Acciaio nel Settore delle Costruzioni PDF

ACCIAIO NEL SETTORE DELLE COSTRUZIONI Prof. Ing. Luigi Coppola G254.03 – Materiali Strutturali da Costruzione ACCIAIO: COSA E’?? Vengono definiti ACCIAI le leghe ottenute dalla fusione di minerali di ferro, carbonio (e altri elementi secondari). Il tenore del carbonio...

ACCIAIO NEL SETTORE DELLE COSTRUZIONI Prof. Ing. Luigi Coppola G254.03 – Materiali Strutturali da Costruzione ACCIAIO: COSA E’?? Vengono definiti ACCIAI le leghe ottenute dalla fusione di minerali di ferro, carbonio (e altri elementi secondari). Il tenore del carbonio determina le proprietà dei diversi acciai. L'aggiunta di carbonio forma una soluzione solida che è: 1. GHISA se contiene più del 2,11% di carbonio 2. ACCIAIO quando il carbonio è inferiore al 2,11% e ha una massa volumica pari a 7850 kg/mc DIAGRAMMA FERRO-CARBONIO ALTRE AGGIUNTE Alla lega di ferro e carbonio possono essere aggiunti altri elementi: SILICIO, conferisce un‘elevata resistenza ma riduce la saldabilità; RAME, aumenta la resistenza alla corrosione; MANGANESE, aumenta la durezza ma diminuisce l'elasticità; CROMO, aumenta la durezza e non riduce l'elasticità La composizione chimica degli acciai è certificata (certificato di colata), così come le proprietà meccaniche ARCHITETTURA E ACCIAIO L’impiego di materiali metallici nella costruzione di edifici risale alla preistoria. Nel V sec. a. C. vengono utilizzate grappe di ferro per l’ancoraggio dei grandi conci squadrati nella costruzione dei templi, una tecnica in seguito adottata dai Romani. Durante la costruzione della Chiesa di Santa Sofia a Costantinopoli (532- 537 d.C.) in prossimità delle grandi volte vengono impiegati tiranti di ferro. ARCHITETTURA NEL SETTECENTO Con la rivoluzione industriale, la cultura architettonica si orienta verso la cosiddetta “linea tecnologica”, ravvisabile nella bellezza della semplice struttura. Ad esempio, la ghisa veniva utilizzata prima solo per parti singole ed elementi di raccordo o quale supporto alla costruzione edilizia. Verso la fine degli anni 70 del Settecento, per contro, si è trovato casualmente il modo di realizzare un prodotto sufficientemente adatto per sostenere delle costruzioni; tale scoperta ha cambiato il mondo delle costruzioni in maniera progressiva. Negli ultimi tre decenni tra dell'Ottocento a fianco dell'architettura ufficiale, realizzata prevalentemente in pietra, inizia ad affiancarsi una nuova tecnica costruttiva che utilizza il materiale metallico insieme al vetro da cui si delinea un nuovo modo di concepire l'architettura. IRON BRIDGE The Iron Bridge, 1777-79, John Wilkinson, Thomas Pritchard, Abraham Darby III, Coalbrookdale. Si trova nel centro dell’Inghilterra ed unisce due sponde che tradizionalmente erano divise ma facevano parte di una regione ricca di nuove fabbriche, miniere, cave e fonderie; c’era la necessità di garantire un collegamento diretto Questo è stato il primo ponte in ghisa ad essere stato realizzato. Si parla del 1777, ed inaugurato poi nel 1779, dal 34 è chiuso al traffico veicolare. È un ponte ad arco con 5 costoloni con una trave reticolare costituita con elementi in ghisa. DALLA GHISA ALL’ACCIAIO L’architettura del ferro viene impiegata essenzialmente in settori di servizio. Viene utilizzata per grandi opere, come i ponti. All'inizio sono solo ghisa e ferro battuto fino agli anni 70. L'acciaio inizia ad essere diffuso industrialmente soltanto negli anni 80 dell'Ottocento, a seguito dell'introduzione, verso la metà degli anni 70, del sistema Martin il quale consentiva di realizzare un acciaio omogeneo. Se il materiale non è omogeneo è difficile calcolarne la resistenza e, quindi, poco affidabile per realizzare strutture complesse. Solo nel 1877 inizia ad essere prodotto un acciaio omogeneo. ARCHITETTURA DELL’OTTOCENTO L’era dell'acciaio ha inizio a metà dell'800 con l’innovazione dei sistemi di produzione che ampliarono le applicazioni del materiale. Contestualmente la nascita di una nuova disciplina - la scienza delle costruzioni - permise il perfezionamento del calcolo delle strutture. Un ingresso della metropolitana a Parigi del 1895 c.a., in Art Nouveau o stile Liberty caratterizzato dalle linee curve e dal colore. La vera svolta si ha nel 1856, con l'invenzione dell’inglese Bessemer del convertitore, un sistema rapido per affinare la ghisa liquida e trasformarla in acciaio. METODO MARTIN-SIEMES Un ulteriore progresso si registra nel 1865 con la messa a punto del metodo Martin-Siemens, che permise di utilizzare rottami ferrosi nella produzione dell’acciaio. Rispetto alle metodologie precedenti, questo forno riusciva a diminuire i consumi di combustibile del 70-80% ARCHITETTURA DELL’OTTOCENTO CRYSTAL PALACE, Joseph Paxton, Londra, 1851-1854 Il Crystal Palace era un'enorme costruzione in stile vittoriano, eretto a Londra nel 1851 per ospitare la prima Esposizione Universale. Fu installato a Hyde Park, per poi essere smontato e ricostruito in un'altra zona della città, Sydenham Hill, nel 1852. Si tratta di uno degli esempi più celebri di architettura del ferro. Venne distrutto da un incendio nel 1936. ARCHITETTURA DELL’OTTOCENTO L’acciaio consente, intorno al 1880, la realizzazione dei primi grattacieli americani prodotti dagli architetti della “Scuola di Chicago” di cui Louis Sullivan fu il rappresentante più illustre. Ciò sancisce l’uso dell’acciaio su scala industriale. Louis Hanry Sullivan – Grandi Magazzini Burnham & Root – Monadnock C.,P. & S., Sullivan Center - Chicago 1889- Building, Chicago 1889-93 04 ARCHITETTURA DEL NOVECENTO L’uso dell’acciaio determinò un’innovazione non solo della tecnica costruttiva, ma anche dei linguaggi architettonici. Nell’edificio di Gropius, ad esempio, ciò si palesa nel rapporto tra facciata e struttura che diede inizio alla cosiddetta estetica industriale del Werkbund. L’impiego strutturale dell’acciaio si perfeziona con Mies Van de Rohe che utilizza elementi standardizzati in acciaio da comporre modularmente. Walter Gropius - Fabbrica Fagus, Alfed an der Leine 1911 Mies Van de Rohe - Seagram Building, New York 1956 ARCHITETTURA DEL NOVECENTO Centro nazionale d'arte e di cultura Georges Pompidou, Renzo Piano – Gianfranco Franchini – Richard Rogers, Rue Beaubourg 19 Parigi, 1969-1974 ARCHITETTURA DEL NOVECENTO Istituto del Mondo Arabo, J. Nouvel, Parigi, 1981 ARCHITETTURA DEL NOVECENTO Officina Renault, Norman Foster – Swindon, 1983 ARCHITETTURA DEL 2000 Paul Klee Zentrum, Renzo Piano, Berna, 2001-05 ARCHITETTURA DEL 2000 National Stadium o The Bird’s Nest, Herzog e de Meuron, Pechino, 2002-08 ARCHITETTURA E ZINCO Museo ebraico, Daniel Libeskind, Berlino, 1989-1999 ARCHITETTURA E RAME PREOSSIDATO NeMo (National Center for Science and Technology), Renzo Piano, Amsterdam, 1997 ARCHITETTURA E RAME PREOSSIDATO James Stirling, Michael Wilford and Associates con Tom Muirhead - Padiglione del libro Electa, 1991 - Venezia ARCHITETTURA E RAME PREOSSIDATO Architetti BBPR (Lodovico B. Belgiojoso, Enrico Peressutti, Ernesto N. Rogers) Torre Statue of Liberty, 1998 Velasca, 1950-1958 - Milano New York ARCHITETTURA E ALLUMINIO Padiglione Bruges, Toyo Ito & Associates, Bruges, 2002 ARCHITETTURA E ALLUMINIO ECOMS HOUSE - Riken Yamamoto & Field Shop, Sukagawa, Giappone, 2005 PRODUZIONE ACCIAIO METALLURGIA PRIMARIA si ottengono semilavorati prodotti direttamente dal minerale di ferro METALLURGIA SECONDARIA si ottengono semilavorati prodotti dal riciclaggio del rottame ferroso PRODUZIONE ACCIAIO PRODUZIONE ACCIAIO  Svezia 4.6 4.4 31 +1 Kazakistan 4.2 3.9 32 Dati 2015/2016 +2 PRODUZIONE Argentina ACCIAIO 4.1 5.0 33 -5 Finlandia PAESE Cina 4.1 2016 (mil. ton.) 808.4 2015 (mil. ton.) Ranking 2016 2016 vs 2015 803.8 1 = 4.0 34 -1 Giappone 104.8 105.1 2 = Malaysia India Stati Uniti 4.0 95.6 78.5 89.0 78.8 3 4 = = 3.8 35 = Thailandia 3.8 3.7 36 = Russia 70.8 70.9 5 = Korea del Sud 68.6 69.7 6 = Germania 42.1 42.7 7 = Pakistan Turchia Brasile Ucraina 3.6 33.2 31.3 24.2 31.5 33.3 23.0 8 9 10 +1 -1 = 2.9 37 +2 Romania Italia Taiwan 3.3 23.4 21.8 22.0 21.4 11 12 = = 3.4 38 -1 Messico 18.8 18.2 13 = Emirati Arabi Uniti Iran Francia 3.1 17.9 14.4 16.1 15.0 14 15 = = 3.0 39 -1 Qatar Spagna Canada Polonia 2.5 13.6 12.6 9.0 14.8 12.5 9.2 16 17 18 = = +1 2.6 40 = Bielorussia Vietnam Belgio 2.2 7.8 7.7 5.6 7.3 19 20 +5 +1 2.5 41 = Regno Unito 7.6 10.9 21 -3 Lussemburgo Austria Paesi Bassi 2.2 7.4 6.9 7.7 7.0 22 23 -2 -1 2.1 42 = Portogallo 2.0 2.0 43 = Sud Africa 6.1 6.4 24 -1 Arabia Saudita 5.5 5.2 25 +2 Repubblica Ceca 5.3 5.3 26 = Oman Australia Egitto 2.0 5.3 5.0 4.9 5.5 27 28 +2 -3 2.0 44 = Indonesia 5.0 4.9 29 +1 Svizzera Slovacchia Svezia 1.5 4.8 4.6 4.6 4.4 30 31 +1 +1 1.5 45 +1 Ungheria 1.3 1.7 46 -1 Kazakistan 4.2 3.9 32 +2 Argentina 4.1 5.0 33 -5 Finlandia 4.1 4.0 34 -1 Colombia Malaysia Thailandia 1.3 4.0 3.8 3.8 3.7 35 36 = = 1.2 47 +2 Pakistan 3.6 2.9 37 +2 Korea del Nord Romania Emirati Arabi Uniti 1.3 3.3 3.1 3.4 3.0 38 39 -1 -1 1.3 48 = Qatar 2.5 2.6 40 = Serbia Bielorussia Lussemburgo 1.2 2.2 2.2 2.5 2.1 41 42 = = 1.0 49 +4 Peru Portogallo Oman Svizzera 1.2 2.0 2.0 1.5 2.0 2.0 1.5 43 44 45 = = +1 1.1 50 +1 Altri Ungheria Colombia 12.8 1.3 1.3 1.7 1.2 46 47 -1 +2 14.7 / / Korea del Nord 1.3 1.3 48 = Serbia 1.2 1.0 49 +4 Peru 1.2 1.1 50 +1 Altri 12.8 14.7 / / PRODUZIONE ACCIAIO - SVIZZERA