof. Raffaele Landolfo Prestazioni nel ciclo di vita Strutture e sostenibilità Lo scopo di una progettazione strutturale sostenibile è quello di massimizzare le prestazioni meccaniche, di durabilità, economiche ed ambientali nel corso del ciclo di vita riducendo, allo stesso tempo, gli impatti negativi prodotti sull’ambiente, l’economia e la società Requisiti AMBIENTALI • Hygiene, health and environment • High recycling rates of structural components • Reduced energy and water consumption • Reduced waste disposal • … Requisiti SOCIALI • Mechanical resistance and stability • Safety in case of fire • Safety in use • Protection against noise • Structural resistance • Robustness & resiliency Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Requisiti ECONOMICI • Raw material cost • Production costs • Reduced construction cost • Reduced operational costs, • Reduced maintenance costs • Increase revenue • … Prof. Raffaele Landolfo Prestazioni nel ciclo di vita Approccio progettuale APPROCCIO INTEGRATO DESIGN 1 MULTI-PERFORMANCE CONSTRUCTION PRODUCTION • Enhanced safety and reliability • Reduced environmental impacts • Optimized life-cycle costs • ... 2 LIFE-CYCLE ORIENTED END OF LIFE IN USE The basic requirements shall be achieved during the whole life-cycle of the construction 3 BASED ON QUANTITATIVE DISMANTLMENT MAINTENANCE Modulo I - Costruire con l’ Acciaio METHODOLOGIES Performance requirements shall be verified according to quantitative methodologies Prof. Raffaele Landolfo Prestazioni nel ciclo di vita Approccio progettuale METODI DI VALUTAZIONE DESIGN CONSTRUCTION PRODUCTION LCA END OF LIFE IN USE + LCC DISMANTLMENT MAINTENANCE (ISO 14040:2006; ISO 14044:2006) LIFE CYCLE COST (ISO 15685-5:2008) + LCP Modulo I - Costruire con l’ Acciaio LIFE CYCLE ENVIRONMENTAL ASSESSMENT LIFE CYCLE PERFORMANCE (EN 1990-1999; ISO 13823:2008) Prof. Raffaele Landolfo Prestazioni nel ciclo di vita European COoperazion in the field of Scientific and Techical research COST ACTION C25: Sustainability of Constructions Integrated Approach to Life-time Structural Engineering “…to promote science-based developments in sustainable construction in Europe through the collection and collaborative analysis of scientific results concerning life-time structural engineering and especially the integration of environmental assessment methods and tools for structural engineering…” Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo Prestazioni nel ciclo di vita European COoperazion in the field of Scientific and Techical research COST ACTION C25: Sustainability of Constructions Integrated Approach to Life-time Structural Engineering “…to promote science-based developments in sustainable construction in Europe through the collection and collaborative analysis of scientific results concerning life-time structural engineering and especially the integration of environmental assessment methods and tools for structural engineering…” Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo COST Action C25_ Sustainability of Constructions Summary Report of the WG3 Volume 2: Integrated Approach to Life-time structural engineering Publisher(s): University of Malta ISBN/ISSN: 978-99957-816-2-0 Pages: 398 Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo COST Action C25 - Sustainability of Constructions - WG3 Principles of the structural design for deconstruction • Use as wide of structural grid as possible to maximize the nonstructural wall elements • Use prefabricated subassemblies and a system of mass production • Use an open building system where parts of the building are more freely interchangeable and less unique to one application • Minimize the number of different types of components for simplification of sorting • Simply supported beams should be used in concrete structures • Design modular structures O. Hechler, O. P. Larsen & S. Nielsen Design for Deconstruction Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo COST Action C25 - Sustainability of Constructions - WG3 Some examples of best practices of structures designed for deconstructions Restaurant of Cz pavilion left: EXPO ’58 right: reused as Office building in Praha, Cz, 2008 Modulo I - Costruire con l’ Acciaio O. Hechler, O. P. Larsen & S. Nielsen Design for Deconstruction Prof. Raffaele Landolfo COST Action C25 - Sustainability of Constructions - WG3 Some examples of best practices of structures designed for deconstructions Footbridge to the German pavilion (left: EXPO’58; right: reused in Duisburg, Germany, 2008. O. Hechler, O. P. Larsen & S. Nielsen Design for Deconstruction Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo II.2.1 Dalla ghisa all’acciaio Classificazione In base al principale elemento metallico contenuto nella lega (aggregato cristallino tra elementi chimici diversi di cui almeno uno metallico) possiamo differenziare le leghe in ferrose e non ferrose Leghe FERROSE Ghisa C > 2% Acciaio C < 2% Fe UNI EN 10020 Definizione e classificazione dei tipi di acciaio Ad es. Acciai Strutturali Acciai da carpenteria Acciai da c.a. e c.a.p. Diagramma di Stato delle Leghe Fe - C T° Fe (CCC) Acciaio Ghise N.B. Entro un certo range (1%), al crescere del tenore di carbonio la durezza e la resistenza della lega aumentano a scapito della duttilità e saldabilità Liquido L 1538 Liquido Austenite 1148 Solido 727 Ferrite + perlite Fe3C Trasformazione ipoeutettoidica % in peso 0 C Fe Modulo I - Costruire con l’ Acciaio 0% 0.8 % 2% 4.3 % 6.67 % 100 % 99.2 % 98.2 % 95.7 % 93,33 % Prof. Raffaele Landolfo II.2.1 Dalla ghisa all’acciaio Classificazione In base al principale elemento metallico contenuto nella lega (aggregato cristallino tra elementi chimici diversi di cui almeno uno metallico) possiamo differenziare le leghe in ferrose e non ferrose Leghe FERROSE Ghisa C > 2% Acciaio C < 2% Fe Ad es. Acciai Strutturali Acciai da carpenteria Acciai da c.a. e c.a.p. Fe (CCC) Cu, … Leghe pesanti Ad es. UNI EN 10020 Leghe NON FERROSE Definizione e classificazione dei tipi di acciaio Bronzo (Stagno Sn 16%) Ottone (Zinco Zn 45%) Al… Leghe leggere Ad es. Alluminio Titanio Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo II.2.2 Classificazione degli acciai da carpenteria UNI EN 10020 Definizione e classificazione dei tipi di acciaio Composizione Chimica Rispetto al tenore di Carbonio • Acciai extra dolci (ferro) <0.15 % • Acciai dolci 0.15 0.25 % • Acciai semi duri 0.25 0.50 % • Acciai duri 0.50 0.75 % • Acciai durissimi >0.75 % Metodologie di classificazione N.B. Gli acciai per carpenteria metallica sono in genere dolci e non legati Rispetto ad altri elementi di lega •Acciai non legati < X % •Acciai legati micro o basso alto legati (inox) < 5% > 5% Al Cr Ni Mn Ti 0,3 0,3 0,3 1,65 0,05 Nomenclatura X + %C*100 + Simboli elem in lega + % Condizioni di impiego e Processo Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo II.2.2 Classificazione degli acciai da carpenteria Classificazione in base al processo Tipo di acciaio Prodotti laminati a caldo di acciai per impieghi strutturali (UNI EN 10025) Classificazione delle leghe ferrose in base al processo • Acciai non legati • Acciai a grano fine allo stato normalizzato • Acciai a grano fina allo stato di laminazione termomeccanica Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Standard di riferimento EN 10025-2 EN 10025-3 EN 10025-4 Esempio S235 S275 S355 S275N S355N S420N S460N S275NL S355NL S420NL S460NL S275M S355M S420M S460M S275ML S355ML S420ML S460ML Prof. Raffaele Landolfo