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Politecnico di Torino Ingegneria CivileVincenzo Ilario Carbone Teoria e progetto delle costruzioni in acciaio e composte
11-1Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
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Cemento armato Unioni saldate
UNIONI SALDATEUNIONI SALDATE
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Cemento armato Unioni saldate
Procedimenti di saldatura
Procedimenti autogeni
Il materiale dei pezzi da collegare partecipa per fusione, con leventuale materiale di apporto, alla realizzazione dellunione
Sono classificabili in funzione della fonte di calore e della modalit di protezione del bagno fuso: Ossiacetilenica
Arco sommerso Arco con elettrodi rivestiti Con protezione di gas ed
elettrodo fusibile / infusibile Saldature ad elettroscoria
Procedimenti eterogeni
Si ha fusione del solo materiale di apporto ad una temperatura di fusione inferiore a quella del materiale di base
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Saldatura ossiacetilenica
Procedimenti manuali
Il cannello ossiacetilenico stato per lungo tempo utilizzato come fonte di calore per la saldatura a fusione con materiale di apporto, poi sostituito quasi completamente dalla saldatura all'arco elettrico (elettrodi, fili, etc.).Lalta temperatura raggiunta circa 3100C consegue alla reazione chimica fra lacetilene C2H2 e lossigeno O2 (entrambi contenuti in bombole) con formazione di gas riducente CO e H2 che proteggono il bagno dallaria, fondono i lembi e la bacchetta del materiale di apporto.
o La fiamma neutra utilizzata in quasi tutti i casi, soprattutto se si utilizza assieme alla barretta d'apporto il relativo disossidante.
o In caso di acciaio inox o per leghe ad alto punto di fusione [senza utilizzo del disossidante] basta una regolazione carburante della fiamma per ottenere una buona scorrevolezza ed un bagno di saldatura pulito.
o La fiamma ossidante poco utilizzata: consente una maggior velocit di lavoro e un riscaldo maggiore e pi concentrato.
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Cemento armato Unioni saldate
Saldatura ad arco con elettrodi rivestiti
Si basa sulla formazione di un arco elettrico tra un elettrodo, manovrato mediante una pinza porta-elettrodi, ed il materiale base da saldare. Larco elettrico provoca un calore molto concentrato, che porta alla rapida fusione sia del materiale base che dellelettrodo.
Lelettrodo costituito da una bacchetta cilindrica con rivestimento la cui fusione genera dei gas per la protezione della zona darco e del bagno di saldatura.
1 - ELETTRODI BASICI 2 - ELETTRODI RUTILI3 - ELETTRODI CELLULOSICI4 - ALTRI (NEUTRI. GRAFITICI. ETC...>
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In carpenteria sono di uso comune gli elettrodi basici e quelli rutili, i cellulosici sono tipicamente impiegati per tubazioni per la loro forte penetrazione, il raffreddamento rapido della scoria e la maneggevolezza in tutte le posizioni.
Elettrodi basici hanno un bagno di saldatura pi freddo e una buona penetrazione, hanno una scoria che solidifica velocemente permettendo di operare in tutte le posizioni. Il bagno ben visibile e disossidato, ne consegue un deposito normalmente pi resistente e tenace rispetto ai rutili. Per contro sono di difficile innesco, la scoria si allontana con relativa difficolt e l'estetica del cordone non sempre eccellente.
Elettrodi rutili sono quelli maggiormente usati poich forniscono delle prestazioni accettabili dal punto di vista tecnico ed hanno una migliore maneggevolezza, un innesco migliore e una migliore estetica del deposito.
basico semibasico
rutilorutilbasico
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Criteri operativi
Smussi (cianfrini) Per un buona riuscita della saldatura indispensabile un'accurata preparazione degli smussi [un pezzo con bordi non preparati, soprattutto se di un certo spessore, non pu permettere una sufficiente penetrazione]. Lo smusso deve essere sempre effettuato, e deve essere sagomato in modo da consentire all'elettrodo di arrivare a riempirlo. La mancanza di penetrazione al vertice un possibile innesco alla rottura.
no si
smusso a V smusso a imbuto
smusso a U smusso a X
smusso a doppia USequenza delle passate
Saldando in piano si deposita la prima passata tirando l'elettrodo senza oscillare, nelle passate successive si procede con un movimento oscillatorio di ampiezza pari al massimo tre volte il diametro dellelettrodo. Nel riempimento degli smussi con passate sovrapposte necessario porre particolare attenzione alla sequenza delle passate stesse e alla scarificazione: ogni cordone deve essere pulito con la martellina e la spazzola molto accuratamente prima di procedere alle passate successive. Bisogna evitare gli accavallamenti dei cordoni sulla stessa linea per non avere inneschi di rotture.
