Corso Acciaio Unioni

SISTEMI DI UNIONE Walter Salvatore Dipartimento di Ingegneria Civile Università di Pisa

Sistemi di unione unione – – Unioni Unio Un ioni ni Saldate Salda Sal date te UNI EN ISO 4063

Procedimenti di saldatura all’arco elettrico codificati.

tenendo in conto del livello di automazione che si applica, distinguendo in questo modo saldatura ossiacetilenica ossiacetilenica 

procedimenti manuali saldatura ad arco con





procedimenti semiautomatici

saldatura a filo continuo sotto protezione di gas

procedimenti automatici

saldatura ad arco sommerso

SISTEMI SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore Salvatore

2

Sistemi Sist emi di union u unione nione e – Unioni Unio ni Saldat Sa Saldate ldate e Controlli e qualifica della saldatura

EN 288 288288 --3, 3, EN 12062 1206 12062 2

’ responsabilità del direttore dei lavori

,



I controlli potranno essere estesi o integrati che in funzione dell’andamento dei lavori



Il collaudatore può accettare tali controlli ed eventualmente integrarli



metodi meto etodi di di superficie: supe superf rfic icie ie : esam esame esame e visivo visi visivo vo liquidi liquidi liquidi penetranti penetr pen etrant anti i polveri polver polverii magnetiche magnet mag netich iche e



metodi metodi metodi volumetrici: volum volumetr etrici ici :

raggi raggi X X raggi ragg raggii gamma gamm ga mma a ultrasuoni


3

Sistemi di unione unione – Unioni Saldate Controlli e qualifica della saldatura

EN 288 288--3, EN 12062

Esame visivo Nei controlli con metodi visivi l’operatore può valutare la presenza di difetti superficiali sulla saldatura, la qualità della preparazione dei lembi ed il procedimento di saldatura u zza o.



è possibile accedere ad una distanza della superficie < 60 cm e con una angolazione > 30 , °



e quando di ha a disposizione una illuminazione compresa tra 150 e 600 lux.

Quando non sono soddisfatte le ipotesi precedenti per l’esecuzione degli esami visivi, è necessario assare ad esami remotizzati in cui si utilizzano a arecchiature dotate di una risoluzione almeno equivalente a quella dell’occhio umano. SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore

4


EN ISO 3452, EN 288288 -3, EN 12062

Esame con liquidi penetranti La tecnica sfrutta la capacità di alcuni liquidi di penetrare per capillarità all'interno dei difetti superficiali. Il metodo e suddiviso in 4 fasi: Fessura non visibile

. superficie

Indicazione visibile

. del liquido penetrante

. quantità in eccesso con

. “rivelatore” capace di produrre una del difetto

SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore

5


UNI EN 8930, UNI EN 8375, UNI EN 1291, UNI EN 1290

Esame con particelle magnetiche

L'oggetto da testare è magnetizzato per cui le discontinuità trasversali al campo magnetico (difetti) determinano una deviazione delle linee di flusso del campo magnetico stesso, r evata ut zzan o po ver erromagnet c e.

magnetico SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore

6



Esame con metodi radio rafici Tali metodi si basano sulle alterazioni che le radiazioni elettromagnetiche subiscono incontrando un difetto nel loro ercorso all'interno del materiale. 

Sono utilizzati raggi X o raggi gamma i quali attraversano il campione indagato



I raggi impressionano una lastra fotografica con un immagine bidimensionale in scala di grigi



Dall’immagine possono rilevarsi: variazioni di spessore, densità, o di composizione



La valutazione viene eseguita per confronto della densità radiografica con standard radiografici dello stesso oggetto di qualità accettabile

Una sola immagine bi-dimensionale non consente una completa individuazione della posizione del difetto all’interno del pezzo indagato per cui occorrono più immagini.


7



Esame con metodi ultrasonici Il metodo è simile a quello radiografico, però sfrutta il principio della riflessione delle onde.  

La riflessione dell’onda sonora è prodotta dalle discontinuità presenti e dai bordi dell’elemento



Le riflessioni sono rappresentate su un diagramma opportuno o t t e f i d " i n i s n e m i D "

o t t e f i d " i n i s n e m i D "

Distanza da sorgente

Elemento privo di difetti

Distanza da sorgente

Elemento con difetto


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Sistemi di unione unione – Unioni Saldate Classificazione della saldatura Le saldature possono essere classificate secondo differenti criteri: in base al procedimento di sa atura, e n ase a a orma. la saldatura per fusione è effettuata senza l’applicazione forze esterne; le ,

Classificazione in base al

con o senza l’impiego di metallo d’apporto. la saldatura con pressione è effettuata con applicazione di forza esterna, sufficiente per produrre una deformazione plastica delle super c a con a o, genera men e senza metallo di apporto. Le superfici da saldare possono essere riscaldate.