II.2.2 Classificazione degli acciai da carpenteria Classificazione in base al processo Tipo di acciaio Prodotti laminati a caldo di acciai per impieghi strutturali (UNI EN 10025) Classificazione delle leghe ferrose in base al processo • Acciai autopassivanti (*) • Acciai ad alta resilienza ed alta resistenza Standard di riferimento Esempio EN 10025-5 S235 W S355 W EN 10025-6 S460 Q S460 QLN S460QL1 (*) Gli acciai autopassivanti detti Weathering steel (ad es. tipo Corten) si caratterizzano per la presenza di % discrete (acciaio basso legato) rame (0,20,5%Cu) che conferiscono al materiale un colore marrone Gli acciai inox presentano di contro % elevate (acciaio legato) di cromo (1012%Cr) che conferiscono al materiale il tipico colore cromato Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo II.2.2 Classificazione degli acciai da carpenteria Le proprietà meccaniche del materiale possono essere migliorate (in termini di resistenza e soprattutto di resilienza) agendo non soltanto sulla composizione chimica, ma anche effettuando durante il processo di produzione specifici trattamenti termici e/o meccanici che ne modificano la microstruttura (ad es. riduzione della dimensione dei grani) Bordi dei grani Grani T (°C) AR nessuno N normalizzazione M termomeccanico 1600 Q bonificato 1200 AR 900 °C 800 M 400 700 °C N Q 0 Tempo (h) Normalizzazione (N) Il processo è ottenuto riscaldando e mantenendo a circa 900°C il prodotto da trattare per un tempo determinato, al termine del quale si procede al suo naturale raffreddamento Laminazione termomeccanica (M) Il processo, avvenendo a temperature prossime a quella di ricristallizzazione (700°C), richiede laminatoi in grado di sviluppare elevate forze di rotolamento che deformano plasticamente i singoli grani, riducendone la dimensione. Trattamenti termici nelle condizioni di fornitura Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo II.2.2 Classificazione degli acciai da carpenteria Nomenclatura Attuale UNI EN 10027-1 (Gruppo 1) e UNI EN 10025 Precedente Italiana UNI 7070 Prodotti lam. a caldo di acciai per impieghi strutturali S 235 J2 (AR + Z15) Usata fino al 1992 Fe 360 D Gruppo Acciai Acciaio strutturale El. principale della lega Acciaio strutturale Carat. meccaniche (resistenza) Tensione di snervamento fy (235, 275, 355, 420, 460) Carat. meccaniche I Tensione di rottura fu o ft Carat. meccaniche (tenacità-saldabilità) Classi di resilienza (JR, J0, J2, K2) Carat. meccaniche II Classi di riesilienza (B, C, D, DD) Cond di fornitura e/o speciali richieste Ad es. AR semplicemente laminato, M lam. Termomecanica, N lam. Normalizzata etc.. W resistente alla corrosione, L per basse temperature etc Z proprietà attraverso lo spessore (strizione%) Modulo I - Costruire con l’ Acciaio N.B. Gli acciai S235 e Fe360 sono, a parità di resilienza, lo stesso materiale Prof. Raffaele Landolfo II.2.3 Indagini sperimentali e principali proprietà meccaniche Generalità Essendo l’acciaio un prodotto di tipo industriale, il controllo di qualità dell’acciaio è eseguito in primo luogo in stabilimento (prodotti qualificati ai sensi della norma UNI EN 9001) secondo le specifiche dell’ Allegato 8 del D.M. Min. LL.PP. 9 Gennaio 1996 o del par.11.3 del D.M. del 14/01/2008 Obiettivi Tipi di prove std • Idoneità del processo produttivo • Prove a Trazione (EN 10002 Parte I) • Determinazione delle proprietà meccaniche • Prove di Resilienza statiche dinamiche • Analisi Chimiche Controllo statistico della qualità Par. 11.3.4 NTC 08 fk = fm (1 - k) Acciaio qualificato (da parte del produttore) Per la realizzazione di strutture metalliche e di strutture composte si dovranno utilizzare acciai certificati conformi alle norme armonizzate della serie UNI EN 10025 (per i laminati), UNI EN 10210 (per i tubi senza saldatura) e UNI EN 10219-1 (per i tubi saldati), recanti la Marcatura CE secondo il DPR n.246/93, cui si applica il sistema di attestazione della conformità 2+, e per i quali si rimanda a quanto specificato al punto A del par. 11.1 delle NTC08 Obblighi del Direttore dei Lavori Le forniture effettuate da un commerciante intermedio devono essere accompagnate da copia dei documenti rilasciati dal Produttore e completati con il riferimento al documento di trasporto del commerciante stesso. Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo II.2.3 Indagini sperimentali e principali proprietà meccaniche Generalità Essendo l’acciaio un prodotto di tipo industriale, il controllo di qualità dell’acciaio è eseguito in primo luogo in stabilimento (prodotti qualificati ai sensi della norma UNI EN 9001) secondo le specifiche dell’ Allegato 8 del D.M. Min. LL.PP. 9 Gennaio 1996 o del par.11.3 del D.M. del 14/01/2008 Obiettivi Tipi di prove std • Idoneità del processo produttivo • Determinazione delle proprietà meccaniche • Prove a Trazione (EN 10002 Parte I) • Prove di Resilienza statiche dinamiche • Analisi Chimiche Controllo statistico della qualità Par. 11.3.4 NTC 08 fk = fm (1 - k) Controllo in cantiere Il Direttore dei Lavori è obbligato ad eseguire i controlli di accettazione sull'acciaio consegnato in cantiere, in conformità con le indicazioni contenute nel D.M. 14/01/2008 al punto 11.3.4.11.3. Per l'effettuazione delle prove meccaniche previste dalla normativa Il Direttore dei Lavori deve effettuare un prelievo per ogni lotto di spedizione con una massimo di 30 t. Un prelievo è costituito da almeno 3 saggi/provette che vengono prelevati, per i profilati più comuni, in corrispondenza dei punti della sezione indicati in appendice alla norma UNI EN 10025 – V. Le provette saranno sottoposte a prove di trazione e resilienza E’ consentito che i controlli in cantiere possano essere effettuati dal DL presso il Centro di Trasformazione affidando al Direttore Tecnico del il prelievo dei campioni al loro invio al Laboratorio Ufficiale Modulo I -CTCostruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo II.2.3 Indagini sperimentali e principali proprietà meccaniche La prova a trazione Preparazione provini (UNI EN ISO 6892-1 e UNI EN 10002-1) a) S0 d Cilindrico d 4mm L0 Lc a S0 b L0 Lc Prismatico a 1 b 8 L0 k S0 5,65 S0 b) Calibro Micrometro N.B. I provini proporzionali si caratterizzano per una relazione di proporzionalità (non diretta) tra la lunghezza L0 e l’area della sezione trasversale S0 Geometria tipo delle provette proporzionali Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Dettaglio Provini a) e Strumenti di Misura b) Prof. Raffaele Landolfo II.2.3 Indagini sperimentali e principali proprietà meccaniche La prova a trazione F Interpretazione Parametri misurati (ingegneristici) F A0 A0 Tensione [FL-2] L L0 L L0 L0 Materiali duttili A L L0 Sono i materiali il cui collasso avviene a seguito una elevata escursione in campo plastico ovvero per elevati valori della deformazione ultima (ad esempio gli acciai da carpenteria, le leghe di alluminio) Deformazione [%] F Materiali incrudenti (ad es. leghe di alluminio) Materiali snervanti (ad es. Acciai dolci) Dove: A0 è l’area [L2] iniziale del campione testato Prova di Trazione L è l’allungamento ottenuto come differenza tra la lunghezza iniziale L0 e quella attuale L è la tensione normale ingegneristica [FL-2] Comportamento sperimentale Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo II.2.3 Indagini sperimentali e principali proprietà meccaniche La prova a trazione Legge - per acciaio dolci e materiali incrudenti Interpretazione EC3 • Resistenza allo snervamento effettiva fy o convenzionale allo 