La tenacità all'intaglio è la resistenza di un materiale alla frattura fragile in presenza di un difetto, una crepa o una discontinuità geometrica netta, soprattutto in caso di velocità di deformazione elevate (impatto) o a basse temperature. Anche se la specifica ASTM A572 di base non impone test di resistenza all'intaglio, si tratta di una proprietà critica per le travi ad H-in molte applicazioni, invocata attraverso requisiti supplementari.
1. Tenacità del materiale base (non specificata):
Sia l'A572 Gr.50 che il Gr.60, nella loro condizione standard "come-laminato", derivano una buona tenacità intrinseca dalla loro microstruttura a grana fine-ottenuta tramite microlega e laminazione controllata. Tuttavia, senza test specifici, non esiste un valore minimo garantito di assorbimento di energia. Il carbonio leggermente più alto e la microstruttura potenzialmente più grossolana nel Gr.60 possono comportare una tenacità all'intaglio leggermente inferiore rispetto al Gr.50, a parità di tutto il resto. Questo è uno dei motivi per cui il Gr.50 è spesso preferito per le connessioni altamente vincolate in zone sismiche.
2. Richiamo della robustezza Notch: requisito supplementare S5
Per garantire un livello specifico di tenacità, l'acquirente deve specificare "ASTM A572 Grado XX con requisito supplementare S5". Ciò richiede il test di impatto Charpy V-Notch (CVN).
Specifica: Nell'ordine deve essere indicata la temperatura di prova e l'energia minima assorbita. (ad esempio, "S5, Charpy V-Notch, 20 ft-lb min a 40 gradi F").
Temperature di prova comuni: 70 gradi F, 40 gradi F, 0 gradi F, -20 gradi F, -40 gradi F.
Valori energetici comuni: 15, 20, 25, 40 piedi-libbre.
3. Quando è richiesto il test CVN per le travi H-?
È dettato dal codice di costruzione in vigore e dall'ambiente di servizio della struttura:
Costruzione di ponti (AASHTO LRFD): quasi sempre richiesta. La temperatura di prova si basa sulla zona di temperatura di servizio minima del progetto e sullo spessore del materiale.
Strutture edili (AISC 360, AISC 341): richiesto quando la "temperatura di servizio più bassa prevista" è inferiore a una soglia specificata (ad esempio, 40 gradi F o 0 gradi F) e l'elemento è soggetto a sollecitazione di trazione derivante dai carichi primari. Questo si applica spesso a:
Elementi di trazione altamente sollecitati in telai controventati.
Membri con spessori superiori a 1,5 pollici in strutture esposte a climi freddi.
Sistemi di resistenza alla forza sismica-(SFRS) in regioni a sismicità moderata e elevata, secondo lo standard AISC 341, che prevede severi requisiti di tenacità per garantire un comportamento duttile durante un terremoto.
Strutture industriali pesanti: per travi di vie di corsa di gru soggette a carico dinamico/d'urto.
Strutture offshore o nelle regioni fredde: dove il servizio a bassa-temperatura è un dato di fatto.
4. Mezzi metallurgici per ottenere robustezza nelle travi A572 H-:
Per soddisfare i requisiti S5, gli stabilimenti modificano la propria pratica:
Controllo chimico più rigoroso: ulteriore riduzione di zolfo e fosforo.
Raffinazione migliorata del grano: ottimizzazione del TMCR per produrre una dimensione del grano di ferrite ancora più fine.
Normalizzazione (se specificato): mentre l'A572 è tipicamente-laminato, il materiale normalizzato (riscaldato e raffreddato) può offrire una tenacità più uniforme e migliorata attraverso l'affinamento della grana, soprattutto per le sezioni più spesse.
Tabella: Guida applicativa alla tenacità dell'intaglio per travi ad H-A572
| Scenario applicativo | Probabile requisito | Specifica tipica | Motivazione |
|---|---|---|---|
| Edificio commerciale in clima temperato | Spesso non richiesto | Solo base A572 | Le temperature di servizio sono miti, gli stress moderati. |
| Rinforzarsi in un grattacielo-a Chicago | Probabilmente richiesto (sismico, tensione) | A572 Gr.50, S5: 20 piedi-libbre a 40 gradi F | AISC 341 disposizioni sismiche e basse temperature invernali. |
| Trave principale per il ponte dell'autostrada, Michigan | Necessario | A572 Gr.50, S5: 25 ft-lb a 0 gradi F (secondo AASHTO) | Bassa temperatura di servizio, carico di traffico dinamico. |
| Trave della pista della gru pesante | Necessario | A572 Gr.60, S5: 20 piedi-libbre a 70 gradi F | Rischio di carico d'urto e di insorgenza di cricche da fatica. |
5. Implicazioni per la fabbricazione:
Il materiale fornito secondo un requisito S5 ha una robustezza verificata. Ciò non modifica le procedure di saldatura ma fornisce la certezza che il metallo di base e la sua ZTA possono sopportare concentrazioni di sollecitazioni e carichi dinamici senza fratture fragili. Per le applicazioni critiche, la tenacità della-zona interessata dal calore è importante quanto la tenacità del metallo di base, regolata da procedure di saldatura adeguate.
In conclusione, mentre le travi A572 H-possiedono una buona tenacità intrinseca, la tenacità all'intaglio specificata e verificata tramite test CVN è un requisito di sicurezza non-negoziabile per le strutture esposte a freddo, impatto, forze sismiche o fatica ciclica. Il progettista deve valutare le condizioni di servizio e le norme che lo governano per determinare se, e a quale livello, deve essere invocato il Requisito Supplementare S5.