Classificazione in base alla forma

saldature a cordoni d’angolo saldature a piena penetrazione saldature puntuali SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore

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Sistemi di unione unione – Unioni Saldate Geometria della saldatura

EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (4.5.2)

Saldature a cordone d’angolo 

Assenza di penetrazione del materiale di fusione nello spessore degli elementi °



°

Parametri geometrici: area di gola a w e lunghezza effettiva del cordone l eff (evitando

w

aw

w

w

aw

aw

Leff SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore

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Sistemi di unione unione – Unioni Saldate Geometria della saldatura

EN1993- EN1993 -1 1-8 (4.3.1), UNI EN 12345

Saldature a piena penetrazione 

Completa penetrazione e fusione del materiale base e del materiale di apporto attraverso lo spessore del collegamento tra i piatti di acciaio 

Necessità di preparare i lembi da unire smussandone uno od entrambi in modo opportuno Preparazione dei lembi per giunti testa a testa

Preparazione dei lembi per giunti a T Preparazione a lembi retti

Preparazione a U Preparazione a V Preparazione a V con spalla

Preparazione a ½ V

Preparazione a ½ V Preparazione a ½ V con spalla

Preparazione a ½ V con spalla Preparazione a X Preparazione a X con spalla (doppio K)

Preparazione a K

Preparazione a K Pre arazione a K con s alla

Preparazione a K con spalla

Preparazione a lembi rilevati


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Sistemi di unione unione – – Unioni Saldate Geometria della saldatura

EN1993- EN1993 -1 1-8 (4.3.1), UNI EN 12345

Saldature a piena penetrazione Preparazione dei lembi per giunti ad angolo

Preparazione dei lembi per giunti a croce

Preparazione a V con distacco dei lembi

Preparazione a lembi retti

Preparazione a lembi retti con contatto

Preparazione a V

Preparazione dei lembi per giunti a sovrapposizione o parallelo

Preparazione dei lembi per giunti di spigolo

Preparazione a lembi retti

Preparazione a ½ V

Preparazione con fori o asole nella lamiera

Preparazione a lembi

Preparazione dei lembi per giunti d’orlo Preparazione a lembi retti


Preparazione a lembi retti con parziale sovrapposizione

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Sistemi di unione unione – – Unioni Saldate Forma e tipo delle unioni

UNI EN 12345

Tipo di giunto

Tipo di saldatura

Giunto testa a testa: le parti giacciono nello stesso piano e sono a contatto.

Giunto parallelo: le parti sono parallele fra loro.

Piena/parziale penetrazione, da una o entrambe le facce, con o senza ripresa al rovescio. con saldatura continua perimetrale.

Giunto a sovrapposizione: le Piena penetrazione parti sono parallele fra loro e o a cordoni d’angolo si sovrappongono Giunto a T: le parti si incontrano ad angolo retto formando una T

lembi A lembi retti o , , ad X, ad Y, a K, con o senza spalla

Foro o asola in una lamiera

A lembi retti

A lembi retti (a penetrazione, o a contatto o meno), cordoni d’angolo, da a V o ½ V, o K con una o entrambe le o senza s alla acce


13


UNI EN 12345 Ti o di saldatura

Preparazione em

Giunto a croce: due elementi nello stesso piano incontrano un terzo elemento dis osto perpendicolarmente fra loro, in modo da formare una doppia T.

Ambedue i lati a iena/ arziale penetrazione, o a cordoni d’angolo

A K o a lembi retti a contatto

Giunto ad angolo: una parte incontra l’altra sotto un angolo acuto.

Piena penetrazione

Giunto di spigolo: le parti si incontrano in corrispondenza

Piena/parziale penetrazione da

A ½ V, o a lembi retti con o senza

angolo da 0° a 30°

lati.

sovrapposizione

Ti o di iunto


dei lembi o con lembo retto a contatto

14


UNI EN 12345

Tipo di giunto

Tipo di saldatura

Giunto d’orlo: le parti si incontrano in corris ondenza degli spigoli formando un angolo da 0° a 30°

Saldatura con r copr men o o a e dei due lembi.

lembi em

re

Giunto multiplo: tre o più parti si incontrano sotto vari Varie combinazioni Varie combinazioni an oli. Giunto a croce di fili : due fili una croce


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Sistemi di unione unione – Unioni Saldate Posizioni di saldatura

(AISC- (AISC -Manual Manual of steel construction, 1994)

Saldature a piena penetrazione ed a cordone d’angolo

Piena penetrazione

Cordone d’angolo

Piena penetrazione

Piena penetrazione Piena penetrazione

Cordone d’angolo

Cordone d’angolo

Saldatura sopratesta

Cordone d’angolo

Saldatura verticale SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore

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Sistemi di unione unione – Unioni Saldate Posizioni di saldatura


più velocemente, potendo così utilizzare elettrodi più grandi e valori elevati di corrente

ed orizzontali



Saldature verticali e sopra- sopra -testa testa

Saldatura a cordone d’angolo in piano risulta circa 4 volte più veloci delle saldature eseguite in verticale o sopratesta Il diametro degli elettrodi non deve essere , gravità del materiale d’apporto