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Esecuzione errata Esecuzione corretta
Classificazione degli elettrodi
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Saldatura con protezione di gas ed elettrodo infusibileAnche questo tipo di saldatura si basa sulla formazione di un arco elettrico. In questo caso larco si genera tra un elemento di tungsteno infusibile ed il materiale base. La protezione della zona darco viene effettuata con gas argon e il materiale di apporto avviene manualmente con l'ausilio di una barretta o automaticamente con un filo bobinato che entra nel bagno dall'esterno.
Pistola T.I.G.
Tungsten Inert Gas
Il procedimento adatto ad eseguire saldature di elevata qualit nei seguenti casi: unione di spessori sottili in acciaio inossidabile per fusione dei
lembi senza materiale di apporto o con piccole aggiunte di materiale
passata di fondo cianfrino su tutti i metalli con funzione di sostegno alle passate di riempimento - saldatura dell'alluminio
saldatura dal rame, leghe di rame, nichel e sue leghe riporti duri
poco usato in carpenteria
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Saldatura a filo
Procedimenti automatici
La saldatura a filo con protezione a gas il pi impiegato per la saldatura dei pezzi di carpenteria metallica ha lentamente ma progressivamente sostituito la tradizionale saldatura con elettrodi. L'impianto consiste in una saldatrice a corrente continua simile a quella per elettrodi con l'aggiunta di un cofano di comando che regola l'uscita continua, attraverso una torcia di saldatura, del metallo d'apporto in filo, avvolto su bobina di dimensione unificata che viene montata sul portabobina.
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Il sistema un sistema ad arco elettrico che scocca fra il filo dapporto continuo raccolto in una bobina e il materiale base; la corrente trasmessa al filo attraverso un ugello di
contatto. La protezione del bagno di saldatura dallossidazione fornita da un gas che fuoriesce
contemporaneamente al filo.
I parametri che definiscono la saldatura in funzione dello spessore dei pezzi da saldare sono la tensione di saldatura e l'intensit di corrente.
La differenza di potenziale responsabile della fusione del materiale base: a parit di intensit di corrente laumento di tensione provoca un cordone pi largo, un bagno pi caldo, un cordone pi estetico e, entro certi limiti, meno spruzzi.
L'intensit di corrente responsabile della fusione del filo di apporto: a parit di voltaggio, con maggior intensit aumenta la velocit di deposito del filo, con cordoni pi alti, bagno pi freddo, minore estetica del cordone e minore deformazione dei pezzi.
Agendo sullintensit di corrente e sulla differenza di potenziale si pu ottenere il trasferimento del materiale di apporto in tre modi diversi:
ARCO CORTO (SHORT ARC)ARCO INTERMEDIO (DROOP ARC)ARCO LUNGO (SPRAY ARCA)
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Arco corto
(Short arc)
Si saldano lamiere sottili con basso apporto di calore al pezzo. Le gocce si staccano dal filo e vanno sul pezzoIl cordone non piatto e si presenta non ben raccordato caratteristico il rumore di crepitio,
Arco lungo
(Spray arc)
Si saldano lamiere grosseIl bagno molto caldoOttima estetica del cordoneIl rumore una specie di soffio.
Arco intermedio
(Droop arc)Le caratteristiche sono intermedie fra i due precdentiIl rumore uno scoppiettio lento e regolare
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Il gas, parte integrante del processo di saldatura a filo continuo, serve a proteggere il bagno di fusione dall'ossidazione atmosferica ed l'elemento che identifica anche il procedimento.
Procedimento MIG Viene denominata saldatura MIG (Metal Inert Gas) quella che si effettua sotto protezione di gas inerte come Argon, Argon-Elio, Argon-Ossigeno.L'Argon puro, utilizzato per saldare tutti i metalli eccetto lacciaio a basso tenore di carbonio e lacciaio inox; nel primo caso si usa un gas attivo, nel secondo una miscela Argon + 2% Ossigeno facilmente reperibile, oppure miscele con piccole percentuali di CO2 che conferiscono una migliore estetica al deposito.Il gas inerte ha la caratteristica di favorire la formazione di un bagno di saldatura molto caldo, e pertanto in parte pu sopperire al preriscaldamento del gas.
