MANUALE DI PROGETTAZIONE PER STRUTTURE IN ACCIAIO INOSSIDABILE. QUARTA EDIZIONE (2017) - 6
3.5.4 Procedura per la selezione dei gradi ferritici
Gli acciai ferritici sono adatti all’uso in ambienti moderatamente aggressivi con
moderata esposizione ad inquinanti atmosferici e cloruri. In molti ambienti questi
gradi possono manifestare una colorazione che normalmente inficia solo l’aspetto
estetico dell’acciaio e non la sua integrità strutturale. In Tabella
3.7 vengono
riportate linee guida conservative per la selezione dei gradi ferritici.
Tabella 3.7
Selezione del grado di acciaio inossidabile ferritico
Gradi per finitura di alta qualità
(senza la comparsa di colorazione antiestetica sulle
superfici esposte)
Grado
C1
C2
C3
C4
C5
1.4003
Nessuna indicazione a
1.4509
causa della scarsità di dati
disponibili
1.4621, 1.4521
Gradi per impieghi dove la corrosione cosmetica sia tollerata (è tollerata la formazione di
colorazione o pitting secondari senza che l’integrità strutturale sia inficiata)
Grado
C1
C2
C3
C4
C5
1.4003
()
Nessuna indicazione a
1.4509
()
causa della scarsità di dati
disponibili
1.4621, 1.4521
Le categorie di corrosività degli ambienti di seguito riportate sono estratte dalla EN ISO
12944-2:2009:
Categoria e
Esempi di ambienti tipici in climi temperati
rischio di
Ambienti esterni
Ambienti interni
corrosività
C1
Edifici riscaldati e con atmosfera pulita
Molto bassa
(uffici, negozi, scuole, alberghi)
Atmosfere con livello basso di
Edifici non riscaldati dove c’è
C2
inquinamento, principalmente
possibilità di formazione di condensa
Bassa
zone rurali.
(depositi, impianti sportivi)
Atmosfere urbane e industriali,
Sale di produzione con alta umidità
C3
inquinamento moderato da
(impianti per il trattamento dei cibi,
Media
anidride solforosa. Zone
lavanderie, birrifici, caseifici)
costiere con bassa salinità.
C4
Zone industriali e zone costiere
Impianti chimici, piscine, navi e cantieri
Alta
ad elevata salinità.
navali
Zone industriali ad elevata
C5
umidità ed elevata aggressività
Edifici permanentemente soggetti a
Molto alta
atmosferica. Zone costiere e
condensa ed inquinamento elevato
offshore ad elevata salinità.
Note
il grado è appropriato per la categoria ambientale.
il grado non è appropriato per la categoria ambientale.
() cautela nell’applicare il grado all’ambiente indicato. Esiste il rischio di corrosione cosmetica o
localizzata in corrispondenza di saldature e fissaggi esposti. Il rischio maggiore si ha in
presenza di acqua ristagnante e/o accumulo d’inquinanti atmosferici (specialmente cloruri).
1.
La categoria C1 presuppone condizioni di servizio in ambienti interni, senza diretta esposizione
atmosferica o a cloruri. Questa categoria comprende alcune zone degli edifici come i sottotetti,
le pareti perimetrali e zone direttamente dietro i rivestimenti esterni.
2.
Le saldature e gli elementi per il fissaggio sull’acciaio inossidabile generano degli interstizi che
possono rendere i pannelli esposti maggiormente sensibili alla corrosione. Il rischio maggiore si
ha laddove ci sia accumulo di acqua ristagnante o particelle atmosferiche inquinanti.
3.
Le categorie ISO considerano solo i cloruri provenienti dal mare e trasportati dal vento.
L’utilizzatore dovrà tenere in considerazione anche l’eventualità in cui la struttura si trovi vicino
a strade trattate con sali anti-gelo.