OCCUPAZIONE ACCIAIO CICLO PRODUTTIVO Semilavorati prodotti dal PRIMARIO minerale di ferro ridotto per ottenere il metallo Semilavorati prodotti dal SECONDARIO riciclaggio del rottame ferroso CICLO PRODUTTIVO PRIMARIO Avviene la trasformazione del minerale ferroso in acciaio attraverso gli altoforni Gli impianti sono localizzati in luoghi ove l’apporto di materie prime allo stabilimento di produzione sia agevole A causa dei volumi in gioco, sono presenti altissimi costi di esercizio CICLO PRODUTTIVO PRIMARIO MATERIE PRIME Minerale Carbon Calcare di ferro Coke PREPARAZIONE DEL CARBON COKE 1.In cokeria il carbon fossile viene frantumato, vagliato e miscelato con acqua e olio minerale 2.Il materiale passa in una batteria di forni dove permane per 18 ore a 1000°C 3.Raffreddato mediante pioggia d’acqua nella torre di spegnimento 4.Frantumato e vagliato PREPARAZIONE DEL MINERALE DI FERRO E FUSIONE DI ALTOFORNO 1.Il minerale di ferro viene frantumato ed agglomerato con polvere di coke e calcare 2.Si porta la miscela a fusione in altoforno ottenendo un agglomerato (il calcare ha la funzione di abbassare la temperatura di fusione) 3.Il composto ottenuto viene frantumato PROCESSO IN ALTOFORNO L’altoforno è un reattore chimico costituito da un involucro metallico rivestito internamente da materiale refrattario (ceramico). All’interno dell’altoforno avviene la fusione del composto e la separazione tra le scorie e la ghisa PROCESSO IN ALTOFORNO CONVERSIONE DELLA GHISA Il convertitore viene caricato con il 70% di ghisa liquida da altoforno e il 30% di rottame. Viene insufflato ossigeno dal fondo. Avviene una reazione violenta e rapida di decarburazione e trasformazione di ghisa in acciaio Durante tutto il processo d'affinazione della ghisa in acciaio, si toccano temperature prossime ai 1750 °C PROCESSO AL FORNO MARTINS-SIEMENS Nel forno vengono introdotti: ghisa liquida + rottami di ferro + scoria basica. L'affinazione avviene in due tempi distinti. 1° - OSSIDAZIONE DEL BAGNO di metallo fuso all'interno del forno; 2° - DESOLFORAZIONE DEL BAGNO e la liberazione degli ossidi di ferro all'interno di una siviera dove è colato il metallo fuso. Dopo la colata e la creazione della scoria (scorificazione), il metallo è lasciato riposare in modo che si liberino i rimanenti gas in esso contenuti, dopodiché si procede al colaggio nelle lingottiere in cui si verifica il raffreddamento e la solidificazione. PRODUZIONE DELL’ACCIAIO CICLO PRODUTTIVO SECONDARIO Si utilizza come materia prima il rottame (nuovo, vecchio o da recuperi siderurgici) Il rottame viene immesso in un forno tondo basculante ad arco diretto trifase, rivestito in materiale refrattario e pareti raffreddate ad acqua CICLO PRODUTTIVO SECONDARIO L’arco fusorio si innesca calando gli elettrodi nel forno dove sono presenti i rottami CICLO PRODUTTIVO SECONDARIO Il rottame si scalda e fonde sia per irraggiamento sia grazie alla presenza di bruciatori Il bagno di acciaio fuso si raccoglie sul fondo del forno mentre le scorie si depositano sulla superficie e vengono rimosse durante la DESCORIFICAZIONE EAF – ELECTRIC ARC FURNACE CICLO PRODUTTIVO SECONDARIO CICLO PRODUTTIVO SECONDARIO Durante la fusione vengono estratti campioni di materiale fuso per verificarne la composizione chimica che può essere corretta mediante l’aggiunta di elementi in lega carenti OPERAZIONI IN SIVIERA 1. Degasaggio 2. Aggiunta di eventuali elementi alliganti 3. Eventuale decarburazione ulteriore dell’acciaio 4. Desolforazione e defosforazione PRODUZIONE DEL SEMILAVORATO PRODUZIONE DEL SEMILAVORATO LINGOTTIERA COLATA CONTINUA I SEMILAVORATI I semilavorati si distinguono in base alle sezioni: s. a sezione quadrata, a sezione rettangolare, appiattiti; sbozzati per profilati; per tubi senza saldatura: § Le bramme sono prodotti di sezione rettangolare, ottenuti o dalla laminazione dei lingotti colati o dalla colata continua. Le billette e i blumi sono prodotti di forma quadrata o rettangolare, ottenuti o dalla laminazione dei lingotti colati o dalla colata continua. I blumi, rispetto alle billette, hanno una sezione maggiore. Blumi e billette sono in genere utilizzati per la realizzazione di prodotti laminati a caldo lunghi. PRODUZIONE DEI MANUFATTI 1.Può avvenire a caldo o a freddo 2.Si ottengono dei prodotti finiti con caratteristiche fisiche e meccaniche differenti PRODUZIONE DEI MANIFATTI Fucinatura a freddo elementi cilindrici, poligonali Fucinatura a caldo elementi cavi Stampaggio Laminazione Profilatura elementi a T, doppio T, L, U Punzonatura semilavorati curvi Formazione di tubi Piegatura Trafilatura PROCESSI DI LAMINAZIONE – ACCIAIO C.A. LAMINAZIONE con trattamento termico in linea (TEMPCORE) A CALDO con acciaio microlegato successiva stiratura o A FREDDO ribobinatura a freddo o TRAFILATU RA PROCESSI DI LAMINAZIONE – ACCIAIO C.A. LAMINAZIONE A CALDO LAMINAZIONE = Procedimento tecnologico che consiste nell’obbligare un massello metallico a passare attraverso due cilindri, lisci o sagomati, previo riscaldamento, in modo che si verifichi una modifica della forma e delle dimensioni. In tal modo, si sfrutta la grande plasticità del materiale ad alte temperature che consente grandi deformazioni con carichi contenuti sui cilindri di laminazione LAMINAZIONE A CALDO LAMINAZIONE A CALDO Riscaldamento alla temperatura di massima plasticità (circa 1200°C) dei lingotti Laminazione del metallo che viene fatto passare fra una coppia di cilindri rotanti sagomati che lo deformano e lo assottigliano. Taglio a caldo del prodotto Raffreddamento su apposite placche ACCIAI TEMPCORE Processo TempCore è un trattamento termico che consente di produrre barre ad alto carico di snervamento a partire da un acciaio con basso tenore di carbonio, sfruttando il calore della barra durante la laminazione ACCIAI TEMPCORE La barra già nervata dopo l’ultimo passaggio della laminazione viene investita da getti d’acqua ad alta pressione. La breve durata del raffreddamento trasforma solo la superficie della barra trasformandone la struttura metallurgica ed aumentandone la durezza mentre il cuore della barra stessa rimane caldo mantenendo la microstruttura originaria e quindi la duttilità propria dell’acciaio originale. PROCESSO TEMPCORE ACCIAI TEMPCORE ACCIAI TEMPCORE MARTENSITE RINVENUTA FERRITE-PERLITE I prodotti che si ottengono da questo processo sono le barre e i rotoli laminati a caldo; i rotoli vengono destinati ai centri di sagomatura, mentre le barre possono essere anche soggette ad impiego diretto. ACCIAI TEMPCORE La ZONA ESTERNA, la martensite rinvenuta, è molto resistente e contemporaneamente duttile mentre la ZONA INTERNA, la perlite-ferrite, è estremamente duttile. La combinazione di queste due strutture conferisce alla barra tempcore eccellenti qualità fisiche e meccaniche. Il termine TempCore deriva da Tempered (rinvenimento) e Core (cuore). PROCESSO DI LAMINAZIONE A CALDO CON ACCIAIO MICROLEGATO In questo processo si sfrutta la presenza nella composizione chimica del prodotto di base (billette) di un elemento, solitamente il vanadio, che anche in piccole percentuali (da cui il nome microlegato) conferisce all’acciaio le caratteristiche meccaniche desiderate senza intervenire sul raffreddamento in fase di laminazione. ACCIAIO MICROLEGATO Questo acciaio, normalmente prodotto in rotoli, presenta grazie alla microstruttura omogenea, caratteristiche di lavorabilità ottimali. L’unico svantaggio è legato al costo molto elevato di questo elemento di lega. Da tale processo si ottengono i rotoli laminati a caldo che sono destinati ai centri di sagomatura. ACCIAI NON SALDABILI Hanno un elevato tenore di carbonio (0,3-0,4%). Il raffreddamento avviene lentamente per ottenere un’elevata duttilità. Non è saldabile perché le zone circostanti la saldatura diventano fragili: si mantiene la resistenza, ma si riduce molto la duttilità ACCIAI NON SALDABILI Vista la notevole diffusione dei processi di saldatura nei cantieri, questi acciai sono ormai in disuso LAMINAZIONE A CALDO E SUCCESSIVA STIRATURA O RIBOBINATURA A FREDDO E’ un processo che si è sviluppato recentemente soprattutto per risolvere il problema della duttilità su reti e tralicci e per tutto il materiale destinato principalmente alla produzione di staffe. L’acciaio di base (billette) è molto simile a quello utilizzato nel processo tempcore: acciaio saldabile senza l’aggiunta di elementi microleganti. Il processo consiste nella laminazione a caldo delle billette in condizioni di temperatura normali per ottenere rotoli nervati. LAMINAZIONE A CALDO E SUCCESSIVA STIRATURA O RIBOBINATURA A FREDDO Successivamente questi rotoli vengono ripresi e deformati minimamente a freddo (nell’ordine del 3 – 5% max). La deformazione consiste nel passaggio in modo controllato in una serie di rulli posti in sequenza; questo processo permette di ottenere le caratteristiche meccaniche desiderate mantenendo quasi inalterate le proprietà di duttilità tipiche del laminato a caldo. LAMINAZIONE A CALDO E SUCCESSIVA STIRATURA O RIBOBINATURA A FREDDO Il processo è suddiviso in due fasi: laminazione a caldo con produzione di rotoli nervati srotolamento, leggera deformazione meccanica a freddo e riavvolgimento su un bobinatore. Il prodotto riavvolto (bobina) può essere destinato ai centri di sagomatura o utilizzato per la produzione di