Procedimento MAG Viene denominata saldatura MAG (Metal Activ Gas) quella che si effettua sotto protezione di gas attivo come il CO2.Il gas attivo si impiega per la saldatura dell'acciaio al carbonio e con speciali fili per acciaio inox animati. Il CO2 un gas protettivo molto economico, favorisce la formazione di un bagno freddo e necessita del preriscaldamento del gas (ottenuto mediante il riscaldatore che una componente dellapparecchiatura).I cordoni realizzati su acciaio al carbonio eseguite sotto protezione di CO2 solo non sono molto regolari presentando carenze estetiche, per un migliore aspetto dei cordoni depositati necessario impiegate miscele Ar-CO2, molto pi costose ma idonee a conferire un aspetto migliore.
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Saldatura ad arco sommersoLa saldatura ad arco sommerso una delle metodologie pi utilizzate per le saldature con grossi riporti. Viene eseguita in orizzontale mediante procedimento automatico utilizzando una saldatrice a corrente continua, di grandissima potenza ed impiegando fili di grosso diametro.Al posto del gas, la protezione del bagno fuso ottenuta tramite una polvere granulare, detta flusso, di composizione simile al rivestimento dell'elettrodo. Il flusso, contenuto in una tramoggia, viene fatto cadere davanti o intorno al filo in fusione in quantit tale da coprire completamente il bagno di saldatura. Il flusso eccedente viene aspirato e riciclato.Sul cordone depositato rimane la scoria lasciata dal flusso fuso dall'arco elettrico.I vantaggi di questo procedimento sono la notevole velocit di lavoro, la costanza del risultato con cordoni molto estetici. Non ci sono spruzzi e non c' irradiazione luminosa in quanto l'arco elettrico completamente coperto dal flusso.
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Saldatura ad elettroscoria
Una evoluzione del processo ad arco sommerso con nastro rappresentata dalla saldatura in elettroscoria (electroslag). In questo caso il flusso costituito da una scoria elettroconduttrice. Il processo offre vantaggi in termini di produttivit e di minore diluizione nel metallo base.
Saldatura sotto scoria fusa
La saldatura automatica sotto scoria fusa simile, per molti aspetti, alla saldatura in arco sommerso; si differenzia per il fatto che viene eseguita verticalmente, solo su grossi spessori e per la congiunzione di lembi della stessa dimensione. I due lembi da saldare vengono stretti in una specie di morsa in rame raffreddata, in modo tale da creare un pozzetto che va riempito dall'apporto di filo, la scoria fusa galleggiando protegge il bagno dall'ossidazione.
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Difetti delle saldature
Difetti di natura metallurgica / geometrica
1. Difetti di natura metallurgica
Cricche a caldo: fessure indotte da sforzi di ritiro generati dalla solidificazione di segregazioni di impurezze a temperature inferiori a quelle del metallo base
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Cricche a freddo: lelevata velocit di raffreddamento, specie nel materiale base adiacente alla saldatura, produce delle zone di elevata durezza che possono essere sedi di incrinature
Strappi lamellari: cricche nel materiale di base indotte da sforzi di trazione ortogonali al piano di laminazione (forti tensioni di ritiro, notevole spessore del materiale di base)
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Inclusioni: zone anomale contenenti sostanze diverse da quelle del materiale base e di apporto Inclusioni solide scorie inclusioni gassose gas intrappolati nel bagno di saldatura
2. Difetti di natura geometrica
Eccesso di sovrametallo: spessore eccessivo del materiale di apporto, dannoso a causa di eventuali discontinuit (fatica, urti, basse temperature)
Mancanza di penetrazione: mancanza di penetrazione del materiale fuso (zone di non completa continuit nellunione saldata)
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Disassamento dei lembi: montaggio imperfetto delle parti da unire (variazione di geometria con possibili eccentricit non considerate in fase di progetto)
3. Controlli della saldatura
Servono ad individuare la presenza di eventuali difetti
In genere sono di tipo non distruttivo in modo da non pregiudicare il funzionamento dellunione
Esame con liquidi penetranti
Liquidi a bassa tensione superficiale in grado di penetrare nelle cricche superficiali. Queste saranno evidenziate dalla successiva applicazione del liquido rilevatore
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Superficie con cricca dopo pulizia superficiale
Applicazione dei liquidi penetranti
Fase di lavaggio con acqua
Applicazione del rilevatore Indicazione della cricca
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Esame magnetoscopico
Generazione di un campo magnetico che, con lausilio di polveri magnetizzabili [o liquido contenente in sospensione particelle magnetiche],consente di individuare cricche superficiali.
