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Facoltà di Architettura – Università degli Studi di GenovaCorso di TECNICA DELLE COSTRUZIONIChiara CALDERINIA.A. 2007-2008
LEZIONE 3
PROGETTO DI COSTRUZIONI IN ACCIAIO
Parte I. Caratteristiche generali
IL MATERIALEIL MATERIALE
BIBLIOGRAFIA
• Ballio, G., Mazzolani, F., Strutture in acciaio, Hoepli, Milano, 1994
• Nunziata, F., Teoria e pratica delle strutture in acciaio, Flaccovio, Palermo, 2000
• Giangreco, E., Ingegneria delle strutture, UTET, Torino, 2002 (vol. III)
NORMATIVE
• CNR-UNI 10011, Costruzioni in acciaio – Istruzioni per il calcolo, l’esecuzione, il collaudo e la manutenzione, 1988.
• D.M. 9 Gennaio 1996, Norme tecniche per il calcolo, l’esecuzione ed il collaudo delle strutture in cemento armato, normale e precompresso e per le strutture metalliche.
• Norme tecniche per le costruzioni, Bozza 2007.
IL MATERIALEIL MATERIALE
LESSICO
•IL FERRO E’ UN ELEMENTO CHIMICO (Fe)
•L’ACCIAIO E’ UNA LEGA DI FERRO E CARBONIO
IL MATERIALEIL MATERIALE
IN PARTICOLARE, L’ACCIAIO E’ UNA LEGA DI FERRO E CARBONIO CON PERCENTUALI DI CARBONIO INFERIORI AL 1.9%, PIU’ PICCOLE QUANTITA’ DI ALTRI ELEMENTI COME IL SILICIO, IL MANGANESE, LO ZOLFO ED IL FOSFORO.
LE PROPRIETA’ DELL’ACCIAIO DIPENDONO PRINCIPALMENTE DALLA QUANTITA’ DI CARBONIO PRESENTE, DALLA PRESENZA DEGLI ALTRI ELEMENTI E DAI TRATTAMENTI TERMICI SUBITI.
ESISTONO MOLTISSIMI TIPI DI ACCIAIO. NEL CAMPO DELLE COSTRUZIONI SI UTILIZZANO IN LARGA PARTE GLI ACCIAIO AL CARBONIO, CHE CONTENGONO UNA QUANTITA’ VARIABILE DI CARBONIO DA 0.15% A 1.0%, CON UN MASSIMO DI 1,65% DI MANGANESE, 0,60% DI SILICIO E 0,60% DI RAME.
AL CRESCERE DEL CONTENUTO DI CARBONIO
CRESCE LA FRAGILITA’ DEL MATERIALE
IL MATERIALEIL MATERIALE
LA GHISA SI DISTINGUE DALL’ACCIAIO PRINCIPALMENTE PER IL CONTENUTO DI CARBONIO, COMPRESO IN QUESTO CASO TRA IL 1,9% ED IL 5,5%.
ACCIAI AL CARBONIO
• EXTRADOLCI: C = 0,15%
• DOLCI: C = 0,16÷0,25%
• SEMIDURI: C = 0,26÷0,50%
• DURI: C = 0,51÷0,75%
• EXTRA-DURI: C = 076÷1,00%
CARATTERISTICHE MECCANICHECARATTERISTICHE MECCANICHE
LA PROVA COMPLETA DI TRAZIONE
o
FA
σ =
o
LL
ε ∆=
F F
MISURATI
RICAVATI
CARATTERISTICHE MECCANICHECARATTERISTICHE MECCANICHE
ACCIAI DA EXTRA-DOLCI A SEMI-DURIfo = limite di proporzionalità
fe = limite di elasticità
fY = limite di snervamento
TRATTO O-P: COMP. ELASTICO LINEARE
TRATTO P-E: COMP. ELASTICO NON LINEARE
TRATTO E-S: COMP. ANELASTICO NON LINEARE (CON DEFORMAZIONE RESIDUA)
TRATTO S-I: SNERVAMENTO DEL MATERIALE
TRATTO I-R: FENOMENO DELL’INCRUDIMENTO (CON RIPRESA DI CAPACITA’ PORTANTE)
TRATTO R-F: FENOMENO DELLA STRIZIONE (SOFTENING APPARENTE)
ft = limite di rottura
LA PROVA COMPLETA DI TRAZIONE
εr = deformazione a rottura
CARATTERISTICHE MECCANICHECARATTERISTICHE MECCANICHE
ACCIAI EXTRA-DURIfo = limite di proporzionalità
fe = limite di elasticità
fY = limite di snervamento
TRATTO O-P: COMP. ELASTICO LINEARE
TRATTO P-E: COMP. ELASTICO NON LINEARE
TRATTO E-S: COMP. ANELASTICO NON LINEARE (CON DEFORMAZIONE RESIDUA)
TRATTO I-R: FENOMENO DELL’INCRUDIMENTO (CON RIPRESA DI CAPACITA’ PORTANTE)
TRATTO R-F: FENOMENO DELLA STRIZIONE
ft = limite di rottura
LA PROVA COMPLETA DI TRAZIONE
NO SNERVAMENTO!