reti e tralicci. LAMINAZIONE A FREDDO O TRAFILATURA L’acciaio di base (billette) presenta una composizione chimica con tenori di carbonio molto bassi, normalmente inferiori a 0.10 %. Laminazione a caldo per ottenere rotoli di vergella liscia le cui caratteristiche meccaniche sono una bassa resistenza ed una elevata duttilità. La vergella liscia viene laminata a freddo con riduzioni di sezione molto elevate (nell’ordine del 20%) e contemporaneamente nervata sempre a freddo. LAMINAZIONE A FREDDO O TRAFILATURA Questa operazione comporta un notevole incrudimento con conseguente aumento della resistenza e riduzione quasi assoluta della duttilità. Il prodotto trafilato a freddo nei diametri da 5 a 12 mm viene utilizzato per la produzione di staffe e sagomati oppure assemblato per la produzione di reti e tralicci. LAMINAZIONE A FREDDO O TRAFILATURA LAMINAZIONE A FREDDO O TRAFILATURA Processo diffuso fino ad alcuni anni fa anche nel campo delle costruzioni. Attualmente in disuso a causa della sempre crescente richiesta di duttilità, specie in zona sismica. LAMINAZIONE E DUTTILITA’ PROPRIETA’ MECCANICHE DEI MATERIALI capacità di riprendere forma dopo Elasticità la rimozione della sollecitazione capacità di mantenere la forma in Rigidità presenza di sollecitazione Resistenza capacità di resistere ai carichi capacità di modificare la forma in Plasticità modo permanente senza rompersi PROPRIETA’ MECCANICHE DEI MATERIALI tendenza a rompersi in frantumi a seguito di Fragilità un urto (inverso della tenacità) Resistenza resistenza all’azione superficiale di un altro all’usura corpo in contatto in movimento relativo Durezza resistenza alla scalfitura o alla penetrazione Resistenza a resistenza all’azione di una sollecitazione fatica ciclica EQUILIBRIO DEI CORPI RIGIDI AZIONI INTERNE SFORZO O TENSIONE σ : N/mm2 = MPa EFFETTI DI UNO SFORZI DI TRAZIONE/COMPRESSIONE DEFINIZIONE DI DEFORMAZIONE PROVA DI TRAZIONE È la prova principale per la caratterizzazione dell’acciaio Permette la determinazione dei parametri INGEGNERISTICI che verranno utilizzati dal progettista della struttura (SIA 262 – SIA 263) PROVA DI TRAZIONE La prova è eseguita attraverso macchine idrauliche o elettromeccaniche nelle quali sono afferrate le due estremità di un provino metallico a forma circolare o rettangolare. Durante la prova il provino è sottoposto ad una deformazione crescente fino a rottura. PROVA DI TRAZIONE Vengono registrati i valori del carico applicato e dell’allungamento dei provino, da cui è immediato calcolare lo sforzo nominale σ e la deformazione nominale ε CURVA SFORZO/DEFORMAZIONE Il primo tratto, con andamento lineare, individua il comportamento elastico del materiale. In questa zona le deformazioni sono direttamente proporzionali allo sforzo. CURVA SFORZO/DEFORMAZIONE Il secondo tratto è caratterizzato da una deviazione rispetto alla proporzionalità diretta: è il campo di deformazione plastica uniforme. CURVA SFORZO/DEFORMAZIONE Il terzo tratto rappresenta il campo di deformazione plastica localizzata, chiamata strizione, al termine della quale si verifica la rottura duttile del provino CURVA SFORZO/DEFORMAZIONE CURVA SFORZO/DEFORMAZIONE Le curve sforzo-deformazione nominali non danno un’indicazione completamente aderente alla realtà fisica poiché sono calcolate rispetto alle dimensioni originali del provino. Per determinare lo sforzo reale è necessario dividere il carico per l’area minima istantanea della sezione trasversale del provino. Si può ricavare per lo sforzo reale la relazione: 𝜎! = 𝜎" # 𝜀 + 1 CURVA SFORZO/DEFORMAZIONE Analogamente per la deformazione reale è necessario considerare la lunghezza istantanea del provino e si può ottenere la relazione: 𝐿 𝜀! = ln 𝐿# Nella pratica si utilizzano sforzi e deformazioni nominali. CURVA SFORZO/DEFORMAZIONE COMPORTAMENTO ELASTICO Nel tratto elastico il comportamento del materiale segue una relazione di proporzionalità diretta tra sforzo e deformazione. La deformazione è reversibile: supponendo di rimuovere il carico in questo tratto della curva, il provino recupererebbe le sue dimensioni originali. COMPORTAMENTO ELASTICO MODULI DI ELASTICITA’ Una grandezza direttamente ricavabile dalla curva sforzo-deformazione è il modulo di elasticità o di Young (E) che rappresenta la costante di proporzionalità che lega tensioni e deformazioni in campo elastico. 𝜎 = 𝐸 $ 𝜀! MODULI DI POISSON Si definisce modulo di Poisson (υ) il rapporto tra le deformazioni in direzione perpendicolare alla direzione di applicazione del carico e nella direzione ad essa parallela. 𝜀" 𝜐= 𝜀! MODULI DI ELASTICITA’ - POISSON MODULI DI ELASTICITA’ - POISSON Tipo Modulo di elasticità Modulo di [N/mm2] Poisson Ferro Fe 360 190000 Ferro Fe 430 200000 Ferro Fe 510 210000 Acciaio INOX 196000 AISI 304 Acciaio INOX 0,3 198000 AISI 410 Acciaio INOX 196000 AISI 630 Corten 206000 Acciaio 205000 TENSIONE DI SNERVAMENTO Nella progettazione di una struttura civile ha notevole interesse ingegneristico il valore della tensione (detta di snervamento) in corrispondenza del quale viene meno la proporzionalità diretta tra sforzo e deformazione, ovvero il punto di passaggio tra il tratto elastico e il tratto plastico uniforme TENSIONE DI SNERVAMENTO La tensione di snervamento fy può essere individuata in modi diversi a seconda del tipo di curva di trazione: Presenza di un punto angoloso Presenza di un andamento irregolare Presenza di una variazione continua della curva TENSIONE DI SNERVAMENTO Se la curva di trazione presenta un punto angoloso (caso 1), il valore dello sforzo in corrispondenza di questo punto rappresenta la tensione di snervamento TENSIONE DI SNERVAMENTO Se la curva di trazione presenta una zona ad andamento irregolare (caso 2), si determinano due distinti valori della tensione di snervamento (il minimo e il massimo). Sarà necessario, quindi, fare la media tra i due valori. TENSIONE DI SNERVAMENTO Se la curva di trazione è continua (caso 3), il valore della tensione di snervamento corrisponde alla tensione che produce una deformazione plastica residua dello 0,2%. Si ricava tracciando una retta parallela al tratto elastico che interseca l’asse x nel punto di ascissa 0,2% ed individuando l’intersezione di questa con la curva di trazione. COMPORTAMENTO PLASTICO Nel tratto compreso tra la tensione di snervamento e la tensione massima il materiale ha un comportamento di tipo plastico: si hanno deformazioni irreversibili uniformemente distribuite su tutta la lunghezza del provino. COMPORTAMENTO PLASTICO COMPORTAMENTO PLASTICO Supponendo di scaricare il provino in questo tratto, la deformazione accumulata nella fase di carico non viene completamente recuperata. Permane, quindi, una deformazione residua dovuta alla plasticizzazione del materiale. COMPORTAMENTO PLASTICO COMPORTAMENTO PLASTICO L’ampiezza del tratto plastico indica la capacità del materiale di cambiare forma in modo permanente ovvero l’attitudine a subire determinate lavorazioni. INCRUDIMENTO Supponendo di caricare nuovamente un provino già deformato plasticamente, si ottiene una curva di trazione con un tratto elastico che si estende fino al massimo valore di tensione raggiunto durante la prima deformazione. Questo fenomeno di incremento del valore della tensione di snervamento è detto incrudimento. INCRUDIMENTO TENSIONE DI ROTTURA La tensione di rottura è la massima tensione nominale raggiunta durante la prova. La tensione di rottura separa il campo di deformazione plastica uniforme da quello di deformazione plastica localizzata (STRIZIONE). TENSIONE DI ROTTURA STRIZIONE La strizione è un fenomeno di deformazione plastica localizzata in un breve tratto del provino STRIZIONE Si manifesta sino alla rottura del provino, con la separazione delle due metà lungo una sezione perpendicolare alla direzione di applicazione dello sforzo. È indice della duttilità del materiale ed è quantificato attraverso il parametro Z% STRIZIONE Oltre al valore di Z% (di difficile misurazione), viene calcolato il valore di allungamento percentuale a rottura A% Strizione percentuale Allungamento percentuale a rottura ENERGIA ELASTICA ED ENERGIA PER LA DEFORMAZIONE PLASTICA L’area sottesa alla curva di trazione rappresenta l’energia (per ENERGIA unità di PLASTICA volume) ENERGIA necessaria per ELASTICA rompere il provino ENERGIA ELASTICA E PLASTICA L’area sottesa alla curva nel tratto elastico è definita energia elastica e rappresenta l’energia necessaria per portare a snervamento il provino. ENERGIA ELASTICA E PLASTICA L’area sottesa all’intera curva è definita energia plastica e rappresenta l’energia necessaria per portare a rottura il provino. TENACITA’ L’energia è un indice della TENACITÀ del materiale -> Resistenza del materiale all’innesco della frattura FRAGILITA’ E DUTTILITA’ L’ACCIAIO NON SI ROMPE SEMPRE IN MODO DUTTILE. Esistono alcuni fattori che possono determinare una frattura di tipo fragile, ovvero una rottura caratterizzata da una deformazione plastica ridotta o assente, con una conseguente minor capacità di assorbimento di energia del materiale. FRAGILITA’ E DUTTILITA’ FRATTURA FRAGILE ACCIAIO Alta velocità Bassa di carico temperatura Triassialità degli sforzi (urto) Difetti acuti Alto (effetto spessore intaglio) FRAGILITA’ E DUTTILITA’ FRAGILITA’ E DUTTILITA’ Non è possibile stabilire a priori la duttilità