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STRUTTURE IN ACCIAIO:
SISTEMI DI COLLEGAMENTO E UNIONI – PARTE 1
GENERALITÀ
UNIONI BULLONATE
UNIONI SALDATE
Website: http://www.francobontempi.org
Prof. Franco Bontempi, Ing. Stefania Arangio
franco.bontempi@uniroma1.it, stefania.arangio@uniroma1.it
Sapienza Università di Roma
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile
A.A. 2015 – 16
ESERCITAZIONE 7 (II PARTE) & ESERCITAZIONE 8
20 Novembre 2015
4 Dicembre 2015
2/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile
Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8
A.A. 2015 - 2016
I sistemi di collegamento: generalità
Unioni bullonate
Unioni saldate
Outline
3/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile
Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8
A.A. 2015 - 2016
I sistemi di collegamento: generalità
Unioni bullonate
Unioni saldate
Outline
4/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile
Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8
A.A. 2015 - 2016
SCOMPOSIZIONE STRUTTURALE
Struttura
Sottostruttura
Componenti
Elementi
Struttura
Sottostruttura
Componenti
Elementi
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ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8
A.A. 2015 - 2016
SISTEMI DI COLLEGAMENTO
L’acciaio è fornito dall’industria siderurgica in elementi di forme tipiche
(profilati, lamiere, tubi) e di dimensioni unificate
A partire da questi elementi resistenti semplici è possibili costruire una
qualsiasi struttura
In questo senso assumono un ruolo fondamentale i collegamenti.
Devono essere realizzati in modo che ciascun elemento semplice contribuisca
alla capacità portante dell’insieme.
Sistemi di collegamento: dispositivi costruttivi che hanno lo scopo specifico
di connettere due o più elementi strutturali
inizialmente indipendenti
Sistemi di collegamento nelle NTC 2008:
• bulloni normali (§ 11.3.4.6.1)
• bulloni ad attrito (AR) (§ 11.3.4.6.2)
• saldature (§ 13.3.4.5)
• chiodi (§ 11.3.4.6.3)
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ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8
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Generalità UNIONI TRA COMPONENTI STRUTTURALI
Unioni correnti: servono per creare profili composti a partire da ferri piatti e
cantonali (profili che non esistono sui sagomari, come travi alte e
profili a cassone)
Unioni di forza: uniscono tra lori i vari elementi strutturali per formare l’intera
(collegamenti) costruzione
Immagine da http://dankuchma.com/stm
I giunti tra gli elementi sono realizzati nelle zone di
diffusione (D regions):
- Sono sede di concentrazioni di sforzi
- Non vale la teoria della trave di Bernoulli (non sono
verificate le ipotesi alla base della teoria di De Saint
Venant)
- Le indicazioni progettuali sono basate su basate su
teorie e modellazioni semplificate supportate da
analisi sperimentali o numeriche
Lo studio accurato delle unioni è fondamentale perché
i collegamenti possono costituire il punto debole della
struttura
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CRITERI DI CLASSIFICAZIONE DELLE UNIONI (1)
Sistema di collegamento
Tipo di sollecitazione che
trasmettono
(o vincolo che schematizzano)
Deformabilità
Statica
• bullonate
• saldate
• chiodate
• Taglio (T)
• Sforzo normale (N)
• Sforzo normale e taglio (N+T)
• Sforzo normale, taglio, momento
(N+T+M)
• flessibili
• semirigide
• rigide
• articolazioni
• unioni a parziale ripristino
• unioni a completo ripristino
cerniera
incastro,
vincolo continuità
Generalità
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CRITERI DI CLASSIFICAZIONE DELLE UNIONI (2)
Tipologia di componenti che
vengono collegati
1. trave principale – trave secondaria (giunto di estremità)
2. trave – trave continua
3. trave – colonna
4. colonna - colonna
5. colonna – fondazione
6. elementi di controventamento
7. …1
2
3
6
4
5
Generalità
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QUADRO RIASSUNTIVO DELLE TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI
1
2
3
4
5
6
7
8
COMPONENTI VINCOLO SOLLECITAZIONE TIPO UNIONE
1) Trave principale - trave
secondaria
cerniera T bullonata
2) Trave - trave continua continuità
T
T + M
bullonata
bullonata con
coprigiunto
3) 4) 5) Trave - colonna (a 2, 3,
4 vie)
RITTI: cerniera T bullonata
TELAIO:
nodo rigido
T + M
bullonata + saldata
(giunto flangiato)
6) Controvento cerniera N +( N*e) bullonata
7) Colonna - colonna biella N bullonata
8) Colonna - plinto di fondazione
cerniera N Bullonata
incastro N + M
Bullonata +
irrigidimenti
Generalità
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TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI (ritti pendolari)Generalità
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TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI (controventi)Generalità
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TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI (telaio a nodi rigidi)Generalità
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I sistemi di collegamento: generalità
Unioni bullonate
Unioni saldate
Outline
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GENERALITA’Unionibullonate
VANTAGGI
• Facilità e velocità di montaggio e smontaggio – per questo motivo nel tempo
la bullonatura ha rimpiazzato la chiodatura
• Flessibilità della struttura nel caso debba essere modificata per rispondere a
nuove esigenze distributive
• Riutilizzo delle parti strutturali
SVANTAGGI
• Gli elementi strutturali sono indeboliti dalla presenza dei fori (è necessario
effettuare opportune verifiche)
• La presenza dei fori comporta una
distribuzione delle tensioni caratterizzata
da punte locali
smax
smin
sm
Ø
s
Ø
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MORFOLOGIA DEI BULLONIUnionibullonate
Bullone Rondella Dado
filettatura
Vite con testa esagonale Rondella Dado
Area dei bulloni (CNR 10011 prosp. 4 IV)
d [mm]
Anom, area nominale
[mm2]
Ares, area resistente
[mm2]
12 113 84
14 154 115
16 201 157
18 254 192
20 314 245
22 380 303
24 452 353
27 572 459
30 707 561
Area nominale
Area resistente
Diametro del foro = d bullone + 1 mm (fino d= 20 mm)
Diametro del foro = d bullone + 1,5 mm (fino d > 20 mm)
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CLASSI DEI BULLONIUnionibullonate
CLASSE
VITE
fyb
N/mm2
snervamento
ftb
N/mm2
rottura
fdN
N/mm2
fdN = 0,9ftb/γM2
fdV
N/mm2
fdV = 0,6ftb/γM2
N
4.6 240 400 288 192
5.6 300 500 360 240
6.8 480 600 432 288
AR
8.8 649 800 576
fdV = 0,6ftb/γM2
320
fdV = 0,5ftb/γM2
384
10.9 900 1000 720 400 480
10*9= 90 Kg/mm2 = 900 N/mm2 Aresistente Anominale
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INTERASSE E DISTANZE TRA I FORIUnionibullonate
(NTC 2008, § 4.2.8.1.1)
t = spessore minimo tra quelli degli elementi collegati
d = diametro bullone
d0 = diametro foro
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INTERASSE E DISTANZE TRA I FORIUnionibullonate
(NTC 2008, § 4.2.8.1.1)
t = spessore minimo tra quelli
degli elementi collegati
d = diametro bullone
d0 = diametro foro
E’ necessario rispettare i limiti della normativa per rimanere nel
campo di validità dei controlli sperimentali
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STATI DI SOLLECITAZIONEUnionibullonate
Si distinguono le unioni in:
• unioni in cui il bullone è sollecitato a taglio
• unioni in cui il bullone è sollecitato a trazione
• unioni in cui il bullone è sollecitato a trazione e taglio
Per il calcolo dello stato di sollecitazione non si possono usare le formule della
teoria della trave. La sezione di calcolo coincide con la sezione di applicazione
delle forze e non è applicabile il principio di De Saint Venant
IPOTESI utilizzate per lo studio delle unioni:
• lamiera “inifinitamente” rigida – si trascura la sua deformazione
• si trascura l’inflessione dei bulloni
• si trascurano le concentrazioni di tensioni in corrispondenza dei bordi dei fori
• pressioni uniformemente distribuite sui fori e sul gambo dei bulloni
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UNIONI A TAGLIOUnionibullonate
F
F/2
F/2
Forza che agisce nel piano di contatto tra gli elementi
Si considera un collegamento
elementare
FF
F/2
F/2
F/2
F/2
F/2
F/2
F
F/2
F/2
F
Il bullone è soggetto a
notevoli sforzi taglianti
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UNIONI A TAGLIO: MODALITÁ DI COLLASSOUnionibullonate
1) Rottura per strappo della lamiera
2) Rottura per recisione del gambo del bullone
3) Rifollamento della lamiera
4) Rottura per trazione della lamiera
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UNIONI A TAGLIO: MODALITA’ DI COLLASSO (1/4)Unionibullonate
1) Rottura per strappo della lamiera
FF FF
D
D'
E
E'
sm
F