44
4
PRINCIPI DI PROGETTAZIONE
4.1
Requisiti generali
Una struttura deve essere progettata e costruita in maniera tale da:
Mantenersi integra per tutta la sua durata in servizio
Sostenere i carichi prevedibili durante la costruzione, la messa in opera e il
servizio
Limitare i danni dovuti ai sovraccarichi eccezionali
Essere adeguatamente durevole in rapporto ai suoi costi di manutenzione.
Questi requisiti possono essere rispettati se si usano materiali adatti, una
appropriata progettazione e definendo e specificando procedure per il controllo
della qualità in fase di costruzione e, all'occorrenza, un programma di
manutenzione.
Le strutture devono essere progettate tenendo conto di tutti gli stati limite rilevanti.
4.2
Progettazione agli stati limite
Gli stati limite sono condizioni restrittive che, qualora superate, impediscono alla
struttura di rispettare le prestazioni richieste. Sono noti tre tipi di stati limite: stato
limite ultimo, stato limite di servizio e stato limite di durabilità. Lo stato limite
ultimo è quello che, superato, può causare in tutto o in parte il collasso della
struttura e in tal modo pregiudicare la sicurezza delle persone. Lo stato limite di
servizio è quello per il quale, se esso viene superato, non possono più essere
rispettati particolari requisiti di utilizzo. Lo stato limite di durabilità può
considerarsi come un sottoinsieme degli altri due, dipendendo, ad es., dal fatto che
la corrosione può pregiudicare la resistenza della struttura o il suo aspetto.
Per lo stato limite ultimo, deve essere rispettata la seguente relazione:
(4.1)
dove:
è il valore di progetto delle forze e dei momenti nella membratura o
nell’elemento dovuti ai carichi, incrementati secondo i coefficienti di
sicurezza, applicati sulla struttura, e
è la corrispondente resistenza di progetto indicata nella relativa appendice
di queste raccomandazioni.
La resistenza di progetto,
, è normalmente data come
dove
è la
resistenza caratteristica e
è il coefficiente parziale di sicurezza. Il coefficiente
parziale
assume diversi valori. La Tabella 4.1 fornisce i valori di
da usare
con questo Manuale di Progettazione, presi dalla EN 1993-1-4 e dalla EN 1993-1-
8. Questi stessi valori vanno applicati quando si utilizzi l’acciaio inossidabile in
accordo ad altre parti dell’Eurocodice 3, come per esempio nel progetto di ponti
(EN 1993-2) o nel progetto di ciminiere e torri (EN 1993-3), sostituendo i valori
dei coefficienti parziali di sicurezza ivi riportati per l’acciaio al carbonio.
45
Deve essere inoltre fatto riferimento agli Allegati Nazionali alla norma EN 1993-1-
4 e di ogni altra Parte della EN 1993 rilevante per il Paese in cui la struttura viene
progettata, poiché esso potrebbe indicare valori
differenti che devono essere
utilizzati al posto dei valori riportati nella Tabella 4.1. (Se non sono disponibili
Allegati Nazionali, allora i fattori
devono essere concordati con il cliente e con
l’autorità competente).
In alternativa alla determinazione della resistenza di progetto mediante calcoli
analitici, è ammessa la prova diretta su materiali, elementi e strutture (in merito,
cfr. il Cap. 10).
Tabella 4.1
Valori raccomandati per
Valore
Per la resistenza di:
Simbolo
(EN 1993-1-4)
Sezioni di qualsiasi classe di
1,10
resistenza
Membrature progettate
1,10
all’instabilità globale
Sezioni tese progettate a rottura
1,25
Bulloni, saldature, perni e alette
1,25
per le giunzioni
Per i gradi di acciaio inossidabile non specificatamente ripostati nella Tabella 2.1
della EN 1993-1-4, il valore di
deve essere aumentato del 10 %.
4.3
Carichi
I carichi per le strutture di acciaio inossidabile devono essere determinati nella
stessa maniera che per gli acciai al carbonio, cioè in accordo con la EN 1991.
