LE COSTRUZIONI IN ALLUMINIO - CIRI Edilizia e costruzioni · campi di applicazione, confronto con...

Federico M. Mazzolani\W14

LE COSTRUZIONI IN

ALLUMINIO

Federico M. Mazzolani University of Naples “Federico II”, Italy

CNR DT 208/2011 Istruzioni per la Progettazione, l'Esecuzione ed il Controllo di

Strutture di Alluminio


CNR DT 208/2011 Istruzioni per la Progettazione, l'Esecuzione ed il Controllo di Strutture di

Alluminio

“Commissione di studio per la predisposizione e l’analisi di norme

tecniche relative alle costruzioni” del CNR



Alluminio

GRUPPO DI LAVORO

The ECCS Recommendations

(1978)


Norma UNI 8634

(1985)


UNI 8634 “Strutture di leghe di

alluminio: Istruzioni per il calcolo

e l’esecuzione”, in vigore dal 1985,

è stata ritirata quasi in

concomitanza con l’uscita del

Decreto Ministeriale NTC 2008.

1) EN 1999-1-1 GENERAL STRUCTURAL RULES

2) EN 1999-1-2 STRUCTURAL FIRE DESIGN

3) EN 1999-1-3 STRUCTURES SUSCEPTIBLE TO FATIGUE

4) EN 1999-1-4 COLD-FORMED SHEETING

5) EN 1999-1-5 SHELL STRUCTURES

EUROCODE 9: DESIGN OF ALUMINIUM STRUCTURES

Eurocode 9 (EN version, 2005) is subdivided in five parts:


CEN TC 135 - pr EN 1090 : Execution of steel and aluminium structures

EN 1090 – 3 ; Part 3 :

Technical rules for execution of aluminium structures


• INTRODUZIONE

campi di applicazione, confronto con l’acciaio, gli sviluppi della ricerca e

della normativa, l’Eurocodice 9, le principali realizzazioni

• REGOLE GENERALI materiali, modelli s-e, stati limite (servizio, ultimi, fatica), classi di esecuzione

• ELEMENTI MONODIMENSIONALI caratteristiche geometriche, classificazione e verifiche di resistenza delle sezioni,

comportamento inelastico, verifiche di stabilità delle membrature,

travi composte alluminio-calcestruzzo

• LASTRE PIANE E CURVE lastre con e senza irrigidimenti, anime di travi alte, “shear lag”,

“stressed-skin design”, gusci


Alluminio


• SISTEMI DI CONNESSIONE unioni, collegamenti

• FATICA principi, carichi, progettazione (safe life design, damage tolerant design),

analisi strutturale, resistenza a fatica, dettagli costruttivi,

linee guida sulla meccanica della frattura

• PROGETTAZIONE STRUTTURALE CONTRO L’INCENDIO materiali, basi di progettazione, metodologie di analisi, modelli di calcolo avanzati

• REGOLE COSTRUTTIVE

selezione delle leghe, durabilità, regole d’esecuzione, regole di fabbricazione

• ESEMPI PROGETTUALI caratteristiche delle sezioni, resistenza delle membrature,

stabilità delle membrature,, unioni, impalcati, gusci

Come può l’alluminio e le sue leghe

soddisfare i requisiti strutturali nel settore

dell’Ingegneria Civile ?

In quale tipo di applicazioni esse possono

competere con altri materiali strutturali, come

in particolare l’acciaio ?

CRITERI DI PROGETTO

PER LE STRUTTURE

IN LEGA DI ALLUMINIO


I dirigibili (1890)


Graf Zeppeling

USS Akron

Dettagli costruttivi delle strutture dei dirigibili


Markets for Roller roducts

22%

18%

19%11%

12%

13% 5%

Foilstock

Stockists

Packaging (rigid)

Building

Engineering

Transport

Consumer durables

Markets for Extrusions

51%

16%

18%

15%Building

Transport

Engineering

Others

Markets for Ricycled Aluminium

6%

74%

13%7%

Building

Transport

Engineering

Others

Per-capita use by world areas (in kg)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Europe USA Japan

1980

1990

2000

La produzione di alluminio nel mondo


0.00E+00

2.00E+05

4.00E+05

6.00E+05

8.00E+05

1.00E+06

1.20E+06

1.40E+06

1.60E+06

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

[t]

SELFRIDGES MALL IN BIRMINGHAM (Jan Kaplicky) : Facciata composta da 15 000 dischetti di alluminio