2
1
1
s = spessore
m = proiezione orizzontale del segmento DD’
Lo sforzo di taglio si divide su due sezioni di A = ms
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2) Rottura per recisione del gambo del bullone
UNIONI A TAGLIO: MODALITA’ DI COLLASSO (2/4)Unionibullonate
F/2
F/2
F
F/2
F/2
F/2
F/2
F
F/2
F/2
Il gambo lavora su due facce
Sulla sezione di A = π d2 /4 agisce la forza F/2
22
4
2 d
F




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UNIONI A TAGLIO: MODALITA’ DI COLLASSO (3/4)Unionibullonate
3) Rifollamento della lamiera
F F
F
a b c
F
Campo
elastico
Campo
plastico
Valore
medio
s = spessore
d = diametro del bullone
sd
F

1
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UNIONI A TAGLIO: MODALITA’ DI COLLASSO (4/4)Unionibullonate
4) Rottura per trazione della lamiera
FF F F
F/2
F/2
F/2
F/2A
A'
smax
s min
s m
Ø
s
Ø
  sda
F

2
a = altezza della lamiera
d = diametro del bullone
s = spessore
Andamento delle tensioni intorno al foro Valore convenzionale medio
della tensione
Conoscendo le tensioni di collasso dei vari meccanismi è possibile risalire ai vari
carichi di collasso. Il più piccolo dei 4 rappresenta l’effettivo carico ultimo del
collegamento
a
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UNIONI A TAGLIO: VERIFICHEUnionibullonate
Una volta calcolate le tensioni agenti è necessario valutare la sicurezza nei
confronti dei vari meccanismi di collasso.
4 meccanismi 4 verifiche (NTC 2008, § 4.2.8.1.1)
1) Verifica a strappo della lamiera
La verifica a strappo è soddisfatta se il predimensionamento di distanze e
interassi è stato effettuato seguendo le indicazioni della normativa
2) Verifica a recisione del gambo del bullone
Con l’ipotesi che la tensione tangenziale si distribuisca uniformemente:
VRd
b
f
A
R

2
6,0
M
tb
VRd
f
f


2
5,0
M
tb
VRd
f
f


R = risultante sul singolo bullone
Ab = area della sezione interessata
(Ab = A se il bullone lavora su una faccia
Ab = 2A se il bullone lavora su due facce)
Bulloni 6.8 e 10.9 con filettatura a contatto
Ab = 2A Ab = A
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UNIONI A TAGLIO: VERIFICHEUnionibullonate
3) Verifica a rifollamento
4) Verifica di resistenza della lamiera
2M
tk
rif
fk
ds
R







R = risultante sul singolo bullone
d = diametro del bullone
s = spessore
ftk = resistenza a rottura del
materiale della piastra
γM2 = 1,25
ydf
ridA
N

ridW
M

ridA
V
 22
3  id





 

