Facoltà di Architettura – Università degli Studi di Genova
Corso di TECNICA DELLE COSTRUZIONI
Chiara CALDERINI
A.A. 2007-2008
LEZIONE 6
PROGETTO DI COSTRUZIONI IN ACCIAIO
Progetto di giunzioni saldate
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
ASPETTI TECNOLOGICI
SALDABILITA’ DELL’ACCIAIO
GRADO 0: SALDATURA IMPOSSIBILE – GRADO 5: SALDABILITA’ OTTIMA
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
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.
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.
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.
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.
ASPETTI TECNOLOGICI
EFFETTI DELLA SALDATURA
FORMAZIONE DI CRICCHE A FREDDO
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.
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).
.
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.
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
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 id = σ ⊥2 + σ &2 − σ ⊥σ & + 3τ 2 ≤ η w f d
COEFFICIENTE DI EFFICIENZA
(DA 0.6 A 1, A SECONDA DELLA NORMATIVA)
NORMATIVA ITALIANA (CNR-UNI 10011-67)
ηw = 1
PER GIUNTI DI CLASSE I
η w = 0.85
PER GIUNTI DI CLASSE II
GIUNTI A CORDONI D’ANGOLO
LA SEZIONE RESISTENTE DELLA SALDATURA
AREA DELLA SEZIONE
DI GOLA
Ar = a L
ALTEZZA DI GOLA
LUNGHEZZA DEL CORDONE
ALTEZZA DI GOLA
E’ L’ALTEZZA MINORE DEL
TRIANGOLO INSCRITTO NELLA
SEZIONE TRASVERSALE DEL
CORDONE.
GIUNTI A CORDONI D’ANGOLO
COMPONENTI DI TENSIONE
TENSIONI RIFERITE ALLA SEZIONE GOLA
σ⊥⊥ =
σ
TENSIONE NORMALE AGENTE IN
DIREZIONE
PERPENDICOLARE
ALLA
SEZIONE DI GOLA CONSIDERATA NELLA
SUA REALE POSIZIONE.
σ⊥
GIUNTI A CORDONI D’ANGOLO
COMPONENTI DI TENSIONE
TENSIONI RIFERITE ALLA SEZIONE GOLA
τ⊥⊥ =
TENSIONE TANGENZIALE AGENTE IN
DIREZIONE PERPENDICOLARE ALL’ASSE
DEL CORDONE E GIACENTE NELLA
SEZIONE DI GOLA CONSIDERATA NELLA
SUA REALE POSIZIONE.
τ⊥
GIUNTI A CORDONI D’ANGOLO
COMPONENTI DI TENSIONE
TENSIONI RIFERITE ALLA SEZIONE GOLA
ττ⊥& =
TENSIONE TANGENZIALE AGENTE IN
DIREZIONE PARALLELA ALL’ASSE DEL
CORDONE E GIACENTE NELLA SEZIONE DI
GOLA CONSIDERATA NELLA SUA REALE
POSIZIONE.
τ&
GIUNTI A CORDONI D’ANGOLO
COMPONENTI DI TENSIONE
TENSIONI
RIFERITE
ALLA
TRASVERSALE DEL CORDONE
SEZIONE
στ⊥& =
TENSIONE NORMALE AGENTE IN
DIREZIONE PARALLELA ALL’ASSE DEL
CORDONE E RIFERITA ALLA SUA SEZIONE
IPOTESI
TRASVERSALE.
SEMPLIFICATIVA
NELLE VERIFICHE SI TRASCURA
QUESTA COMPONENTE DI
TENSIONE
σ&
σ&
GIUNTI A CORDONI D’ANGOLO
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
GIUNTI A CORDONI D’ANGOLO
DEFINIZIONE DEL DOMINIO DI RESISTENZA - STORIA
DEFINIZIONE SPERIMENTALE DEL PEROIDE DELLE ROTTURE
1a APPROX (ISO): ELISSOIDE DELLE ROTTURE
σ
f
2
⊥
2
u ,w
+
τ
2
⊥
+
τ &2
( 0.75 f ) ( 0.75 f )
2
u ,w
2
=1
u ,w
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 0.58σ ⊥ ED IL SEMIASSE MEDIO PARI A 0.7σ ⊥ . PERTANTO IL CRITERIO
DI RESISTENZA POTEVA ESSERE ESPRESSO COME:
σ
f
2
⊥
2
u ,w
+
τ
2
⊥
+
τ &2
( 0.58 f ) ( 0.70 f )
2
u ,w
u ,w
2
=1
GIUNTI A CORDONI D’ANGOLO
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.