di un acciaio attraverso una prova di trazione. Infatti, se la prova di trazione mostra un comportamento fragile allora l’acciaio sarà fragile, se mostra un comportamento duttile NON E’ DETTO che l’acciaio si comporti in maniera duttile in tutte le condizioni di impiego. PROVA DI RESILIENZA L’effetto di temperatura ed urti sull’acciaio è valutato tramite la prova di resilienza. Questa consiste nel colpire un provino intagliato con un coltello montato sul maglio del cosiddetto “pendolo di Charpy” (l’urto avviene sul lato opposto rispetto all’intaglio). La differenza tra l’energia potenziale del maglio nella posizione di partenza, nota, e l’energia potenziale all’arresto del maglio, calcolabile misurando la risalita dello stesso dopo l’urto e la rottura del provino, permette di ottenere l’energia assorbita dal materiale. PROVA DI RESILIENZA PROVA DI RESILIENZA PROVA DI RESILIENZA La prova è eseguita su provini a differente temperatura, valutando l’energia assorbita nell’urto. È possibile determinare una temperatura di transizione duttile-fragile che identifica il passaggio del materiale da un comportamento di tipo fragile (basso assorbimento di energia) ad un comportamento duttile. PROVA DI RESILIENZA Convenzionalmente la Ttr è individuata in corrispondenza del valor medio dell’energia assorbita. In alternativa, poiché la frattura fragile è caratterizzata da un aspetto cristallino, si può determinare la Ttr come il valore di temperatura in corrispondenza del quale si ha un grado di cristallinità del 50% PROVA DI RESILIENZA PROVA DI RESILIENZA Rottura fragile Rottura duttile PROVA DI RESILIENZA La temperatura di transizione duttile- fragile dipende da: composizione del metallo (ex. dal tenore di C in un acciaio) inclusioni e trattamenti in forno microstruttura e trattamenti termici (ex. tempra, rinvenimento,…) PROVA DI RESILIENZA ATTENZIONE!!!! La prova con il pendolo di Charpy non fornisce dati progettuali (ad esempio tensione di snervamento, rottura,…), ma informazioni circa il comportamento dell’acciaio ad una data temperatura di esercizio. EFFETTO DELLA TEMPERATURA SULLE CARATTERISTICHE MECCANCIHE La temperatura non influenza solamente la capacità del materiale di assorbire energia, ma determina anche la variazione di altre proprietà. Aumentare TEMPERATURA MODULO DI ELASTICITÀ RESISTENZA MECCANICA (fy e ft ) Diminuire EFFETTO DELLA TEMPERATURA SULLE CARATTERISTICHE MECCANCIHE EFFETTO DELLA TEMPERATURA SULLE CARATTERISTICHE MECCANCIHE EFFETTO DELLA TEMPERATURA SULLE CARATTERISTICHE MECCANCIHE EFFETTO DELLA TEMPERATURA SULLE CARATTERISTICHE MECCANCIHE Data l’influenza della temperatura sulle caratteristiche dell’acciaio è necessario, in particolari condizioni di esercizio, valutare gli eventuali problemi connessi. BASSE TEMPERATURE Al diminuire della temperatura aumenta la fragilità dell’acciaio. In climi particolarmente rigidi sarà, quindi, necessario prestare particolare attenzione al possibile effetto di urti sulla struttura, specialmente in presenza di intagli o zone di concentrazione delle tensioni EFFETTO DELLA TEMPERATURA SULLE CARATTERISTICHE MECCANCIHE EFFETTO DELLA TEMPERATURA SULLE CARATTERISTICHE MECCANCIHE ALTE TEMPERATURE Forte degrado delle proprietà meccaniche in presenza di alte temperature, ad esempio in SITUAZIONI DI INCENDIO, dove in caso di struttura in cemento armato sarà fondamentale: 1. l’azione isolante del copriferro 2. la protezione mediante vernici intumescenti e/o rivestimenti CLASSIFICAZIONE SN EN 10020 NON LEGATI CLASSIFICAZIONE COMPOSIZIONE CHIMICA INOSSIDABILI LEGATI Di qualità NON LEGATI Speciali CLASSI DI QUALITÀ INOSSIDABILI Di qualità LEGATI Speciali CLASSIFICAZIONE IN FUNZIONE DELLA COMPOSIZIONE CHIMICA ACCIAI NON hanno tenori degli elementi presenti non superiori a quelli indicati in un prospetto LEGATI allegato alla norma stessa ACCIAI contenenti almeno il 10,5 % di cromo ed al INOSSIDABIL massimo l’1,2 % di carbonio I che non rientrano nella classe degli acciai ACCIAI inossidabili e che hanno almeno uno degli LEGATI elementi presenti che supera i tenori del prospetto allegato alla norma ACCIAI NON LEGATI VS LEGATI < NON LEGATI > LEGATI CLASSIFICAZIONE IN FUNZIONE DELLE CLASSI DI QUALITA’ ACCIAI NON LEGATI DI per i quali sussistono particolari prescrizioni (tenacità, grossezza del QUALITÀ grano e/o formabilità, caratteristiche magnetiche) hanno in genere una composizione chimica strettamente controllata e garantita, maggiore purezza rispetto alle inclusioni non metalliche, e rispondenza ad altre prescrizioni (valore minimo SPECIALI garantito di resilienza, valore stabilito di profondità di penetrazione di tempra o di durezza superficiale, con conduttività elettrica prescritta, indurenti per precipitazione con stretti tenori degli elementi, per cemento armato precompresso) ACCIAI NON LEGATI SPECIALI Gli acciai speciali non legati debbono soddisfare uno o più dei seguenti requisiti: 1. resistenza all'impatto minima allo stato bonificato; 2. profondità di penetrazione e durezza superficiale nelle condizioni di raffreddamento, tempra e superficie indurita; 3. bassi contenuti di inclusioni non metalliche 4. contenuto massimo di fosforo e zolfo: a. per analisi di siviera ≤ 0,020%; b. per l'analisi del prodotto ≤ 0,025%. (ad esempio, asta per molle ad alta resistenza, elettrodi, tessuti di rinforzo per pneumatici); 5. resistenza minima d'impatto calcolata mediante la prova Charpy con intaglio a V su provini a -50 °C deve essere maggiore di 27 J per provini preso in direzione longitudinale o maggiore di 16 J per provini presi in direzione trasversale ACCIAI NON LEGATI SPECIALI 6. acciai per reattori nucleari devono contenere contemporaneamente un livello inferiore dei seguenti elementi: a. Rame ≤ 0,10% b. Cobalto ≤ 0,05% c. Vanadio ≤ 0,05% 7. Conduttività elettrica ≥ 9 Sm/mm2; 8. Acciai indurenti per precipitazione con contenuto minimo di carbonio pari o superiore allo 0,25% nell'analisi di siviera e una microstruttura ferritica / perlitica, contenente uno o più elementi in micro-lega come il niobio o il vanadio in quantità inferiore ai valori limite per gli acciai legati. L'indurimento per precipitazione generalmente si ottiene controllando il raffreddamento dalla temperatura per la formatura a caldo; 9. acciai per precompressione. CLASSIFICAZIONE IN FUNZIONE ALLE CLASSI DI QUALITA’ ACCIAI INOSSIDABILI con tenori controllati di nichel o con particolare resistenza alla corrosione, resistenza all’ossidazione a caldo, resistenza allo scorrimento ACCIAI INOSSIDABILI Gli acciai INOSSIDABILI possono essere classificati secondo: 1.CONTENUTO DI NICHEL a.Nichel < 2,5% b.Nichel ≥ 2,5% 2.PRINCIPALI PROPRIETÀ a.Resistenza alla corrosione b.Resistenza termica c.Resistenza al creep CLASSIFICAZIONE IN FUNZIONE ALLE CLASSI DI QUALITA’ ACCIAI LEGATI sussistono particolari prescrizioni (tenacità, grossezza del grano e/o DI QUALITÀ formabilità, caratteristiche magnetiche) Non sono in genere destinati ai trattamenti di bonifica o di tempra superficiale. i tenori degli elementi sono SPECIALI superiori ai tenori limite riportati in un prospetto. ACCIAI LEGATI DI QUALITÀ Acciai saldabili a grano fine Acciai per rotaie, palancole e strutture minerarie Prodotti laminati piatti, a caldo o a freddo in severe condizioni di formatura a freddo contenenti per l’affinazione del grano elementi come boro, niobio, titanio, vanadio e/o zirconio o acciaio Dual-phase (DPS) Acciai legati in cui il rame è l'unico elemento di lega specificato Acciai legati elettrici che sono acciai contenenti silicio o silicio e alluminio in lega al fine di soddisfare il valore massimo di perdita totale o il valore minimo di induzione magnetica, polarizzazione o permeabilità ACCIAI LEGATI DI QUALITA’ Gli acciai STRUTTURALI SALDABILI A GRANA FINE, LEGATI DI QUALITÀ, compresi gli acciai per contenitori e tubi in pressione, debbono soddisfare le seguenti condizioni: 1. Limite di snervamento < 380 N/mm2 per spessori ≤ 16mm; 2. Contenuto delle leghe inferiore ai limiti riportati in tabella; 3. resistenza minima d'impatto calcolata mediante la prova Charpy con intaglio a V su provini a -50 °C deve essere maggiore di 27 J per provini preso in direzione longitudinale o maggiore di 16 J per provini presi in direzione trasversale LIMITI CONTENUTO LEGHE ACCIAI LEGATI SPECIALI Acciai per costruzioni meccaniche ed apparecchi in pressione Acciai per cuscinetti Acciai per utensili Acciai con caratteristiche fisiche particolari come il coefficiente di dilatazione o la resistenza elettrica CLASSIFICAZIONE PRATICA ACCIAI ACCIAI COMUNI SPECIALI Gli acciai comuni (o Gli acciai speciali sono acciai semplici o acciai al quegli acciai che hanno carbonio) sono quegli percentuale bassa e acciai che contengono controllata delle impurezze in numero impurezze ed anche il abbastanza elevato ed il tenore degli elementi tenore degli elementi in aggiunti é controllato lega non è controllato. Eventuali altri elementi sono presenti come residui del processo di fabbricazione. ACCIAI COMUNI Rappresentano la categoria più importante come tonnellaggio (80% produzione acciaio) in quanto elevate quantità di tali acciai vengono impiegate soprattutto nelle costruzioni civili. Devono avere un determinato valore della tensione di rottura (e della tensione di snervamento) o in alternativa altre