02
;
9,0
min
M
yk
M
tk
yd
ff
f

o
Se è presente anche sforzo
tangenziale
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UNIONI A TRAZIONEUnionibullonate
Forza che agisce in direzione perpendicolare al piano di contatto tra gli elementi
Si considera un collegamento
elementare
zona soggetta a
compressione
FN
FN
2
9,0
M
tb
res
N
f
A
N




γN = 1,25 per tenere conto dell’effetto leva
e di eventuali flessioni parassite
Ares = A resistente del bullone
ftb = resistenza a rottura del bullone
γM2 = 1,25
effetto leva
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UNIONI A TAGLIO E TRAZIONEUnionibullonate
1
4,1



tRd
tEd
vRd
vEd
F
F
F
F
2
6,0
M
restb
vRd
Af
F



2
9,0
M
restb
tRd
Af
F


Nel caso di presenza combinata di taglio e trazione si può adottare la formula di
interazione lineare:
FtEd sollecitazione di trazione di progetto
FvEd sollecitazione di taglio di progetto
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EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONEUnionibullonate
Le unioni reali sono costituite da più bulloni.
E’ necessario utilizzare metodi di calcolo che permettono di ripartire gli effetti delle azioni
esterne tra gli n bulloni
Ipotesi semplificative
• lamiera “infinitamente” rigida
• bulloni perfettamente elastici
•T e N si ripartiscono in modo uguale tra i bulloni
• lo spostamento di ogni bullone è costante e proporzionale alla distanza dal baricentro
T
MT
T
Se lo sforzo di taglio non è applicato
sull’asse baricentrico nasce un momento
torcente
N
e
Se lo sforzo normale non passa per il baricentro
della bullonatura bisogna considerare anche gli
effetti di un momento flettente
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EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TAGLIO
(E TORSIONE)
Unionibullonate
V
VT.1
VT.6
VT.2
VT.5
VT.3
VT.4
+ =
V
VV
V V
V1
V6
V2
V5
V3
V4
T
T
MT MT
T
MT
Si trasporta la forza
al baricentro della
bullonatura
Si genera un momento
torcente MT
Lo sforzo di taglio
si ripartisce tra gli n
bulloni
nn
T
V
s

ns = numero
sezioni resistenti
i
i
T
T y
yn
M
V 


 2
Anche MT si
ripartisce tra i bulloni
yi = distanza dal baricentro
della bullonatura
Su ogni bullone
agisce la risultante di
V e VT
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EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TRAZIONE
(E FLESSIONE)
Unionibullonate
N
e
ymax
yi NM
n
N
FN 
Lo sforzo normale si
ripartisce tra i bulloni
i
i
i y
y
M
F 
 2
M è proporzionale alla distanza
dei bulloni dall’asse neutro
n
N
y
y
M
F
i




max2max
2
Lo sforzo totale massimo nel
bullone più sollecitato sarà:
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I sistemi di collegamento: generalità
Unioni bullonate
Unioni saldate
OutlineUnionisaldate
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Unionisaldate TECNOLOGIA DELLE UNIONI PER SALDATURA
UNI 1307
Per saldatura si intende il processo mediante il quale si effettua l’unione dei
pezzi metallici sotto l’azione del calore, con o senza l’apporto di un materiale
metallico, in modo da realizzare nei tratti di collegamento la continuità fra i pezzi
stessi.
VANTAGGI
SVANTAGGI
• collegamenti più rigidi
• si evita l’indebolimento dovuto ai fori dei bulloni
• le saldature occupano meno spazio. I giunti sono più snelli
• gli elementi da unire non devono subire un trattamento iniziale (per le
bullonature bisogna realizzare i fori
• La buona riuscita dipende principalmente dall’operaio (si cerca infatti di farle
il più possibile da manodopera specializzata in officina dove c’è più
controllo)
• Maggiori oneri di lavorazione che portano a costi maggiori
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Unionisaldate PROCEDURE DI SALDATURA
Saldature a pressione
• Sono utilizzate per realizzare le strutture composte
acciaio – cls
• I connettori sono saldati alla trave e la collegano
alla soletta in cls
• Non si usa materiale d’apporto
Saldature a fusione
• Si crea continuità tra gli elementi
• Il materiale proviene da un corpo esterno. E’
necessario farlo sciogliere e una volta sciolto
proteggere il bagno di fusione per evitare un
raffreddamento troppo rapido
• Esistono oltre 40 tipi di diversi di procedure
elettrodo
rivestimento
arco guidato
metallo di basemetallo fusozona di trazione
cordone
scoria
gas
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ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8
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Unionisaldate PROCEDURE DI SALDATURA (1/2)
Saldatura manuale ad arco con elettrodi rivestiti
elettrodo
cordone di
saldatura
pezzi da saldare
(materiale base)
generatore
manico
isolante
pinza
porta elettrodo
E’ la più usata perché è la più semplice (si può
fare anche in opera) ed è molto versatile.
Il generatore trasmette corrente che crea un arco
elettrico tra l’elettrodo e il materiale base a causa
della d.d.p.
Si crea una sorgente di calore localizzata che fa
fondere entrambi e dal raffreddamento si ottiene il
cordone di saldatura.
L’elettrodo è una bacchetta di materiale siliceo-
vetroso (è più leggero dell’ acciaio fuso quindi
galleggia sul materiale base e forma una pellicola
protettiva contro l’idrogeno dell’atmosfera che
fragilizza l’acciaio)
37/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità
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ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8
A.A. 2015 - 2016
Unionisaldate PROCEDURE DI SALDATURA (2/2)
Saldatura automatica ad arco sommerso
Di suo industriale. E’ caratterizzata da bagli di fusione di elevate dimensioni
La sorgente termica è costituita da un filo avvolto in matassa che un opportuno
dispositivo meccanico provvede a far avanzare man mano che si fonde
La parte da saldare è ricoperta da sabbia che protegge l’acciaio fuso (“sommerso”
perché coperto dalla sabbia)
Saldatura automatiche o semiautomatiche sotto gas di protezione
Saldature a filo continuo in cui la protezione del bagno di fusione è affidata a un
gas inerte o a un gas chimicamente attivo.
Hanno un costo elevato e sono utilizzate per saldare acciai particolari
Saldature con elettrodo infusibile
L’arco elettrico scocca tra un elemento di tugsteno e il materiale base.
L’elettrodo di tugsteno serve solo per far scoccare l’arco. Il materiale di apporto
proviene da una bacchetta dello stesso materiale da saldare.
38/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità
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ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8
A.A. 2015 - 2016
Unionisaldate POSSIBILI DIFETTI
• Mancanza di penetrazione: il cordone non collega l’intera sezione da saldare
(errore dell’operatore o lembi preparati male)
• Inclusioni solide: scorie nel bagno di fusione
• Soffiature: cavità formate dai gas che si liberano durante la saldatura
• Cricche a freddo: microfessure nel materiale base ai margini del cordone di
saldatura. Dovute in genere a raffreddamento troppo rapido
• Cricche a caldo: fessure nella zona fusa causate da un elevato tenore di
impurezze nel bagno di fusione. E’ il difetto peggiore.
• Deformazione
cricche a freddo
39/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità
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ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8
A.A. 2015 - 2016
Esistono due classi (NTC 2008 - § 4.2.8.2, CNR 10011/97 - § 2.5.3)
1) Giunti a completa penetrazione
• Viene ripristinata la continuità tra i pezzi uniti
• Diventano monolitici (e vanno verificati come tali)
La resistenza di calcolo dei collegamenti si assume uguale alla resistenza di
progetto del più debole tra gli elementi connessi
Unionisaldate CLASSIFICAZIONE
testa a testa a T a croce
2) Giunti a cordone d’angolo
• Gli elementi da unire non vengono preventivamente modellati
• Sono solo accostati. Si hanno discontinuità nel flusso delle tensioni
discontinuità
discontinuità
40/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità
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ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8
A.A. 2015 - 2016
Unionisaldate GIUNTI A CORDONE D’ANGOLO: CALCOLO E VERIFICHE
Il problema di verificare la resistenza di un cordone d’angolo è stato oggetto di numerosi
studi.
Tutti i metodi proposti si basano su una ipotesi semplificativa: le tensioni si vengono
considerate uniformemente distribuite sulla sezione di gola (a*L)
Reale distribuzione degli sforzi.
Mano a mano che il materiale si
plasticizza si ha una
ridistribuzione degli sforzi e le
disuniformità si attenuano
Altezza di gola a
Sezione di gola nella reale posizione Sezione di gola ribaltata
41/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità
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ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8
A.A. 2015 - 2016
• Van den Eb traccia un dominio a peroide a partire da
risultati sperimentali
Si cerca un dominio con una forma traducibile in
equazione
• ellissoide ISO
• sfera inglese (BS, 1966): raggio pari a 0,58·fu;
• sfera americana (AISC, 1969): raggio pari a 0,61·fu;
• sfera tedesca (DIN, 1968): raggio pari a 0,70·fu.
Unionisaldate VERIFICHE SULLA SEZIONE DI GOLA RIBALTATA: CENNI STORICI
   