46
5
PROPRIETA’ DELLE SEZIONI
TRASVERSALI
5.1
Generalità
Le raccomandazioni dei Cap. 5 e 6 valgono per le sezioni trasversali con i limiti
dimensionali indicati in 5.2.
I rapporti lunghezza/spessore degli elementi stabiliscono se gli elementi stessi,
quando sono parzialmente o totalmente soggetti a compressione, presentano
fenomeni di instabilità locale con conseguente diminuzione della resistenza della
loro sezione. Gli elementi e le sezioni trasversali sono classificati nelle Classi 1, 2,
3 e 4 in funzione della loro suscettibilità all’instabilità e alla loro capacità di ruotare
(Classi 1 e 2), cfr. 5.3.
In fase di progetto si può tener conto della resistenza ridotta delle sezioni
trasversali della Classe
4, impiegando la larghezza efficace degli elementi,
cfr. 5.4.1.
Le dimensioni medie della sezione trasversale (misurate a metà dello spessore)
possono essere utilizzate per calcolare le proprietà della sezione solo per
membrature formate a freddo e per le lamiere. Per altri tipi di sezioni bisogna far
riferimento alle dimensioni esatte della sezione. La EN 1993-1-3 e la EN 1993-1-5
consentono di utilizzare le dimensioni medie della sezione per calcolare la
resistenza. Anche la EN 1993-1-1 in alcuni casi consente di utilizzare le dimensioni
medie della sezione per calcolare la resistenza (cfr. 6.2.1(9) e 6.2.5(2) della EN
1993-1-1).
5.2
Rapporti massimi larghezza/spessore
La Tabella 5.1 fornisce i rapporti massimi larghezza/spessore per gli elementi in
acciaio inossidabile.
5.3
Classificazione delle sezioni trasversali
5.3.1 Generalità
In linea di principio, le sezioni trasversali di elementi in acciaio inossidabile si
classificano allo stesso modo di quelle degli acciai al carbonio. Si distinguono le
seguenti quattro classi:
Classe 1
sezioni trasversali che possono formare cerniere plastiche con
capacità di rotazioni così come previste nell'analisi plastica;
Classe 2
sezioni trasversali in grado di offrire un momento plastico
resistente, ma con limitate possibilità di rotazione;
Classe 3
sezioni trasversali in cui la sollecitazione calcolata in
corrispondenza della fibra più compressa della membratura può
raggiungere la resistenza di snervamento, ma non sono in grado di
sviluppare, a causa dell’instabilità locale, un momento plastico
resistente;
47
Classe 4
sezioni trasversali in cui si manifesta l’instabilità locale prima
ancora che sia raggiunto il limite di snervamento in uno o più punti
delle sezioni;
La classificazione di una sezione trasversale dipende dalla classe più alta (cioè
quella più sfavorevole) delle parti che la costituiscono, soggette totalmente o
parzialmente a compressione. Si osservi che la classificazione delle sezioni
trasversali può variare, in funzione del momento o del carico assiale agenti, lungo
la lunghezza dell'elemento.
Tabella 5.1
Massimi rapporti larghezza/spessore
a) Elemento piano, eventualmente
0
irrigidito, connesso lungo un bordo
ad un’anima e con l’altro bordo
libero:
b) Elemento piano, eventualmente
irrigidito, connesso lungo un bordo
ad un’anima e lungo l’altro bordo
ad una piccola semplice aletta
c) Elemento piano, eventualmente
irrigidito, connesso lungo entrambi i
bordi ad un’anima o ad una flangia
Nota: Gli elementi piani, come in (a), con rapporti b/t superiori a 30 e tutti gli
elementi piani con rapporti b/t approssimativamente superiori a
75,
possono mostrare, per i carichi in condizioni di esercizio, distorsioni visibili.
5.3.2 Limiti di classificazione di parti di sezioni trasversali
Gli elementi sono classificati nelle Classi 1, 2 e 3 a seconda dei limiti precisati
nella Tabella 5.2. Gli elementi che non raggiungono i requisiti della Classe 3 sono
classificati nella Classe 4.
