Caratteristiche, tipologie e dimensioni dei profili d'acciaio per l'edilizia

NEWS DI Materiali edili07 Settembre 2018 ore 10:59
I profili prefabbricati in acciaio vengono utilizzati nella struttura portante di edifici di nuova costruzione e nel miglioramento sismico di edifici esistenti.

Il ferro e l'acciaio nell'architettura d'avanguardia


Il vetro, il ferro e il cemento armato sono stati gli indiscussi protagonisti dell'architettura d'avanguardia fin dalla seconda metà del XIX secolo, contribuendo anzi a definire il linguaggio del Movimento Moderno.


Edificio residenziale di Marina di Grosseto con struttura in acciaio, by Fondazione Promozione Acciaio

Edificio residenziale di Marina di Grosseto con struttura in acciaio, by Fondazione Promozione Acciaio

Edificio residenziale di Marina di Grosseto con struttura in acciaio, by Fondazione Promozione Acciaio
Edificio in acciaio del Centro Arti e Scienze Fondazione Golinelli, by Fondazione Promozione Acciaio

Edificio in acciaio del Centro Arti e Scienze Fondazione Golinelli, by Fondazione Promozione Acciaio

Edificio in acciaio del Centro Arti e Scienze Fondazione Golinelli, by Fondazione Promozione Acciaio
Struttura in acciaio del Centro Arti e Scienze Fondazione Golinelli, by Fondazione Promozione Acciaio

Struttura in acciaio del Centro Arti e Scienze Fondazione Golinelli, by Fondazione Promozione Acciaio

Struttura in acciaio del Centro Arti e Scienze Fondazione Golinelli, by Fondazione Promozione Acciaio
Campus universitario di Novara con struttura in acciaio, by Fondazione Promozione Acciaio

Campus universitario di Novara con struttura in acciaio, by Fondazione Promozione Acciaio

Campus universitario di Novara con struttura in acciaio, by Fondazione Promozione Acciaio
Struttura in acciaio del Campus Universitario di Novara, by Fondazione Promozione Acciaio

Struttura in acciaio del Campus Universitario di Novara, by Fondazione Promozione Acciaio

Struttura in acciaio del Campus Universitario di Novara, by Fondazione Promozione Acciaio
Struttura in acciaio della torre BBVA Bancomer di Città del Messico acciaio, di Fondazione Promozione Acciaio

Struttura in acciaio della torre BBVA Bancomer di Città del Messico acciaio, di Fondazione Promozione Acciaio

Struttura in acciaio della torre BBVA Bancomer di Città del Messico acciaio, di Fondazione Promozione Acciaio
Struttura in acciaio di un'area archeologica a Malta, di Fondazione Promozione Acciaio

Struttura in acciaio di un'area archeologica a Malta, di Fondazione Promozione Acciaio

Struttura in acciaio di un'area archeologica a Malta, di Fondazione Promozione Acciaio
Struttura in acciaio di un'area archeologica a Malta, by Fondazione Promozione Acciaio

Struttura in acciaio di un'area archeologica a Malta, by Fondazione Promozione Acciaio

Struttura in acciaio di un'area archeologica a Malta, by Fondazione Promozione Acciaio
Struttura in acciaio della torre BBVA Bancomer di Città del Messico acciaio, di Fondazione Promozione Acciaio

Struttura in acciaio della torre BBVA Bancomer di Città del Messico acciaio, di Fondazione Promozione Acciaio

Struttura in acciaio della torre BBVA Bancomer di Città del Messico acciaio, di Fondazione Promozione Acciaio
Struttura in acciaio della torre BBVA Bancomer di Città del Messico acciaio, by Fondazione Promozione Acciaio

Struttura in acciaio della torre BBVA Bancomer di Città del Messico acciaio, by Fondazione Promozione Acciaio

Struttura in acciaio della torre BBVA Bancomer di Città del Messico acciaio, by Fondazione Promozione Acciaio

Il ferro in particolare, dapprima sotto forma di ghisa e successivamente di acciaio, ha avuto un ruolo fondamentale nella costruzione degli edifici simbolo dell'era industriale come grandi capannoni, centri commerciali, stazioni ferroviarie e grattacieli.

Questa tendenza non è mai tramontata e anzi l'acciaio è l'unico materiale attualmente disponibile per la struttura portante di edifici eccezionalmente alti e arditi come le Petronas Tower di Kuala Lumpur (452 metri) o il Burj Khalifa a Dubai, che con i suoi 830 metri è la costruzione artificiale più alta del mondo.