Se le linee di flusso magnetico interne al pezzo incontrano una discontinuit (affiorante in superficie o prossima a questa), subiscono una deviazione, fuoriuscendo dal pezzo (flusso disperso) e provocando cos un addensamento delle particelle magnetiche, dovuto alla brusca variazione locale di permeabilit magnetica
Lesame magnetoscopico, rispetto a quello con liquidi penetranti, comporta una minore perdita di tempo nella pulizia preliminare del pezzo esaminato, pu essere eseguito anche su cordoni caratterizzati da superficie moderatamente porosa e permette di evidenziare anche le discontinuit subsuperficiali o quelle affioranti in superficie ma ostruite per la presenza di elementi non rimossi durante la preparazione preliminare
Lesame visivo con liquidi penetranti richiede una attrezzatura molto meno costosa, pu essere applicato su qualsiasi tipo di materiale, non richiede la smagnetizzazione del materiale se la magnetizzazione residua comporta problematiche per la successiva utilizzazione
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Raggi X o raggi I difetti interni (cricche, depositi, mancanza di penetrazione, ) appaiono come macchie pi scure. Queste vengono interpretate per confronto con difetti-campione
Questa tecnica eseguita sfruttando le propriet dei raggi x o di quelli , che sono onde elettromagnetiche caratterizzate da una lunghezza donda molto pi bassa rispetto a quella della luce visibile (stesso ordine di grandezza della distanza fra i reticoli cristallini di un metallo): queste onde sono in grado di penetrare in tutti i materiali (anche quelli opachi alla luce) e di propagarsi in linea retta al loro interno, subendo un progressivo assorbimento, la cui entit legata alla natura del corpo attraversato, al suo spessore e alla eventuale mancanza di omogeneit o presenza di sostanze estranee. L'onda elettromagnetica, passata attraverso l'elemento esaminato, investe una lastra fotografica sensibile a quel particolare tipo di radiazione e la impressiona, formando un'immagine caratterizzata da zone con differente densit, in corrispondenza degli eventuali difetti interni al pezzo. La variazione dell'annerimento della pellicola legata all'assorbimento che l'onda subisce attraversando il corpo.In particolare, la presenza di porosit, cricche o scorie sar evidenziata da indicazioni pi chiare, mentre inclusioni di tungsteno o rame produrranno macchie scure.
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Vantaggi
Possibilit di esecuzione con tutti i tipi di metallo Notevole facilit di interpretazione delle indicazioni Possibilit di avere una registrazione permanente dei risultati del controllo Nella maggior parte dei casi non necessaria alcuna preparazione della superficie, con conseguente
diminuzione dei tempi di esecuzione
Inconvenienti
Elevati costi dinstallazione Pericolosit delle radiazioni (misure di protezione per gli operatori con periodiche operazioni di controllo
delle dosi assorbite) Limitazione degli spessori ispezionabili (al crescere delle dimensioni aumenta anche l'energia che la
radiazione elettromagnetica deve possedere per garantire l'attraversamento del pezzo con necessit apparecchiature pi ingombranti e pesanti).
L'orientazione dei difetti sottili, e in particolar modo delle cricche, influenza notevolmente la riuscita dell'esame: se la giacitura delle discontinuit perpendicolare alla radiazione incidente, il percorso che questa compie all'interno dell'imperfezione notevolmente ridotto, e pertanto sulla radiografia non si manifesta alcuna variazione dell'annerimento, (per questo motivo, l'esame radiografico non il pi adatto alla rilevazione delle cricche, che per essere evidenziate con questa tecnica devono essere disposte in direzione praticamente parallela a quella dell'onda elettromagnetica. Lesame non distruttivo che assicura la maggiore probabilit di scoperta delle cricche quello ultrasonoro)
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Ultrasuoni
Dallo studio delle riflessioni subite dal fascio di ultrasuoni si localizza la presenza di difetti e leventuale loro gravit
Il metodo pi utilizzato quello ad impulso-eco (tecnica per riflessione) e si basa sull'emissione di onde uItrasonore da parte di una piccola sonda (trasduttore) posta a contatto con la superficie del pezzo esaminato (in corrispondenza del metallo base): il fascio di ultrasuoni "entra" nel materiale, si propaga nel interno con velocit costante, e se incontra un ostacolo viene da questo riflesso, ritornando con la medesima velocit verso la sonda, che funziona in questo caso da ricevitore. Gli ultrasuoni hanno una frequenza di vibrazione superiore ai 20 kHz, e non sono quindi percepiti dall'orecchio. Per il controllo delle saldature si utilizzano i onde con frequenza compresa fra 0,5 e 5 MHz.