48
Tabella 5.2
Rapporti massimi larghezza/spessore per parti soggette a
compressione
Parti interne compresse
Distribuzione delle sollecitazioni
(Compressione: positiva)
+
fy
+
f
y
c
h
c
c
Asse della
c
c
c
t
t
t
flessione
f
y
-
–
f
y
Elastica
Plastica
Classe
Parte soggetta a
Parte soggetta a
Parte soggetta a flessione e
flessione
compressione
compressione
se
:
ͻ
(
െ )
1
se
:
se
:
(
െ )
2
se
:
3
ͻ
per
cfr. 5.4.1
Grado
1.4301
1.4401
1.4462
ɂ
(N/mm2)
210
220
460
1,03
1,01
0,698
Note:
Per sezioni cave c può essere prudenzialmente assunto come
(
െ
) o
(
െ
)
= 200103 N/mm2
ܰ
per sezioni simmetriche rispetto all’asse principale.
49
Tabella 5.2 (continua)
Rapporti massimi larghezza/spessore per parti
soggette a compressione
Flange esterne
Distribuzione delle sollecitazioni (compressione: positiva)
Estremo in compressione Estremo in tensione
c
+
+
t
-
-
c
c
c
Elastica
Elastica
c
c
+
+
t
-
-
Plastica
Plastica
Parte soggetta a flessione e
compressione
Tipo di
Parte soggetta a
Classe
sezione
compressione
Estremo in
Estremo in trazione
compressione
1
Formato a
ͻ
ͻ
ͻ
freddo e
Saldato
2
Formato a
freddo e
Saldato
3
Formato a
freddo e
Saldato
per
cfr. 5.4.1.
Non si applica ad
Angolari
angolari in contatto
con altri elementi per
Si faccia riferimento
tutta la lunghezza
anche alle flange
esterne
Classe
Sezione compressa
3
Grado
1.4301
1.4401
1.4462
ɂ
(N/mm2)
210
220
460
1,03
1,01
0,698
Note:
Per le sezioni a C formate a freddo si definisce un approccio meno conservativo ponendo
୮ dove
୮
è la distanza dall’estremo della flangia al centro del raggio di curvatura (si veda Figura 5.5)
= 200103 N/mm2
ܰ
per sezioni simmetriche rispetto all’asse principale
50
Tabella 5.2 (continua)
Rapporti massimi larghezza/spessore per parti
soggette a compressione
Elementi tubolari
Classe
Sezione soggetta a
Sezione soggetta a
flessione
compressione
1
d
2
3
ͻ
per
mm e/o
per
ͻ
, cfr. EN 1993-1-6
, cfr. EN 1993-1-6
Grado
1.4301
1.4401
1.4462
(N/mm2)
210
220
460
1,03
1,01
0,698
Note:
= 200103 N/mm2
e è il diametri equivalente. Per sezioni circolari cave
e
Ǥ
Per sezioni circolari ellittiche
e dipende dal tipo e direzione del carico:
Per sezioni circolari ellittiche in
compressione:
o,
e
െ
ቋ
െ
e
conservativamente
Per sezioni circolari ellittiche inflesse
lungo l’asse principale ( -
):
se
e
se
e
Per sezioni circolari ellittiche inflesse lungo l’asse secondario (ݖ-ݖ) o soggette
e
a combinazione di compressione e flessione lungo l’asse secondario:
Per sezioni circolari ellittiche soggette a combinazione di compressione e flessione lungo l’asse
principale (
-
),
e può essere determinato tramite interpolazione lineare tra il diametro equivalente
in compressione e quello in flessione variando per sezioni di Classe 1 e 2 e
per sezioni di Classe
3 e 4.
5.4
Larghezze efficaci
5.4.1 Larghezze efficaci degli elementi con sezione trasversale
di Classe 4
Le proprietà delle sezioni trasversali della Classe 4 possono essere determinate
analiticamente impiegando le larghezze efficaci delle parti in compressione totale o
parziale. In alternativa si possono eseguire prove dirette, vedi Cap. 10.
