La seconda generazione dell’Eurocodice 9 (EN 1999 - “Aluminium Structures”)

L'evoluzione dell'Eurocodice 9 sulla progettazione delle strutture in alluminio

Nei primi anni '90 del XX secolo venne istituita la Commissione CEN/TC 250/SC9 dedicata all'Eurocodice 9 (abbreviato EC9) sulla progettazione delle strutture in alluminio con la presidenza di F.M. Mazzolani e ben presto iniziò l'attività per la redazione della parte generale ENV1999-1-1 del codice. Un'azione parallela venne intrapresa per le parti relative al fuoco (ENV1999-1-2) e alla fatica (ENV1999-2).

Agli inizi del XXI secolo, dopo il completamento della fase ENV, per soddisfare l'esigenza dell'Industria Europea dell'Alluminio di una specifica normativa relativa agli elementi formati a freddo e alle strutture a guscio, furono sviluppate due parti aggiuntive, che portarono allo schema definitivo dell’EC9 (EN1999), composto da cinque parti:

• EN1999-1-1 Progettazione di strutture in alluminio: Regole strutturali generali;
  
• EN1999-1-2 Progettazione di strutture in alluminio: Progettazione strutturale al fuoco;
  
• EN1999-1-3 Progettazione di strutture in alluminio: Strutture soggette a fatica;
  
• EN1999-1-4 Progettazione di strutture in alluminio: Elementi strutturali formati a freddo;
  
• EN1999-1-5 Progettazione di strutture in alluminio: Strutture a guscio.

Le nuove parti 1-4 e 1-5 sono state introdotte visto il notevole impiego degli elementi sottili formati a freddo e delle strutture a guscio in campo civile e industriale, comprese le applicazioni nel settore dei trasporti e dello stoccaggio.  Inoltre, appariva abbastanza strano che tali argomenti, pur ampiamente trattati nell’Eurocodice 3, non fossero affatto considerati nell’EC9.

La prima versione EN venne approvata nel 2007 e poi rivista nel 2009 [1]. Pochi anni dopo (2011) un documento analogo sulle Strutture in Alluminio venne pubblicato dal Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)[2].

Nel 2015 il Comitato Europeo di Normalizzazione (CEN) ha ufficialmente avviato il “Mandato M/515 EN – Mandato della Commissione europea per la modifica degli Eurocodici esistenti e l'estensione del campo di applicazione degli Eurocodici strutturali”, aprendo così la strada alla pubblicazione dei cosiddetti Eurocodici di Seconda Generazione.

Tutte le figure interessate, comprese le società di progettazione strutturale, la comunità scientifica, le associazioni industriali e gli ingegneri, sono state profondamente coinvolte [3,4], con il supporto diretto della Commissione europea e del suo Joint Research Center (JRC).

In questo contesto, è stata prevista la preparazione sia di nuove norme che di nuove parti di norme esistenti, con lo scopo di aggiornare i requisiti prestazionali, migliorando allo stesso tempo la facilità d'uso degli Eurocodici.

In tale ambito, i problemi emersi nei primi anni di applicazione degli Eurocodici sono stati progressivamente risolti in questa nuova stesura dei codici. Il mandato M/515 EN è ufficialmente terminato nel 2022.

Al momento il CEN/TC 250 ha definito un programma di pubblicazione dettagliato che illustra quando saranno avviate le procedure di inchiesta pubblica e di voto formale.

L'EC9 di seconda generazione ha ricevuto il voto formale all’unanimità nel dicembre 2022, mentre tutti gli altri Eurocodici dovrebbero essere ufficialmente disponibili entro il 2025.

L'Eurocodice 9 di Seconda Generazione

Dopo la prima versione EN completata nel 2007, l'EC9 di Seconda Generazione è stato mirato soprattutto ad allargare il campo di applicazione del codice piuttosto che a correggere i relativamente pochi difetti segnalati dagli utenti durante i primi anni di prova.

Per questo motivo, il miglioramento del testo è stato ottenuto principalmente attraverso il conseguimento dei principali obiettivi del mandato M/515 EN, vale a dire:

• la riduzione del numero di parametri determinati a livello nazionale (NDP);
• il miglioramento della facilità d'uso degli Eurocodici, senza ridurne l'applicabilità;
• l'incorporazione di recenti studi, ricerche ed esperienze rilevanti per l'innovazione nella progettazione e nella costruzione;
• lo sviluppo di documenti ausiliari atti a facilitare il feedback da parte delle parti interessate e dei professionisti.