εr = deformazione a rottura
CARATTERISTICHE MECCANICHECARATTERISTICHE MECCANICHE
LA PROVA COMPLETA DI TRAZIONE
E = 200 000 ÷ 210 000 MPa
ACCIAI COMUNI:
ft = 200 ÷ 360 MPa
εr = 21 ÷ 26 %
ACCIAI AD ALTO LIMITE DI SNERVAMENTO:
ft = 450 ÷ 900 MPa
εr = 14 ÷ 22 %
NOTA: AL CRESCERE DELLA RESISTENZA DIMINUISCE LA DUTTILITA’
CARATTERISTICHE MECCANICHECARATTERISTICHE MECCANICHE
GLI ACCIAI AL CARBONIO QUALIFICATI
PER LE COSTRUZIONI IN ACCIAIO
Fe 360 grado B, C, D
Fe 430 grado B, C, D
Fe 510 grado B, C, D
VALORE CARATTERISTICO MINIMO DELLA RESISTENZA A ROTTURA, CON FRATTILE
DI ORDINE 5%, IN MPa
GRADO DI SALDABILITA’(FUNZIONE DELLA
COMPOSIZIONE DELLA LEGA)
CARATTERISTICHE MECCANICHECARATTERISTICHE MECCANICHE
GLI ACCIAI AL CARBONIO QUALIFICATI
PER LE COSTRUZIONI IN ACCIAIO
≥355 MPa≥510 MPaFe 510≥275 MPa≥430 MPaFe 430≥235 MPa≥360 MPaFe 360
fyft
CARATTERISTICHE GEOMETRICHECARATTERISTICHE GEOMETRICHE
L’INDUSTRIA SIDERURGICA FORNISCE ALLA PROGETTAZIONE DELLE COSTRUZIONI METALLICHE UNA VASTISSIMA GAMMA DI PRODOTTI.
LA COSTRUZIONE DI UN’OPERA ASSUME L’ASPETTO DI UNA COMPOSIZIONE DI TALI PRODOTTI E IL CORRISPONDENTE PROBLEMA PROGETTUALE SI IDENTIFICA NELLA SCELTA PIU’ RAZIONALE DELLE COMPONENTI STRUTTURALI E DELLE MODALITA’ DI MONTAGGIO.
SE SI ESCLUDONO ALCUNI ELEMENTI SPECIALI, QUALI AD ESEMPIO GLI ELEMENTI DI APPOGGIO O PARTICOLARI TIPI DI VINCOLO, CHE SONO OTTENUTI MEDIANTE FUSIONE, TUTTI I PRODOTTI DA CARPENTERIA PROVENGONO DAL PROCESSO DI LAMINAZIONE.
LAMIERE PROFILATI
SAGOMARIO
FORME E TIPI
CARATTERISTICHE GEOMETRICHECARATTERISTICHE GEOMETRICHE
LAMIERE
PROFILATI (DA LAMINAZIONE A CALDO)
FORME E TIPI
LAMIERINI (spessore < 1 mm)
LAMIERE SOTTILI (spessore 1÷4 mm)
PROFILI SOTTILI (DA SAGOMATURA A FREDDO) - lamiere 3÷4 mm)
LAMIERE MEDIE (spessore 4 ÷50 mm)
LAMIERE SPESSE (spessore >50 mm)