Le vibrazioni sono trasformate in impulsi elettrici, trasmessi ad un apposito apparecchio che li amplifica e li trasmette ad un oscilloscopio, attraverso il quale quindi possibile valutare la presenza delle discontinuit, la loro posizione, la loro natura ed a volte le loro dimensioni. Per la trasmissione delle onde ultrasonore dalla sonda al pezzo metallico necessario ricorrere ad opportuni mezzi di accoppiamento (ad esempio acqua od olio) posti fra i due elementi, poich al passaggio nell'aria gli ultrasuoni verrebbero fortemente attenuati.
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Vantaggi
Rapidit d'esame (i risultati sono immediati ed in genere possibile eseguire l'ispezione da un solo lato del pezzo)
Elevata sensibilit (si rilevano anche discontinuit di dimensioni ridotte) Possibilit di determinare la profondit del difetto all'interno dell' elemento esaminato (operazione quasi
impossibile nell' esame radiografico) Attrezzatura leggera e facilmente trasportabile per l'esecuzione di controlli in cantiere Costi contenuti (per applicazione manuale; impianti automatici per il controllo di produzioni in serie sono
invece molto costosi) Possibilit di automazione Possibilit di ispezionare elementi con spessore elevato (per i quali l'esame radiografico richiederebbe
l'impiego di apparecchi molto potenti) Non comporta rischi n per l'elemento controllato, n per l'operatore
Inconvenienti
Difficolt di applicazione ai materiali costituiti da grani di grossa dimensione (acciai austenitici) Non d un'immagine diretta dell'imperfezione Forte influenza del fattore umano nellinterpretazione dei segnali , fatto che richiede una grande
specializzazione degli operatori.
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Classificazione unioni saldate
Difficolt realizzativa crescente
1. In piano2. In verticale3. Frontale4. Sopratesta
13
2
4
Tipologie di giunti
Giunto testa a testa
Giunto dorlo
Giunto dangolo
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Giunto a L
Giunto per sovrapposizione
Giunto a T
Giunto testa a testa
Nei giunti testa a testa se si vuole realizzare una completa penetrazione occorre smussare i lembi in modo da avere un vano completamente accessibile
1. Tipo a V
2. Tipo a U
3. Tipo a X
4. Tipo a Y
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Giunto a cordone dangolo
Sezioni del cordone di saldatura
Piena
Convessa
Concava
a
a
a
Secondo la direzione della sollecitazione
o Laterali
o Frontali
o Obliqui
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Verifica delle unioni saldate
Per il calcolo delle unioni saldate, vengono usualmente fatte tre ipotesi:
Le saldature sono omogenee ed isotrope
Le parti collegate sono assunte rigide e le loro deformazioni sono trascurabili
Sono considerate le tensioni dovute ai soli carichi esterni, mentre gli effetti delle tensioni residue, ovvero i picchi tensionali dovuti alla forma dei cordoni, sono di solito trascurate
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Cemento armato Unioni saldate
Criteri di verifica delle unioni saldate
Giunti con saldature a completa penetrazione
Giunti con saldature a cordone dangolo
Saldature a completa penetrazione (EC3)
Vengono fornite alcune prescrizioni geometriche e dimensionali che lunione saldata deve soddisfare
Resistenza di progetto di una saldatura di testa a completa penetrazione o la resistenza di un giunto di testa a T, di altezza nominale di gola non inferiore allo spessore t della parte formante lanima del giunto a T e con la porzione non saldata non maggiore del minimo tra t/5 e 3 mm, deve assumersi uguale alla resistenza di progetto delle parte pi debole tra quelle unite
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Cemento armato Unioni saldate
nom,1 nom,2a a t+
nomc min(t / 5, 3mm)
Nel giunto testa a testa la sezione resistente pari al minore degli spessori collegati per la lunghezza del giunto
Il criterio applicabile purch la saldatura sia eseguita con elettrodi idonei
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Gli elementi tipici della preparazione sono:
- langolo di smusso ;- la sua profondit d;- la spalla rettilinea s- la distanza tra i lembi g
Preparazione dei lembi dei pezzi da saldare (cianfrinatura)
Per avere un giunto a completa penetrazione la spalla rettilinea deve essere piccola, in modo da essere fusa e far parte della saldatura. In caso
contrario non vi una completa unione tra i pezzi saldati. Un giunto di tale tipo detto a parziale
penetrazione e viene di solito verificato come se fosse a cordone dangolo
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11-38Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
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Indicazioni convenzionali sulla preparazione dei lembi
(cianfrinatura)e sulla forma della
saldatura
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11-39Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
39DISEG
Cemento armato Unioni saldate
Saldature a cordone dangolo (EC3)
Considerata una resistenza per unit di lunghezza del
cordone Fw,Rd, questa deve essere confrontata con la risultante Fw,Sd delle azioni per unit di lunghezza di cordone trasmesse dalla
saldatura.