Le saldature in piano o in orizzontale risultano più economiche rispetto alle saldature verticali o sopratesta, poiché più rapide e più comode da realizzare per gli operatori specializzati


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Sistemi di unione unione – – Unioni Saldate Resistenza delle unioni a cordone d’angolo

EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (4.5.3.2)

Metodo direzionale

Si basa sulla scomposizione delle forze trasmesse al cordone di saldatura in componenti agenti normalmente e parallelamente alla direzione del cordone stesso. L’area di gola di progetto complessiva della saldatura a cordone d’angolo è definita come w

=

n wi e

,i

leff

i =1

aw,i è l’altezza di gola di ogni cordone costituente la saldatura leff,i è la lunghezza di ogni cordone costituente la saldatura aw


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Sistemi di unione unione – Unioni Saldate Resistenza delle unioni a cordone d’angolo

EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (4.5.3.2)

Metodo direzionale

Dividendo le forze trasmesse alla saldatura per l’area di gola di progetto Aw si ottengono le tensioni normali e tangenziali agenti nel cordone σ ⊥ : tensione normale agente ortogonalmente all’area di gola σ  : tensione normale agente parallelamente all’asse del cordone di saldatura (non viene considerata) τ ⊥ : tensione tangenziale (agente nel piano dell’area di gola), perpendicolare all’asse del cordone di saldatura τ  : tensione tangenziale (agente nel piano dell’area di gola) parallelo all’asse del cordone di saldatura

σ ⊥2

+ 3(τ // 2 + τ ⊥2 ) ≤

u

β w γ M


19

Sistemi di unione unione – – Unioni Saldate Resistenza delle unioni a cordone d’angolo

EN1993- EN1993 -1 1-8 (4.5.3.3)

Metodo sem lificato

Il metodo semplificato, permette la verifica della saldatura utilizzando la formula

F w , Ed

≤ wF, Rd =

u

3 β wγ M

a

w

dove: w,

cordone d’angolo, mentre F

,

è la resistenza a ta lio er unità di lun hezza del cordone.


20

Sistemi di unione unione – – Unioni Saldate EN1993 -1 EN1993- 1-8 (4.5.3.2), EN 1993 1993- -1 1-1 - 1 (6.1)

Resistenza delle unioni a cordone d’angolo Fattore parziale di sicurezza

Il fattore di sicurezza γM è assunto pari ad 1,25 sia per il metodo direzionale sia per il metodo semplificato Il coefficiente di correzione βw dipende dal tipo di acciaio costituente l’unione ed in unioni costituite da differenti classe, si deve considerare la classe di minori proprietà meccaniche Classe di acciaio EN 10025 EN 10210 S235 S235H

Fattore di correlazione β w 08

S275 S275N/NL-M/ML S355 S355N/NL S355M/ML S355W S420N/NL S420N/M/ML

S275H S275NH/NLH

0,85

S355H S355NH/NLH

,

S460M/ML S460Q/QL/QL1

S460NH/NLH

1,0


1,0 21

Sistemi di unione unione – – Unioni Saldate Resistenza delle unioni a piena penetrazione

EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (4.7.1)

a res s enza proge o una sa a ura a comp e a pene raz one, s cons era par a a resistenza del più debole tra i materiali base connessi dalla saldatura, utilizzando elettrodi e materiale d’apporto tali da avere tensioni di snervamento e rottura maggiori o uguali al

Indicazione delle tensioni su una saldatura a piena penetrazione su giunto a T

Indicazione delle tensioni su una saldatura a piena penetrazione su giunto testa a testa


22

Sistemi di unione unione – Unioni Saldate Resistenza delle unioni a parziale penetrazione

EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (4.7.3)

un one a ra ue p a rea zza a con ue parz a pene raz on r n orza e con cor on d’angolo può essere trattata come una piena penetrazione rispettando i seguenti requisiti geometrici

anom ,1 + anom ,2

≥ t

t ⎧ ⎫ cnom ≤ min ⎨ ;3mm ⎬ 5

Nel caso in cui tali limitazioni non fossero soddisfatte la saldatura è calcolata a cordone d’angolo


23

Sistemi di unione unione – Unioni Saldate Strappo lamellare Strappo


deformazioni da ritiro indotte da procedimenti di saldatura a piena penetrazione

Negli acciai laminati a caldo, solfati o altre inclusioni possono creare lamelle nello spessore del piatto tali da ridurre la resistenza dell’acciaio per azioni applicate ortogonalmente allo s essore

es one pro o a a r ro indotta da una grande saldatura a piena penetrazione


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Sistemi di unione unione – Unioni Saldate Strappo lamellare


La probabilità di avere strappi lamellari può essere ridotta: 

riducendo le dimensioni della saldatura ed utilizzando dettagli migliorati



indicando un procedimento di saldatura tale da ridurre i fenomeni di ritiro u zzare process



sa a ura con asso con enu o

rogeno

utilizzare il pre-riscaldo delle parti da unire

Dettagli predisposti a strappi


Dettagli migliorati

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Sistemi di unione unione – Unioni Saldate Sollecitazioni agenti sulle unioni saldate a cordoni d’angolo

