Domande Teoria delle strutture - risposte

Domande e Risposte — Costruzioni in Acciaio

Preparazione esame orale — 154 domande con risposta

IL MATERIALE

D: Cosa rappresenta la sigla S355?

R: S indica acciaio strutturale (Structural), 355 indica la tensione di snervamento fy = 355 MPa per

spessori fino a 40 mm. Le classi principali sono S235, S275, S355.

D: Qual è la differenza tra fy e fu?

R: fy è la tensione di snervamento (limite elastico): superata questa, l'acciaio si deforma

plasticamente. fu è la resistenza ultima a trazione: al di là di questa si ha la rottura. Il rapporto fu/fy

> 1 garantisce duttilità.

D: Spiega in modo sintetico il legame tensione-deformazione dell'acciaio.

R: Il diagramma σ-ε presenta: (1) tratto elastico lineare fino a fy; (2) plateau plastico (snervamento a

deformazione costante); (3) incrudimento, con aumento di tensione fino a fu; (4) strizione e rottura.

Il modulo elastico E ≈ 210.000 MPa è uguale per tutti gli acciai strutturali.

D: Spiega la prova di trazione dell'acciaio e cosa si ricava dal diagramma σ-ε.

R: Si applica un carico assiale crescente a un provino normalizzato e si misura allungamento e

forza. Si ricava: modulo elastico E, tensione di snervamento fy, resistenza ultima fu, allungamento a

rottura A% (duttilità).

D: Qual è la differenza tra comportamento elastico e comportamento plastico dell'acciaio?

R: Elastico: dopo la rimozione del carico, il materiale torna alla forma originale (σ < fy). Plastico:

superato fy, rimangono deformazioni permanenti. L'acciaio strutturale ha un lungo plateau plastico

che garantisce grande duttilità.

D: Perché il modulo elastico E è uguale per tutti gli acciai strutturali mentre cambia la

tensione di snervamento?

R: E dipende dal legame atomico del reticolo cristallino del ferro, che è uguale per tutti gli acciai. fy

dipende invece dalla composizione chimica (carbonio, manganese) e dal trattamento termico, che

variano con la classe.

D: Perché la resistenza dell'acciaio diminuisce con lo spessore?

R: Negli elementi più spessi il raffreddamento è più lento, producendo una microstruttura meno fine

e tensioni residue maggiori. Pertanto gli Eurocodici riducono fy per spessori > 40 mm.

D: Perché l'acciaio è considerato un materiale duttile?

R: Perché prima della rottura subisce grandi deformazioni plastiche (allungamento A% elevato).

Questo permette la ridistribuzione delle forze, la formazione di cerniere plastiche e un buon

comportamento sismico.

D: Perché l'acciaio strutturale deve avere buona saldabilità?

R: La saldabilità garantisce che la zona termicamente alterata dalla saldatura non diventi fragile o

critica a fatica. Si ottiene con basso contenuto di carbonio equivalente (CE ≤ 0,43% circa).

D: Che cosa indica la prova Charpy?

R: È una prova d'impatto che misura l'energia assorbita dalla rottura di un provino intagliato a una

data temperatura. Fornisce il valore di tenacità all'urto e indica la transizione duttile-fragile;

fondamentale per escludere la rottura fragile in zone fredde.

D: Descrivi le classi di acciaio strutturale e le caratteristiche meccaniche principali.

R: Le classi principali sono S235 (fy=235 MPa), S275 (fy=275 MPa), S355 (fy=355 MPa), S420,

S460. Al crescere della classe aumenta fy e fu, ma diminuisce la saldabilità. E = 210.000 MPa per

tutte le classi.

AZIONI E SICUREZZA STRUTTURALE

D: Qual è la differenza tra azioni permanenti e azioni variabili?

R: Permanenti (G): presenti per tutta la vita della struttura con intensità pressoché costante (peso

proprio, carichi permanenti portati). Variabili (Q): variano nel tempo per posizione o intensità (neve,

vento, folla, carroponte).

D: Cos'è il metodo semiprobabilistico agli stati limite e perché ha sostituito il metodo delle

tensioni ammissibili?

R: Il metodo semiprobabilistico usa coefficienti parziali di sicurezza (γG, γQ, γM) applicati

separatamente ad azioni e resistenze, calibrati probabilisticamente. Ha sostituito le tensioni

ammissibili perché è più razionale, differenzia l'incertezza delle varie azioni e garantisce un livello di

sicurezza uniforme.

D: Cos'è il metodo semiprobabilistico agli stati limite?

R: Metodo di verifica in cui le azioni di calcolo Ed = γG·Gk + γQ·Qk vengono confrontate con la

resistenza di calcolo Rd = Rk/γM. I coefficienti parziali tengono conto della variabilità statistica di

azioni e materiali.

D: Cosa si controlla agli Stati Limite Ultimi?

R: Resistenza (rottura sezione), stabilità (instabilità globale e locale), equilibrio (ribaltamento,

scorrimento). La verifica è Ed ≤ Rd.

D: Cosa si controlla agli Stati Limite di Esercizio?

R: Deformazioni (frecce), vibrazioni, apertura fessure nelle parti in calcestruzzo. Nelle strutture in

acciaio lo SLE è spesso determinante perché gli elementi sono snelli e deformabili.

