Il legame costitutivo dell’acciaio è simmetrico sia a trazione che a compressione. Non sempre si riesce a percorrere l’intero ramo del legame a compressione poiché possono insorgere fenomeni di instabilità nelle parti compresse della sezione trasversale che influenzano l’intero comportamento globale dell’elemento.
I fenomeni di instabilità possono interessare l’elemento nella sua interezza (instabilità euleriana e flesso-torsionale), oppure solo una sua parte (instabilità locale).
L’instabilità locale, che si manifesta con l’imbozzamento delle parti di ali e anime soggette a compressione, può essere tale che la sezione non riesca a plasticizzarsi, riducendo così la capacità portante dell’intero elemento e non sfruttando a pieno la riserve di duttilità, fondamentali per una progettazione sismo-resistente. In fase di progettazione è fondamentale classificare le sezioni trasversali degli elementi e valutare se possono essere soggette o meno a questi fenomeni. Si individuano (NTC 2018 4.2.3.1):
- sezioni duttili (classe 1), in grado di plasticizzarsi senza subire riduzioni di resistenza;
- sezioni compatte (classe 2), in grado di sviluppare il proprio momento plastico resistente, ma con limitata capacità rotazionale;
- sezioni semi-compatte (classe 3), nelle quali le fibre esterne della sezione compressa raggiungono lo snervamento, ma i fenomeni di instabilità si innescano immediatamente dopo, rendendo, di fatto, impossibile la plasticizzazione;
- sezioni snelle (classe 4), nelle quali i fenomeni di instabilità avvengono durante la fase elastica, prima del raggiungimento dello snervamento.
La classificazione delle sezioni avviene in base alla loro snellezza, cioè in base al rapporto larghezza-spessore c/t delle parti compresse della sezione e in base al tipo di acciaio. Maggiore è la lunghezza, maggiore deve essere lo spessore, al fine di evitare il verificarsi dei fenomeni di instabilità locale. Ogni sezione è caratterizzata da un massimo valore che può assumere il rapporto c/t, in funzione del parametro adimensionale ε, che tiene conto della resistenza dell’acciaio in esame correlata a quello di base (S235) e in funzione di un coefficiente, che dipende dalle tecnologia costruttiva del profilo e delle condizioni di carico. Le verifiche risultano essere più insidiose all’aumentare della resistenza del materiale e per carichi uniformemente distribuiti.
Instabilità locale: valutazione della resistenza
Per la valutazione della resistenza della sezione si possono utilizzare:
- il metodo elastico, assumendo un comportamento elastico-lineare del materiale, fino al raggiungimento della condizione di snervamento; tale metodo è applicabile alle sezioni di classe 3 e 4, per quest’ultime facendo riferimento alla sola sezione efficace;
- il metodo plastico, attraverso la classica teoria del calcolo plastico a rottura, assumendo che il materiale riesca a plasticizzarsi completamente; tale metodo è applicabile alle sezioni di classe 1 e 2;
- il metodo elasto-plastico, in cui i materiali sono modellati attraverso legami costitutivi bilineari o più complessi; questo metodo si può applicare a qualsiasi tipo di sezione.
L’approccio che attualmente utilizzano le NTC 2018 e gli Eurocodici è quello di considerare separatamente ali e flange e determinare per ognuna di esse la classe di appartenenza. La classe finale sarà la più sfavorevole delle classi delle singole parti, di cui si compone la sezione. Tale approccio considera le instabilità locali tra loro disaccoppiate, schematizzando la sezione come un insieme di lastre tra loro indipendenti.
Metodi più sofisticati per la valutazione dell’instabilità possono derivare da una modellazione più dettagliata del problema facendo riferimento, ad esempio ad azioni cicliche e considerando che nella realtà il comportamento dell’anima e delle ali sono tra loro correlati (instabilità accoppiata).
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