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DOTTORATO IN INGEGNERIA DELLE STRUTTUREDOTTORATO IN INGEGNERIA DELLE STRUTTUREUNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PALERMO UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PALERMO

Palermo, 20 aprile 2011Palermo, 20 aprile 2011Universita’ degli Studi di Palermo, Palermo

Strutture tubolari in acciaio in zona sismicaStrutture tubolari in acciaio in zona sismica

Oreste S. Bursi, PhD PE MASCE

RINGRAZIAMENTIRINGRAZIAMENTI

L’autore desidera ringraziare per l’invito, il supporto, l’assistenza e icontributi di alcune organizzazioni e singoli.

• Prof. Dott. Ing. Lidia La Mendola, Coordinatore del Dottorato inIngegneria delle Strutture

• L’Universita’ degli Studidi Palermo• L’Universita’ degli Studidi Palermo

• La Research for Coal and Steel dell’Unione Europea (Progetti HITUBES,ATTEL e INDUSE).

• Il supporto scientifico e di coordinazione della Rete Universitaria deiLaboratori di Ingegneria Sismica (Progetto RELUIS)

• Il dott. Raffaele Pucinotti dell’Universita’ Mediterranea degli Studi diReggio Cal. e i dottorandi dell’Universita’ degli Studi di Trento

“ Some mathematicians are birds, others are frogs. Birds fly high in the

air and survey broad vistas of mathematics out to the far hori zon. They

delight in concepts that unify our thinking and bring togeth er diverse

problems from different parts of the landscape. Frogs live i n the mud

below and see only the flowers that grow

nearby. They delight in the details of particular objects, a nd they solve

problems one at a time. Manin is a bird. I happen to be a frog, bu t I am

happy to introduce this book which shows us his bird’s -eye view of

PER I DOTTORANDIPER I DOTTORANDI

happy to introduce this book which shows us his bird’s -eye view of

mathematics.”

Foreword by Freeman Dyson in “Mathematics as Metaphor” by Yur i I.

Manin

“In the seventeenth century, Descartes linked the disparate worlds of

algebra and geometry with his concept of coordinates, and Ne wton

linked the worlds of geometry and dynamics with his concept o f fluxions,

nowadays called calculus.

Galileo Galilei is an example of frog.

Coordinates and fluxions are all metaphors, extending the m eanings of

words from familiar to unfamiliar contexts . Manin sees the future of

PER I DOTTORANDI/CntdPER I DOTTORANDI/Cntd

words from familiar to unfamiliar contexts . Manin sees the future of

mathematics as an exploration of metaphors

that are already visible but not yet understood.”

Presentazione

Introduzione

Strutture con elementi tubolari

Conclusioni

Norme Tecnicheper le Costruzioni e Norme di Prodotto

Progettazione di giunzioni saldate

Progettazione di giunti trave-

colonna compostiacciaio-cls

Progettazione di giunzioni flangiate

per impiantiindustriali

Presentazione/Cont.

Introduzione


Conclusioni







• I profilati cavi fabbricati a caldo o a freddo sono conosciuti in Italia tramite il

vecchio termine tubolare o tubo strutturale, mentre nel modo

anglosassone come sezioni cave strutturali (Structural Hollow Sections,

SHS), con due sottoclassificazioni note come sezioni cave rettangolari

(Rectangular Hollow Sections, RHS) e sezioni cave circolari (Circular Hollow

Sections, CHS).

• Il prodotto, che è uno dei più recenti nella famiglia delle sezioni in acciaio

strutturale ne è anche divenuto uno dei più popolari grazie al suo esteso

Introduzione – Il tubolare o tubo strutturale

strutturale ne è anche divenuto uno dei più popolari grazie al suo esteso

impiego soprattutto da parte degli architetti che ne hanno apprezzato

l’estetica e la versatilità.

• Molti esempi in natura dimostrano le eccellenti proprietà degli elementi

strutturali costituiti da sezioni cave di forma circolare ai fini della resistenza

alle sollecitazioni di compressione, trazione flessione e torsione.

• La sezione circolare cava ha inoltre dimostrato di essere la forma ottimale

per gli elementi soggetti alle azioni eoliche, atmosferiche e marine grazie al

basso coefficiente di drag. Per tali motivi gli elementi con CHS sono stati

quasi esclusivamente impiegati nelle strutture offshore.

• Al contrario, gli elementi con RHS, caratterizzati da una geometria più

semplice, sono stati più frequentemente impiegati nelle strutture onshore

in modo che i giunti tra gli elementi potessero consentire una progettazione

più economica rispetto a quelli con elementi caratterizzati da CHS.