D: Perché una struttura verificata a resistenza può non essere accettabile in esercizio?

R: Perché anche con tensioni inferiori a fy la struttura può deformarsi eccessivamente (frecce >

L/500), causare danni ai tamponamenti, vibrazioni fastidiose o malfunzionamenti degli impianti.

D: Perché gli SLE sono importanti nelle strutture in acciaio?

R: Gli elementi in acciaio sono snelli e ad alto rapporto resistenza/peso. Pur avendo grande

resistenza, sono molto deformabili: spesso la freccia limite governa il dimensionamento più della

resistenza.

D: Che cosa sono le combinazioni di carico?

R: Sono le regole (NTC/Eurocodici) per combinare più azioni simultanee. La combinazione

fondamentale allo SLU è: γG·Gk + γQ1·Qk1 + Σγ Qi·ψ0i·Qki, dove ψ0 riduce le azioni di

accompagnamento.

D: Perché il vento può diventare l'azione dominante nelle strutture in acciaio?

R: Il peso proprio dell'acciaio è ridotto rispetto al CA, quindi il rapporto vento/peso proprio è più alto.

Nelle coperture leggere il vento può generare depressioni che superano il peso proprio (inversione

del segno delle azioni).

SEZIONI TRASVERSALI E CLASSIFICAZIONE

D: Perché si classificano le sezioni?

R: Per stabilire se la sezione può sviluppare resistenza plastica e quale capacità rotazionale ha

prima che l'imbozzamento locale riduca la resistenza. Le classi vanno da 1 (plastica, massima

duttilità) a 4 (snella, imbozzamento precoce).

D: Qual è la differenza tra classe 1 e classe 2?

R: Classe 1: può formare cerniera plastica con grande rotazione plastica → usata nei telai sismici e

nell'analisi plastica. Classe 2: raggiunge il momento plastico Mpl ma con rotazione plastica limitata

→ non usata nell'analisi plastica.

D: Da cosa dipende l'imbozzamento locale?

R: Dal rapporto larghezza/spessore (c/t o d/t) degli elementi compressi della sezione (ala, anima).

Più il rapporto è alto, più la parete è snella e prima si imbozza. I limiti c/t per ogni classe sono

tabellati nell'EC3.

D: Perché le sezioni di classe 4 richiedono sezione efficace?

R: Nelle sezioni di classe 4 l'imbozzamento locale avviene prima che la tensione media raggiunga

fy. Si introduce la sezione efficace Aeff < A (e Weff < W) che tiene conto della riduzione di efficienza

delle parti snelle.

D: Perché si introduce il concetto di sezione efficace nelle sezioni di classe 4?

R: Perché nelle parti molto snelle la distribuzione di tensioni non è uniforme: le zone centrali

buckleano e portano meno tensione delle zone vicino ai vincoli. La sezione efficace riproduce

questo effetto riducendo l'area utile.

D: Perché un elemento sottile può collassare localmente prima che la tensione media

raggiunga fy?

R: Perché le parti snelle (grande c/t) sono soggette a instabilità locale (imbozzamento): la lastra

piana si deforma fuori dal piano prima dello snervamento, perdendo capacità portante.

D: Qual è la differenza tra momento elastico e momento plastico di una sezione?

R: Mel = Wel·fy: momento in cui la fibra più esterna raggiunge fy, il resto è ancora elastico. Mpl =

Wpl·fy: momento in cui tutta la sezione ha snervato (metà compressa, metà tesa). Sempre Mpl >

Mel, tipicamente Wpl/Wel ≈ 1,15 per un doppio T.

D: Perché le ali sono fondamentali nella resistenza a flessione di una trave?

R: Le ali sono lontane dall'asse neutro, quindi lavorano alle tensioni normali più alte (σ = M·y/I).

Concentrare area nelle ali massimizza il modulo resistente W e l'inerzia I con poco materiale.

D: Qual è il ruolo dell'anima in una trave a doppio T?

R: L'anima collega le ali e resiste principalmente alle tensioni tangenziali (taglio). Contribuisce poco

alla flessione ma è fondamentale per il trasferimento del taglio e per la stabilità delle ali.

D: Come si distribuiscono le tensioni tangenziali in una trave a doppio T?

R: Le tensioni tangenziali hanno distribuzione parabolica: nulle alle fibre estreme, massime al

baricentro (asse neutro). Nelle ali sono quasi trascurabili; nell'anima sono elevate → l'anima è la

parte che resiste al taglio.

D: Perché una sezione a doppio T è molto efficiente a flessione ma poco efficiente a

torsione?

R: È efficiente a flessione perché le ali lontane dall'asse neutro garantiscono alto W e I. È poco

efficiente a torsione perché è una sezione aperta a pareti sottili: la rigidezza torsionale GIt è molto

bassa rispetto a sezioni chiuse (tubolari).

D: Perché una trave a doppio T non è ideale per torsione?

R: La torsione nelle sezioni aperte genera tensioni tangenziali elevate in ogni parete (torsione di De

Saint-Venant) e, se il profilo non può deformarsi liberamente (torsione non uniforme), tensioni