Acciaio strutturale: caratteristiche e classificazione

Scopri le caratteristiche dell’acciaio strutturale e la sua classificazione per diverse applicazioni edilizie. Tipi di acciaio, certificazione e accettazione in cantiere

Nel mondo dell’ingegneria civile, l’acciaio strutturale rappresenta un pilastro fondamentale per la creazione di edifici robusti e duraturi. L’impiego di questo materiale nelle costruzioni ha rivoluzionato l’intero settore, grazie alla sua resistenza, duttilità e versatilità. In questo articolo analizzeremo le caratteristiche dell’acciaio strutturale, la sua classificazione e il suo ruolo nella costruzione moderna. Progettare una struttura in acciaio può risultare un’operazione complessa senza l’ausilio di un software calcolo strutturale acciaio che ti consente di modellare strutture semplici e complesse in acciaio o singoli elementi in acciaio all’interno di strutture realizzate con altri materiali e di ottenere disegni esecutivi e verifiche in linea con le norme vigenti.

Cos’è l’acciaio strutturale?

L’acciaio strutturale, comunemente noto come acciaio da costruzione, è un tipo di metallo usato nell’ingegneria civile per la realizzazione di:

• costruzioni metalliche;
• opere in calcestruzzo armato;
• opere in calcestruzzo armato precompresso (acciaio da carpenteria).

Struttura in acciaio – EdiLus-AC

Acciaio strutturale: classificazione basata sulla composizione chimica

La sua resistenza meccanica, duttilità e altre proprietà fisiche e chimiche sono influenzate in modo significativo dalla sua composizione chimica, in particolare dal contenuto di carbonio.

Gli acciai sono classificati in base al loro contenuto di carbonio che determina le loro caratteristiche fondamentali. Le categorie principali sono:

• extra dolci (contenuto di carbonio compreso tra 0,05% e 0,15%);
• semidolci (contenuto di carbonio compreso tra 0,15% e 0,25%);
• dolci (contenuto di carbonio compreso tra 0,25% e 0,40%);
• semiduri (contenuto di carbonio tra 0,40% e 0,60%);
• duri (contenuto di carbonio tra 0,60% e 0,70%);
• durissimi (contenuto di carbonio tra 0,70% e 0,80%);
• extraduri (contenuto di carbonio tra 0,80% e 0,85%).

Acciaio strutturale: designazione

La norma UNI EN 10027-1 stabilisce i sistemi di designazione alfanumerica per gli acciai. La designazione aiuta a comprendere le caratteristiche dell’acciaio e le sue applicazioni specifiche. La sigla inizia con una lettera che indica il tipo di utilizzo dell’acciaio.

Le sigle principali sono:

• B: utilizzato per opere in calcestruzzo armato ordinario;
• Y: utilizzato per opere in calcestruzzo armato precompresso;
• S: utilizzato per carpenterie metalliche.

Un elemento essenziale nella sigla alfanumerica è il valore della tensione di snervamento minima dell’acciaio, espresso in N/mm² (MPa). Questo valore fornisce un’indicazione chiara della resistenza dell’acciaio.

La sigla alfanumerica può includere ulteriori lettere che identificano specifiche caratteristiche dell’acciaio. Ad esempio, per gli acciai utilizzati nelle carpenterie metalliche, la sigla può riportare il valore di resilienza dell’acciaio a diverse temperature. Questo è fondamentale per valutare come l’acciaio risponde alle sollecitazioni in diverse condizioni.

Esempi pratici di designazione

Una sigla come S235JR racchiude molte informazioni sull’acciaio. In questo caso:

• S indica l’uso nelle carpenterie metalliche;
• 235 rappresenta la tensione di snervamento minima (in N/mm²);
• JR indica il livello di resilienza (27 J) a una temperatura di 20°C.

Questo sistema di designazione consente di identificare rapidamente le proprietà dell’acciaio e il suo comportamento sotto diverse condizioni.

Diagramma tensione-deformazione

Il diagramma tensione-deformazione è uno strumento chiave per capire il comportamento dell’acciaio sotto carichi variabili. Il diagramma mostrato come l’acciaio risponde alle tensioni applicate e alle deformazioni risultanti.

Diagramma tensione-deformazione

Acciai duri vs acciai duttili

Gli acciai duri e duttili mostrano tratti diversi nei diagrammi tensione-deformazione:

• acciai duttili presentano una fase elastica lineare iniziale seguita da una fase elastica non lineare; la fase elasto-plastica segue, culminando nel limite di snervamento, oltre il quale il materiale mostra una fase plastica con grandi deformazioni;
• acciai duri hanno una fase plastica più breve o addirittura assente, con un limite di snervamento superiore.

Diagramma tensione-deformazione per l’acciaio duttile e duro

Acciaio per strutture in calcestruzzo armato

L’acciaio per strutture in calcestruzzo armato è costituito da barre tonde, con una lunghezza standard di 12 metri, conosciuti come tondini. Un aspetto cruciale sottolineato dalle NTC 2018 riguarda il processo di qualifica di tali acciai. Il laboratorio responsabile delle prove su questi materiali è tenuto a riconoscere il marchio del prodotto e a attestarne la conformità tramite un certificato, seguendo le linee guida stabilite dalle medesime norme.