1
70,058,0
2
2
//
2
2
2
2




 
uuu fff

Lo scopo era quello di tracciare il dominio spaziale
delle resistenze
42/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità
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ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8
A.A. 2015 - 2016
Unionisaldate VERIFICHE SULLA SEZIONE DI GOLA RIBALTATA (NTC E CNR)
7,02
//
22
ydftnt   
ydfnt   258,0
In Italia:
• si vuole mantenere l’interpretazione delle DIN ma
rendendola più cautelativa
• Si vuole evitare una formulazione analitica di tipo
quadratico
SFERA MOZZA
Sfera tagliata da due
coppie di piani passanti
per 0,58fu su entrambi
gli assi
Verifiche
stato tensionale limitazioni Fe 360 Fe 430/ 510
0,85 fyd 0,70 fyd
fyd 0,85 fyd
fyd 0,85 fyd
0,85 fyd 0,70 fyd
0,85 fyd 0,70 fyd
0,85 fyd 0,70 fyd
0,85 fyd 0,70 fyd
0,85 fyd 0,70 fyd
0,85 fyd 0,70 fyd

 
a
n 
t 
2
//
22
  






 




 



  


2
//
2
 
2
//
2
 
//
  



44/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità
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ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8
A.A. 2015 - 2016
Unionisaldate EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TRAZIONE
a
F
F/2
F/2
L
yd
ii
f
aL
F




85,0//
  aLaL ii 4
ydf
aL
F


 85,0
2

a
L
F
F/2
F/2
Cordoni laterali Cordone frontale
45/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità
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ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8
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(o )
Unionisaldate EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TAGLIO
F
a
h
L
F
a
h
b
L
n
t

n
t







L’area resistente è pari a A = 2·a·h
con modulo di resistenza
6
2
2
ha
W


La massima tensione derivante dal momento
flettente è pari a:
2max
3
ha
lF
W
M


ha
F


2
//
ydf 85,02
//
2
max 
hab
LF
W
M



ab
F


2

ydf
ba
F
hab
FL




 
2
 ydf85,0
ydf 85,0 ydf70,0
ydf 85,0 ydf70,0
Cordoni frontali longitudinali Cordoni frontali trasversali
habW 
(o )
(o )
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Unionisaldate EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TAGLIO
F
L
- max
flessione

taglio
A
B
ydA f 85,0max
ydBB f 85,02
//
2
 (o 0,70 fyd)
Verifica nel punto A
Verifica nel punto B
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ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8
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Unionisaldate EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TORSIONE
a
H
L
h
a
H
MT
 ah
M
H T