w,Sd w,RdF F
OSS: risultante delle azioni: indipendente dal sistema di riferimento utilizzato per il calcolo
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40DISEG
Cemento armato Unioni saldate
La resistenza di progetto per unit di lunghezza Fw,Rdpu essere assunta pari a
w,Rd vw,dF f a= altezza di gola
resistenza di progetto a taglio della saldatura
=
u
vw,dM2 w
ff3
resistenza nominale a rottura per trazione dellelemento pi debole
coefficiente di sicurezza del materiale M2 = 1.25
coefficiente di correlazione
Acciaiofu
(N/mm2)w
S 235 360 0,80
S 275 430 0,85
S 355 510 0,90
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11-41Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
41DISEG
Cemento armato Unioni saldate
Oss.: Definizione del dominio di resistenza
Numerose esperienze furono effettuate per analizzare la
resistenza dei cordoni dangolo al variare dello stato tensionale, allo di scopo di trattare il dominio spaziale delle resistenze nelle componenti
riferite alla sezione di gola
Definizione sperimentale del peroide delle rotture
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11-42Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
42DISEG
Cemento armato Unioni saldate
Definizione sperimentale del peroide delle rotture
1 Approssimazione (ISO): Elissoide delle rotture
Successive prove sperimentali (1967) portarono ad un affinamento delle conoscenze. Il dato pi interessante risult che il dominio delle resistenze a rottura non era un elissoide, ma aveva il semiasse minore pari a 0.58 ed il semiasse medio pari a 0.7. Pertanto il criterio poteva essere espresso come:
( ) ( ) 10.750.75 22//
2
2
2
2
=
+
+
wuwuwu fff
resistenza della saldatura dwwu ff =
coefficiente di efficienza del cordone, serve a tenere conto del fatto che la resistenza del materiale di apporto della saldatura diversa (maggiore) rispetto a quella del materiale base
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11-43Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
43DISEG
Cemento armato Unioni saldate
Il principale difetto del criterio di resistenza cos formulato era il fatto che richiedeva il calcolo delle componenti di tensione rispetto alla sezione di gola, calcolo che risultava lungo e laborioso.Risultava di pi facile impiego un criterio che si basasse sul calcolo delle componenti di tensione riferite alla sezione di gola ribaltata su uno dei due lati del cordone.Per semplificare la verifica, risultava conveniente interpretare il dominio di resistenza sperimentale con un solido la cui equazione non variasse se gli assi di riferimento subivano una rotazione di 45 (il che equivale a ribaltare la sezione su un lato).
Il solido che presenta questa propriet la sfera
2 Approssimazione: Sfera delle rotture
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11-44Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
44DISEG
Cemento armato Unioni saldate
Sfera delle rotture
Proposte relative al valore del raggio della sfera
0.58 fuw per gli inglesi0.61 fuw per gli americani0.70 fuw per i tedeschi
= + + 2 2 2
id w d1 f
LEC 3 riprende il criterio della sfera inglese, richiedendo che la risultante delle tensioni sia minore della resistenza di progetto a taglio fvw.d
.
2
/ 3uvw d
w M
ff =
La sfera ha quindi raggio 0.58 fu
/ Mw
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11-45Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
45DISEG
Cemento armato Unioni saldate
Metodo alternativo (Directional method) - Si basa sul controllo dello stato tensionale
Occorre verificare le seguenti diseguaglianze
+ + 2 2 2 u
//w M2
f3( )
u
M2
f
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11-46Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
46DISEG
Cemento armato Unioni saldate
OSS 1: Ai fini della durabilit delle costruzioni, le saldature correnti a cordoni intermittenti [realizzati in modo non continuo lungo i lembi delle parti da unire] non sono ammesse in strutture non protette contro la corrosione.