Unioni sollecitate a trazione Cordoni paralleli all’azione

Cordoni paralleli ed ortogonali all’azione


Cordoni ortogonali all’azione

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Sistemi di unione unione – Unioni Saldate Sollecitazioni agenti sulle unioni saldate a cordoni d’angolo n on so ec tate a ess one e tag o Cordoni paralleli all’azione




27

Sistemi di unione unione – Unioni Saldate Sollecitazioni agenti sulle unioni saldate a cordoni d’angolo Unioni sollecitate a torsione flessione e ta lio Cordoni paralleli all’azione




28

Sistemi di unione unione – Unioni Saldate Sollecitazioni agenti sulle unioni saldate a cordoni d’angolo Trazione

τ // =

τ / b

N

N 2 //

2 / b

3τ

τ ⊥ N

τ

τ

/ b

=

N 2

≤


2

3τ ⊥

f u

N 2

N

2 / b

w

≤

f u

29

Sistemi di unione unione – Unioni Saldate Sollecitazioni agenti sulle unioni saldate a cordoni d’angolo Trazione

l τ

N

τ

2 / b

τ

N

2 / b

τ

per i cordoni paralleli all’azione: N1

2 Aw1

= N

w1

er i cordoni orto onali all’azione: N

= N

→ τ // = w2

2 Aw 2 2(

w1

N 1

+ Aw2 )

2

3τ //

≤

w1

→ τ =


N 2 2 Aw 2

f u w

3τ

2

≤

M

f u β wγ M 30

Sistemi di unione unione – Unioni Saldate Sollecitazioni agenti sulle unioni saldate a cordoni d’angolo – –

’

’

e

Ve

Ve

V

τ // =

V w

σ ⊥ max

= Ve

σ ⊥2 max

3

a

2

+ 3τ //2 ≤

f u β wγ M

Pianta SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore

31

Sistemi di unione con organi meccanici Classificazione delle unioni con organi meccanici ’

,

’

meccanica ed aeronautica e nell’ingegneria automobilistica.



Unioni elementari Unioni elementari di di ancora

Unioni Unioni elementari elementari

io

er er car enteria enteria esante


32

Sistemi di unione con organi meccanici Unioni elementari per carpenteria leggera  

Larga diffusione organi meccanici di derivazione aeronautica o del settore automotive, capaci di trasmettere prevalentemente sollecitazioni di taglio.



I rivetti sono molto utilizzati, se non i più diffusi, sia per le ridotte dimensioni (d<8 mm) sia per il processo di ribattitura eseguito a freddo. “ plasticizzazione dell’elemento e delle lamiere a contatto

” Unioni con viti

n on r ve a e Diam. <8mm

n on c nc a e SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore

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Sistemi di unione con organi meccanici Unioni elementari di ancoraggio sistemi di ancoraggio a costruzioni esistenti sia in cemento armato che in muratura: tasselli (chimici e meccanici) e tirafondi. 

Tasselli chimici: la tenuta è garantita da adesivi epossidici



Tasselli meccanici: la tenuta sfrutta l’attrito prodotto sulla superficie laterale e/o alla ’ .



Tirafondi: costituiti da barre filettate dotate di un allargamento di estremità, si differenziano dai tasselli poiché vengono messi in opera prima del getto del cls.

Tasselli chimici

Tasselli meccanici


Tirafondi

34

Sistemi di unione con organi meccanici Unioni elementari per carpenteria pesante 

Bulloni sono gli organi meccanici impiegati per le strutture in carpenteria metallica. Grazie alla loro morfologia dotata di due teste di estremità, sono capaci di trasmettere sia sollecitazioni semplici di trazione e taglio che sollecitazioni composte. .



Le operazioni di assemblaggio risultano molto semplici e per questo possono avvenire senza personale specializzato e senza immettere nell’ambiente circostante sostanze nocive.


35

Sistemi di unione unione – Unioni Bullonate Caratteristiche dei bulloni: geometria

Le proprietà geometriche dei u on sono essenz a men e rappresentate dal: diametro lordo (M o dimensione della testa (s); lunghezza del gambo filettatura (B).

d); (L);


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Sistemi di unione unione – – Unioni Bullonate Caratteristiche dei bulloni: resistenza e pre- pre -serraggio serraggio

UNI EN ISO 898, EN1090- EN1090 -1 1

Classe di resistenza Bulloni Normali

Proprietà meccaniche

Bulloni ad alta resistenza

4.6

4.8

5.6

5.8

6.8

8.8

10.9

Tensione di snervamento f yb (N/mm2)

240

320

300

400

480

640

900

ens one u ma a raz one f ub (N/mm2) 2 Rm,nom (N/mm )

400

400

500

500

600

800

1000

Pre- Pre -serraggio serraggio 

I bulloni ad alta resistenza devono essere impiegati qualora si voglia sfruttare ’ .