51
L’area efficace di una sezione trasversale di Classe 4 in compressione totale o
parziale,
, q l’area lorda della sezione trasversale meno la somma delle aree non
efficaci di ciascun elemento snello che costituisce la sezione trasversale stessa.
L’area efficace di ciascun elemento di Classe 4 è data dalla larghezza efficace
calcolata nel seguito, moltiplicata per lo spessore dell’elemento. Quando la sezione
trasversale q soggetta a flessione, q necessario calcolare un momento d’inerzia
efficace,
aed un modulo efficace della sezione,
ܹ
Le larghezze efficaci degli elementi in compressione totale o parziale, possono
desumersi dalla Tabella 5.3 per elementi interni e dalla Tabella 5.4 per elementi
esterni.
Le larghezze efficaci delle flange compresse si possono basare sul rapporto di
sollecitazione determinato per la sezione trasversale lorda
(
è definito nelle
Tabella 5.3 e Tabella 5.4). Le larghezze efficaci delle ali devono determinarsi con il
rapporto di sollecitazione
stabilito per una sezione trasversale che comprende
l'area efficace della flangia di compressione e l'area lorda dell’anima e della flangia
in tensione.
Il fattore di riduzione può essere calcolato nel seguente modo:
Elementi interni compressi (laminati a freddo o saldati):
ͻ
െ
ma
(5.1)
୮
୮
Elementi esterni compressi (laminati a freddo o saldati):
െ
ma
(5.2)
୮
୮
dove
୮ q la snellezza dell’elemento definita come:
୮
(5.3)
ɂ
in cui:
è lo spessore
q il coefficiente d’instabilità corrispondente al rapporto della Tabella
5.3 o Tabella 5.4 a seconda del caso
è la larghezza da considerarsi come segue:
per le anime, eccetto sezioni cave rettangolari
la larghezza dell’elemento piano per anime di sezioni cave
rettangolari, che può essere assunta pari a
െ
per elementi di flange interne, eccetto sezioni cave rettangolari
la larghezza dell’elemento piano per flange di sezioni cave
rettangolari, che può essere assunta pari a
െ
per flange esterne
per angolari con ali uguali e per angolari con ali diverse
ɂ
è il coefficiente del materiale, definito alla Tabella 5.2.
52
EN 1993-1-4 permette di assumere conservativamente pari a
െ
e
െ
,
rispettivamente per anime e flange di sezioni rettangolari cave. Nella prossima
revisione della EN 1993-1-4 è probabile che questi valori verranno cambiati in
െ
e
െ
, in linea con quanto definito nella EN 1993-1-5.
Per sezioni aperte formate a freddo si definisce un approccio meno conservativo
ponendo
ഥ
dove è la larghezza nominale di elementi piani, misurata dal
punto medio dell’angolo con l’elemento adiacente (si veda Figura 5.5)
Generalmente l'asse neutro della sezione efficace si trova ad una distanza
e
dall’asse neutro della sezione reale, cfr. Figura 5.1 e Figura 5.2. Ciò va tenuto in
conto nel calcolo delle proprietà della sezione trasversale efficace.
Quando una sezione trasversale è soggetta a compressione assiale, le
raccomandazioni al Cap.
6.5.2 tengono conto del momento supplementare
ܰ
, in cui
è lo spostamento dell'asse neutro quando la sezione
trasversale è soggetta a compressione uniforme, cfr. Figura 5.2.
Tabella 5.3
Elementi interni soggetti a compressione
Distribuzione delle sollecitazioni
Larghezza efficace
(compressione positiva)
ɗ
ɗ
eff
െɗ
െ
ɗ
(
െ ɗ)
0
െ
െ
െ
െ
Fattore di
instabilità
(
)
7,81
Ȃ ͻ
ͻ
ͻ
ͻ
(
െ
)
53