LA CRESCITA DELLA PRODUZIONE DI ALLUMINIO NEGLI EDIFICI


I REQUISITI DI BASE DELLE LEGHE DI ALLUMINIO

Vasta famiglia di materiali da costruzione, con proprietà resistenziali equivalenti agli acciai da carpenteria

La resistenza alla corrosione consente normalmente di evitare ogni trattamento protettivo

La riduzione in peso (1/3 rispetto all’acciaio) ha molti evidenti vantaggi nella lavorazione e nel montaggio

Il basso modulo elastico (1/3 rispetto all’acciaio) aumenta la sensibilità nei riguardi dei problemi di deformabilità ed instabilità

Il materiale di per sè non è soggetto a rottura fragile

Il processo di fabbricazione mediante estrusione consente di ottenere profili di forma qualsiasi non rigidamente legati ad un sagomario

Tutte le tecnologie di unione (chiodate, bullonate e saldate) sono disponibili per realizzare i collegamenti


LE CONDIZIONI PER COMPETERE CON L’ACCIAIO

Primo requisito:

Resistenza alla corrosione ( C )

Secondo requisito:

Leggerezza ( L )

Terzo requisito:

Funzionalità dei profili estrusi ( F )



Primo requisito:

Resistenza alla corrosione ( C )

acciaio alluminio



Secondo requisito:

Leggerezza ( L )

profili di acciaio laminati a caldo


Profili estrusi in lega di alluminio


“Le proprietà geometriche della sezione trasversale sono migliorate,

progettando forme che contemporaneamente

ottimizzano funzionalità ed elevata efficenza strutturale”


Terzo requisito:


Edificio per l’agricoltura


Terzo requisito:


Edificio indutriale


Terzo requisito:


Costruzioni ferroviarie


Collegamenti bullonati


Collegamenti saldati


Collegamenti speciali

Le condizioni di base per fare concorrenza all’acciaio

Resistenza alla corrosione (C)

Leggerazza (L)

Funzionalità delle sezioni estruse (F)

Tre requisiti:


A

P

P

L

I

C

A

Z

I

O

N

I


S

T

R

U

T

T

U

R

A

L

I

CAMPI DI APPLICAZIONE NELL’INGEGNERIA CIVILE

Coperture di grande luce (sistemi reticolari piani e spaziali), soprattutto quando il peso proprio è importante rispetto ai carichi variabili

Strutture collocate in ambienti umidi e corrosivi (coperture di piscine, ponti, passerelle pedonali, impianti idraulici, strutture off-shore)

Strutture con parti in movimento, dove la leggerezza si trasforma in economia in fase di esercizio ( ponti mobili, carriponte ruotanti sulle vashc di depurazione circolari)

Strutture speciali per le quali le operazioni di manutenzione sono particolarmente difficili (torri per l’illuminazione, portali di segnalazione autostradale)

Strutture situate in luoghi inaccassibili lontani dal posto di produzione, per le quali l’economia di trasporto e la facilità di montaggio sono estrmamante importanit (torri di trasmisione per linee elettriche, ponti provvisori, scale antincendio)



APPLICAZIONI NELL’INGEGNERIA CIVILE

Strutture speciali per le quali le operazioni di manutenzione sono particolarmente difficili (portali di segnalazione autostradale)

APPLICATION FIELDS IN CIVIL ENGINEERING


Strutture speciali per le quali le operazioni di manutenzione sono particolarmente difficili (torri per l’illuminazione)


Arvida bridge in Quebec

(Canada , 1950 – L = 150 m)

Foot bridge in Jonquiére (Quebec, Canada)

Foot bridge in Jonquiére (Quebec, Canada)


Strutture collocate in ambienti umidi e corrosivi (ponti)

Bridge in Amsterdam

(The Netherland)

Pont de Villepinte (France)

Continuous bridge (Sweden)


Strutture collocate in ambienti umidi

e corrosivi (ponti, passerelle pedonali)


bridges

helydecks

housing



Strutture collocate in ambienti umidie corrosivi

(strutture su piattaforme off-shore)

Floating bridge en

The Netherland

Mobile bridge

in Germany

Sewage plant

in Italy


Strutture con parti in movimento, dove la leggerezza si trasforma in economia in fase di esercizio ( ponti mobili, carriponte ruotanti sulle vashc di depurazione circolari)


German military bridge

Swedish military bridge



Strutture situate in luoghi inaccassibili lontani dal posto di produzione, per le quali l’economia di trasporto e la facilità di

montaggio sono estrmamante importanit (ponti provvisori)