In questo caso occorrono elevati sforzi di serraggio e quindi acciai con un più alto tenore di carbonio o ortunamente trattati termicamente. SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore

37

Sistemi di unione unione – – Unioni Bullonate Caratteristiche dei bulloni: resistenza e pre- pre -serraggio serraggio

UNI EN ISO 898, EN1090- EN1090 -1 1

Per non pregiudicare la capacità portante del bullone occorre che lo sforzo di pretrazione induca uno stato tensionale non maggiore al 70% della tensione ultima a trazione. La forza di pre-carico da utilizzarsi è pari a

F p ,C = 0 .7 ⋅ f ub ⋅ AS

M S = 0 .2 ⋅ d ⋅ F p ,C


38

Sistemi di unione unione – – Unioni Bullonate EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (3.5)

Posizionamento dei bulloni p1

e1

L p2 > 1,2d0 > , 0

e2 p2

p2 p2 p1,0

p1 2

1,i

Massimi spaziature

e1 e2 e3 e4 p1 p1,0 1,i

p2

Minimi

1,2 d0 1,2 d0 1,5 d0 1,5 d0 2,2 d0 2,4 d0

cc a con orm a e Acciai esposti a cause di corrosione

min min min min

4 t + 40 mm 4 t + 40 mm {14 t ; 200 mm} {14 t ; 200 mm} {28 t ; 400 mm} {14 t ; 200 mm}

- - - Acciai non esposti a cause di corrosione

min {14 t ; 200 mm} min {14 t ; 200 mm}


cc a con orm a a

-

Acciai posti in opera non protetti

max {8 t ; 125 mm} max {8 t ; 125 mm} min {14tmin ; 175 mm} min {14tmin ; 175 mm} 39

Sistemi di unione unione – – Unioni Bullonate EN1090

Lavorazioni delle parti a contatto e tolleranze foro foro--bullone

Le superfici ed i bordi delle lamiere dovranno essere lavorate superficialmente se si vuole sfruttare l’attrito tra le parti. Classe delle superfici di attrito

Lavorazione

Coefficiente di attrito - -

A

Superfici sabbiate

0,5

B

Superfici sabbiate e zincate

0,4

C

Superfici pulite con spazzola

0,3

D

Superfici non trattate

0,2

Prescritte tolleranze più alte per semplificare operazioni di montaggio, ciò comporta

una

Maggiori libertà di manovra possono essere raggiunte con l’impiego di fori asolati. Tolleranze EN 1993-1-8

Foro asolato

Diametro

Tolleranza

M12 ÷ M14 M16 ÷ M24 > M24

1 mm 2 mm 3 mm


40

Sistemi di unione unione – – Unioni Bullonate Categorie di connessioni bullonate e campi di applicazione

EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (3.4)

Ai fini della valutazione della capacità portante l’Eurocodice 3 differenzia le connessioni bullonate in cinque diverse categorie prestazionali Tipo o i l g a T a i n o i n U

e n o i z a r T a i n i n U

Categoria tipo portante B Resistente allo scorrimento in condizioni di servizio C Resistente allo scorrimento in condizioni ultime

D non-precaricato

E precar cato


Osservazioni Non è richiesto precarico. Possono essere usati bulloni di classe da 4.6 a 10.9 Devono essere usati bulloni precaricati 8.8 o 10.9.

Devono essere usati bulloni . . .

Non è richiesto precarico. classe da 4.6 a 10.9

precaricati 8.8 o 10.9. 41

Sistemi di unione unione – – Unioni Bullonate a taglio Meccanismi di collasso e modelli di resistenza



I fase : scorrimento fra gli elementi collegati; la fase termina non appena viene raggiunta la resistenza allo scorrimento per attrito (Fs,R); 

II fase : brusco scorrimento della giunzione e ripresa del gioco foro-bullone; 

III fase : bullone viene sollecitato a ta lio



IV fase : prime plasticizzazioni e comportamento dell’unione non lineare. Collasso dell’unione con resistenza ultima FV,u.


42

Sistemi di unione unione – – Unioni Bullonate a taglio Meccanismi di collasso e modelli di resistenza

EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (3.6)

La resistenza al collasso FV,u corrisponde al meccanismo di collasso di minor resistenza tra i qua ro meccan sm cara er s c e e un on a ag o

F , = min F ,

,

; F ,

,

; F ,


,

; F ,

,

43

Sistemi di unione unione – Unioni Bullonate a taglio EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (3.4)

Categorie di connessioni bullonate e campi di applicazione 

Cate oria A: indicata ualora eventuali assestamenti dei colle amenti non compromettono la funzionalità della costruzione e/o fanno nascere stati di sollecitazione addizionali stato limite ultimo



Categoria C: lavora sempre per attrito. Si richiedono per strutture ad alta duttilità mp ega e n zona s sm ca. co asso pen e capac y es gn a e membrature connesse.

er c e

F ,

,

a egor a

≤ F ,

Sollecitazione Sollecitazione allo allo SLE SLU

er c e

a egor a

er c e

≤ , F V ,Ed ,SLU ≤ F V ,U F ,

F ,

,

,

a egor a

≤ F ,

es s enza a dell’unione a r o e aun one Resistenza collasso SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore

44

Sistemi di unione unione – Unioni Bullonate a taglio EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (3.6.1)

Resistenza a taglio del bullone

In accordo ai modelli di capacità forniti dall’Eurocodice 3, la resistenza al taglio (FRd a) del singolo bullone V ,Rd ,a =

v

ub

γ M 2

ub

A: area del bullone per piano di taglio;

Coefficiente

αv è quella di trasformare la resistenza a trazione dell’or ano f in una equivalente resistenza a taglio

α v

Piani di taglio passanti per la porzione filettata del gambo della vite

4.6 5.6 6.8 8.8 10.9

0,6 0,6 0,5 06 0,5

Piani di taglio passanti per la porzione non filettata del gambo della vite

Tutte le classi

0,6


45

Sistemi di unione unione – – Unioni Bullonate a taglio Resistenza a rifollamento della lamiera

EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (3.6.1)

In accordo al modello proposto dall’Eurocodice 3, la resistenza delle lamiere (FRd,b) si valuta in mo o convenz ona e a raverso a ormu a: V ,Rd ,b =

k 1 ⋅ α b ⋅ f u ⋅ d ⋅ t γ M 2

k1 è coefficiente di rifollamento il cui valore non può eccedere 2.5;

⎧

min⎨α d ;

αb è un coefficiente correttivo, valutato come il File esterne di bulloni:

k 1

⎧ = min ⎨ 2 .5;

2 .8 ⋅

e2

⎩

fu,bullone ⎫ ;1⎬ fu,lamiera ⎭

Coefficiente di rifollamento k 1 File interne di bulloni

⎫ − 1 .7 ⎬

k 1

⎧ = min ⎨ 2 .5;

1 .4 ⋅

p 2 0

0

Coefficiente

=

(e2 e p2)

α d

Bulloni esterni

α d

⎫ − 1 .7 ⎬

Distanze valutate perpendicolarmente alla direzione della

Bulloni interni

e

α d

3 ⋅ d 0 SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore

=

3 ⋅ d 0

−

1 4

Distanze valutate parallelamente alla rez one e a orza (e1 e p1) 46

Sistemi di unione unione – Unioni Bullonate a taglio Resistenza a rifollamento della lamiera Coefficienti

di rifollamento e correttivo ottenuti mediante formulazioni empiriche.

In

particolare il coefficiente di rifollamento k1 è funzione dei parametri di posizione definiti in direzione parallela alla forza di taglio e tiene in conto dell’effettivo fenomeno di plasticizzazione Una

ulteriore riduzione del 25% della resistenza al rifollamento deve essere considerata nel caso si realizzi una unione non simmetrica, a causa del momento parassita


47

Sistemi di unione unione – – Unioni Bullonate a taglio Resistenza a taglio della lamiera

EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (3.5)

La rottura per taglio della lamiera è automaticamente soddisfatta rispettando i requisiti dimensionali imposti dall’Eurocodice 3 riguardo alla posizione dei fori rispetto ai bordi della lamiera

Resistenza a trazione della lamiera

EN1993- EN1993 -1 1- -1 1 (6.2.3)

In accordo al modello proposto dall’Eurocodice 3, la resistenza delle lamiere (FRd,d) si valuta in modo convenzionale attraverso la formula:

F V ,Rd ,d =

0 .9 ⋅ Anet ⋅ f u γ M 2

Anet è l’area del piatto in acciaio impiegato nell’unione privata del foro del bullone f è la resistenza ultima dell’acciaio im ie ato er il iatto SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore

48

Sistemi di unione unione – – Unioni Bullonate a taglio Resistenza a taglio per giunti lunghi

EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (3.8)

Nel caso di un giunto la distanza tra l’estremità dei dispositivi di collegamento misurata nella direzione di trasferimento della forza è maggiore di 15 volte il diametro del bullone, si deve ridurre la resistenza di progetto a taglio F V,U di tutti i dispositivi attraverso il seguente coefficiente:

β Lf

=1−

L j - 15 ⋅ d 200 ⋅ d


49

Sistemi di unione unione – – Unioni Bullonate a taglio Resistenza ad attrito

EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (3.9.1)

La resistenza per attrito (Fs,Rd) di una unione bullonata sottoposta a puro taglio è valutata convenzionalmente attraverso la seguente relazione, sia nel caso di collegamenti di categoria B che C

F s , Rd

=

k s ⋅ n ⋅ μ

s

⋅ F p ,C

n è il numero di superfici di attrito o scorrimento; µ è il fattore di scorrimento.

Bulloni in fori normali.