caratteristiche come la saldabilità. ACCIAI COMUNI La presenza del carbonio nell’acciaio conferisce durezza. Per questo, per gli acciai comuni, è molto utilizzata la seguente classificazione pratica d’officina: q Acciai extra dolci C < 0,15 % q Acciai dolci C = 0,15 – 0,30 % q Acciai semiduri C = 0,30 – 0,45 % q Acciai duri C = 0,45 – 0,65 % q Acciai extraduri C = 0,65 – 0,80 % IMPIEGHI ACCIAI COMUNI ACCIAIO APPLICAZIONE Lamiere, tubi, fili, viti, Acciai extra dolci bulloni, catene Profilati, barre per c.a., Acciai dolci lamiere, tubi, rotaie Acciai semiduri Barre per c.a., rotaie Fili per cavi, utensili vari Acciai duri Acciai extraduri Utensili vari ACCIAI SPECIALI Questi acciai, anche se rappresentano soltanto un quarto della produzione mondiale dell’acciaio, risultano i più richiesti per le importanti applicazioni tecnologiche e meccaniche che permettono. Secondo i settori tecnologici di impiego, è molto utilizzata la seguente classificazione: Acciai da costruzione Acciai per usi particolari Acciai per utensili ACCIAI SPECIALI Altre classificazioni possono essere fatte: 1) in base ai requisiti qualitativi ottenuti attraverso il controllo delle tecniche di fabbricazione (acciai di base, acciai di qualità, acciai speciali); 2) in base alla composizione chimica (acciai al solo carbonio o non legati, acciai legati); 3) in base alle proprietà fisiche e chimico-fisiche (resistenza alla corrosione, caratteristiche elettriche, caratteristiche magnetiche...); 4) in base alle applicazioni (acciai di uso generale, acciai speciali da costruzione, acciai da utensili, acciai inossidabili...). ACCIAI SPECIALI ACCIAI Acciai Cor-Ten RESISTENTI ALLA CORROSIONE Acciai inossidabili ACCIAI COR-TEN Cor = buona resistenza a Corrosione Ten = Tensile strength = ottime proprietà meccaniche Sono acciai patinabili (o weathering steels), ovvero acciai con migliorata resistenza alla corrosione atmosferica grazie all’aggiunta di tenori moderati di Cu, Cr, P e Ni. Su tali acciai dopo diversi mesi di esposizione agli agenti atmosferici si forma uno strato superficiale di ossido aderente e di alto spessore (colorazione bruna) che rallenta la velocità di corrosione dell’acciaio sottostante, senza la necessità di rivestimenti protettivi. Tale ossido non si forma nel terreno o in acqua o in ambienti fortemente inquinanti (Cl- e SO2). ACCIAI COR-TEN: STRATO DI OSSIDO PROTETTIVO 1. Lo strato di ossido formato inizialmente è simile a quello degli acciai tradizionali; 2. Nei successivi cicli alternati di umidificazione - asciugatura (notte/giorno) si formano ossidi addizionali e prodotti di corrosione solubili; 3. Continuando l’esposizione all’atmosfera lo strato di ossido ricristallizza e si consolida; 4. Da questo momento la velocità di corrosione diminuisce sensibilmente (circa 10 volte minore rispetto un acciaio al C); 5. Il tempo necessario a questa trasformazione dipende dall’ambiente: a) Urbano: meno di 1 anno; b) Industriale: 2-3 anni; c) Rurale: 5 anni. 6. Solo con queste condizioni si forma l’ossido protettivo (la mancanza del ciclo di asciugatura ne inibisce la formazione) INFLUENZA DELLE CONDIZIONI CLIMATICHE LOCALI Grande influenza sulla crescita dell’ossido e sulla velocità di corrosione atmosferica di: 1.temperatura, umidità, giorni di pioggia, distanza dal mare (cloruri), inquinamento (solfuri, cloruri, piogge/deposizioni acide, ecc.). 2.orientazione ed esposizione. 3.E’ importante studiare la geometria dei componenti, in modo da evitare il ristagno di acqua piovana e la presenza di cloruri. ACCIAI COR-TEN ACCIAI COR-TEN ACCIAI INOSSIDABILE Sono delle leghe Fe-C-Cr e Fe-C-Cr-Ni-(Mo) resistenti in numerosi ambienti corrosivi, in un campo esteso di temperature. L’elemento indispensabile perché un acciaio sia inossidabile è il Cr che deve essere presente con un tenore minimo del 12% (ottima passivabilità: formazione dell’ossido Cr2O3 film sottilissimo e invisibile che protegge il materiale dalla corrosione). ACCIAI INOSSIDABILE Si suddividono in tre classi a seconda della loro microstruttura e composizione e classificati secondo la designazione americana AISI AUSTENITICI FERRITICI MARTENSITICI miglior miglior resistenza alla Intermedi resistenza corrosione meccanica Serie 200 e 300 Serie 400 Serie 400 ACCIAI INOSSIDABILE AUSTENITICI presenza di elevati MARTENSITICI tenori di Ni elevati costi di trattamento termico e più difficile lavorabilità FERRITICI NOMENCLATURA AISI La notazione AISI individua l'acciaio inox attraverso una sigla a tre cifre con possibile aggiunta di una lettera. La prima di queste cifre indica la classe dell'acciaio: serie 2XX acciaio austenitico al cromo- nichel-manganese serie 3XX acciaio austenitico al cromo- nichel e cromo-nichel-molibdeno serie 4XX acciai ferritici o martensitici al cromo serie 5XX acciaio martensitico al cromo medio serie 6XX acciaio indurente per precipitazione al cromo NOMENCLATURA AISI - LETTERE bassa percentuale di carbonio (Low Carbon) presente. Questa caratteristica fa sì che l'acciaio leghi meno gas, in quanto il carbonio tende, in qualsiasi condizione, a legarsi con l'idrogeno, precipitando idrocarburi; la presenza di idrogeno è spesso penalizzante per l'acciaio, ad alte L temperature e soprattutto in condizione di ionizzazione (radiazioni ionizzanti). L'atomo di idrogeno ionizzato (H+) è molto piccolo e ad alta temperatura si sposta con maggiore facilità nel reticolo dell'acciaio, rischia di accumularsi e provocare pericolose discontinuità. Il basso tenore di carbonio consente anche una buona saldabilità anche per spessori > 6 mm. presenza di azoto disciolto nella lega. Grazie alle sue N proprietà di gas inerte (il legame azoto-azoto è triplo, gli atomi sono molto vicini tra loro e perciò si separano difficilmente), l'azoto funge da schermo sull'acciaio limitandone la contaminazione esterna. Ti presenza di titanio il quale assicura una completa resistenza alla corrosione nelle saldature di elementi di grosso spessore. ACCIAI INOSSIDABILE AUSTENITICO Serie 300 (60% della produzione) § AISI 304 (X8 CrNi 18-8 o 18-10) rappresenta 1/3 della produzione di Inox; § AISI 316 (Mo = 2-3 %): alta resistenza a corrosione localizzata (pitting) e ai cloruri, ambiente marino; § AISI 304 L – 316 L (low-carbon: miglior resistenza a corrosione e saldabilità) § AISI 304 N – 316 N (all’azoto: più elevate caratteristiche meccaniche) ACCIAI INOSSIDABILE Per gli acciai d'armatura inossidabili deve essere inoltre considerato il quaderno tecnico SIA 2029. ACCIAI ZINCATO NON SONO ACCIAI DI QUALITÀ Sono acciai solitamente di base sottoposti a zincatura ossia al deposito a caldo o a freddo di un sottile strato di zinco sulla superficie per migliorarne la resistenza alla corrosione. Lo zinco crea una patina protettiva coesa ed aderente che tende anche a sigillare macropori e microfessurazioni. ACCIAI ZINCATO Lo strato protettivo ha una buona resistenza, flessibilità ed aderenza che lo rende compatibile con grandi strutture o piccoli componenti. L’operazione di zincatura è molto più economica rispetto all’impiego di un acciaio inossidabile Il suo effetto protettivo può essere sfruttato anche all’interno del calcestruzzo carbonatato. ACCIAI ZINCATO La zincatura può essere realizzata: a caldo (immersione in un bagno con percentuali di Zn non inferiori al 98,5%) a freddo (attraverso le cosiddette pitture allo zinco contenenti almeno il 95% di Zn in peso della pittura) ACCIAI ZINCATO ACCIAI ZINCATO ACCIAI ZINCATO ACCIAI ZINCATO DESIGNAZIONE ACCIAI – SN EN 10027 La designazione degli acciai è regolamentata da norme europee valide in tutte le nazioni aderenti al Comitato Europeo di Normazione (CEN). Le più recenti norme europee, fatte proprie in Svizzera, sono: § SN EN 10027-parte 1 per quanto riguarda la designazione alfanumerica § SN EN 10027-parte 2 per quanto riguarda la designazione numerica Così come riportato anche nelle norme SIA 262- “costruzioni in c.a.” e 263- “costruzioni in acciaio” DESIGNAZIONE ACCIAI – SN EN 10027 Nella designazione degli acciai devono essere rispettate precise regole ed, in particolare, devono essere utilizzati particolari simboli letterali e numerici. Tali simboli esprimono l’impiego e le caratteristiche meccaniche, fisiche e chimiche dell’acciaio in modo da poter immediatamente riconoscere l’acciaio stesso. Ogni acciaio ha una sola designazione alfanumerica o numerica. I simboli utilizzati nella designazione alfanumerica devono essere scritti senza spazi intermedi. DESIGNAZIONE ACCIAI – SN EN 10027 La designazione alfanumerica prevede la classificazione degli acciai in due gruppi principali: § gruppo 1: acciai designati in base al loro impiego ed alle loro caratteristiche meccaniche o fisiche; § gruppo 2: acciai designati in base alla loro composizione chimica (suddivisi a loro volta in quattro sottogruppi). SN EN 10027-1 DESIGNAZIONE ACCIAI – SN EN 10027 DESIGNAZIONE ACCIAI – SN EN 10027 DESIGNAZIONE ACCIAI – SN EN 10027 Sigla EN 10027-1 AISI X5CrNi18-10 304 X2CrNi18-11 304 L X5CrNiMo17-12-2 316 SN EN 10027-2 La designazione numerica, che è complementare alla designazione alfanumerica SN EN 10027-1, vale per tutti i materiali, non solo per gli acciai. Essa si basa su un numero fisso di cifre (attualmente 5 numeri), secondo lo schema riportato nella seguente tabella: SN EN 10027-2 ACCIAIO DA COSTRUZIONE