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11-47Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
47DISEG
Cemento armato Unioni saldate
OSS 2: Saldature di piastre su ali non irrigidite di profili
Dove una piastra, o la stessa altra ala di un profilo, saldata ortogonalmente a unala non irrigidita di un profilo o a una sezione scatolare, la forza applicata non deve eccedere le resistenze di progetto:
1) dellanima del profilo su cui lelemento saldato [6.2.6.2 6.2.6.3]2) della piastra saldata [tabella 7.13]3) delle pareti dello scatolare su cui lelemento saldato [for. 6.20 6.2.6.4.3(1)]
in funzione delle relative larghezze efficaci
I e H con ali non irrigidite
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11-48Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
48DISEG
Cemento armato Unioni saldate
Flange non irrigidite di sezioni I o H
Profili scatolari o sezioni C a freddo[spessore degli elementi collegati simili]
OSS 3: Giunti paralleli alla direzione delle forze prevalenti
Nei giunti a sovrapposizione la resistenza di progetto di una saldatura a cordoni d'angolo deve essere ridotta moltiplicandola per un coefficiente Lw per tenere in conto gli effetti della distribuzione non uniforme delle tensioni lungo il suo sviluppo; questa situazione non vale quando la distribuzione delle tensioni lungo la saldatura corrisponde alla distribuzione delle tensioni nel metallo base adiacente, come, per esempio, nel caso di una saldatura che collega la piattabanda e l'anima di una trave composta.
1) per giunti a sovrapposizione pi lunghi di (150a) deve essere
lunghezza totale della saldatura lungo la direzione di trasferimento della forza.
Lw,1 = 1,2 - 0,2 Lj / (150a) con Lw,1 1,0
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11-49Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
49DISEG
Cemento armato Unioni saldate
2) per cordoni di saldatura di lunghezza Lw 1,7 m che collegano irrigidimenti trasversali in membrature composte, il coefficiente riduttivo Lw assume il valore:
Lw,2 = 1.1 - Lw/ 17 con Lw,2 1,0 e Lw,2 0,6
lunghezza totale della saldatura in metri.
OSS:4 Saldature a cordoni dangolo eccentriche
Nella figura seguente sono riportate situazioni di saldature a cordoni dangolo, o a parziale penetrazione con eccentricit locali, che in genere devono essere evitate, a meno che non facciano parte di una situazione complessiva come ad esempio le saldature esterne delle pareti di travi a cassone.
In qualunque caso necessario, nel valutare le tensioni nella saldatura, tenere conto delle azioni conseguenti alle eccentricit.
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11-50Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
50DISEG
Cemento armato Unioni saldate
Esempi di saldature a cordone dangolo
Cordoni frontali (Sforzo normale)
FF/2
F/2
L Calcolo delle tensioni sulla sezione di gola del cordone
inclinata di 45 sullorizzontale
F 22 L a 2
=
F 22 L a 2
=
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11-51Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
51DISEG
Cemento armato Unioni saldate
Cordoni laterali (Sforzo normale)L
F/2
F/2F
//F
4 L a =
Ft2 L a
=
Cordoni frontali (Sforzo normale)
FF/2
F/2
L Per semplificare il calcolo delle sollecitazioni, la sezione di gola
pu essere ribaltata su:
Fn
2 L a=
(A) piano verticale (B) piano orizzontale
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11-52Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
52DISEG
Cemento armato Unioni saldate
Cordoni obliqui (Sforzo normale e tangenziale)
N
H
V
L
Giunto di un fazzoletto saldato
Se lasta inclinata, trascurando gli effetti secondari, la saldatura risulta sollecitata
dalle componenti di forza H e V
Per semplificare il calcolo delle sollecitazioni, la sezione di gola pu essere ribaltata sullala della trave:
Vn
2 L a=
// //Ht
2 L a= =
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11-53Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
53DISEG
Cemento armato Unioni saldate
Oss: In modo analogo a quanto visto prima possibile calcolare le sollecitazioni nei due cordoni dangolo utilizzati per la saldatura di unasta di parete al fazzoletto
N = NC1 + NC2
NC1 b1 = NC2 b2
NC1 = N b2 / (b1 + b2)
NC2 = N b1 / (b1 + b2)
Oltre alla verifica dei cordoni dangolo e del profilo, occorre anche verificare a trazione il fazzoletto di collegamento con riferimento alla larghezza convenzionale beff
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11-54Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