• Le strutture costituite da elementi con CHS presentano una superficie

esposta più piccola se confrontate con le strutture costituite da sezioni

aperte che, in combinazione con l’assenza di spigoli vivi, comportano anche

una migliore prestazione nei confronti della protezione dalla corrosione.

Introduzione – Il tubolare o tubo strutturale

• Queste eccellenti proprietà conducono a progettazioni strutturali leggere

ottimali contraddistinte da un più piccolo numero di giunti semplici, meno

complicati, tipicamente saldati, nei quali i fazzoletti ovvero i piatti di

irrigidimento possono essere spesso eliminati.

• Sebbene al momento il costo unitario del materiale delle sezioni chiuse sia

maggiore rispetto a quello delle sezioni aperte, ciò viene generalmente

compensato da un costo inferiore della costruzione nella sua globalità; ciò

deriva da una più piccola area di verniciatura. Infine la riduzione dei costi di

fabbricazione deriva dalla possibilità di progettare giunti semplici privi di

elementi di irrigidimento.

Presentazione/Cont.

Introduzione

Strutture con

elementi

tubolari

Conclusioni








Edificio adibito a uffici presso l’Aeroporto di Verona Villafranca

Centro Ospedaliero (TenarisDalmine)Il Nuovo Ospedale di Mestre - Venezia

ApplicazioneTubi per la facciata in vetro e acciaio

MaterialeColonne con profilo ovale ottenuto da tubi calandrati a freddo

Carpenteria MetallicaOCAM

Progetto ArchitettonicoEmilio Ambasz

Progetto StrutturaleStudio Altieri

CommittenteASL 12

Il Nuovo Ospedale di Mestre

ApplicazioneCopertura reticolare spaziale

ClienteInfrastrutture Lombarde

General ContractorConsorzio Torre

Progetto architettonicoPei Cobb Freed & PartnersStudio Caputo

Palazzo Lombardia (TenarisDalmine)

Studio CaputoSistema Duemila

Progetto strutturaleProf. F. Mola - Polimi

CostruttoreVega Engineering - OCML

Misure355,6 x 12,5/16/20 mm

Data di conclusioneGennaio 2010

Palazzo Lombardia

Palazzo Lombardia

Particolare dei nodi(Officine OCML )

Palazzo Lombardia

ApplicazioneStruttura portante a doppia arcata

ClienteComune di S. Michele all’Adige

General ContractorC.M.M. F.lli Rizzi S.r.l.

Progetto architettonico e strutturaleIng. Alfonso Dalla Torre

Ponte di S. Michele all’Adige (Trento)

Ing. Alfonso Dalla Torre

Misure e gradoTubo TenarisDalmine 711,2 x 22,2 mm S460 – Luce 100 m

Quantità100 t.

Data di conclusioneGiugno 2011

ApplicazioneStruttura portante a doppia arcata

ClienteComune di Nomi

General ContractorC.M.M. F.lli Rizzi S.r.l.

Progetto architettonico e strutturaleIng. Giorgio Raia

Ponte di Nomi sull’Adige (Trento)

Ing. Giorgio Raia

Misure e grado1200-600 mm; 600-600 mmS355 – Luce 100 m

Data di inizioMaggio 2011

Vista tridimensionale del secondo modo di vibrare a circa f = 1.2 Hz

Strutture con elementi tubolari/cont.

Passerella pedonale di S. Calatrava a Bilbao

Passerella pedonale a Manresa (Barcellona)

Elemento di controvento

a instabilita’ controllata per

applicazioni antisismiche



a) Collegamento fuso con elemento di controvento; b) saldature

a completa penetrazione.


Collegamenti a cerniera fusi della Cast Connex (Toronto)

Presentazione/Cont.

Introduzione


Conclusioni

Norme Tecniche

per le Costruzioni

e Norme di

Prodotto






• Le nuove norme tecniche per le costruzioni approvate con D.M. del

14/01/2008 (NTC-08) sono entrate in vigore il primo luglio 2009 per tutte le

costruzioni e non solo per le opere strategiche.

• Le NTC, dedicano particolare attenzione all’uso dei materiali da costruzione,

in quanto, la risposta dinamica di una costruzione varia al variare dei

materiali usati per costruirla e la sua conservazione in sicurezza è

direttamente connessa alla qualità dei materiali ed al loro corretto impiego.

• Il conseguimento di adeguate resistenze della struttura, viene

Norme Tecniche per le Costruzioni – NTC2008

• Il conseguimento di adeguate resistenze della struttura, viene

concettualmente sostituito dal conseguimento della "prestazione" della

costruzione, intendendosi per prestazione il comportamento della

costruzione composta da tre sottosistemi integrati: struttura, elementi non

strutturali, impianti.