0.2% f0.2 (MPa o N/mm2) N.B. In assenza di specifici studi statistici di documentata affidabilità, ed in favore di sicurezza, le norme europee e NTC08 par.11.3.4 associano fy a ReH ed impongono il controllo di qualità rispetto al valore minimo misurato = ReH fy.max 1.20fyk Fase Snervam Elast ento = Rm • Rapporto di incrudimento fu/fy 1.10 fu 1.20 f 0.2 15 y εy = fy / E • Allungamento percentuale dopo la rottura A (%) 15 % 20 % • Strizione percent. a rottura Z (%) Proprietà meccaniche misurate Zone dissipative (cfr §11.3.4.9 NTC) Tensione (N/mm2) • Allungamento percentuale uniforme u (%) Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Strizione ReH • Resistenza a rottura ft o fu (MPa o N/mm2) • Modulo di elasticità normale E; (MPa o N/mm2) Fase Incrudente fy sup fy fy ReL Rottura 1÷2% E=tan() 0.2% y 0.1÷0.2% p u Acciai dolci A 2025% (%) Deformazione Acciai altoresistenziali, inossidabili e leghe leggere Prof. Raffaele Landolfo II.2.3 Indagini sperimentali e principali proprietà meccaniche La prova a trazione Interpretazione = ReH S960 S690 800 • Resistenza a rottura ft o fu (MPa o N/mm2) = Rm • Rapporto di incrudimento fu/fy 1.10 • Modulo di elasticità normale E; (MPa o N/mm2) 1000 600 400 15 y 200 εy = fy / E • Allungamento percentuale dopo la rottura A (%) 15 % 20 % S460 S355 1.20 • Allungamento percentuale uniforme u (%) Acciai ad alta resistenza • Resistenza allo snervamento effettiva fy o convenzionale allo 0.2% f0.2 (MPa o N/mm2) (MPa) NTC Acciai normali EC3 S275 S235 =atan(E) 0 0 5 10 15 20 25 30 (%) • Strizione percent. a rottura Z (%) Proprietà meccaniche misurate Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo II.2.3 Indagini sperimentali e principali proprietà meccaniche Proprietà meccaniche degli acciai da c.a. e da carpenteria La prova a trazione Interpretazione S235 F F fy (N/mm2) ft – fu (N/mm2) fu / fy E (N/mm2) F F S235 Feb-B Acciai a grano fine temomecc. (M) o normalizzati (N) Acciai normali (AR) t – A S275 S355 Acciai da c.a. S420 S460 FeB38k B450C (Feb44k) (Fe360) (Fe430) (Fe510) 235 275 355 420 460 375 450 360 430 Proprietà 510 500 530 450 540 1.53 1.56 1.47 1.19 1.15 1.20 1.26 210000 210000 210000 210000 210000 200000 200000 28 24 24 21 22 20 20 20 14 12 78.5 78.5 78.5 78.5 78.5 78.5 78.5 110-5 110-5 110-5 110-5 110-5 110-5 110-5 (%) (KN / m3) (°C-1) N.B. 1N0.1Kgf ; 1N/mm2=1MPa 10 Kgf/cm2 Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo II.2.3 Indagini sperimentali e principali proprietà meccaniche Risparmio in peso rispetto strutturale normalizzato al variare del grado dell’acciaio G1k G1k _ Si G1k _ S 235 (%) Gli acciai strutturali ad alta resistenza risultano particolarmente convenienti, anche dal punto di vista economico, soprattutto nei sistemi per i quali la progettazione strutturale non è governata dal controllo della deformabilità 100 Elementi inflessi 80 60 Elementi compressi 40 NTC Elementi tesi 20 235 355 690 460 Acciai normali 960 Regime di sollecitazi one Grado fy (Mpa) Acciai ad alta resistenza Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo II.2.3 Indagini sperimentali e principali proprietà meccaniche Influenza del fuoco Curve di riduzione per profilati in acciaio (by EN 1993-1-2) Interpretazione Diagramma - di un acciaio al carbonio al variare della temperatura k= P()/P0 F F T=20°C 𝑘𝑦,𝜃 = T=400°C T=600°C 𝑘𝑝,𝜃 = 𝑓𝑦,𝜃 𝑓𝑦 𝑘𝐸,𝜃 = 𝑓𝑝,𝜃 𝑓𝑦 𝐸𝜃 𝐸 [°C] Curve di riduzione per cold-formed F F S235 Feb-B Modulo I - Costruire con l’ Acciaio N.B. Si ha un degrado della resistenza (fy e fu) e della rigidità (E) del materiale (cfr. Unità Iib.2 Verifica al fuoco) Prof. Raffaele Landolfo Corso di Teoria e Progetto delle Costruzioni di Acciaio II.2.3 Indagini sperimentali e principali proprietà meccaniche La prova di resilienza Esecuzione