Struttura in acciaio della torre BBVA Bancomer, by Fondazione Promozione Acciaio
Inizialmente gli elementi strutturali in ghisa o acciaio, spesso con decorazioni floreali tipiche dello stile liberty, venivano realizzati su misura per fusione a stampo, ma già negli anni '30 con lo sviluppo di grattacieli sempre più alti si diffusero i profilati industriali molto simili a quelli odierni.


Applicazioni, vantaggi e svantaggi dei profili in acciaio per l'edilizia


Le principali applicazioni dei profilati in ferro o acciaio sono ovviamente gli usi strutturali, sia per l'esecuzione di infrastrutture ed edifici molto grandi, sia per costruzioni decisamente più modeste come tettoie, pensiline o soppalchi. La Fondazione Promozione Acciaio, che ha scopi di studio, ricerca e divulgazione, presenta sul proprio sito internet un'ampia raccolta di realizzazioni particolarmente interessanti.

Prefabbricazione di una struttura in acciaio, by Fondazione Promozione Acciaio
I profili metallici sono molto comuni anche per la realizzazione di:

  • cordoli sommitali nel miglioramento sismico degli edifici storici;

  • architravi di porte e finestre, soprattutto in edifici esistenti;

  • cerchiature per l'apertura di nuove bucature nelle murature portanti degli edifici esistenti;

  • consolidamento di vecchi solai in legno, specialmente con funzione di rompitratta per le travi maestre.

Profilato in acciaio tipo UPN con sezione a C, by Ferrosider

Questo materiale presenta infatti numerosi vantaggi:

  • un'altissima standardizzazione con tolleranze dimensionali estremamente piccole, che rendono possibile un grandissima precisione sia in fase progettuale che di esecuzione;

  • la prefabbricazione spinta, particolarmente vantaggiosa nelle realizzazioni più complesse perché si possono assemblare fuori opera anche elementi completi come capriate o travi reticolari;

Tipici profilati in acciaio: HE, UPE e IPN, by Gruppo Beltrame

  • prestazioni meccaniche eccellenti, con un'altissima resistenza a trazione e compressione;

  • elasticità;

  • duttilità;

  • scarso peso in relazione alle sollecitazioni meccaniche sopportate grazie alle piccole dimensioni degli elementi portanti;

  • ottima lavorabilità soprattutto in relazione al taglio a misura dei pezzi e all'esecuzione di giunzioni saldate o bullonate.

Non bisogna però trascurare due possibili criticità.

Innanzitutto l'acciaio è soggetto al degrado dovuto alla corrosione in seguito all'esposizione agli agenti atmosferici, soprattutto la pioggia, l' umidità di condensa e l'aria satura di salsedine.
L'inconveniente è tuttavia risolvibile con un'accurata manutenzione e l'adozione di trattamenti superficiali come la zincatura, l'applicazione di vernici protettive o l'uso di profili in acciaio inox.

Anche il comportamento al fuoco non risulta ottimale, perché una struttura in acciaio può collassare già a 500-600 °C, facilmente raggiungibili in un grande incendio.

Occorre dunque proteggere gli elementi strutturali con i sigillanti intumescenti, costituiti da speciali vernici che ad alte temperature si espandono rapidamente isolando l'acciaio.


Profilati in acciaio: formati, caratteristiche e prestazioni


L'acciaio è una lega di ferro e carbonio; il contenuto in carbonio ne determina la qualità.
Gli acciai da carpenteria metallica, cioè specificamente utilizzati nella costruzione di strutture portanti e dispositivi di fissaggio come bulloni o rivetti, sono generalmente di tipo dolce (contenuto in carbonio compreso tra lo 0,25 e lo 0,40%) oppure semidolce, con una percentuale di carbonio compresa tra lo 0,15 e lo 0,25%.

Profilato in acciaio con sezione a T, by Ferrosider

I prodotti siderurgici per l'edilizia sono essenzialmente costituiti dalle lamiere lisce, nervate o grecate utilizzate soprattutto per la costruzione degli impalcati di passerelle e solai o il tamponamento delle pareti verticali in capannoni ed edifici industriali; dalle piastre, molto utili per l'esecuzione dei fazzoletti di raccordo nelle giunzioni delle travi reticolari o dei nodi travi e pilastri, e infine dai profilati a sezione chiusa oppure aperta.