Coperture di grande luce (sistemi reticolari piani e spaziali), soprattutto quando il peso proprio è importante rispetto ai carichi variabili

STRUTTURE RETICOLARI SPAZIALI

Fasi di montaggio del Centro Interamericano di Esposizione di San Paulo (Brazil,1969)

Maglia 60x60 ; tempo di montaggio 27 ore Area coperta 67.000 mq

Peso: 16 kg/mq

Numero di nodi 13 724

Numero di bulloni 550 000

Numeso di aste 56 820

Lunghezza totale 300 km

2.36 m 14 m



Hatogrande Country Club

Bogotà (Colombia)

Palasport of Quiro (Equador)

International Congress Centre

of Rio de Janeiro (Brazil)

The Memorial Pyramid in La Baie

(Quebec, Canada)

STRUTTURE DI COPERTURA

Conference Centre, Glasgow Incenerator, London

Millenion Stadium, Walles Lords cricket ground, London


STRUTTURE DI COPERTURA IN INGHILTERRA

Shanghai Pudong Natatorium

A 42,000 sq. ft. double layer grid vault roof

Shanghai Opera House


STRUTTURE DI COPERTURA IN CINA

Aluminium Centre in Utrecht (The Netherland):

“aluminium column forest”


Micha de Haas

ARCHITETTURA IN ALLUMINIO


Scientific Station at the South Pole

Epcot Center (Florida)

The “Spruce Goose Dome”

(Long Beach,California) The geodetic dome of Guayaquil (Equador)

Museo dei Mercati Traianei a Roma

CUPOLE GEODETICHE

Diametro 144 m

Altezza massima 50 m

Superfice coperta 15.000 mq

Volume coperto 450.000 mc

Capacità di stoccaggio 150.000 ton

Le due cupole geodetiche dell’impianto termoelettrico ENEL

di Civitavecchia


Napoli,

piazza del Plebiscito


Aluminio: 50 - 70 kg/m2

Calcestruzzo: 600 - 700 kg/m2

Riduzione in peso

ESTRUSI SPECIALI PER IMPALCATI DA PONTE


RESTAURO DEI PONTI SOSPESI DELL’800

Pont de Montmerle

(L= 80 + 80 m)

Pont de Trevoux

(L= 80 + 80 m)

Pont de Groslée

(L= 175 m)


Il ponte “Real Ferdinando”

sul fiume Garigliano 1832: il primo ponte in ferro

suspeso in Italia

1998: il primo ponte in alluminio in Italia


RESTAURO DEI PONTI SOSPESI DELL’800

BIBLIOGRAFIA


AUTORI DEI CAPITOLI :

Federico M.MAZZOLANI

Gunther VALTINAT

Frans SOETENS

Torsten HOGLUND

Bruno ATZORI

Magnus LANGSETH


BIBLIOGRAFIA

Concorrenza fra acciaio ed alluminio


L’alluminio in letteratura

Charles Dickens (1812-1870) scrisse:

“Nel corso degli ultimi due anni … Un tesoro è stato scoperto,

dissotterrato e portato alla luce...... Cosa ne pensate di un metallo bianco

come l’argento, malleabile come l’oro, facilmente fusibile come il rame,

tenace come il ferro, che è duttile, lavorabile e possiede la singolare

qualità di essere più leggero del vetro? Questo metallo esiste ed in

considerevole quantità sulla superfice terrestre. I vantaggi che possono

derivare da un metallo dotato di tali quantità sono facili da comprendere.

La sua collocazione futura come materiale base in tutti i generi di

applicazioni industriali è fuori ogni dubbio e ci aspettiamo di vederlo

immediatamente, in una forma o nell’altra, in larga scala nelle mani del

mondo civilizzato”.


Jules Verne (1844-1896), il padre della moderna fantascenza,

nel romanzo “Dalla Terra alla Luna” scrisse:

“Questo pregevole metallo possiede la bianchezza

dell’argento, l’indistrurribilità dell’oro, la tenacità del ferro, la

lavorabilità del rame, la leggerezza del vetro. E’ facile da

lavorare ed è ampiamente distribuito, formando la base della

maggior parte delle rocce. E’ tre volte più leggero del ferro e

sembra essere stato creato apposta con l’espresso proposito di

fornirci il materiale adatto per il nostro missile”.

L’alluminio nella letteratura


GRAZIE PER

L’ATTENZIONE

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