Come i produttori di metalli possono gestire la distorsione nella piegatura del profilo

Gli studenti che studiano all'Illinois Institute of Technology si godono la tranquillità. Un tubo ellittico, costituito da numerosi elementi curvi, attutisce il rumore dei treni in transito. Immagine: AISC

Ogni volta che Ken Pecho passeggia nel campus della sua alma mater, l'Illinois Institute of Technology (IIT) vicino al centro, alza lo sguardo. Quando un treno CTA percorre i binari, si gode la quiete. Certo, il treno non è silenzioso, ma è molto più silenzioso di quanto lo sarebbe altrimenti grazie a un tubo ellittico che funge da sorta di silenziatore, realizzato presso il datore di lavoro di Pecho, la Chicago Metal Rolled Products (CMRP), un rullo piegatore che è stato formando piastre, angolari, tubi, profili e travi strutturali da oltre 100 anni. Intorno ai binari del CTA, quella struttura ellittica, composta da numerosi elementi curvi, smorza il rumore dei treni in transito, con grande sollievo degli studenti dell'IIT che studiano in un edificio a pochi metri di distanza.

Pecho ha ricordato questa storia durante una presentazione alla NASCC Steel Conference 2019, tenutasi a St Louis e organizzata dall'American Institute of Steel Construction (AISC). Durante una presentazione alla conferenza, ha tenuto quella che allora era una nuova pubblicazione AISC, "Design Guide 33: Curved Member Design".

"Questa dovrebbe davvero essere considerata la bibbia del membro curvo", ha detto. "Se produci metalli curvati nel tuo programma quotidiano, questo è qualcosa che dovresti avere nella tua biblioteca."

La guida alla progettazione approfondisce l'argomento della presentazione di Pecho, uno che è diventato sempre più importante per le operazioni di calandratura che negli ultimi anni hanno visto un picco significativo della domanda di profili curvi, inclusi tubi tondi, ellittici, quadrati e rettangolari; profili aperti; e travi strutturali. Il discorso di Pecho copriva la distorsione.

"La preoccupazione numero 1 che vediamo con i metalli curvati è la distorsione", ha detto. "Ma non possiamo eliminare completamente la distorsione. Semplicemente non è possibile. Quindi, ora la domanda diventa: come progettiamo per la flessione? Cosa possiamo fare per favorire il risultato positivo di un elemento curvo?"

I progetti di maggior successo, incluso quel tubo ellittico curvo che circonda i binari del treno CTA, sono stati progettati pensando alla distorsione. Pecho ha ricordato un lavoro in cui un tubo curvo rettangolare veniva unito a un tubo rettangolare dritto, una situazione in cui i problemi di distorsione sarebbero stati immediatamente evidenti, soprattutto considerando il raggio stretto del tubo curvo.

La forma del tubo rettangolare si sposterebbe solo leggermente, quindi la forma distorta del pezzo da solo non sarebbe evidente. Ma questo non era il caso del saldatore che doveva accoppiare insieme i pezzi curvi e diritti. La soluzione prevedeva un compromesso: l'officina ha piegato il profilo, ma poi ha lasciato diversi metri di una sezione diritta non piegata vicino all'estremità del tubo. Il produttore quindi taglia il tubo a pochi centimetri davanti alla curva, appena lo spazio sufficiente per dissipare gli effetti di distorsione nella sezione curva, riportando il diametro del tubo alla sua dimensione nominale.

Fortunatamente, in questa situazione, la connessione, nascosta dietro un muro, non era esteticamente critica. Se così fosse, i progettisti avrebbero dovuto riconsiderare il tipo o il design della connessione. Anche in questo caso, la distorsione del pezzo curvo non era evidente. Ma unito ad un membro dritto, gli effetti di distorsione erano evidenti. Tali difetti estetici potrebbero non avere importanza. Indipendentemente da ciò, riconoscere e pianificare quella distorsione sulla parte anteriore, prima che qualsiasi metallo venga piegato, può avere molto senso.

La nuova guida AISC specifica in che modo i diversi livelli di distorsione influiscono sulla forza di un membro. Per calcolare determinati attributi di resistenza di una trave a I curva, ad esempio, dividere il delta di planarità (differenza dal valore nominale) che la distorsione crea per lo spessore del materiale. I risultati fino ad un certo punto non mostrano alcun cambiamento significativo nella forza del membro; ma quando la distorsione cresce oltre quel punto, il membro si indebolisce. La distorsione localizzata può essere particolarmente problematica. Tutti questi calcoli dipendono, ovviamente, dai requisiti di resistenza dell'applicazione e la guida alla progettazione AISC illustra tutte le specifiche.