• Le NTC-08 trattano, i vari sistemi costruttivi: calcestruzzo armato (c.a.),

acciaio, muratura, acciaio-cemento armato e legno, imponendo criteri di

calcolo più affinati e complessi che necessitano di un adeguato

approfondimento professionale per la progettazione, la direzione lavori,

l’esecuzione ed il collaudo delle costruzioni.

• Le nuove Norme Tecniche per le costruzioni sono ormai a tutti gli effetti

“cogenti” e, pertanto, tutti i soggetti che realizzano opere civili e/o

industriali soggette alla legge 1086 sono obbligati ad una loro stretta

osservanza.

• La normativa, emanata il 14 gennaio 2008, integrata dalle istruzioni

applicative di cui alla Circolare del 2 febbraio 2009 è resa operativa dal

primo luglio 2009 come previsto dalla legge del 24 Giugno n.77 (legge di

conversione del Decreto Legge 28 Aprile 2009).

Norme Tecniche per le Costruzioni/Cont.

• Il testo introduce concetti particolarmente innovativi richiamando norme

correnti con espresso riferimento a – Cap. 12 - : i) Eurocodici strutturali

pubblicati dal CEN, con le precisazioni riportate nelle Appendici Nazionali o,

in mancanza di esse, nella forma internazionale EN; ii) Norme UNI EN

armonizzate i cui riferimenti siano pubblicati su Gazzetta Ufficiale

dell’Unione Europea; iii) Norme per prove, materiali e prodotti pubblicate

da UNI.

• Possono essere utilizzati anche altri codici internazionali, purché sia

dimostrato che garantiscano livelli di sicurezza non inferiori a quelli delle

presenti Norme tecniche.

Norma prestazionale: norma che fornisce solo i requisiti che devono essere soddisfatti dalla struttura. Le NTC2008 sono prestazionali in termini di possibilita’ di scelta di stati limite, di azioni e di verifiche. Per il resto esse sono prescrittive.

2.4 Vita Nominale, Classi d‘Uso e Periodo di Riferimento

NTC2008 – La caratteristica prestazionale

Tabella 3.2.I – Probabilità di superamento RVP al variare dello stato limite considerato

Stato Limite RVP : Probabilità di superamento nella vita di riferimento VR

SLO 81% Stati limite di esercizio SLD 63%

SLU 10% Stati limite ultimi SLC 5%

Ø3.2.1 STATI LIMITE NELLA PROGETTAZIONE SISMICA

NTC2008 – La caratteristica prestazionale

Per lo SLO, gli spostamenti di interpiano sono pari ai 2/3 di quelli dello SLD

( ) ∫∫∫= )(||| IMdIMEDPdGEDPDMdGDMDVGDVv λ

PBEE – Probabilistic Framework

Equation by Allin Cornell

Performance (Loss) Models and Simulation HazardImpact

IM – Intensity Measure

EDP – Engineering Demand Parameter

DM – Damage Measure

DV – Decision Variable

- mean annual frequency of exceedance of IM

n(DV) – Probabilistic Description of Decision Variable

(e.g., Mean Annual Probability $ Loss > 50% Replacement Cost)

( )IMλ

Procedure di progetto EN1991-1-2 – Fig. 1Prescriptive Approach

Performance-based approach

Ø 3.6 INCENDIO: ai fini della presente norma si fa riferimento ad un incendio convenzionale diprogetto definito attraverso una curva di incendio che rappresenta l’andamento, in funzione deltempo, della temperatura dei gas di combustione. La curva di incendio di progetto può essere:

Ø nominale: curva adottata per la classificazione delle costruzioni e per le verifiche di resistenzaal fuoco di tipo convenzionale (ISO 834);

Ø naturale: curva determinata in base a modelli d’incendio e a parametri fisici che definiscono levariabili di stato all’interno del compartimento.

TemperaturaPreflashover

Postflashover1000-1200°C

Flashover

Fasi delle curve di incendio Standard e NaturaleFasi delle curve di incendio Standard e Naturale

Raffreddamento….

Curva di Incendio ISO834

Innesco – Crescita lenta Riscaldamento

Curva di Incendio Naturale

Tempo

Ø 5.1.4.3 VERIFICHE ALLO STATO LIMITE DI FATICAØ Le verifiche saranno condotte considerando spettri di carico differenziati, a seconda che si

conduca una verifica per vita illimitata o una verifica a danneggiamento. In assenza di studispecifici, volti alla determinazione dell’effettivo spettro di carico che interessa il ponte, si potràfar riferimento ai modelli descritti nel seguito.