Questi ultimi sono di gran lunga i più diffusi. Le loro caratteristiche peculiari come dimensioni, area, massa, superficie verniciabile, moduli e raggi d'inerzia e moduli di resistenza sono contenuti in un'apposita tabella definita sagomario.

Profilato in acciaio tipo IPE, by Ferrosider
I formati più ricorrenti, facilmente reperibili nei cataloghi delle aziende specializzate come Ferrosider o il Gruppo Beltrame, sono:

  • profili tubolari a sezione ovale o circolare, particolarmente adatti per la costruzione di pilastri o elementi di travi o strutture reticolari;

  • scatolari a sezione quadrata o rettangolare;

  • profili a T;

  • UPN/UPS con sezione a forma di C, utilizzati soprattutto per la realizzazione dei cordoli sommitali negli interventi di miglioramento sismico degli edifici storici;

Profilati in acciaio a forma di L ad ali ineguali, by Gruppo Beltrame

  • IPN o longarina, la cui forma ricorda una I maiuscola: veniva utilizzata ad esempio nei solai a voltine degli edifici costruiti tra la fine del XIX e l'inizio del XX secolo;

  • IPE, dalla tipica sezione a doppio T con ali strette;

  • profili HE, a loro volta disponibili nelle due versioni HEA ed HEB: a forma di doppio T con ali larghe, si differenziano per il diverso spessore delle ali e costituiscono le travi in acciaio più diffuse;

  • profili a L con ali uguali o ineguali, molto adatti per il consolidamento delle travi in legno.

Le giunzioni degli elementi strutturali, e in particolare l'unione di più profili o i nodi trave-pilastro possono essere di tre tipi: giunzioni chiodate, attualmente cadute in disuso ma ancora visibili ad esempio nella Torre Eiffel, bullonate o saldate.

Profilo ad L con ali uguali, by Ferrosider
Le giunzioni saldate sono generalmente eseguite in officina grazie alla migliore praticità, velocità e precisione e ai minori rischi d'incendio ottenibili in questo modo.

Sono inoltre irreversibili perché non è possibile separare due pezzi saldati senza danneggiarli.
La saldatura si ottiene riscaldando le estremità dei pezzi fino a fusione mediante un arco elettrico o una fiamma ossiacetilenica e rinforzando l'unione con un cordone di metallo dello stesso materiale dei pezzi.

Per essere sicura ed efficace, la saldatura va quindi progettata accuratamente calcolando con precisione i punti, il numero, la lunghezza e il diametro dei cordoni di saldatura.

Saldatura di un elemento strutturale di acciaio
La lavorazione prevede numerose fasi: dapprima il tracciamento delle linee di taglio dei pezzi e la posizione dei cordoni di saldatura; poi il taglio a misura dei pezzi con appositi macchinari e la pulizia con dischi abrasivi per asportate qualsiasi traccia di polvere o schegge non ben coese.
Si eseguono infine i cordoni di saldatura.

Le unioni bullonate vengono invece realizzate in cantiere e risultano reversibili, perché si possono smontare gli elementi recuperando il materiale.
Il dispositivo di fissaggio è costituito da bulloni di acciaio con gambo cilindrico filettato e testa esagonale, a cui viene serrato un dado esagonale con annessa rondella.
Queste giunzioni richiedono ovviamente la sovrapposizione dei pezzi e sono spesso realizzate con l'ausilio di piastre, giunti a bicchiere o tasche con sezione a U per migliorare aderenza.

Esempi di giunzioni bullonate tra profili di acciaio, by Fondazione Promozione Acciaio
Anche in questo caso è necessaria una progettazione accurata soprattutto per quanto riguarda la scelta del numero e del diametro dei bulloni e la loro disposizione, che deve avvenire preferibilmente a quinconce per evitare la formazione di lesioni per il rifollamento dei fori.

La lavorazione prevede dapprima il tracciamento delle posizioni dei fori per i bulloni sugli elementi da unire, poi l'esecuzione dei fori con un diametro maggiore di 1,5 mm di rispetto al gambo del bullone e successivamente il posizionamento dei bulloni con l'interposizione di una rondella per ciascun lato. Si passa infine al serraggio dei bulloni con chiavi normali o dinamometriche, in grado di garantire la medesima tensione di serraggio a tutti i bulloni.

riproduzione riservata
Articolo: Profili di acciaio per l'edilizia
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