ACCIAIO DA COSTRUZIONE Le tipologie e le principali caratteristiche degli acciai da costruzione sono riportati nella norma SIA 263 - Costruzioni di acciaio fy = tensione di snervamento fu = tensione di rottura τy = tensione di snervamento a taglio VECCHIA E NUOVA NOMENCLATURA VALORI CARATTERISTICI – SIA 263 CARATTERISTICA VALORE Massa volumica ρA [kg/m3] 7850 Modulo d’elasticità E [N/mm2] 210000 Modulo di elasticità G [N/mm2] 81000 trasversale Coefficiente di ν 0,3 Poisson Coefficiente di T = -100÷200°C 10∙10-6 αT [1/°C] dilatazione termica T = -100÷700°C (11,2 + 0,010 ) ∙10-6 ACCIAIO DA COSTRUZIONE L'uso dei metodi di calcolo (EP e PP §4.3.1 – SIA 263) è consentito se l'acciaio rispetta i seguenti requisiti: allungamento a rottura (secondo SN EN 10002-1) misurato su una lunghezza di 5,65√A0 è maggiore del 15% Il rapporto tra l'allungamento a rottura e la deformazione elastica è pari a εu/εy ≥ 15 il rapporto tra la resistenza a rottura e la resistenza allo snervamento è pari a fu/fy ≥ 1,1 Ovviamente tutti i tipi di acciaio riportati nella tabella rispettano questi requisiti. SCELTA DELL’ACCIAIO AREE SOGGETTE La tenacità deve essere sufficiente A TRAZIONE O A ad evitare una frattura fragile del SFORZI materiale alla temperatura critica di MULTIASSIALI servizio più bassa per il materiale La tenacità degli acciai di tipo JR, JO, J2 et K2 è determinata attraverso la prova di resilienza secondo la SN EN 10025. Per gli altri tipi di acciaio, le specifiche devono essere prescritte per le modalità di fornitura ( N, M, Q) e, se necessario, devono essere indicati eventuali requisiti aggiuntivi come L (basse temperature). SCELTA DELL’ACCIAIO Campo di applicazione Temperatura di servizio Tipo di sollecitazione Annesso A – norma SIA 263 ANNESSO A – SIA 263 ANNESSO A – SIA 263 SC1 SC2 Strutture o elementi portanti Strutture o elementi portanti calcolati solo considerando i carichi calcolati considerando carichi di statici (edifici) fatica in accordo alla SN EN 1993 Strutture o elementi portanti, inclusi (ponti stradali e ferroviari, i dispositivi di connessione, carriponte (classe S1 a S9), dimensionati considerando un strutture portanti sensibili alle comportamento non duttile della vibrazioni dovute al vento, alla struttura oppure se appartenenti presenza di pedoni o macchinari alla sezione di classe 3 e rotanti dimensionate con un Strutture o elementi portanti, inclusi comportamento duttile la struttura i dispositivi di connessione Strutture o elementi portanti appartenenti alle classi di sezione calcolati considerando anche 1 e 2 e dimensionati considerando sollecitazioni a fatica dovute alla un comportamento duttile della presenza di carroponte (Classe S0) struttura SCELTA DELL’ACCIAIO 1. Per la realizzazione di piloni ferroviari e delle funivie, gli acciai devono rispettare dei requisiti aggiuntivi secondo le indicazione delle autorità di vigilanza. 2. Un determinato livello di tenacità è particolarmente importante per elementi costruttivi saldati in quanto sono materiali spessi con elevate tensioni residue che hanno subito una formatura a freddo, con angoli acuti e caricati dinamicamente. Perciò, in alcuni casi, potrebbero essere necessarie ulteriori limitazioni rispetto ai valori raccomandati nell'allegato A in funzione dello spessore del materiale. SCELTA DELL’ACCIAIO 3. La saldabilità dei tipi di acciaio JR, JO, J2 e K2 è generalmente garantita per tutti i processi di saldatura. Passando dalla qualità dell'acciaio JR alla qualità K2, la saldabilità migliora all'aumentare della tenacità. 4. Aumentando lo spessore e la resistenza a trazione aumenta anche la tendenza alla fessurazione a freddo nelle aree soggette a variazioni termiche generando delle tensioni residue nelle saldature. In tali casi, la scelta delle misure appropriate durante i lavori di saldatura è tanto importante quanto la scelta dei materiali. SCELTA DELL’ACCIAIO Nella scelta delle modalità di costruzione, si deve tener conto del fatto che alcuni materiali non possono essere saldati o possono essere saldati solo in alcune condizioni: a) La saldatura è vietata per acciai precompressi, barre di ancoraggio e bulloni ad alta resistenza; b) acciai ad alto tenore di carbonio (ad es. E 295, E 335, E 360 secondo SN EN 10025) possono essere saldati solo in condizioni speciali c) per la saldatura dell’acciaio come armatura nel calcestruzzo, vedere SIA 262 SCELTA DELL’ACCIAIO d) la saldatura è vietata per elementi di acciaio colati in continuo, non trattati termicamente, purché non sia stata effettuata alcuna qualificazione della procedura di saldatura per la consegna in questione. Le richieste aggiuntive devono essere riportate in progetto. EN 1090-1 La EN 1090-1 è una norma che prevede i requisiti per la Marcatura CE, secondo il Regolamento Europeo n. 305/2011 (CPR, Construction Products Regulation). La norma specifica i requisiti per la valutazione di conformità delle caratteristiche prestazionali dei componenti strutturali in acciaio e alluminio nonché dei kit immessi sul mercato come prodotti da costruzione. Procedura richiesta dalla norma EN 1090-1 per l’attestazione di conformità Marcatura CE - Sistema 2+ Produttore: Prove di tipo iniziali Controllo del processo di produzione in fabbrica Prove a campione sul prodotto in produzione Organismo Notificato: Certificazione del Controllo del processo di produzione in fabbrica basato su Valutazione iniziale Sorveglianza continua La normativa, nell'allegato “A” fornisce le linee guida per la redazione delle specifiche indicando due modalità: nella prima il fabbricante opera su specifica propria (MPCS), nella seconda opera su specifica e progetto del committente (PPCS). EN 1090-2 La seconda parte è la EN 1090-2:2008+A1, Part 2: Technical requirements for steel structures, che si configura come un valido riferimento tecnico per la EN1090-1 e si occupa di stabilire i requisiti per l'esecuzione delle strutture in acciaio, indipendentemente dalla loro tipologia e forma (per esempio edifici, ponti, piastre, travi reticolari), comprese le strutture soggette a fatica o ad azioni sismiche. La norma si applica a strutture e ad elementi strutturali progettati secondo l'Eurocodice 3. CLASSE DI ESECUZIONE Il PROGETTISTA ha il compito di definire la classe di esecuzione della struttura, così come è solito definire la classe di trattamento superficiale o altre caratteristiche proprie dell’opera e del contesto dove viene realizzata. EXC1, EXC2, EXC3, EXC4 Ciascuna classe viene determinata tenendo conto dei seguenti parametri: Classe di conseguenza (CC) Classe di servizio (SC) Classe di produzione (PC) CLASSE DI ESECUZIONE Utilizzando la tabella B.3 della norma EN 1090-2:2012 si determina la classe di esecuzione. Per default la classe di esecuzione da applicare, risulta EXC2, quando il progettista non definisce un componente della struttura. Da quanto esaminato, risulta evidente che SOLO IL PROGETTISTA È IN GRADO DI STABILIRE LA CLASSE DI ESECUZIONE CON CUI DOVRÀ ESSERE REALIZZATA LA STRUTTURA CLASSE DI ESECUZIONE In base alla classe di esecuzione individuata e alla presenza di attività di progettazione interna o meno per la realizzazione del componente il produttore dovrà "tarare" il proprio FPC. Documentazione Specifiche per i componenti strutturali CLASSE DI ESECUZIONE Saldatura Ispezioni, prove e riparazioni SEMILAVORATI DI IMPIEGO COMUNE Gli elementi in acciaio vengono prodotti industrialmente mediante un processo di laminazione a caldo o di sagomatura a freddo e sono così classificati: 1. ELEMENTI LAMINATI A CALDO: profilati, lamiere; larghi piatti, barre; 2. ELEMENTI SAGOMATI A FREDDO: lamiere grecate, profili sottili. ELEMENTI LAMINATI A CALSO § I PROFILATI sono barre di acciaio aventi sezioni particolari a contorno aperto o cavo § le LAMIERE sono manufatti di spessore non superiore a 50 mm e di larghezza pari alla massima dimensione del laminatoio § i LARGHI PIATTI sono manufatti di spessore non superiore a 40 mm e larghezza compresa tra 200 e 1000 mm. PROFILATI I tipi di sezione e le dimensioni geometriche dei profilati sono unificate in ambito europeo; le loro caratteristiche sono riportate in un SAGOMARIO. PROFILATI PROFILI A DOPPIO T Utilizzati come travi e colonne di strutture a telaio IPE HE Larghezza b =1/2 altezza Larghezza b = altezza h h HEA HEB HEM VERSIONE NORMALE nella VERSIONE LEGGERA con quale è effettivamente b=h fino VERSIONE PESANTE con ad una altezza di 300 mm (per spessori minori e meno alta altezze maggiori b rimane spessori maggiori e più alta costantemente pari a 300 mm) TRAVI IPE I principali profilati impiegati in edilizia sono le cosiddette travi a doppio T note con il nome di IPE. Si tratta di profili costituiti da due ali a facce esterne parallele collegate attraverso un’anima perpendicolare con raccordi circolari. Questo tipo di sezione è nato con l’obiettivo di ottimizzare la resistenza alle sollecitazioni evitando di “sprecare” materiale con sezioni rettangolari piene. La sigla IPE è seguita da un numero (p.es. IPE 200) che indica l’altezza del profilo in millimetri. Le sezioni di questo tipo hanno generalmente un’anima di altezza pari al doppio della larghezza delle ali; lavorano molto bene a flessione retta e sono normalmente impiegate per la realizzazione di travi, orditure di solai metallici, nervature