Ø Verifiche per vita illimitata, tramite il metodo semplificato delle tensioni equivalentiØ Verifiche a danneggiamento, ove il danneggiamento D sarà valutato mediante la legge di

Palmgren-Miner, considerando la curva S-N caratteristica del dettaglio.Ø 7.5.3.3 COLLEGAMENTI IN ZONE DISSIPATIVE (NTC2008)Ø 6.5.5 Regole di progettazione per collegamenti in zone dissipative (EC8-1)Ø

NTC2008 – La caratteristica prestazionale/cont.

TUBI SENZA SALDATURA PRODOTTI A CALDO

• Tubi ottenuti mediante la foratura di un prodotto pieno (lingotto, biletta

quadra o circolare, ecc.) dal quale si ottiene uno sbozzato. Esso viene quindi

trasformato in tubo mediante laminazione, estrusione o trafilatura su

mandrino. La riduzione della sezione puo’ ancora avvenire tramite

laminazione o trafilatura a caldo o a freddo.

• I tubi possono anche essere fabbricati mediante colata centrifuga

La produzione dei tubi strutturali

TUBI SALDATI

• Tubi ottenuti mediante formatura su un profilo circolare di un prodotto

piano laminato a caldo o a freddo. Successivamente i bordi sono saldati. Le

relative saldature sono longitudinali o elicoidali.

• Possono anche essere ottenuti da un nastro laminato a freddo o a caldo per

la formatura a freddo di un profilo a sezione circolare saldato

successivamente in senso longitudinale

Paragrafo 11.3.4 delle NTC 2008

• “Per la realizzazione di strutture metalliche e di strutture composte si

dovranno utilizzare acciai conformi alle norme armonizzate della serie UNI

EN 10025 (per i laminati), UNI EN 10210 (per i tubi senza saldatura) e UNI

EN 10219-1 (per i tubi saldati), recanti la Marcatura CE, cui si applica il

La Normativa per i tubi strutturali

EN 10219-1 (per i tubi saldati), recanti la Marcatura CE, cui si applica il

sistema di attestazione della conformità 2+, e per i quali si rimanda a

quanto specificato al punto A del § 11.1”

• UNI EN 10210-1 Profilati cavi finiti a caldo di acciai non legati e a grano fine

per impieghi strutturali. Parte 1: Condizioni tecniche di fornitura

• UNI EN 10210-2 Profilati cavi finiti a caldo di acciai non legati e a grano fine

per impieghi strutturali. Parte 2: Tolleranze, dimensioni e caratteristiche del

profilo

• UNI EN 10219-1 Profilati cavi formati a freddo di acciai non legati e a grano

La Normativa per i tubi strutturali/Cont.La traduzone.


fine per strutture saldate. Parte 1: Condizioni tecniche di fornitura

• EN 10219-1 Cold formed welded structural hollow sections of non-alloy and

fine grain steels. Part 1: Technical delivery conditions


fine per strutture saldate. Parte 2: Tolleranze, dimensioni e caratteristiche

del profilo

• EN 10219-2 Cold formed welded structural hollow sections of non-alloy and

fine grain steels - Part 2: Tolerances, dimensions and sectional properties

Paragrafo 11.3.4 delle NTC 2008: Precisazioni.

• Le norme EN 10210 e quelle EN 10219 trattano rispettivamente i profili cavi

finiti a caldo e i profili cavi formati a freddo.

• La norma EN 10210-1 al Par. 6.4 recita “I profilati cavi formati a freddo con

trattamento termico successivo per ottenere caratteristiche equivalenti a

quelle ottenute mediante laminazione di normalizzazione sono ritenuti

La Normativa per i tubi strutturali/Cont.

quelle ottenute mediante laminazione di normalizzazione sono ritenuti

conformi ai requisiti della presente norma.”

• Di conseguenza, differentemente da quanto si potrebbe intendere dal Par.

11.3.4, le norme EN 10210-1 non precludono l’uso di profili strutturali

saldati con trattamento termico successivo.

La Normativa per i tubi strutturali/Cont.

UNI EN 10027-1:2006 – Sistema di designazione degli acciaiParte 1: Designazione simbolica

Analisi

Acciai non legati : S235JRH–S275J0H–S275J2H–S355J0H–S355J2H,S355K2H

La Normativa per i tubi strutturali/Cont. UNI EN 10210-1 Profilati cavi finiti a caldo di acciai non legati e a grano fineper impieghi strutturali. Parte 1: Condizioni tecniche di fornitura

Carbonio Equivalente (CEV)


Un basso CEV è fondamentale per avere una buona idoneità alla saldatura EN 1011-1 EN1011-21556

CuNiVMoCrMnCCEV

++++++=

S460NH – CEV di TenarisDalmine

Caratteristiche meccaniche per acciaio non legato


Caratteristiche meccaniche per acciaio a grano fine


Acciai a grano fine : S275NH–S275NLH–S355NH–S355NLH, S420NH–S420NLH,S460NH–S460NLH

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