Verifica unioni saldate: focus sui passaggi da seguire

Verifica unioni saldate: focus sui passaggi da seguire

Le unioni saldate vengono impiegate per rendere continui più elementi in acciaio, grazie all’unione chimico-fisica conferita dal processo di saldatura, al fine di ottenere componenti strutturali o interi manufatti, talvolta anche molto complessi.

L’unione viene garantita in maniera permanente dalla fusione del materiale che compone il materiale di base (che costituisce le parti da assemblare) e, a seconda della tecnica impiegata, anche del metallo d’apporto (introdotto allo stato fuso).

Le principali normative da seguire per la progettazione delle unioni saldate sono:

  • D.M. 17 gennaio 2018 – Aggiornamento delle «Norme tecniche per le costruzioni» (NTC 2018);
  • UNI EN 1993‐1‐8 [4] – Eurocodice 3: Progettazione delle strutture di acciaio – Parte 1‐8: Progettazione dei collegamenti.

Vediamo nel dettaglio i passaggi da seguire per effettuare le verifica unioni saldate.

Leggi anche: Saldature strutture in acciaio: classificazione secondo NTC 2018 e Circolare

Verifica unioni saldate: giunti a completa penetrazione

I collegamenti testa a testa, a T e a croce a piena penetrazione sono generalmente realizzati con materiali d’apporto aventi resistenza uguale o maggiore a quella del materiale base (overmatching), pertanto la resistenza di progetto dei collegamenti a piena penetrazione si assume uguale alla resistenza di progetto del più debole tra gli elementi collegati.

Fatte queste premesse e assumendo che la saldatura venga eseguita correttamente, la verifica si ritiene soddisfatta.

Verifica unioni saldate: giunti a parziale penetrazione

I collegamenti testa a testa, a T e a croce a parziale penetrazione vengono solitamente verificati con gli stessi criteri dei cordoni d’angolo. L’altezza di gola dei cordoni d’angolo da utilizzare nelle verifiche è quella teorica, corrispondente alla preparazione adottata e specificata dei disegni di progetto, senza tenere conto della penetrazione e del sovrametallo di saldatura, in conformità con le norme UNI EN ISO 9692 – Saldatura e procedimenti connessi – parti 1, 2, 3 e 4.

Unioni saldate

Fig.1_Altezza di gola saldatura a cordone d’angolo con approfondimento del cordone (da figura 4.4, UNI EN 1993-1-8)

Nel determinare la resistenza di progetto di una saldatura testa a testa a parziale penetrazione, che penetra al di sotto delle facce dei lati degli elementi da collegare, la UNI EN 1993-1-88:2005 – Eurocodice 3 – Progettazione delle strutture di acciaio – Parte 1-8:Progettazione dei collegamenti;  permette di tener conto della parte di altezza di gola aggiuntiva.

È tuttavia possibile trattare le saldature a parziale penetrazione come se fossero a completa penetrazione nel caso si verifichino entrambe le condizioni rappresentate nella figura seguente.

unioni saldate

Fig.2_Effettiva penetrazione in una saldatura di testa a T (da figura 4.6, UNI EN 1993-1 8)

Non perderti: Controventi in acciaio: cosa differenzia le diverse tipologie?

Verifica unioni saldate: giunti a cordoni d’angolo

Assunzioni sulla saldatura:

  • Omogenea ed isotropa
  • Elementi connessi rigidi e deformazioni trascurabili
  • Tensioni nominali dovute alle sollecitazioni esterne: si trascurano i picchi di tensione
  • Si trascurano le tensioni residue
  • Si trascurano le concentrazioni di tensione
  • La geometria della saldatura non viene considerata

La verifica delle saldature a parziale penetrazione e a cordone d’angolo, condotta seguendo uno dei tre procedimenti proposti dalle NTC2018, richiede la corretta definizione dell’altezza di gola a del cordone di saldatura così come indicato nella figura seguente.

unioni saldate

Fig.3_Definizione dell’altezza di gola

L’altezza di gola equivale all’altezza minore del triangolo inscritto nella sezione trasversale del cordone, trascurando l’incremento di altezza dovuto alla penetrazione e alla presenza del sovrametallo. Si raccomanda che l’altezza di gola efficace di una saldatura a cordone d’angolo non sia inferiore a 3 mm. (UNI EN 1993-1-8, par 4.5.2).

Si raccomanda che la lunghezza efficace della saldatura a cordone d’angolo L sia assunta come la lunghezza della parte di saldatura lungo la quale il cordone è a pieno spessore, questa lunghezza può essere assunta pari alla lunghezza totale del cordone ridotta del doppio dell’altezza di gola efficace.