La
H

//
a
V
z
h
V
MT
a
L
z
M
V T

aLz
M
aL
V T



//
ydf 85,0// (o 0,70 fyd)
Cordoni laterali Cordoni frontali
PROSSIME ESERCITAZIONI
STRUTTURE IN ACCIAIO:
SISTEMI DI COLLEGAMENTO E UNIONI – PARTE 2
ESEMPI: GIUNTI DI ESTREMITÀ (TRAVE PRINCIPALE – SECONDARIA)
GIUNTI TRAVE – COLONNA
UNIONE CONTINUA TRAVE – TRAVE
UNIONE COLONNA – COLONNA
UNIONE COLONNA FONDAZIONE
UNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO
Website: http://www.francobontempi.org
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Sapienza Università di Roma
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Tecnica delle Costruzioni - Esercitazione 7 (parte 2) & 8

  • 1. STRUTTURE IN ACCIAIO: SISTEMI DI COLLEGAMENTO E UNIONI – PARTE 1 GENERALITÀ UNIONI BULLONATE UNIONI SALDATE Website: http://www.francobontempi.org Prof. Franco Bontempi, Ing. Stefania Arangio franco.bontempi@uniroma1.it, stefania.arangio@uniroma1.it Sapienza Università di Roma Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile A.A. 2015 – 16 ESERCITAZIONE 7 (II PARTE) & ESERCITAZIONE 8 20 Novembre 2015 4 Dicembre 2015
  • 2. 2/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 I sistemi di collegamento: generalità Unioni bullonate Unioni saldate Outline
  • 3. 3/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 I sistemi di collegamento: generalità Unioni bullonate Unioni saldate Outline
  • 4. 4/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 SCOMPOSIZIONE STRUTTURALE Struttura Sottostruttura Componenti Elementi Struttura Sottostruttura Componenti Elementi
  • 5. 5/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 SISTEMI DI COLLEGAMENTO L’acciaio è fornito dall’industria siderurgica in elementi di forme tipiche (profilati, lamiere, tubi) e di dimensioni unificate A partire da questi elementi resistenti semplici è possibili costruire una qualsiasi struttura In questo senso assumono un ruolo fondamentale i collegamenti. Devono essere realizzati in modo che ciascun elemento semplice contribuisca alla capacità portante dell’insieme. Sistemi di collegamento: dispositivi costruttivi che hanno lo scopo specifico di connettere due o più elementi strutturali inizialmente indipendenti Sistemi di collegamento nelle NTC 2008: • bulloni normali (§ 11.3.4.6.1) • bulloni ad attrito (AR) (§ 11.3.4.6.2) • saldature (§ 13.3.4.5) • chiodi (§ 11.3.4.6.3)
  • 6. 6/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 Generalità UNIONI TRA COMPONENTI STRUTTURALI Unioni correnti: servono per creare profili composti a partire da ferri piatti e cantonali (profili che non esistono sui sagomari, come travi alte e profili a cassone) Unioni di forza: uniscono tra lori i vari elementi strutturali per formare l’intera (collegamenti) costruzione Immagine da http://dankuchma.com/stm I giunti tra gli elementi sono realizzati nelle zone di diffusione (D regions): - Sono sede di concentrazioni di sforzi - Non vale la teoria della trave di Bernoulli (non sono verificate le ipotesi alla base della teoria di De Saint Venant) - Le indicazioni progettuali sono basate su basate su teorie e modellazioni semplificate supportate da analisi sperimentali o numeriche Lo studio accurato delle unioni è fondamentale perché i collegamenti possono costituire il punto debole della struttura
  • 7. 7/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 CRITERI DI CLASSIFICAZIONE DELLE UNIONI (1) Sistema di collegamento Tipo di sollecitazione che trasmettono (o vincolo che schematizzano) Deformabilità Statica • bullonate • saldate • chiodate • Taglio (T) • Sforzo normale (N) • Sforzo normale e taglio (N+T) • Sforzo normale, taglio, momento (N+T+M) • flessibili • semirigide • rigide • articolazioni • unioni a parziale ripristino • unioni a completo ripristino cerniera incastro, vincolo continuità Generalità
  • 8. 8/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 CRITERI DI CLASSIFICAZIONE DELLE UNIONI (2) Tipologia di componenti che vengono collegati 1. trave principale – trave secondaria (giunto di estremità) 2. trave – trave continua 3. trave – colonna 4. colonna - colonna 5. colonna – fondazione 6. elementi di controventamento 7. …1 2 3 6 4 5 Generalità
  • 9. 9/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 QUADRO RIASSUNTIVO DELLE TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI 1 2 3 4 5 6 7 8 COMPONENTI VINCOLO SOLLECITAZIONE TIPO UNIONE 1) Trave principale - trave secondaria cerniera T bullonata 2) Trave - trave continua continuità T T + M bullonata bullonata con coprigiunto 3) 4) 5) Trave - colonna (a 2, 3, 4 vie) RITTI: cerniera T bullonata TELAIO: nodo rigido T + M bullonata + saldata (giunto flangiato) 6) Controvento cerniera N +( N*e) bullonata 7) Colonna - colonna biella N bullonata 8) Colonna - plinto di fondazione cerniera N Bullonata incastro N + M Bullonata + irrigidimenti Generalità
  • 10. 10/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI (ritti pendolari)Generalità
  • 11. 11/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI (controventi)Generalità
  • 12. 12/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI (telaio a nodi rigidi)Generalità
  • 13. 13/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 I sistemi di collegamento: generalità Unioni bullonate Unioni saldate Outline
  • 14. 14/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 GENERALITA’Unionibullonate VANTAGGI • Facilità e velocità di montaggio e smontaggio – per questo motivo nel tempo la bullonatura ha rimpiazzato la chiodatura • Flessibilità della struttura nel caso debba essere modificata per rispondere a nuove esigenze distributive • Riutilizzo delle parti strutturali SVANTAGGI • Gli elementi strutturali sono indeboliti dalla presenza dei fori (è necessario effettuare opportune verifiche) • La presenza dei fori comporta una distribuzione delle tensioni caratterizzata da punte locali smax smin sm Ø s Ø