della prova Provini e Interpretazione Resilienza su provini con intaglio a V al variare della temperatura AV (J) Zona di transizione Limite superiore JR J0 J2 K2 40J 27J Limite inferiore T40=-20° 0 T27=20° T (°C) H W=mg N.B Vale il principio di conservazione dell’energia meccanica che in generale è dato: E+T=Lnc “Per sistemi conservativi il lavoro compiuto dalle forze è pari alla variazione di energia cinetica del sistema” dove Pendolo di Charpy E=mgh è l’energia potenziale (mg=W forza peso) T=1/2 mv2 Macchina è l’energia cinetica dueSteel config.) di Prova(nulla dellanella British Lnc è il lavoro compiuto da forze non conservative (Lnc=0 in assenza di energia dissipata)” AV E0 E W H 0 H KV AV (T27J ) Lavoro Speso durante la Prova (*) (J) Resilienza KV (J) Modulo II Costruzioni in accaio – Parte I Costruire in acciaio Proprietà meccaniche misurate Ing. Gianmaria Di Lorenzo II.2.3 Indagini sperimentali e principali proprietà meccaniche La prova di resilienza Interpretazione KV-value Temperatur a di prova (J) (°C) JR 27 20 J0 27 0 J2 27 -20 Acciai W, UNI EN 10025-5 K2 40 -20 Acciai N, N 40 -20 UNI EN 10025-3 NL 27 -50 M 40 -20 ML 27 -50 Q 30 -20 QL 30 -40 QL1 30 -60 Tipo di acciaio e norma di prodotto Acciai AR, UNI EN 100252 Acciai M, UNI EN 100254 Acciai Q, UNI EN 10025-6 Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Sub grado Prof. Raffaele Landolfo Indagini sperimentali: Analisi chimiche La prova Max Tenore Elementi Min Finalità Ha lo scopo di limitare la (%) di carbonio e di contenere entro limiti ristretti le impurità di zolfo S e fosforo P. Max Obiettivo Controllo sulla saldabilità CEV C Mn ( Cr Mo V ) ( Cu Ni ) 6 5 15 Max Carbonio Equivalente Resistenze di progetto e modelli meccanici Metodo semiprob. Agli Stati Limite (Liv.I) Parametri meccanici di progetto Identificazione sperimentale Fase I) F Diagramma di un acciaio al carbonio fu 1 fd fy è la tensione di snervamento [FL-2] fy =arctg (Es) y u Fase II) fd y è la deformazione al limite elastico pari al rapporto tra fy/Es fd 0 fd fd E Modulo I - Costruire con l’ Acciaio 2 E Legge elastica perfettamente plastica o di Pradtl m Tensione di progetto allo SLU (MPa) M= 1.05 ÷ 1.10 Spes. S235 (Fe 360) S275 (Fe 430) S355 (Fe 510) t 40 mm 223 261 338 t>40 mm 210 250 315 N.B. Il coefficiente di sicurezza m tiene conto di eventuali incertezze sulla posa in opera e dipende dal tipo di Stato Limite considetato M0=1.05 Verifica di resistenza M1=1.05 Verifica di stabilità Legge costitutiva E =arctg (Es) F f y ,k 1875-1953 3 E 210000 0.30 Modulo di elasticità normale (MPa) Modulo di Poisson Prof. Raffaele Landolfo Corso di Teoria e Progetto delle Costruzioni di Acciaio Il modello meccanico del materiale ft fy,max incrudimento aleatorietà fy,d amm E=tan() e (%) Ing. Gianmaria Di Lorenzo Corso di Teoria e Progetto delle Costruzioni di Acciaio Proprietà dell’acciaio richieste PROPRIETA’ DEL MATERIALE Stimare la tensione di snervamento degli elementi/connessioni dissipativi, che può essere maggiore di quella nominale. fy,max ≤ 1,1 ov fy fy,max : La tenzione massima di snervamento dell’acciaio nelle zone dissipative fy : VALORE RACCOMANDATO DALL’EC8 OV = 1.25 La tensione nominale di snervamento ov : Fattore di sovraresistenza Ing. Gianmaria Di Lorenzo Corso di Teoria e Progetto delle Costruzioni di Acciaio Proprietà dell’acciaio richieste NTC 08 - Prerequisiti delle zone dissipative per il progetto duttile 1. Il materiale Rd f y ,m f y ,k coefficiente di sovraresistenza del materiale Acciaio Rd S235 1.20 S275 1.15 S355 1.10 S420 1.10 S460 1.10 Se nelle zone non dissipative e nelle connessioni f y ,k f y ,max si assume Rd 1,00 Ing. Gianmaria Di Lorenzo Corso di Teoria e Progetto delle Costruzioni di Acciaio Proprietà dell’acciaio