Scelta del grado di resilienza
Sono sempre più gravose le responsabilità del progettista e della direzione lavori (vedi qui).
Consideriamo il tema del comportamento del materiale acciaio a diverse temperature in termini di resilienza: bisogna sempre progettare controllando che la qualità dell’acciaio scelta sia conforme ai requisiti minimi per un buon utilizzo del materiale, scongiurando rotture fragili e comportamenti indesiderati causati da una sottovalutazione delle possibili condizioni ambientali a cui sarà sottoposta la struttura.
L’Eurocodice 3 “Progettazione delle strutture in acciaio”, parte UNI EN 1993-1-10 “Resilienza del materiale e proprietà attraverso lo spessore” fornisce indicazioni sulla scelta del grado di resilienza minima da impiegare per una data applicazione. Ci aiuta così per esempio a capire se possiamo usare S355JR o S355J2 o S355N.
È molto importante considerare non solo la temperatura ambientale minima d’uso del sito di costruzione ma anche altri fattori, quali ad esempio la geometria del pezzo o se sia o meno saldato.
L'insieme di tali fattori conduce alla determinazione della temperatura di riferimento TEd , una temperatura convenzionale legata non solo alla temperatura in cui il pezzo deve essere posto in esercizio ma anche alle sue caratteristiche metallurgiche.
Tutto ciò serve ad garantire che l'acciaio lavori sempre nella sua "upper shelf region", cioè in quella zona di esercizio nella quale la sua resilienza è sufficiente a permettere che il materiale esibisca le sue preziose proprietà plastiche nonostante i difetti di fabbricazione nei quali necessariamente incorre.
Per quanto ci riguarda, cerchiamo di dare un contributo concreto ed operativo. Nello sviluppo di CalcS (Perchè CalcS?) cerchiamo di rendere la progettazione di strutture in acciaio un compito più semplice, consentendo agli ingegneri di partire da un modello FEM realizzato con il proprio software (Importare un modello ad elementi finiti).
Con l’ausilio di CalcS, partendo dal nostro modello FEM, possiamo verificare la resilienza scelta per i profili in acciaio nelle condizioni d’uso della struttura. Il tutorial che segue potrà essere ripetuto con le versioni pubblicate il primo di Ottobre 2018.
- Importiamo il nostro modello FEM in CalcS (Importare un modello ad elementi finiti)
- Impostiamo la temperatura di riferimento ed il tasso di lavoro ad ogni sezione del modello (notiamo che diverse parti della struttura possono eventualmente essere esposte a differenti condizioni di temperatura e/o di sfruttamento):
- Creiamo una scheda del tipo “EN_1993_1_10_MaterialToughness”
- Calcoliamo la scheda appena creata chiedendone il report
- Esaminiamo i risultati sezione per sezione e leggiamo il preambolo alla scheda di calcolo:
Nella scheda presente vengono, sezione per sezione, determinati i gradi di resilienza idonei ad essere impiegati nella struttura in esame.
EN1993_1_10 viene impiegata per determinare l'idoneità del materiale: vengono considerati in particolare quali parametri significativi:
1. La Temperatura di riferimento TEd [C].
Tale temperatura si calcola secondo (2.6) di EN1993-1-10 partendo dalla temperatura minima nell'ambiente in cui il pezzo lavora, diminuendo o aumentando tale temperatura di contributi che tengono in conto delle lavorazioni a cui il pezzo è stato sottoposto (ad esempio saldatura) e del tipo di geometria strutturale in cui esso è impiegato (ad esempio il fattore di concentrazione degli sforzi è rilevante).
La temperatura TEd è stata indicata dal progettista quale più gravosa per tutti gli elementi costituiti da una data sezione strutturale.
2. Lo stato tensionale del pezzo in proporzione alla sua tensione di snervamento nominale, qui denominato "Sigma ratio" = sigmaEd/fy.
La tensione di snervamento nominale fy è esempio tensione di snervamento caratteristica fyk diminuita se lo spessore del pezzo è alto secondo la formula (2.6) di EN1993_1_10. La tensione sigmaEd è determinata agli Stati Limite di Esercizio secondo (2.1) di EN1993_1_10.
Per ciascuna sezione, in funzione di TEd e Sigma ratio, viene fornita la lista dei materiali stimati avere sufficiente resilienza per l'applicazione in esame.
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