  • 15. 15/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 MORFOLOGIA DEI BULLONIUnionibullonate Bullone Rondella Dado filettatura Vite con testa esagonale Rondella Dado Area dei bulloni (CNR 10011 prosp. 4 IV) d [mm] Anom, area nominale [mm2] Ares, area resistente [mm2] 12 113 84 14 154 115 16 201 157 18 254 192 20 314 245 22 380 303 24 452 353 27 572 459 30 707 561 Area nominale Area resistente Diametro del foro = d bullone + 1 mm (fino d= 20 mm) Diametro del foro = d bullone + 1,5 mm (fino d > 20 mm)
  • 16. 16/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 CLASSI DEI BULLONIUnionibullonate CLASSE VITE fyb N/mm2 snervamento ftb N/mm2 rottura fdN N/mm2 fdN = 0,9ftb/γM2 fdV N/mm2 fdV = 0,6ftb/γM2 N 4.6 240 400 288 192 5.6 300 500 360 240 6.8 480 600 432 288 AR 8.8 649 800 576 fdV = 0,6ftb/γM2 320 fdV = 0,5ftb/γM2 384 10.9 900 1000 720 400 480 10*9= 90 Kg/mm2 = 900 N/mm2 Aresistente Anominale
  • 17. 17/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 INTERASSE E DISTANZE TRA I FORIUnionibullonate (NTC 2008, § 4.2.8.1.1) t = spessore minimo tra quelli degli elementi collegati d = diametro bullone d0 = diametro foro
  • 18. 18/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 INTERASSE E DISTANZE TRA I FORIUnionibullonate (NTC 2008, § 4.2.8.1.1) t = spessore minimo tra quelli degli elementi collegati d = diametro bullone d0 = diametro foro E’ necessario rispettare i limiti della normativa per rimanere nel campo di validità dei controlli sperimentali
  • 19. 19/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 STATI DI SOLLECITAZIONEUnionibullonate Si distinguono le unioni in: • unioni in cui il bullone è sollecitato a taglio • unioni in cui il bullone è sollecitato a trazione • unioni in cui il bullone è sollecitato a trazione e taglio Per il calcolo dello stato di sollecitazione non si possono usare le formule della teoria della trave. La sezione di calcolo coincide con la sezione di applicazione delle forze e non è applicabile il principio di De Saint Venant IPOTESI utilizzate per lo studio delle unioni: • lamiera “inifinitamente” rigida – si trascura la sua deformazione • si trascura l’inflessione dei bulloni • si trascurano le concentrazioni di tensioni in corrispondenza dei bordi dei fori • pressioni uniformemente distribuite sui fori e sul gambo dei bulloni
  • 20. 20/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 UNIONI A TAGLIOUnionibullonate F F/2 F/2 Forza che agisce nel piano di contatto tra gli elementi Si considera un collegamento elementare FF F/2 F/2 F/2 F/2 F/2 F/2 F F/2 F/2 F Il bullone è soggetto a notevoli sforzi taglianti
  • 21. 21/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 UNIONI A TAGLIO: MODALITÁ DI COLLASSOUnionibullonate 1) Rottura per strappo della lamiera 2) Rottura per recisione del gambo del bullone 3) Rifollamento della lamiera 4) Rottura per trazione della lamiera
  • 22. 22/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 UNIONI A TAGLIO: MODALITA’ DI COLLASSO (1/4)Unionibullonate 1) Rottura per strappo della lamiera FF FF D D' E E' sm F   2 1 1 s = spessore m = proiezione orizzontale del segmento DD’ Lo sforzo di taglio si divide su due sezioni di A = ms
  • 23. 23/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 2) Rottura per recisione del gambo del bullone UNIONI A TAGLIO: MODALITA’ DI COLLASSO (2/4)Unionibullonate F/2 F/2 F F/2 F/2 F/2 F/2 F F/2 F/2 Il gambo lavora su due facce Sulla sezione di A = π d2 /4 agisce la forza F/2 22 4 2 d F    
  • 24. 24/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 UNIONI A TAGLIO: MODALITA’ DI COLLASSO (3/4)Unionibullonate 3) Rifollamento della lamiera F F F a b c F Campo elastico Campo plastico Valore medio s = spessore d = diametro del bullone sd F  1
  • 25. 25/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 UNIONI A TAGLIO: MODALITA’ DI COLLASSO (4/4)Unionibullonate 4) Rottura per trazione della lamiera FF F F F/2 F/2 F/2 F/2A A' smax s min s m Ø s Ø   sda F  2 a = altezza della lamiera d = diametro del bullone s = spessore Andamento delle tensioni intorno al foro Valore convenzionale medio della tensione Conoscendo le tensioni di collasso dei vari meccanismi è possibile risalire ai vari carichi di collasso. Il più piccolo dei 4 rappresenta l’effettivo carico ultimo del collegamento a
  • 26. 26/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 UNIONI A TAGLIO: VERIFICHEUnionibullonate Una volta calcolate le tensioni agenti è necessario valutare la sicurezza nei confronti dei vari meccanismi di collasso. 4 meccanismi 4 verifiche (NTC 2008, § 4.2.8.1.1) 1) Verifica a strappo della lamiera La verifica a strappo è soddisfatta se il predimensionamento di distanze e interassi è stato effettuato seguendo le indicazioni della normativa 2) Verifica a recisione del gambo del bullone Con l’ipotesi che la tensione tangenziale si distribuisca uniformemente: VRd b f A R  2 6,0 M tb VRd f f   2 5,0 M tb VRd f f   R = risultante sul singolo bullone Ab = area della sezione interessata (Ab = A se il bullone lavora su una faccia Ab = 2A se il bullone lavora su due facce) Bulloni 6.8 e 10.9 con filettatura a contatto Ab = 2A Ab = A
  • 27. 27/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 UNIONI A TAGLIO: VERIFICHEUnionibullonate 3) Verifica a rifollamento 4) Verifica di resistenza della lamiera 2M tk rif fk ds R        R = risultante sul singolo bullone d = diametro del bullone s = spessore ftk = resistenza a rottura del materiale della piastra γM2 = 1,25 ydf ridA N  ridW M  ridA V  22 3  id         02 ; 9,0 min M yk M tk yd ff f  o Se è presente anche sforzo tangenziale