54DISEG
Cemento armato Unioni saldate
a
max
max
max
Cordoni frontali longitudinali (Flessione e taglio)F
h
L
V//
F2 h a
=
max max 2 2
F L 6 3 F Ln
2 a h a h
= = =
M2
3 F L 2a h 2
= =
= + + 2 2 2
w,SdF a2 2
w,Sd maxF a= +
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11-55Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
55DISEG
Cemento armato Unioni saldate
Cordoni trasversali longitudinali (Flessione e taglio)
Lh
t
F
Ft2 t a
=
( )
=
F Ln
h t aLa sezione di gola ribaltata sul piano verticale
2 2w,SdF a n t = + M F L 2
h (t a) 2
= =
a
n
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11-56Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
56DISEG
Cemento armato Unioni saldate
Combinazione di cordoni (Flessione e taglio)
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11-57Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
57DISEG
Cemento armato Unioni saldate
a1 , L1
a3 , L3
a2 , L2
h1 h2
n //
3 3
F2 L a//
= tot
F Ln
W
=max
2tot 1 1 1 2 2 2 3 3
1W L a h 2 L a h L a3
= + +
Taglio solo allanima
Verifica nei punti pi sollecitaticordone L1/a1 per ncordoni danima (n e //)
Oss: Ulteriori possibilit di progetto consistono nellattribuire ai cordoni dalalassorbimento del flettente ed ai cordoni danima quello del taglio
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11-58Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
58DISEG
Cemento armato Unioni saldate
Cordoni laterali (Torsione)1 - Metodo del momento polare
F
Smax
Lrmax
e
Gh+a h
G Baricentro dei cordoni ribaltati sul piano della giunzione
rmax Distanza da G del punto pi distante
Si calcola la sollecitazione Smax agente nel punto pi distante Pin direzione ortogonale alla congiungente P con G
( )T0 0
F e rM rSI I
maxmax
max
= =
momento polare dei cordoni rispetto a G
si decompone la Smax nelle due direzioni // e
(t// e t)
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11-59Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
59DISEG
Cemento armato Unioni saldate
2 - Metodo delle forze (sol. A)
LF
H
H
e
h+a hMT bilanciato da 2
forze H agenti orizzontalmente nei
cordoni
TM F eHh a h a( ) ( )
= =
+ +essendo a
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11-60Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
60DISEG
Cemento armato Unioni saldate
2 - Metodo delle forze (sol. B)
FVV
ze
L
MT bilanciato da 2 forze V agenti
verticalmente nei cordoni
TM F eVz z
= =
Le forze V generano solo tensioni parallele
al cordone ( )V F e
a L z a L//
= =
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11-61Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
61DISEG
Cemento armato Unioni saldate
Cordoni laterali (Taglio)
Cordoni orizzontali (sol. A)F
H
H
e
h+a h( )
V Ft2 a L
=
Cordoni verticali (sol. B)FVV
ze
L ( )V F
2 a L// =
( ) ( )V F e F
z a L 2 a L// //
= + = +
Oss: Max tensione totale nei cordoni verticali
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11-62Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
62DISEG
Cemento armato Unioni saldate
HH
HH
VV VV
Combinazione di cordoni (Torsione e taglio)Il momento torcente MT ripartito in 2 aliquote:
- MTV (forze V) cordoni frontali
- MTH (forze H) cordoni laterali
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11-63Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
63DISEG
Cemento armato Unioni saldate
Definite con MTV max, MTH max le resistenze torsionali relative alle coppie di cordoni frontali e laterali, i valori di MTV, MTHsono valutati proporzionalmente alle resistenze
THTH T
TH TV
MM MM M
max
max max
=
+TV
TV TTH TV
MM MM M
max
max max
=
+
Il taglio viene suddiviso tra i cordoni frontali ed i cordoni laterali con modalit analoghe al caso del torcente
HH
H V
VV VV V
max
max max
=
+V
VH V
VV VV V
max
max max
=
+
Oss: In alternativa il taglio pu essere suddiviso tra i soli cordoni verticali
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11-64Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
64DISEG
Cemento armato Unioni saldate
HH
HHVV
Combinazione di cordoni (Torsione e taglio)La coppia di forze H nei cordoni laterali generata dal momento torcente, la forza V nel cordone frontale generata dal taglio
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11-65Luca GIORDANO Teoria e Progetto delle Strutture in acciaio e composte
65DISEG
Cemento armato Unioni saldate
BredtBredt
Sezioni a cassone (Torsione)
Se il profilo a cassone risulta saldato lungo tutto il perimetro
TM2 t//
=
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