richieste Resistenza del materiale Scegliere il materiale, evitando rotture fragili, è la chiave per il progetto delle strutture in acciaio in zona sismica. EC8 richiede che la resistenza degli acciai dovrebbe soddisfare i requisiti per l’azione sismica per un valore di temperatura di servizio quasi permanente secondo EN 1993-1- 10. Studi recenti hanno dimostrato che il limite dato da EC8 è garantito per i terremoti in Europa. Ing. Gianmaria Di Lorenzo Classificazione e cenni sui processi produttivi Processo Laminati piani e coils Lamiere (t>3mm) Lamierini (t 3 mm) Profilati laminati a caldo Prodotti siderurgici industrializzati •Laminazione a caldo •Laminazione a freddo • Laminazione a caldo • Trafilatura (*) • Lavorazione a freddo con saldatura (*) HE IPE UPN OHS (*) Profilati per composizione saldata • Laminazione a caldo con saldatura (*) Alveolate IFB SFB • Piegatura a freddo Profili formati a freddo - Profilatura - Pressopiegatura - Stampaggio Lamiere grecate Profili a Z o C Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo I.2.3.1 Classificazione e cenni sui processi produttivi Laminazione a caldo Laminazione Laminazione a freddo Processi di produzione I prodotti siderurgici presentano delle imperfezioni legate al processo di produzione Profilatura Pressopiegat. e stampaggio Lavorazione plastica delle lamiere con dipositivo oliodinamico (pressopiegatrice) composto da un punzone che spinge la lamiera verso la matrice in modo da piegarla in direzione long. Trafilatura e estrusione Forgiatura e getti Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Lavorazione plastica dei metalli a caldo (1200°C) o a freddo attraverso una serie di rulli (laminatoio) disposti in continuo che tendono a ridurre lo spessore del materiale di base e/o modificare la forma di partenza Lavorazione plastica delle lamiere o coils a temperatura ambiente attraverso una serie di rulli (profilatrice) scalanati atti a modificare progressivamente la forma del laminato di partenza Piegatura a freddo Altri Definizioni Processo di produzione di profilati ottenuti forzando per trazione (trafilatura) o compressione (estrusione) il passaggio del materiale di base attraverso una forma (matrice) Processo di produzione di componenti speciali ottenuti lavorando l’acciaio allo stato plastico (1000 °C forgiatura) o liquido (1500 °C getto) Prof. Raffaele Landolfo I.2.3.1 Classificazione e cenni sui processi produttivi N.B. I profili devono rispettare norme di prodotto, come ad es.: UNI 5397:1978: Prodotti finiti di acciaio laminati a caldo. Travi HE ad ali larghe parallele. Dimensioni e tolleranze. 1/100 B • Variabilità dello spessore Della sezione • Inclinazione degli elementi della sezione (flangia e/o anima) UNI 5398:1978: Prodotti finiti di acciaio laminati a caldo. Travi IPE ad ali strette parallele. Dimensioni e tolleranze. Geometriche 1/1000 L Dell’elemento • Rettilinità = 0.2° La presenza delle imperfezioni modifica il comportamento strutturale sia a livello di elemento (vedi instabilità) che di sistema (forze orizzontali equivalenti by EC3) • Non verticalità delle colonne Tipi Dell’sistema Imperfezioni B 1 1 0.5 200 nc 1 0.2 by nsEC3 nc= num colonne per piano ns= num piani Tensioni residue Meccaniche Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Disomogenità meccanica Stati coattivi che nascono seguito del lavorazione termoplastico autoequilibrati nel profilo a processo di in campo Incremento localizzato della resistenza (anche > 30% per fy) e riduzione della duttilità in corrispondeza di zone incrudite a seguito di lavorazione a freddo T C T C Zona di piega incrudita r 1.5 t Prof. Raffaele Landolfo Considerazioni sulla scelta e uso del sagomario Sagomario HE Utilizzo Assegnato (progetto) o noto (verifica) il tipo di profilo ed il materiale Progetto • Dalle formule di progetto si risale alla richiesta teorica (strettamente necessaria) in termini di area A (progetto a sforzo normale) o modulo di resistenza W (progetto a flessione) o momento d’inerzia I (progetto a deformazione) • Si sceglie il profilo con proprièta geometrica appena superiore Verifica o controllo Noto il profilo e le sue proprità geometriche occorre distinguere: •SLU La resistenza di progetto della sezione Rd (capacità) da conforntare con le sollecitazioni di progetto Sd (domanda) •TA Lo stato tensionale id da confrontare con le tensioni ammissibili Pag. 1 Pag. 2 adm Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo N.B. IL DM entra in vigore 30 gg dopo la pubblicazione sulla gazzetta ufficiale Modulo I - Costruire con l’ Acciaio CNR UNI 10011 DM. LL. PP. 14/01/2008 Gazzetta Ufficiale n. 29 del 4 febbraio 2008 Prof. Raffaele Landolfo DM. LL. PP. 14/01/2008 Le norme tecniche per costruzioni metalliche Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo DM. LL. PP. 14/01/2008 Le norme tecniche per costruzioni metalliche Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo Eurocodice 3 Le norme tecniche per costruzioni metalliche Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo Eurocodice 3 – Progettazione delle strutture in acciaio – PARTE 1 • EN 1993-1-1:2005 Parte 1-1: Regole generali e regole per gli edifici • EN 1993-1-2:2005 Parte 1-2: Regole generali -Progettazione strutturale contro l'incendio • EN 1993-1-3:2007 Parte 1-3: Regole generali- Regole supplementari per l'impiego dei profilati e delle lamiere sottili piegati a freddo • EN 1993-1-4:2007 Parte 1-4: Regole generali - Regole supplementari per acciai inossidabili • EN 1993-1-5:2007 Parte 1-5: Elementi strutturali a lastra • EN 1993-1-6:2007 Parte 1-6: Resistenza e stabilità delle strutture a guscio • EN 1993-1-7:2007 Parte 1-7: Strutture a lastra ortotropa caricate al di fuori del piano • EN 1993-1-8:2005 Parte 1-8: Progettazione dei collegamenti • EN 1993-1-9:2005 Parte 1-9: Fatica • EN 1993-1-10:2005 Parte 1-10: Resilienza del materiale e proprietà attraverso lo spessore • EN 1993-1-11:2007 Parte 1-11: Progettazione di strutture con elementi tesi • EN 1993-1-12:2007 Parte 1-12: Regole aggiuntive per l'estensione della EN 1993 fino agli acciai di grado S 700 Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo Eurocodice 3 – Progettazione delle strutture in acciaio- Altre parti • EN 1993-2:2007 Parte 2: Ponti di acciaio • EN 1993-3-1:2007 Parte 3-1: • EN 1993-3-2:2007 Parte 3-2: Torri, pali e ciminiere - Torri e pali Torri, pali e ciminiere – Ciminiere • EN 1993-4-1:2007 Parte 4-1: • EN 1993-4-2:2007 Parte 4-2: • EN 1993-4-3:2007 Parte 4-3: Silos Serbatoi Condotte • EN 1993-5:2007 Parte 5: Pali e palancole • EN 1993-6:2007 Parte 6: Strutture per apparecchi di sollevamento Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo Eurocodice 8 – Progettazione delle strutture in zona sismica • EN 1998-1:2005 Parte 1: Regole generali, azioni sismiche e regole per gli edifici • EN 1998-2:2009 Parte 2: Ponti • EN 1998-3:2005 Parte 3: Valutazione e adeguamento degli edifici • EN 1998-4:2006 Parte 4: Silos, serbatoi e condotte • EN 1998-6:2005 Parte 6: Torri, pali e camini Eurocodice 9 – Progettazione delle strutture in alluminio • EN 1999-1-1:2007 Parte 1-1: Regole strutturali generali • EN 1999-1-2:2007 Parte 1-2: Progettazione strutturale contro l'incendio • EN 1999-1-3:2007 Parte 1-3: Strutture sottoposte a fatica • EN 1999-1-4:2007 Parte 1-4: Lamiere sottili piegate a freddo • EN 1999-1-5:2007 Parte 1-5: Strutture a guscio Modulo I - Costruire con l’ Acciaio Prof. Raffaele Landolfo
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