  • 28. 28/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 UNIONI A TRAZIONEUnionibullonate Forza che agisce in direzione perpendicolare al piano di contatto tra gli elementi Si considera un collegamento elementare zona soggetta a compressione FN FN 2 9,0 M tb res N f A N     γN = 1,25 per tenere conto dell’effetto leva e di eventuali flessioni parassite Ares = A resistente del bullone ftb = resistenza a rottura del bullone γM2 = 1,25 effetto leva
  • 29. 29/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 UNIONI A TAGLIO E TRAZIONEUnionibullonate 1 4,1    tRd tEd vRd vEd F F F F 2 6,0 M restb vRd Af F    2 9,0 M restb tRd Af F   Nel caso di presenza combinata di taglio e trazione si può adottare la formula di interazione lineare: FtEd sollecitazione di trazione di progetto FvEd sollecitazione di taglio di progetto
  • 30. 30/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONEUnionibullonate Le unioni reali sono costituite da più bulloni. E’ necessario utilizzare metodi di calcolo che permettono di ripartire gli effetti delle azioni esterne tra gli n bulloni Ipotesi semplificative • lamiera “infinitamente” rigida • bulloni perfettamente elastici •T e N si ripartiscono in modo uguale tra i bulloni • lo spostamento di ogni bullone è costante e proporzionale alla distanza dal baricentro T MT T Se lo sforzo di taglio non è applicato sull’asse baricentrico nasce un momento torcente N e Se lo sforzo normale non passa per il baricentro della bullonatura bisogna considerare anche gli effetti di un momento flettente
  • 31. 31/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TAGLIO (E TORSIONE) Unionibullonate V VT.1 VT.6 VT.2 VT.5 VT.3 VT.4 + = V VV V V V1 V6 V2 V5 V3 V4 T T MT MT T MT Si trasporta la forza al baricentro della bullonatura Si genera un momento torcente MT Lo sforzo di taglio si ripartisce tra gli n bulloni nn T V s  ns = numero sezioni resistenti i i T T y yn M V     2 Anche MT si ripartisce tra i bulloni yi = distanza dal baricentro della bullonatura Su ogni bullone agisce la risultante di V e VT
  • 32. 32/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TRAZIONE (E FLESSIONE) Unionibullonate N e ymax yi NM n N FN  Lo sforzo normale si ripartisce tra i bulloni i i i y y M F   2 M è proporzionale alla distanza dei bulloni dall’asse neutro n N y y M F i     max2max 2 Lo sforzo totale massimo nel bullone più sollecitato sarà:
  • 33. 33/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 I sistemi di collegamento: generalità Unioni bullonate Unioni saldate OutlineUnionisaldate
  • 34. 34/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 Unionisaldate TECNOLOGIA DELLE UNIONI PER SALDATURA UNI 1307 Per saldatura si intende il processo mediante il quale si effettua l’unione dei pezzi metallici sotto l’azione del calore, con o senza l’apporto di un materiale metallico, in modo da realizzare nei tratti di collegamento la continuità fra i pezzi stessi. VANTAGGI SVANTAGGI • collegamenti più rigidi • si evita l’indebolimento dovuto ai fori dei bulloni • le saldature occupano meno spazio. I giunti sono più snelli • gli elementi da unire non devono subire un trattamento iniziale (per le bullonature bisogna realizzare i fori • La buona riuscita dipende principalmente dall’operaio (si cerca infatti di farle il più possibile da manodopera specializzata in officina dove c’è più controllo) • Maggiori oneri di lavorazione che portano a costi maggiori
  • 35. 35/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 Unionisaldate PROCEDURE DI SALDATURA Saldature a pressione • Sono utilizzate per realizzare le strutture composte acciaio – cls • I connettori sono saldati alla trave e la collegano alla soletta in cls • Non si usa materiale d’apporto Saldature a fusione • Si crea continuità tra gli elementi • Il materiale proviene da un corpo esterno. E’ necessario farlo sciogliere e una volta sciolto proteggere il bagno di fusione per evitare un raffreddamento troppo rapido • Esistono oltre 40 tipi di diversi di procedure elettrodo rivestimento arco guidato metallo di basemetallo fusozona di trazione cordone scoria gas
  • 36. 36/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 Unionisaldate PROCEDURE DI SALDATURA (1/2) Saldatura manuale ad arco con elettrodi rivestiti elettrodo cordone di saldatura pezzi da saldare (materiale base) generatore manico isolante pinza porta elettrodo E’ la più usata perché è la più semplice (si può fare anche in opera) ed è molto versatile. Il generatore trasmette corrente che crea un arco elettrico tra l’elettrodo e il materiale base a causa della d.d.p. Si crea una sorgente di calore localizzata che fa fondere entrambi e dal raffreddamento si ottiene il cordone di saldatura. L’elettrodo è una bacchetta di materiale siliceo- vetroso (è più leggero dell’ acciaio fuso quindi galleggia sul materiale base e forma una pellicola protettiva contro l’idrogeno dell’atmosfera che fragilizza l’acciaio)
