Taglio 3D di un elemento a sezione circolare

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TAGLIO LASER 3D PER COSTRUZIONI METALLICHE

La nuova tecnica permette di realizzare geometrie complesse con elevata qualità e precisione della superficie di taglio

3 settembre 2015
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di Oreste S. Bursi, Paolo Scardi e Gabriele Zanon
Oreste S. Bursi e Paolo Scardi sono professori ordinari, Gabriele Zanon è ricercatore presso il DICAM dell’Università di Trento.

L’acciaio occupa da sempre un ruolo importante nel mondo delle costruzioni grazie alle eccellenti proprietà meccaniche e alla sua versatilità: requisiti essenziali per la realizzazione di strutture imponenti e spesso caratterizzate da geometrie complesse. Le strutture tubolari con elementi a sezione circolare (CHS) realizzate negli ultimi anni, coniugando pregio estetico ed efficienza strutturale, ne sono un evidente esempio. Tuttavia, la difficoltà realizzativa delle giunzioni tra elementi CHS, dovuta principalmente al taglio 3D delle estremità degli elementi, è stata una delle principali cause che ha indotto nel passato ad utilizzarli esclusivamente per applicazioni particolari, quali le strutture offshore, dove i vantaggi dovuti agli elementi compensavano le complessità realizzative. Difficoltà che può essere oggigiorno superata utilizzando il taglio laser 3D che consente di realizzare, in tempi ridotti, geometrie complesse con elevata qualità e precisione della superficie di taglio, essenziale per strutture quali la scenografica copertura di metallo e vetro della piazza del Mart, il Museo d’Arte Moderna e Contemporanea di Trento e Rovereto. 

Di recente, inoltre, un’importante evoluzione del quadro normativo ha interessato le costruzioni metalliche tramite le norme tecniche per le costruzioni (NTC2008) prima e la EN 1090 poi, le quali hanno modificato de facto il modo di progettare e costruire le strutture in acciaio. Tra le principali innovazioni dovute alla EN 1090 vi sono l’introduzione del concetto di classe di esecuzione delle strutture in acciaio e dei requisiti minimi dei componenti strutturali lavorati utilizzando le usuali tecniche di lavorazione; il tutto finalizzato al conseguimento della marcatura CE degli elementi strutturali, in accordo con le NTC2008.

L’elevata qualità della superficie di taglio ottenibile con la tecnica laser consente di rispettare i requisiti fissati per la classe di esecuzione più restrittiva (EXC4). Invece, rimangono alcune perplessità per le strutture soggette a fatica ad alto numero di cicli, ponti, gru, ecc., per le quali la EN 1090 propone una correlazione diretta tra la durezza locale HV10 della superficie di taglio e la risposta a fatica. Correlazione che non trova però riscontro nelle evidenze sperimentali degli studi condotti nell’ambito dell’attività di collaborazione tra il Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica (DICAM) dell’Università di Trento e la società Adige-Sys del gruppo BLM-Group di Levico Terme. La collaborazione è finalizzata allo studio degli effetti indotti dal taglio laser e della sua applicabilità su elementi strutturali in acciaio lavorati in accordo con la EN 1090. 

I risultati della ricerca condotta su acciai da costruzione dai nostri gruppi di ricerca hanno dato per il materiale tagliato tramite laser due evidenze: la modesta influenza sulle proprietà meccaniche del materiale con uno spessore limitato, circa 0.15 mm, della zone termicamente alterate; l’ottima risposta a fatica del materiale con valori pressoché identici a quelli dello stesso materiale lavorato meccanicamente, con fresa, nonostante valori di durezza HV10 al limite o superiori a quelli proposti dalla EN 1090. Tali conclusioni confermano una correlazione non stretta tra durezza superficiale e risposta a fatica, e l’importanza del taglio laser per un incremento di competitività delle strutture in acciaio

I risultati sono stati presentati nel workshop “La UNI EN 1090 nella realizzazione di strutture in acciaio e soluzioni costruttive innovative con l’impiego della tecnologia di taglio laser” tenutosi lo scorso giugno presso il DICAM, nel quale si è trattata l’evoluzione del quadro normativo relativo alle strutture in acciaio, dedicando particolare attenzione al taglio laser e a come questo si ponga rispetto alle EN 1090. All’evento hanno partecipato numerosi addetti del settore; il workshop si è concluso con la visita tecnica presso Adige-Sys, che ha permesso di toccare con mano alcuni manufatti significativi.