1,0

Bulloni in fori sovradimensionati o in fori asolati corti con l’asse dell’asola perpendicolare alla direzione di trasferimento del carico. Bulloni in fori asolati lunghi con l’asse dell’asola perpendicolare alla direzione di trasferimento del carico. Bulloni in fori asolati corti con l’asse dell’asola parallela alla direzione di trasferimento del carico. Bulloni in fori asolati lunghi con l’asse dell’asola parallela alla direzione di trasferimento del carico. SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore

0,85 0,70 0,76 0,63 50

Sistemi di unione unione – – Unioni Bullonate a taglio EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (3.9.2)

Resistenza ad attrito

Il fattore di scorrimento µ è valutato per via sperimentale attraverso delle indagini di tipo standard. Si assumono valori tra 0.5 e 0.2 a seconda del trattamento superficiale degli elementi collegati. In presenza di trazione (Ft,Ed), si deve ridurre la resistenza di progetto allo scorrimento attraverso le seguenti relazioni Porzione della trazione applicata a un one tras er ta a u one

s ,

=

k s ⋅ n ⋅ μ ⋅ ( F p ,C − 0 ,8 F t ,Ed ) γ M 3

Il meccanismo di trasferimento degli sforzi tra bullone e lamiera produce uno sforzo di trazione del gambo pari all’80% della trazione applicata all’unione Ft,Ed


51

Sistemi di unione unione – – Unioni Bullonate a taglio Coefficiente di sicurezza parziale

Valori raccomandati (EN 1993-1-8)

- Rottura della sezione da classe 1 a 4

γM0

1,00

- Fenomeni di instabilità

γM1

1,00

- Fratture delle sezioni tese indebolite da fori

γM2

1,25

γM2

1,25

γM3

1,25

γM3,ser

1,10

Tipologia prestazionale Resistenza della membrature strutturali nei confronti di:

Resistenza dei bulloni Resistenza dei chiodi, rivetti e viti Resistenza del perno Resistenza delle piastre inflesse e/o a contatto Resistenza allo scorrimento - allo stato limite ultimo (Categoria C) - allo stato limite di servizio (Categoria B)

Resistenza a flessione di un bullone iniettato tasselli chimici Resistenza di un giunto di una trave a traliccio a sezioni cave Resistenza del perno allo stato limite di servizio Precarico o Serraggio di bulloni ad alta resistenza SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore

, γM5

1,00

γM6,ser

1,00

γM7

1,10 52

Sistemi di unione unione – – Unioni Bullonate a taglio Metodi di calcolo delle sollecitazioni Le azioni prodotte sul singolo bullone da una azione di taglio applicate ad una unione possono essere calcolate utilizzando due differenti metodi. 

Metodo del centro di istantanea rotazione

Legge taglio-deformazione del bullone

(Crawford, 1968)

Forze di taglio eccentriche producono rotazioni rispetto ad un centro di istantaneo Ignorata deformazione del bullone (Higgins, 1971)

Le forze di taglio eccentriche sono riportate al baricentro della bullonatura


53

Sistemi di unione unione – – Unioni Unioni Bullonate Bullon Bul lonate ate a taglio taglio tagli o Metodi di calcolo delle sollecitazioni: Centro di istantanea rotazione

Baricentro della bullonatura Centro di istantanea rotazione

Schema di equilibrio tra forza di taglio e sollecitazioni sollecitazioni nei bulloni


54

Sistemi di unione unione – – Unioni Unioni Bullonate Bullon Bul lonate ate a taglio taglio tagli o Metodi di calcolo delle sollecitazioni: Metodo elastico Y e

P

P

CG Pxe

Riduzione della forza a ar centro e a bullonatura

+ Distribuzione delle sollecitazioni sui ’ SISTEMI SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore Salvatore

55

Sistemi Sist emi di union u unione nione e – Unioni Unio ni Bullona Bul Bullonate lonate te a taglio taglio Metodi di calcolo delle sollecitazioni , 

Il metodo di calcolo del centro di istantanea rotazione fornisce una valutazione più accurata del carico di collasso dell’unione.



Per la sua applicazione deve essere impiegata una apposita legge carico-deformazione del bullone ’ essere calcolata con una procedura numerica opportuna

V = V U ⋅ 1 − e −

.

Δ, Spostamento (AISC -Manual (AISC- Manual of steel construction, 1994)

Metodo elastico 

Il metodo elastico è un approccio più conservativo.



Ignora però la ri-distribuzione delle sollecitazioni nell’unione e la sua duttilità. ’ SISTEMI SISTEMI DI UNIONE – W. Salvatore Salvatore

56

Sistemi di unione unione – Unioni Bullonate a taglio Esempi di calcolo delle sollecitazioni con il metodo elastico Unione a taglio – – forza passante per il baricentro della bullonatura

V b Gb

=

V nn

Vb: taglio singolo bullone n : numero bulloni, n : iani di ta lio

–

e

e Gb

si deve ri ortare lo sforzo normale sull’asse baricentrico ed all’unione si deve applicare anche un momento di trasporto Mt = V X e


57

Sistemi di unione unione – Unioni Bullonate a taglio Esempi di calcolo delle sollecitazioni con il metodo elastico Unione a taglio – – forza non passante per il baricentro della bullonatura

La forza tagliante V si distribuisce sui bulloni come nel caso precedente della forza passante per il baricentro

V

b ,V

,

nb ns

’

,

di forze

= kd dbi

Ve =

∑

Fi dbi

da cui: k =

Ve 2

bi

Vb Mt

= Fi = M t

d bi bi


58

Sistemi di unione unione – Unioni Bullonate a trazione Meccanismi di collasso e modelli di resistenza Comportamento sperimentale dell’unione a trazione soggetta ad un precarico del bullone di intensità pari a Fp,C, è possibile identi icare le seguenti asi: I fase : applicazione del carico; solo un aliquota di circa il 10% si traduce in incremento di trazione nel ambo. Ciò si verifica sino al ra iun imento della forza di distacco delle lamiere (Fp). II fase: a seguito del distacco tutto lo sforzo di trazione esterno è assorbito dal bullone fino al ’ .