  • 37. 37/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 Unionisaldate PROCEDURE DI SALDATURA (2/2) Saldatura automatica ad arco sommerso Di suo industriale. E’ caratterizzata da bagli di fusione di elevate dimensioni La sorgente termica è costituita da un filo avvolto in matassa che un opportuno dispositivo meccanico provvede a far avanzare man mano che si fonde La parte da saldare è ricoperta da sabbia che protegge l’acciaio fuso (“sommerso” perché coperto dalla sabbia) Saldatura automatiche o semiautomatiche sotto gas di protezione Saldature a filo continuo in cui la protezione del bagno di fusione è affidata a un gas inerte o a un gas chimicamente attivo. Hanno un costo elevato e sono utilizzate per saldare acciai particolari Saldature con elettrodo infusibile L’arco elettrico scocca tra un elemento di tugsteno e il materiale base. L’elettrodo di tugsteno serve solo per far scoccare l’arco. Il materiale di apporto proviene da una bacchetta dello stesso materiale da saldare.
  • 38. 38/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 Unionisaldate POSSIBILI DIFETTI • Mancanza di penetrazione: il cordone non collega l’intera sezione da saldare (errore dell’operatore o lembi preparati male) • Inclusioni solide: scorie nel bagno di fusione • Soffiature: cavità formate dai gas che si liberano durante la saldatura • Cricche a freddo: microfessure nel materiale base ai margini del cordone di saldatura. Dovute in genere a raffreddamento troppo rapido • Cricche a caldo: fessure nella zona fusa causate da un elevato tenore di impurezze nel bagno di fusione. E’ il difetto peggiore. • Deformazione cricche a freddo
  • 39. 39/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 Esistono due classi (NTC 2008 - § 4.2.8.2, CNR 10011/97 - § 2.5.3) 1) Giunti a completa penetrazione • Viene ripristinata la continuità tra i pezzi uniti • Diventano monolitici (e vanno verificati come tali) La resistenza di calcolo dei collegamenti si assume uguale alla resistenza di progetto del più debole tra gli elementi connessi Unionisaldate CLASSIFICAZIONE testa a testa a T a croce 2) Giunti a cordone d’angolo • Gli elementi da unire non vengono preventivamente modellati • Sono solo accostati. Si hanno discontinuità nel flusso delle tensioni discontinuità discontinuità
  • 40. 40/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 Unionisaldate GIUNTI A CORDONE D’ANGOLO: CALCOLO E VERIFICHE Il problema di verificare la resistenza di un cordone d’angolo è stato oggetto di numerosi studi. Tutti i metodi proposti si basano su una ipotesi semplificativa: le tensioni si vengono considerate uniformemente distribuite sulla sezione di gola (a*L) Reale distribuzione degli sforzi. Mano a mano che il materiale si plasticizza si ha una ridistribuzione degli sforzi e le disuniformità si attenuano Altezza di gola a Sezione di gola nella reale posizione Sezione di gola ribaltata
  • 41. 41/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 • Van den Eb traccia un dominio a peroide a partire da risultati sperimentali Si cerca un dominio con una forma traducibile in equazione • ellissoide ISO • sfera inglese (BS, 1966): raggio pari a 0,58·fu; • sfera americana (AISC, 1969): raggio pari a 0,61·fu; • sfera tedesca (DIN, 1968): raggio pari a 0,70·fu. Unionisaldate VERIFICHE SULLA SEZIONE DI GOLA RIBALTATA: CENNI STORICI     1 70,058,0 2 2 // 2 2 2 2       uuu fff  Lo scopo era quello di tracciare il dominio spaziale delle resistenze
  • 42. 42/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 Unionisaldate VERIFICHE SULLA SEZIONE DI GOLA RIBALTATA (NTC E CNR) 7,02 // 22 ydftnt    ydfnt   258,0 In Italia: • si vuole mantenere l’interpretazione delle DIN ma rendendola più cautelativa • Si vuole evitare una formulazione analitica di tipo quadratico SFERA MOZZA Sfera tagliata da due coppie di piani passanti per 0,58fu su entrambi gli assi Verifiche
  • 43. stato tensionale limitazioni Fe 360 Fe 430/ 510 0,85 fyd 0,70 fyd fyd 0,85 fyd fyd 0,85 fyd 0,85 fyd 0,70 fyd 0,85 fyd 0,70 fyd 0,85 fyd 0,70 fyd 0,85 fyd 0,70 fyd 0,85 fyd 0,70 fyd 0,85 fyd 0,70 fyd    a n  t  2 // 22                          2 // 2   2 // 2   //      
  • 44. 44/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 Unionisaldate EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TRAZIONE a F F/2 F/2 L yd ii f aL F     85,0//   aLaL ii 4 ydf aL F    85,0 2  a L F F/2 F/2 Cordoni laterali Cordone frontale
  • 45. 45/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 (o ) Unionisaldate EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TAGLIO F a h L F a h b L n t  n t        L’area resistente è pari a A = 2·a·h con modulo di resistenza 6 2 2 ha W   La massima tensione derivante dal momento flettente è pari a: 2max 3 ha lF W M   ha F   2 // ydf 85,02 // 2 max  hab LF W M    ab F   2  ydf ba F hab FL       2  ydf85,0 ydf 85,0 ydf70,0 ydf 85,0 ydf70,0 Cordoni frontali longitudinali Cordoni frontali trasversali habW  (o ) (o )
  • 46. 46/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 Unionisaldate EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TAGLIO F L - max flessione  taglio A B ydA f 85,0max ydBB f 85,02 // 2  (o 0,70 fyd) Verifica nel punto A Verifica nel punto B
  • 47. 47/47UnionibullonateUnionisaldateGeneralità Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 7 (II parte) & 8 A.A. 2015 - 2016 Unionisaldate EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TORSIONE a H L h a H MT  ah M H T   La H  // a V z h V MT a L z M V T  aLz M aL V T    // ydf 85,0// (o 0,70 fyd) Cordoni laterali Cordoni frontali
  • 48. PROSSIME ESERCITAZIONI STRUTTURE IN ACCIAIO: SISTEMI DI COLLEGAMENTO E UNIONI – PARTE 2 ESEMPI: GIUNTI DI ESTREMITÀ (TRAVE PRINCIPALE – SECONDARIA) GIUNTI TRAVE – COLONNA UNIONE CONTINUA TRAVE – TRAVE UNIONE COLONNA – COLONNA UNIONE COLONNA FONDAZIONE UNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO Website: http://www.francobontempi.org Prof. Franco Bontempi, Ing. Stefania Arangio Sapienza Università di Roma Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile A.A. 2015 – 2016