ecc. Non sono invece frequentemente impiegate come pilastri poiché non garantiscono un comportamento ottimale rispetto ai carichi di punta innescando fenomeni di instabilità. TRAVI IPE TRAVI IPE TRAVI HE I momenti d’inerzia dei profili HE nelle due direzioni hanno una minore differenza e ciò rende questi profili più adatti ad essere usati come colonne (perché le colonne sono soggette a sforzo normale oltre che a momento flettente e questo inoltre agisce spesso in due direzioni). TRAVI HE TRAVI HE PROFILI A C (o a U) Sono ancora caratterizzati da un valore dell’altezza h circa doppio rispetto alla base b, e sono classificati in profili UPN (o semplicemente U, con ali non parallele tra loro nella parte di collegamento con l’anima verticale) e profili UAP (quando le ali sono parallele tra loro). Per l’indicazione del profilo, vale quanto specificato per i profili a doppio T (sigla + altezza in mm). PROFILI A C (o a U) I profili a C e gli angolari sono usati soprattutto come aste di travature reticolari o aste di controventatura; vengono spesso accoppiati a due a due sia perché ciò conferisce simmetria alla sezione composta sia per comodità di realizzazione dei collegamenti. PROFILI A C (o a U) PROFILI A C (o a U) PROFILI A U LARGHI PIATTI E LAMIERE I larghi piatti e lamiere permettono di realizzare, per semplice saldatura o bullonatura, elementi strutturali fuori marca. In commercio sono disponibili: a) una vasta gamma di profili saldati a doppio T realizzati con lamiere e larghi piatti dello spessore di 12-14-19-22- 25-26 mm che raggiungono altezze di 1700 mm; b) alcuni tipi di profilati ibridi la cui sezione è realizzata accoppiando lamiere e larghi piatti di qualità diversa. L’uso contemporaneo di acciai di diversa resistenza permette di avere una “quarta dimensione” nelle costruzioni in acciaio; c) alcuni tipi di profilati detti “Jumbo” realizzati con lamiere o larghi piatti di notevole spessore; d) una vasta gamma di profilati dalle forme più fantasiose. LARGHI PIATTI E LAMIERE Profilato a doppio T fuori standard realizzato con larghi piatti ELEMENTI SAGOMATI A FREDDO Le lamiere grecate sono semilavorati ottenuti mediante piegatura a freddo di lamierini o lamiere sottili. Trovano vastissimo impiego come elementi orizzontali e verticali di chiusura. ELEMENTI SAGOMATI A FREDDO I profili sottili sono elementi strutturali con sezioni, in genere a contorno aperto, ottenute mediante piegatura a freddo di nastri di acciaio di spessore di circa 3-4 mm. Nell’ambito dei profili sottili si possono ottenere le sezioni più varie che realizzano il massimo sfruttamento del materiale, anche “per forma” con conseguente ottimizzazione del peso strutturale. L’esiguo spessore di questi profili richiede una particolare attenzione del progettista ai pericoli connessi con fenomeni di corrosione e/o di instabilità locale. Semilavorati formati a freddo (profilati) EN 1090-2 Definizione della struttura da realizzare (Committente e Progettista) Individuazione della CLASSE DI CONSEGUENZA – CC (EN 1990, Annesso B, Tab. B1) Individuazione della CATEGORIA DI SERVIZIO - SC (EN 1090-2, Annesso B, Tab. B1) Individuazione della CATEGORIA DI PRODUZIONE - PC (EN 1090-2, Annesso B, Tab. B2) Determinazione della CLASSE DI ESECUZIONE - EXC (EN 1090-2, Annesso B, Tab. B3) CLASSE DI CONSEGUENZA L’allegato B della EN 1990 (Eurocodice 0) rende nota una guida per la determinazione della Classe di Conseguenza (CC). Le classi sono divise in 3 livelli da CC1, CC2, CC3 e una struttura, può contenere al proprio interno più di una classe di conseguenza. Rivista e corretta nella SIA 263/1 - 2015 CATEGORIA DI SERVIZIO CATEGORIA DI PRODUZIONE CLASSE DI ESECUZIONE Utilizzando la tabella B.3 della norma EN 1090-2:2012 si determina la classe di esecuzione. Per default la classe di esecuzione da applicare, risulta EXC2, quando il progettista non definisce un componente della struttura. Da quanto esaminato, risulta evidente che SOLO IL PROGETTISTA È IN GRADO DI STABILIRE LA CLASSE DI ESECUZIONE CON CUI DOVRÀ ESSERE REALIZZATA LA STRUTTURA CLASSE DI ESECUZIONE In base alla classe di esecuzione individuata e alla presenza di attività di progettazione interna o meno per la realizzazione del componente il produttore dovrà "tarare" il proprio FPC. Documentazione Specifiche per i componenti strutturali CLASSE DI ESECUZIONE Saldatura Ispezioni, prove e riparazioni ACCIAIO DA C.A. ACCIAIO DA C.A. Le tipologie e le principali caratteristiche degli acciai da cemento armato sono riportati nella norma SIA 262 - Costruzioni in calcestruzzo L'acciaio d'armatura è utilizzato sotto forma di acciaio in barre, di rotoli e di reti elettrosaldate. Le specifiche della presente norma in merito alla sicurezza strutturale, all'efficienza funzionale e allo sviluppo dei dettagli costruttivi valgono per l'acciaio d'armatura con un valore caratteristico del limite di snervamento fsk ≤ 550 N/mm2. Per analogia le specifiche si applicano anche agli acciai con un valore massimo fsk di 750 N/mm2, se le proprietà principali soddisfano le esigenze di questa norma. Per gli acciai d'armatura inossidabili deve essere inoltre considerato il quaderno tecnico SIA 2029. PROPRIETA’ L'acciaio d'armatura è caratterizzato dalle seguenti proprietà (-40÷100°C): § limite di snervamento (fsk) § resistenza alla trazione (ftk) § duttilità (εuk e (ft/ fs)k) § attitudine alla piegatura § superficie relativa delle nervature (fR) § diametro e deviazioni rispetto alle dimensioni nominali § resistenza alla fatica (Δσs,fat) § saldabilità. ACCIAIO DA C.A. DUTTILITÀ A B C Le proprietà di duttilità dell'acciaio d'armatura devono soddisfare le esigenze riportate in tabella. In caso di impiego di un acciaio d'armatura non corrispondente alla classificazione di questa norma, è da verificare la conformità delle proprietà di duttilità tramite prove. RESISTENZA Con la prova di resistenza si determina il limite di snervamento fs come tensione superiore di snervamento o come tensione limite di elasticità a 0,2 % di deformazione residua (fs0,2), oltre alla resistenza alla trazione ft. Essi risultano dal rapporto fra carico di trazione corrispondente e sezione nominale della barra. I valori caratteristici sono indicati nella tabella. PROPRIETA’ B500A B500B B500C B700B PROPRIETA’ Valore medio del modulo elastico dell'acciaio Es = 205000 N/mm2. d'armatura Coefficiente di dilatazione αT = 10∙10-6°C-1. termica Resistenza nominale alla Δσs,fat = differenza di tensione fatica per Nfat = 2∙106 cicli di carico Δσs,D = differenza di tensione Limite di fatica per ND = 5∙106 cicli di carico CURVE RESISTENZA A FATICA CARATTERISTICHE DIMENSIONALI CARATTERISTICHE DIMENSIONALI ASSICURAZIONE DELLA QUALITA’ Le disposizioni della norma SIA 262/1 sono valevoli nell'ambito della conformità delle proprietà dell'acciaio d'armatura. ACCIAIO ACCIAIO C.A. C.A.P. prEN 10080 prEN 10138 prENV 10081 CONTROLLI E PROVE PRELIMINARI CONTROLLI prova preliminare da parte di un ente accreditato E PROVE PRELIMINARI assicurazione della qualità dei produttori e dei fabbricanti (controllo interno) prove a campioni presso i produttori e i fabbricanti in base ad accordi contrattuali ed eseguite da un ente accreditato per la valutazione della conformità (controllo esterno) controlli effettuati dai fornitori di acciaio, dalla direzione lavori o dall'imprenditore. REGISTRO SIA Le esigenze relative alle proprietà sono ritenute soddisfatte se l'acciaio è iscritto nel Registro degli acciai di armatura o delle reti d'armatura conformi alle norme; nel caso dei rotoli sono ritenute soddisfatte se figura nel Registro dei produttori di acciaio d'armatura prodotti a partire da fili in rotolo. Acciai d'armatura appartenenti a una classe di duttilità superiore soddisfano automaticamente tutte le esigenze delle classi di duttilità inferiori. Il registro aggiornato è pubblicato periodicamente dalla SIA. REGISTRO SIA REGISTRO SIA REGISTRO SIA NERVATURE ADERENZA Tutti gli acciai da c.a. devono essere ad aderenza migliorata, cioè dotati di nervature trasversali sulla superficie laterale, distribuite su tutta la lunghezza. Queste nervature favoriscono l’aderenza tra acciaio e calcestruzzo NERVATURE RICONOSCIMENTO Analizzando le nervature è possibile determinare: Tipologia di acciaio (laminato a caldo, trafilato a freddo) Marchio di fabbrica TIPOLOGIA DI ACCIAIO A B C MARCHIO DI FABBRICA Come leggere il marchio su un acciaio secondo le normative attuali CODICE PAESE In conformità alla norma Europea 10080. CODICE PAESE Come leggere il marchio su un acciaio dopo la marcatura CE In conformità alla norma Europea 10080. CERTIFICATO SIA CERTIFICATO SIA CERTIFICATO SIA CONFORMITA’ Gli acciai per cemento in accordo alla norma prEN10080 devono essere prodotti con un sistema permanente di controllo della produzione in fabbrica (FPC). Il sistema di controllo della produzione in fabbrica deve comprendere la valutazione delle proprietà specificate. ACCIAIO DA C.A.P. PRECOMPRESSIONE La precompressione è una tecnica industriale che consiste nel produrre artificialmente una compressione nella struttura dei materiali allo scopo di migliorarne la resistenza. Nel c.a.p. la precompressione viene utilizzata per sopperire alla scarsa resistenza a trazione del conglomerato cementizio PRECOMPRESSIONE L’idea alla base della precompressione ha