L ≥ max { 30 mm; 6 aw }

Si raccomanda che una saldatura d’angolo con una lunghezza efficace minore di 30 mm o minore di 6 volte la sua altezza di gola, a seconda di quale sia tra i due il valore maggiore, non sia progettata per trasferire carichi.

Metodo direzionale

Il metodo più diffuso per la verifica di resistenza dei cordoni di saldatura è il metodo direzionale che considera la sezione di gola nella sua posizione effettiva. La complessità di tale metodo sta nel dover valutare le componenti di tensione nel piano della sezione di gola come indicato nella figura seguente.

Si trascura la tensione normale σ// parallela al cordone di saldatura.

Unioni saldate

Fig.4_Stato tensionale nella sezione di gola

Le formule di verifica sono le seguenti:

√[σ 2 + 3 ( t2 + τ//)]  ≤  ftk / (β γM2 )

σ   ≤ 0.9 ftk  /  γM2 

dove:

  • σ è la tensione normale alla sezione di gola
  • τ è la tensione tangenziale ortogonale alla sezione di gola
  • τ// è la tensione tangenziale parallela alla sezione di gola
  • ftk è la resistenza a rottura del più debole degli elementi collegati
  • ftk è la resistenza a rottura del più debole degli elementi collegati
  • γM2 è il coefficiente parziale di sicurezza per le saldature a parziale penetrazione e a cordone d’angolo (NTC2018 – Tab. 4.2. XIV)
  • β è un coefficiente di efficienza della saldatura dipendente dalla classe di resistenza dell’acciaio riportato nella seguente tabella.
 Grado  Coefficiente di efficienza β
S235 0.80
S275 0.85
S355 0.90
S420 e S460 1.00

Metodo semplificato

In alternativa al metodo direzionale le NTC2018 consentono l’utilizzo di un metodo semplificato per la valutazione della resistenza del cordone di saldatura indipendente dalla direzione in cui agisce lo sforzo. In questo caso il controllo viene effettuato direttamente sulle forze agenti per unità di lunghezza della saldatura secondo la seguente espressione: 

Fw,Ed  ≤ Fw,Rd   

dove:

  • Fw,Ed rappresenta il valore della forza agente sulla saldatura per unità di lunghezza
  • Fw,Rd è la forza resistente di calcolo della saldatura per unità di lunghezza, definita come:

 Fw,Rd = (ftk a) / (√3 β γM2 )

Metodo della sezione di gola ribaltata

L’ultimo metodo è quello della sezione di gola ribaltata che, analogamente al metodo direzionale, considera le tensioni lungo il cordone di saldatura. La sua semplificazione è dovuta al fatto che non richiede la determinazione delle componenti di tensione nel piano della saldatura, ma su un piano ribaltato coincidente con uno dei due lati della saldatura come mostrato nella seguente figura.

Unioni saldate

Fig.5_Stato tensionale nella sezione di gola ribaltata

In questo caso il dominio di resistenza si trasforma in una sfera. La verifica si riconduce al rispetto delle seguenti relazioni:

√( n2 + t2 + τ//)  ≤  β1  fyk 

 n | + | t |  ≤  β fyk 

 in cui:

  • n è la tensione normale ortogonale all’asse del cordone di saldatura
  • t è la tensione tangenziale ortogonale all’asse del cordone di saldatura
  • τ// è la tensione tangenziale parallela all’asse del cordone di saldatura
  • fyk è la tensione caratteristica di snervamento
  • β1 e β2 sono coefficienti di efficienza della saldatura dipendenti dal grado dell’acciaio. Il loro valore è riportato nella seguente tabella.
 Grado  Coefficiente di efficienza β1  Coefficiente di efficienza β2
S235 0.85 1.00
S275 e S355 0.70 0.85
S420 e S460 0.62 0.75

Il testo è tratto da: “Quaderni di progettazione strutturale – 5:unioni saldate – parte 1” di Fondazione Promozione Acciaio. Scarica la versione integrale.

Ti consigliamo:

Progettare strutture in acciaio

Progettare strutture in acciaio

Matteo Antonini, Eugenio Berlini, Lorenzo Mussinelli, Fulvio Re Cecconi,, 2020, Maggioli Editore
Questo volume supporta il progettista di strutture in acciaio ad applicare correttamente le ultime novità normative in un settore in cui l’aggiornamento si sviluppa con velocità e complessità sempre maggiori. L’opera tiene conto, infatti, delle...

44.00 € 39.60 € Acquista

su www.maggiolieditore.it

I contenuti a cura della redazione di www.ingegneri.cc sono elaborati e visionati da Simona Conte, Giulia Gnola, Daniel Scardina, Gloria Alberti. Gli approfondimenti tecnici si rivolgono ad un pubblico di professionisti che intende restare aggiornato sulle novità di settore.

Potrebbero interessarti anche