Analisi tensionale e verifica dei cordoni di saldatura d'angolo (EN 1993-1-8)

Il dimensionamento dei giunti saldati rappresenta una fase cruciale nella verifica strutturale. In applicazioni soggette a severi requisiti di affidabilità, come la carpenteria metallica per settore ferroviario o le infrastrutture civili, i nodi di connessione devono garantire il corretto trasferimento delle sollecitazioni eludendo rotture fragili o plasticizzazioni localizzate non controllate. Tra le tipologie adottabili, la saldatura a cordone d'angolo (fillet weld) risulta la più impiegata in virtù della minor richiesta di preparazione dei lembi rispetto alle saldature a piena penetrazione.

La resistenza effettiva del nodo non dipende unicamente dal calcolo analitico, ma è strettamente legata alla classe di esecuzione prescritta (secondo EN 1090), ai livelli di accettabilità delle imperfezioni (EN ISO 5817) e all'impiego di materiale d'apporto con caratteristiche meccaniche compatibili o superiori a quelle del materiale base. La precisione dimensionale dei componenti, garantibile mediante pre-lavorazioni CNC come la carpenteria taglio laser Roma, è fondamentale per rispettare le tolleranze di accoppiamento e le altezze di gola teoriche.

1. Spessore di gola (a) e requisiti geometrici

Ai fini del calcolo, la sezione resistente di un cordone d'angolo è considerata pari al triangolo inscritto nella sezione trasversale del cordone effettivo. La dimensione di riferimento è lo spessore di gola (a), definito come l'altezza del triangolo misurata dalla radice all'ipotenusa.

Aw = a · leff
Aw Area resistente di calcolo del cordone (mm²). a Spessore di gola del cordone d'angolo (mm). Per norma, a ≥ 3 mm. La prassi progettuale raccomanda generalmente a ≤ 0.7 · tmin per evitare eccessive tensioni residue o distorsioni termiche. leff Lunghezza efficace del cordone (mm). In assenza di appendici di inizio/fine passata, leff si assume pari alla lunghezza totale decurtata di 2a.

2. Il Metodo Direzionale (EN 1993-1-8)

Il Metodo Direzionale valuta lo stato tensionale scomponendo le forze trasmesse dal giunto in componenti proiettate sul piano critico di rottura (piano di gola). La verifica impone che la combinazione delle tensioni normali e tangenziali non superi un limite resistente normativo correlato alla tensione ultima del pezzo più debole.

[σ⊥² + 3 · (τ⊥² + τ∥²)]0.5 ≤ fu / (βw · γM2)

σ⊥ ≤ 0.9 · fu / γM2
σ⊥ Tensione normale perpendicolare al piano di gola (MPa). τ⊥ Tensione tangenziale perpendicolare all'asse del cordone, giacente sul piano di gola (MPa). τ∥ Tensione tangenziale parallela all'asse longitudinale del cordone (MPa). fu Resistenza ultima a trazione nominale del materiale base associato (MPa). βw Coefficiente di correlazione del materiale. γM2 Coefficiente parziale di sicurezza dei collegamenti (NTC 2018: 1.25).

Verifica della tensione media: limiti di validità

L'impostazione analitica che valuta esclusivamente le forze traslate nel baricentro del cordone non costituisce una "verifica di giunto" in senso globale, bensì una verifica di tensione media sul piano di gola. Questo modello semplificato si basa sulle seguenti ipotesi rigorose:

  • Distribuzione uniforme delle tensioni lungo l'asse del cordone;
  • Assenza di concentrazioni degli sforzi e di picchi tensionali locali;
  • Assenza di eccentricità (momenti flettenti e torcenti nulli);
  • Deformabilità nulla delle piastre collegate (ipotesi di corpi rigidi).

Nel caso particolare di un cordone isoscele sollecitato da una forza N ortogonale all'asse e giacente sul piano di uno dei cateti, la proiezione geometrica sul piano di gola a 45° determina la relazione specifica: σ⊥ = τ⊥ = (N / √2) / Aw. Tale equivalenza cessa di essere valida per cordoni asimmetrici o gruppi di saldature complesse.

Proprietà meccaniche nominali (EN 10025)

I valori di resistenza ultima fu dipendono dalla classificazione dell'acciaio e dallo spessore del prodotto. La tabella seguente riporta i valori nominali tipici per laminati di spessore t ≤ 40 mm.

Grado Acciaio Resistenza ultima nominale (fu) [MPa] Coefficiente (βw) Limite resistente normativo (MPa)
S235 360 0.80 360.0
S275 430 0.85 404.7
S355 470 - 510 0.90 417.8 - 453.3
Nota: Il "Limite resistente normativo" riportato in tabella corrisponde al termine fu / (βw · γM2) con γM2 = 1.25. Questo valore definisce la soglia di verifica per la tensione equivalente media sul piano di gola.

Tool didattico: Valutazione tensionale media del singolo cordone

AVVERTENZA PROFESSIONALE: Il calcolatore sottostante costituisce un esempio didattico semplificato del Metodo Direzionale. Non esegue una verifica completa del giunto saldato, ma valuta unicamente la tensione media sul piano di gola di un singolo cordone isoscele. Il modello assume rigorosamente: distribuzione uniforme del carico, assenza di concentrazioni di sforzo, indeformabilità delle piastre e assenza di momenti flettenti o torcenti. Non sostituisce in alcun modo l'analisi strutturale globale di un nodo secondo la normativa vigente.
Geometria in attesa...
Proiezione a 45°: σ⊥ e τ⊥ 0.0 MPa Equivalenza per cordone isoscele
Taglio Longitudinale (τ∥) 0.0 MPa
Tensione Equivalente Calcolata 0.0 MPa Limite Resistente: 0.0 MPa
Attendere...

Scomposizione tensionale sul piano di gola

Rappresentazione didattica del piano di gola e dei vettori tensionali generati nel caso di singola forza N ortogonale.

 

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