Appunti di Tecnica delle costruzioni - Acciaio

Acciaio

Materiale omogeneo, isotropo, isoresistente.

È una lega ferro-carbonio, carbonio < 2% perché diminuisce la duttilità ma aumenta durezza e resistenza (es. ghisa ha carbonio > 2% → fragile).

Usiamo acciai dolci → S235, S275, S355 (S = acciaio strutturale, 235 = tens. snervam. → fyk).

Prova di trazione

Provino dimensioni standard, estremità più grandi per ammorsamento ganasce.

Si misurano:

• Forza di trazione N → σ = F/A₀ tensione.
• Allungamento ΔL → ε = ΔL/L₀ deformazione.

Fase elastica: comportamento lineare σ = εE (modulo elastico E è la tangente del tratto elastico).

Snervamento: inizio fase plastica il materiale si deforma senza incrementi di carico.

Incrudimento: pendenza inferiore deformazioni maggiori ad ogni incremento di carico fino alla σ_u.

Strizione: andamento decrescente la sezione si restringe fino alla rottura.

Modulo elastico → indipendente dal tipo di acciaio perché è influenzato dall'elemento base della lega → il ferro.

E = 210'000 N/mm².

Acciaio

Materiale omogeneo, isotropo, isoresistente.

È una lega ferro-carbonio, carbonio < 2% perché diminuisce la duttilità ma aumenta durezza e resistenza (es. ghisa ha carbonio > 2% fragile).

Usiamo acciai dolci S235, S275, S355 (S acciaio strutturale, 235 tens. snervam. fyk).

Prova di trazione

Provino dimensioni standard, estremità più grandi per ammorsamento ganasce.

Si misurano:

• Forza di trazione N → σ = F/A₀ tensione.
• Allungamento ΔL → ε = ΔL/L₀ deformazione.

Fase elastica: comportamento lineare σ = Eε (modulo elastico E è la tangente del tratto elastico).

Snervamento: inizio fase plastica il materiale si deforma senza incrementi di carico.

Incrudimento: pendenza inferiore deformazioni maggiori ad ogni incremento di carico fino alla σ_u.

Strizione: andamento decrescente la sezione si restringe fino alla rottura.

Modulo elastico: indipendente dal tipo di acciaio perché è influenzato dall'elemento base della lega il ferro.

E = 210000 N/mm².

Prova di resilienza

Usata per testare la tenacità dell'acciaio. In alcune condizioni si possono verificare rotture fragili (urti, basse temperature, tensioni plurassiali), quindi facciamo prove d'urto.

Pendolo di Charpy

La resilienza (K) è pari all'energia (ΔE) dissipata durante l'urto da una massa battente (mg) che passa da H₀ a H.

K = mgΔH.

Questa prova ci consente di conoscere il grado di saldabilità.

Normativa Italiana → 3 categorie.

BCD → migliore.

Durabilità

Problema → corrosione atmosferica → perdita di materiale resistente.

Passiva → vernici anticorrosive (oli, resine ecc.).

Protezione attiva → rivestimento metallico → zincatura; funziona perché lo zinco si ossida prima del ferro, ma non consente di effettuare saldature.

2° problema → fuoco → per temperature di 600°C la σ di snervamento si dimezza!!

Produce distorsioni termiche → collasso.

Protezione:

• Rivestimenti spruzzati.
• Rivestimenti in CLS o gesso.
• Rivestimenti intumescenti → al fuoco, rigonfiano (schiuma).

Instabilità

Si hanno fenomeni di instabilità quando, a seguito di perturbazioni esterne che deviano la struttura dalla sua posizione originaria, il sistema tende ad una configurazione diversa da quella iniziale.

3 tipi di instabilità:

• Globale.
• Flessionale.
• Torsionale.
• Flesso-torsionale.
• Locale.
• Distorsionale.

Classificazione delle sezioni

L'instabilità comporta una riduzione delle capacità portanti. Quella più problematica è l'instabilità locale (imbarcamenti). È fondamentale sapere se una sezione è esposta a tali fenomeni.

Per questo si classificano le sezioni in base alla loro suscettibilità a fenomeni di instabilità: la classifica è in funzione della capacità rotazionale.

C₀ = (Θ_u/Θ_y) - 1.

• Θ_u = curvatura deformazione ultima.
• Θ_y = curvatura di snervamento.

Classe 1 | C₀ ≥ 3 | sezione duttile.

La sezione si plastifica localmente in modo notevole (es. IPE, HEA...).

Classe 2 | C₀ ≥ 1,5 | sezione compatta.

Si sviluppa momento plastico ma ha limitata capacità rotazionale, sviluppa instabilità in campo plastico.

Classe 3 | C₀ ≥ 0 | sezione semicompattà.

Solo le fibre esterne si snervano, i fenomeni di instabilità locale non fanno sviluppare momento plastico.