il suo fondamento nel sottoporre il calcestruzzo, prima di applicare i carichi esterni, ad una compressione in tutte quelle parti in cui i carichi esterni produrranno trazioni; in tal modo questi avranno l’effetto di attenuare le compressioni inizialmente conferite. PRECOMPRESSIONE Schema di funzionamento di una trave in cemento armato precompresso. ELEMENTI IN C.A.P. ELEMENTI IN C.A.P. PRIMA REALIZZAZIONE IN C.A.P. Primo ponte in CAP (Lucancy, 1946), luce 55 m PRECOMPRESSIONE La precompressione avviene attraverso la presenza di armature in acciaio messe in trazione secondo due tecniche differenti: Sistema ad armatura pre-tesa Sistema ad armatura post-tesa C.A.P. PRE-TESO a) armatura è messa in trazione prima del getto ed è ancorata in apposite testate. b) quando il calcestruzzo ha raggiunto una sufficiente resistenza, c) si rilascia l’armatura dalle testate d) si trasferisce così (per attrito ed aderenza) la forza di pretensione al calcestruzzo. C.A.P. PRE-TESO C.A.P. PRE-TESO C.A.P. POST-TESO L’armatura è messa in trazione quando il calcestruzzo ha raggiunto una sufficiente resistenza. Inizialmente l’armatura è «lenta» ed è collocata entro condotti e guaine che ne permettono il libero scorrimento. Dopo il tensionamento, le condotte vengono riempite con calcestruzzo fluido per trasferire le tensioni al manufatto. C.A.P. POST-TESO C.A.P. POST-TESO VANTAGGI E SVANTAGGI Dimensioni delle travi (circa la metà); costo delle travi (circa 20-50% in meno sul CLS, circa 80% in meno sull’acciaio) Costo delle apparecchiature di precompressione; Resistenza al fuoco ACCIAIO DA C.A.P. L'acciaio di precompressione è prodotto sotto forma di fili, trefoli e barre in accordo alla SN 262 Fili Barra Treccia Trefolo ACCIAIO DA C.A.P. Filo Barra Treccia Trefolo prodotto tramite prodotta tramite costituita da 2 o 3 costituito da trafilatura laminazione fili avvolti ad elica diversi fili avvolti fornito in rotoli fornita attorno ad un attorno ad un filo tondi o di altre esclusivamente in comune asse centrale forme elementi rettilinei longitudinale Individuati dal lisce, con diametro filettatura nominale oppure continua o dal diametro parziale oppure nominale con risalti equivalente della identificate dal barra diametro equipesante. nominale Non è possibile usare fili lisci per le strutture in c.a.p. pre-tesate. ACCIAIO DA C.A.P. I fili forniti in rotoli NON devono presentare una curvatura residua eccessiva (freccia massima di 400 mm dopo lo srotolamento) L’acciaio per c.a.p. non può essere saldato e non deve presentare ossidazione consistente, corrosione, difetti superficiali visibili o pieghe. ACCIAIO DA C.A.P. A causa di queste stringenti prescrizioni, gli acciai da c.a.p. devono essere movimentati, stoccati e messi in opera con estrema cura. Infatti, in condizioni di umidità ambientale possono essere soggetti al fenomeno di corrosione sotto sforzo che porta alla rottura di schianto dell’elemento per valori di carico inferiori al carico di rottura. ACCIAIO DA C.A.P. PROPRIETA’ L'acciaio da precompressione è caratterizzato dalle seguenti proprietà (-40÷100°C): § resistenza alla trazione (fpk) § limite di snervamento definito come tensione corrispondente a 0,1% di deformazione residua (fp0,1k) § Allungamento specifico sotto carico ultimo (εuk) § Rilassamento (%) § Diametro e sezione § Natura della superficie ACCIAIO DA C.A.P. - RESISTENZA Con la prova di resistenza si determina la tensione corrispondente a 0,1% di deformazione residua (fp0,1k) e la resistenza alla trazione (fpk). Esse risultano dal rapporto tra carico di trazione corrispondente e sezione nominale dell'acciaio di precompressione. ACCIAIO DA C.A.P. - RESISTENZA ACCIAIO DA C.A.P. – SN 262 PERDITA DI TENSIONE La forza di precompressione non è costante nel tempo ma è influenzata da Perdite di Rilassamento dei Viscosità e ritiro tensione cavi di istantanee nel calcestruzzo precompressione RILASSAMENTO Il fenomeno del rilassamento si manifesta nell’acciaio attraverso la diminuzione della tensione a deformazione costante. Questo comporta una riduzione del grado di precompressione nella trave e quindi una perdita di resistenza della stessa. Questo fenomeno si manifesta solo per sollecitazioni di lunga durata di entità superiore al 70% della tensione di rottura. RILASSAMENTO I valori di dimensionamento delle perdite di precompressione dovute al rilassamento dell'acciaio dopo 1000 h sono da riprendere dalla figura o dalla norma SIA 262/1. I valori a lungo termine delle perdite di precompressione si possono stimare moltiplicando i valori a 1000 h per un fattore 3. Le perdite dovute al rilassamento dipendono fortemente dalla temperatura dell'acciaio di precompressione. I valori indicati alla figura sono validi fino a temperature di +40 °C. RILASSAMENTO CONTROLLI E PROVE PRELIMINARI CONTROLLI prova preliminare da parte di un ente accreditato E PROVE PRELIMINARI assicurazione della qualità dei produttori e dei fabbricanti (controllo interno) prove a campioni presso i produttori e i fabbricanti in base ad accordi contrattuali ed eseguite da un ente accreditato per la valutazione della conformità (controllo esterno) controlli effettuati dai fornitori di acciaio, dalla direzione lavori o dall'imprenditore. CONFORMITA’ Ogni fornitura ricevuta dai fabbricanti deve essere identificabile e rintracciabile, tramite il certificato di fabbricazione generalmente allegato ad ogni fornitura. I fabbricanti mantengono aggiornata una documentazione che permette di verificare i controlli e la fabbricazione dei prodotti, ai fini dell'assicurazione della qualità. SALDATURE Tecnica di giunzione che realizza l’unione permanente di due pezzi metallici con o senza l’apporto di materiale e sotto l’azione del calore. SALDATURE SALDATURE Il METALLO D’APPORTO viene distribuito allo stato fuso tra i lembi opportunamente preparati (cianfrinatura) dei pezzi da collegare. METALLO BASE = materiale dei pezzi da collegare CORDONE DI SALDATURA = tutto il metallo, sia base che d’apporto, solidificato per raffreddamento a seguito della saldatura. In base all’ubicazione del cordone di saldatura si distinguono diverse posizioni di saldatura SALDATURE SALDATURE - GIUNTI In base alla posizione relativa tra i componenti da saldare, si individuano due classi di giunti: A completa penetrazione A cordone d’angolo SALDABILITA’ SALDABILITÀ = attitudine dei metalli a saldarsi Un materiale ha buone proprietà di saldabilità quando un suo pezzo, a seguito di rottura e saldatura, conserva lungo il giunto saldato caratteristiche meccaniche non inferiori a quelle precedenti la rottura SALDABILITA’ Temperatura di fusione del metallo base Temperatura di fusione e massa volumica degli ossidi del metallo base e del metallo d’apporto SALDABILITÀ Conducibilità termica del metallo base DIPENDE DA Conducibilità elettrica Trasformazioni strutturali SALDABILITA’ La temperatura di fusione del suo ossido è minore di quella del metallo base UN METALLO È SALDABILE SE: La composizione chimica La massa volumica dell’ossido è minore di della lega rispetti quella del metallo fuso in determinate caratteristiche modo che galleggi SALDABILITA’ Convenzionalmente, si definisce saldabile un acciaio che non eccede un dato valore di «carbonio equivalente». Il «carbonio equivalente» è un indice della saldabilità dell’acciaio in quanto più questo assume valori elevati, meno l’acciaio risulta saldabile Mn (Cr + Mo + V) (Ni + Cu) Ceq = C + + + 6 5 15 SALDATURE Carbonio Saldabilità equivalente Fino a 0.35 Eccellente 0.36-0-40 Molto buona 0.41-0.45 Buona 0.46-0.50 Modesta Oltre 0.50 Insufficiente ZONE TERMICHE La saldatura prevede la giunzione di due elementi metallici realizzata mediante apporto di metallo fuso. Il gradiente termico sviluppato durante l’operazione determina la presenza di tre zone metallurgiche diverse. Zona di completa fusione Zona termicamente Metallo base alterata (ZTA) inalterato ZONE TERMICHE Nella zona termicamente alterata nascono problemi derivanti dal surriscaldamento: Microstruttura ingrossata e formazione di strutture dure Diminuzione della resistenza a trazione Infragilimento e formazione di precipitati Per ovviare a questi problemi è necessario sottoporre il materiale ad un trattamento termico TECNICHE DI SALDATURA AUTOGENE ETEROGENE Per pressione Saldobr Per fusione Brasature – a resistenza elettrica asature Ad arco Con gas elettrico Per punti A rulli A scintillio Dolci Forti TECNICHE DI SALDATURA il metallo base prende parte, fondendo, alla AUTOGENE formazione del giunto. Si può avere o non avere il materiale d’apporto il metallo base non prende parte alla formazione del giunto. Il materiale d’apporto è sempre presente ed ETEROGENE è diverso dal metallo base perché deve fondere a temperature inferiori alla temperatura di fusione del metallo base. TECNICHE DI SALDATURA i pezzi vengono uniti allo stato liquido. In base a come Per fusione viene prodotto il calore si distinguono saldature ad arco e a gas. i pezzi vengono collegati non allo stato fuso ma in uno A pressione stato «pastoso». Tale stato viene raggiunto per effetto joule dal passaggio di corrente elettrica i lembi dei pezzi vengono preparati con cianfrinature. Il Saldobrasature metallo d’apporto fondendo riempie il cianfrino costituendo il cordone di saldatura i pezzi da saldare sono semplicemente