F P = 1.1 × F P ,C


59

Sistemi di unione unione – Unioni Bullonate a trazione Meccanismi di collasso e modelli di resistenza Per quanto riguarda i meccanismi di collasso l’unione a trazione può rompersi per: 

Rottura per trazione del gambo del bullone;



Rottura per punzonamento della lamiera in corrispondenza delle teste del bullone o dado.

Il meccanismo di collasso risulta il minore dei due possibili meccanismi

T ,U


T ,Rd ,a

T ,Rd ,b 60

Sistemi di unione unione – Unioni Bullonate a trazione Categorie di connessioni bullonate e campi di applicazione 

Categoria D: non garantisce la tenuta delle lamiere a contatto, che potrebbero anche distaccarsi per livelli elevati di sollecitazione



Categoria E: previsto un pre-carico controllato dei bulloni, necessariamente ad alta resistenza Verifiche Categoria D

F T ,Ed ,SLU ≤ F T ,U

Verifiche Categoria E

F T ,Ed ,SLU ≤ F T ,U

Sollecitazione allo SLU


’

61

Sistemi di unione unione – – Unioni Bullonate a trazione Meccanismi di collasso e modelli di resistenza u a ase e mo e capac trazione del gambo del bullone

F T ,Rd ,a =

2

⋅

ub

⋅

orn

a

uroco ce

EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (3.6.1) a res s enza

proge o a

s

γ M 2

fub è la resistenza ultima a trazione del bullone; As è l’area ridotta del bullone; k2 è un coefficiente che dipende dal livello di serraggio e vale 0.63 nei bulloni presollecitati con chiave dinamometria e 0,9 negli altri casi.


62

Sistemi di unione unione – Unioni Bullonate a trazione Meccanismi di collasso e modelli di resistenza

EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (3.6.1)

La resistenza al punzonamento della lamiera in corrispondenza del dado o della testa del bullone (Bp,Rd) può essere valutata attraverso il seguente modello

B p , Rd

= 0 .60 ⋅ π ⋅ d m ⋅ t p ⋅ f u

dm diametro medio della testa del bullone o del dado (il minore fra i due); tp è lo spessore della piastra sotto il bullone o il dado; fu è la resistenza ultima a trazione della lamiera.


63

Sistemi di unione unione – Unioni Bullonate a trazione Metodi di calcolo delle sollecitazioni Le unioni a trazione sono soggette ad azioni assiali e flettenti parallelamente al gambo dei bulloni che sono quindi tesi, e su cui le azioni vengono ripartite in base a metodi validati sperimentalmente. La ripartizione delle azioni dipende dalla rigidezza della lamiera: 

lamiera rigida i bulloni sono tesi e privi di flessioni parassite, ed il collasso avviene per snervamento del bullone o punzonamento;



lamiera deformabile il bullone è anche inflesso, ed il collasso avviene per , flangia.


64

Sistemi di unione unione – Unioni Bullonate a trazione Metodi di calcolo delle sollecitazioni

EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (3.6.1)

Caso flangia rigida 

le trazioni sono assorbite dai bulloni;



le compressioni sono assorbite per contatto; a

s r uz one e e orze

pen e a a geome r a e ’un one;



i bulloni si verificano trascurando le flessioni parassite;



la semplificazione è ammissibile se lo spessore delle flange ne garantisce la validità;



è necessario verificare che in esse non venga superato il limite elastico.


65

Sistemi di unione unione – Unioni Bullonate a trazione Metodi di calcolo delle sollecitazioni

EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (3.6.1)

Caso flangia deformabile la

distribuzione delle forze sui bulloni dipende da geometria dell’unione e r g ezza e a ang a

i

bulloni si verificano considerando la flessione parassita nel gambo e la r s r uz one eg s orz a causa e a p as c zzaz one e pun p so ec a delle flange

equilibrate e compatibili con resistenza e deformabilità di bulloni e flange.


66

Sistemi di unione unione – Unioni Bullonate a trazione Esempi di calcolo con piastra rigida

EN1993- EN1993 -1 1-8 - 8 (3.6.1)

Forza passante per baricentro della bullonatura

N

N dbi

N b , N =

nb

Gb

N

trazione totale agente sull’unione

nb

numero dei bulloni

Nb,N

trazione agente sul singolo bullone


N

67

Corso Acciaio Unioni

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