2a APPROX (ISO): SFERA DELLE ROTTURE
2
2
2
&
⊥
⊥
2
2
2
σ
+
τ
+
τ
(χ f ) (χ f ) (χ f )
u ,w
u ,w
RAGGIO DELLA SFERA
u ,w
=1
DIFETTO: NON TIENE
CONTO DELLA
DIFFERENZE DI
RESISTENZA NELLE
DIVERSE DIREZIONI
A FAVORE DI SICUREZZA,
χ =0.58
GIUNTI A CORDONI D’ANGOLO
DEFINIZIONE DEL DOMINIO DI RESISTENZA – STORIA
GIUNTI A CORDONI D’ANGOLO
DEFINIZIONE DEL DOMINIO DI RESISTENZA
IN OCCASIONE DELLA REVISIONE DELLE RACCOMANDAZIONI CNR-UNI 1001-67,
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.
3a APPROX (CNR): SFERA MOZZA
LA SFERA HA EQUAZIONE:
σ ⊥2
+
τ ⊥2
+
τ &2
(χ f ) (χ f ) (χ f )
2
u ,w
2
u ,w
2
=1
u ,w
CON χ = 0.7, MA E’ TAGLIATA DA DUE
COPPIE DI PIANI PERPENDICOLARI AGLI
ASSI σ ⊥ E τ ⊥ E PASSANTI PER 0.58 fu,w .
GIUNTI A CORDONI D’ANGOLO
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
TENSIONI RELATIVE A PROIEZIONE DELLA
SEZIONE DI GOLA SU UN LATO
1
σ ⊥2 + τ ⊥2 + τ &2 ≤ fu ,w
0.7
τ ⊥ ≤ 0.58 fu ,w
τ ⊥ + σ ⊥ ≤ 0.58 2 fu ,w
σ ⊥ ≤ 0.58 fu ,w
τ ⊥ ≤ 0.7 fu ,w
σ ⊥2 + τ ⊥2 + τ &2 ≤ 0.7 fu ,w
σ ⊥ ≤ 0.7 fu ,w
GIUNTI A CORDONI D’ANGOLO
VERIFICHE DI RESISTENZA – CNR UNI 10011-67
LA RESISTENZA A TRAZIONE DEL
CORDONE fu,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 fd DEL
MATERIALE COSTITUENTE GLI ELEMENTI
DA SALDARE:
f u ,w = β w f d
COEFFICIENTE DI EFFICIENZA
β w = 1.25 PER ACCIAI DI TIPO 1 (Fe 360)
β w = 1.00 PER ACCIAI DI TIPO 2 (Fe 430 e Fe 510)
NORMATIVA ITALIANA (CNR-UNI 10011-67)
TENSIONI RELATIVE A PROIEZIONE DELLA
SEZIONE DI GOLA SU UN LATO
0.85 f d
σ +τ +τ ≤
0.7 f d
2
⊥
2
⊥
2
&
fd
τ⊥ + σ⊥ ≤
0.85 f d
0.85 f d
τ⊥ ≤
0.7 f d
0.85 f d
σ⊥ ≤
0.7 f d
Fe360
Fe430/Fe510
Fe360
Fe430/Fe510
Fe360
Fe430/Fe510
Fe360
Fe430/Fe510
GIUNTI A CORDONI D’ANGOLO
VERIFICHE DI RESISTENZA – CNR UNI 10011-67
GIUNTI A CORDONI D’ANGOLO
CRITERI DI PROGETTO – CNR UNI 10011-67
I CORDONI D’ANGOLO CHE UNISCONO DUE LAMIERE DI SPESSORI t1 E t2 (CON t1>t2)
DEVONO AVERE LATO b SODDISFACENTE LE CONDIZIONI DI CALCOLO E, DI REGOLA, LA
SEGUENTE LIMITAZIONE:
t2
≤ b ≤ t2
2
COLLEGAMENTI
COLLEGAMENTI
COLLEGAMENTI
COLLEGAMENTI
COLLEGAMENTI
COLLEGAMENTI
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 Pd PARI A 100 kN. SI UTILIZZINO PROFILI AD “L” ACCOSTATI.
PROGETTARE QUINDI L’UNIONE “A” IN SOLUZIONE BULLONATA E SALDATA.
1. PALAZZO DEL TRIBUNALE (~1960)
2. MERCATO DELCARMINE (FINE ‘800)
3. STRUTTURE DELL’ACQUARIO (~1990)
2. MERCATO
DELCARMINE
3. ACQUARIO
1. PALAZZO DEL
TRIBUNALE
