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
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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
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CNR DT 208/2011 Istruzioni per la Progettazione, l'Esecuzione ed il Controllo di Strutture di
Alluminio
GRUPPO DI LAVORO
Norma UNI 8634
(1985)
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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:
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CEN TC 135 - pr EN 1090 : Execution of steel and aluminium structures
EN 1090 – 3 ; Part 3 :
Technical rules for execution of aluminium structures
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• 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
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Alluminio
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• 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
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I dirigibili (1890)
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Graf Zeppeling
USS Akron
Dettagli costruttivi delle strutture dei dirigibili
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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
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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
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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
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LE CONDIZIONI PER COMPETERE CON L’ACCIAIO
Primo requisito:
Resistenza alla corrosione ( C )
Secondo requisito:
Leggerezza ( L )
Terzo requisito:
Funzionalità dei profili estrusi ( F )
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Primo requisito:
Resistenza alla corrosione ( C )
Profili estrusi in lega di alluminio
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“Le proprietà geometriche della sezione trasversale sono migliorate,
progettando forme che contemporaneamente
ottimizzano funzionalità ed elevata efficenza strutturale”
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Terzo requisito:
Funzionalità dei profili estrusi ( F )
Edificio per l’agricoltura
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Terzo requisito:
Funzionalità dei profili estrusi ( F )
Edificio indutriale
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Terzo requisito:
Funzionalità dei profili estrusi ( F )
Collegamenti bullonati
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Collegamenti saldati
Le condizioni di base per fare concorrenza all’acciaio
Resistenza alla corrosione (C)
Leggerazza (L)
Funzionalità delle sezioni estruse (F)
Tre requisiti:
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A
P
P
L
I
C
A
Z
I
O
N
I
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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)
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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
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Strutture speciali per le quali le operazioni di manutenzione sono particolarmente difficili (torri per l’illuminazione)
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Arvida bridge in Quebec
(Canada , 1950 – L = 150 m)
Foot bridge in Jonquiére (Quebec, Canada)
Foot bridge in Jonquiére (Quebec, Canada)
APPLICAZIONI NELL’INGEGNERIA CIVILE
Strutture collocate in ambienti umidi e corrosivi (ponti)
Bridge in Amsterdam
(The Netherland)
Pont de Villepinte (France)
Continuous bridge (Sweden)
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Strutture collocate in ambienti umidi
e corrosivi (ponti, passerelle pedonali)
APPLICAZIONI NELL’INGEGNERIA CIVILE
bridges
helydecks
housing
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APPLICAZIONI NELL’INGEGNERIA CIVILE
Strutture collocate in ambienti umidie corrosivi
(strutture su piattaforme off-shore)
Floating bridge en
The Netherland
Mobile bridge
in Germany
Sewage plant
in Italy
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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)
APPLICAZIONI NELL’INGEGNERIA CIVILE
German military bridge
Swedish military bridge
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APPLICAZIONI NELL’INGEGNERIA CIVILE
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)
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APPLICAZIONI NELL’INGEGNERIA CIVILE
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
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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
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STRUTTURE DI COPERTURA IN INGHILTERRA
Shanghai Pudong Natatorium
A 42,000 sq. ft. double layer grid vault roof
Shanghai Opera House
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STRUTTURE DI COPERTURA IN CINA
Aluminium Centre in Utrecht (The Netherland):
“aluminium column forest”
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Micha de Haas
ARCHITETTURA IN ALLUMINIO
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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
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Aluminio: 50 - 70 kg/m2
Calcestruzzo: 600 - 700 kg/m2
Riduzione in peso
ESTRUSI SPECIALI PER IMPALCATI DA PONTE
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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)
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Il ponte “Real Ferdinando”
sul fiume Garigliano 1832: il primo ponte in ferro
suspeso in Italia
1998: il primo ponte in alluminio in Italia
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RESTAURO DEI PONTI SOSPESI DELL’800
BIBLIOGRAFIA
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AUTORI DEI CAPITOLI :
Federico M.MAZZOLANI
Gunther VALTINAT
Frans SOETENS
Torsten HOGLUND
Bruno ATZORI
Magnus LANGSETH
Concorrenza fra acciaio ed alluminio
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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”.
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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
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