Nel caso dell'Eurocodice 9, le modifiche sono state per lo più previste per la Parte 1-1, non trascurando importanti operazioni di revisione e manutenzione per le altre Parti 1-2, 1-3, 1-4 e 1-5, inclusi il miglioramento, l'aggiornamento e la semplificazione, con alcune nuove aggiunte ove necessario.

I Parametri Determinati a Livello Nazionale (NDP) sono stati ridotti da 89 a 49. Il processo di revisione ha portato all'introduzione di ulteriori tipologie strutturali (ponti, coperture, sistemi composti alluminio-calcestruzzo), nuove tipologie di connessione, nuovi materiali, nuova classe di materiali ai fini dell’instabilità (Classe B), intermedia tra le classi precedenti con le relative curve di instabilità migliorate. Ciò ha comportato l'aggiunta di diversi nuovi allegati annessi al testo principale, con un contestuale miglioramento generale degli aspetti editoriali.

EN1999-1-1 Regole strutturali generali

Questo documento è la prima delle cinque parti della EN1999 e fornisce le regole di progettazione di base per le strutture realizzate con leghe di alluminio da lavorazione plastica, fornendo tuttavia una guida limitata per le leghe di fusione.

È anche il documento più ampio e completo dell'Eurocodice 9, che copre la maggior parte dei problemi strutturali (Figura 1) e fornisce regole di progettazione generiche destinate ad essere utilizzate con le altre parti da EN1999-1-2 a EN1999-1-5.

Nella sua versione finale, è integrato da 22 Allegati, la maggior parte dei quali informativi, che coprono un ampio numero di argomenti specifici associati alle tipologie strutturali in alluminio e alla relativa tecnologia.

Durante l'esecuzione del mandato M/515 EN il documento è stato significativamente rivisto sulla base dei commenti e delle proposte di modifica provenienti dagli utenti. L'insieme di queste osservazioni, accanto alla necessità di ampliare la portata generale del codice, ha portato anche ad incorporare una serie di nuovi argomenti, vale a dire:

• Introduzione di un nuovo materiale (lega EN-AW 5383);

• Introduzione di ulteriori tipologie strutturali (ponti, coperture, strutture composte alluminio-calcestruzzo);

• Introduzione di una nuova classe di materiale di instabilità (Classe B), intermedia tra le classi precedenti, con le corrispondenti nuove curve di instabilità per un’imperfezione iniziale sia di L/1000 che di L/500)(Figura 2);

• Miglioramento e integrazione delle regole per T-stub equivalenti sollecitati a trazione (Figura 3);

• Introduzione di nuovi tipi di connessione come saldature ad attrito (FSW), Bolt channels e Screw gooves (Figura 4);

• Aggiunta di carichi fuori dal piano su strutture in parete piena irrigidite.

Contestualmente sono stati aggiunti alcuni nuovi Allegati, che trattano temi specifici quali: Ponti (Allegato S)(Figura 5); Strutture reticolari spaziali per coperture (Allegato T)(Figura 6); Travi composte alluminio-calcestruzzo (Allegato U)(Figura 7); Condizioni di instabilità modificate (allegato V); Determinazione dell'entità delle zone termicamente alterate (HAZ) dai test di durezza (allegato Q) e perni collegati mediante saldatura ad arco sulla punta (allegato R).

In questo contesto, sono stati inseriti nel Codice nuovi sistemi di connessione al fine di sfruttare le peculiarità dei prodotti in alluminio.

Il sistema di saldatura per attrito Friction Stir Welding (FSW), un innovativo sistema di saldatura brevettato dal Welding Institute di Cambridge (UK), consente la realizzazione di lunghi giunti saldati senza l'utilizzo di materiale di apporto, con un'elevata produttività e un ottimo comportamento a fatica.

Sono stati inoltre aggiunti giunti del tipo Bolt channels e Screw grooves per esaltare le prerogative dei profili estrusi con particolari sistemi di giunzione.

Allo stesso modo, alcuni dei nuovi annessi sono stati aggiunti per la grande rilevanza di alcune categorie strutturali nella realizzazione di nuove opere e nel miglioramento di quelle esistenti.

I ponti in alluminio (allegato S) sono previsti come strutture permanenti o temporanee con applicazioni di rilievo nel campo dei trasporti sia civili che militari. Inoltre, travi miste alluminio-calcestruzzo sono state proficuamente utilizzate nel rifacimento di alcuni ponti storici al fine di ridurre il carico agente sulle pile in muratura esistenti. Infine, è stata riconosciuta l'importanza delle strutture reticolari spaziali (Allegato T) nella costruzione di coperture di grande luce, come dimostrato da un gran numero di esempi in tutto il mondo.

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