La presenza del marchio “acciai da calcestruzzo armato” indica inequivocabilmente che il prodotto ha superato con successo la procedura di qualificazione definita dalle norme vigenti al momento della valutazione. Questo passaggio cruciale garantisce che le caratteristiche del materiale siano in piena sintonia con gli standard richiesti dalla normativa.

Classi e caratteristiche meccaniche

Un punto nodale nell’utilizzo dell’acciaio per cemento armato è la sua classificazione in base alle proprietà meccaniche. Il dm 2018 stabilisce l’utilizzo esclusivo delle seguenti classi di acciaio nervato con aderenza migliorata:

• B450C (acciaio laminato a caldo);
• B450A (acciaio trafilato a freddo).

Le caratteristiche di queste classi sono definite da parametri fondamentali:

• B450C: una tensione di rottura non inferiore a 540 N/mm², una tensione di snervamento non inferiore a 450 N/mm² e un allungamento massimo del 7,5% a carico massimo;
• B450A: una tensione di rottura non inferiore a 540 N/mm², una tensione di snervamento non inferiore a 450 N/mm² e un allungamento massimo del 3% a carico massimo, evidenziando una duttilità inferiore rispetto alla classe precedente.

Un dettaglio di rilievo è la tensione di progetto f_yd inferiore per l’acciaio B450A rispetto a B450C, a causa dell’applicazione di coefficienti di sicurezza specifici. Mentre per B450C, il coefficiente γms è fissato a 1,15, per B450A si aggiunge un ulteriore coefficiente di modello γe = 1,20.

È da notare che l’acciaio B450C, con la sua maggiore duttilità, è l’unica scelta ammessa in zone sismiche, riflettendo l’importanza di materiali che possano affrontare sollecitazioni dinamiche senza compromettere la stabilità strutturale.

Tipologie

Le tipologie di acciaio per calcestruzzo armato, delineato dal Decreto Ministeriale del 14 gennaio 2018, abbraccia diverse forme:

• barre in acciaio tipo B450C (con diametro compreso tra 6 mm e 40 mm) e tipo B450A (con diametro compreso tra 5 mm e 10 mm);
• rotoli in acciaio tipo B450C (con diametro fino a 16 mm) e tipo B450A (con diametro fino a 10 mm);
• reti e tralicci elettrosaldati in acciaio tipo B450C (con diametro compreso tra 6 mm e 16 mm) e tipo B450A (con diametro compreso tra 5 mm e 10 mm).

Acciaio per strutture precompresse

Gli acciai da precompressione, noti anche come acciai armonici, hanno un comportamento che si distingue nettamente rispetto agli acciai destinati al cemento armato tradizionale. Essi presentano:

• elevata resistenza meccanica;
• deformazione plastica relativamente limitata al momento della rottura,
• garantire un adeguato livello di duttilità sotto allungamento.

L’elevata resistenza degli acciai armonici deriva principalmente dalla loro composizione chimica, la quale coinvolge quattro fattori chiave:

• aumento del tenore di carbonio nella lega, passando da circa lo 0,2% degli acciai per cemento armato ordinario (considerati acciai dolci) allo 0,6% tipico degli acciai armonici (considerati acciai duri).
• introduzione di elementi leganti come manganese (0,6-1,7%), silicio (0,2-1,6%), vanadio (0,3%), e cromo (0,3%).
• applicazione di un processo di lavorazione a freddo (tramite trafilatura) per ottenere l’incrudimento.
• trattamento termico di tempra o patentamento.

Classificazioni

Gli acciai per precompressione si presentano in diverse forme, ciascuna adattata alle esigenze specifiche delle strutture. Tra queste:

• filo: prodotto trafilato con diametri variabili tra 5 e 8 mm, disponibile in rotoli lisci o con tacche per migliorare l’aderenza con il calcestruzzo e favorire l’ancoraggio;
• barra: elemento laminato a sezione piena, fornito in rotoli o lunghezze rettilinee di 25 m, spesso con risalti per migliorare l’aderenza;
• treccia: composta da gruppi di fili avvolti ad elica, con diametro, passo e senso di avvolgimento uniformi;
• trefolo: formato da fili avvolti ad elica in uno o più strati intorno a un filo rettilineo, con passo e senso di avvolgimento uniformi per tutti i fili di uno stesso strato.

Acciaio per carpenteria

L’acciaio per carpenteria assume molteplici forme e sfaccettature, dalle lamiere ai profili speciali. Gli acciai laminati si dividono in:

• prodotti lunghi:
  • laminati mercantili, che includono angolari, L, T e altre forme;
  • travi ad ali parallele come HE, IPE e IPN;
  • laminati a U.
• prodotti piani:
  • nastri o coils;
  • lamiere e piatti.
• prodotti cavi:
  • tubi prodotti a caldo.
• prodotti derivati:
  • travi saldate, ricavate da lamiere o nastri a caldo;
  • profilati a freddo, ottenuti da nastri a caldo;
  • tubi saldati, di forma cilindrica o ricavati da nastri a caldo;
  • lamiere grecate, ottenute da nastri a caldo.

Certificazione ed etichetta CE

Per garantire la qualità e la conformità dell’acciaio strutturale, le aziende devono ottenere una certificazione che l’acciaio è stato prodotto secondo standard rigorosi e può essere utilizzato in applicazioni strutturali. In Europa, l’etichetta CE indica che l’acciaio soddisfa i requisiti di sicurezza dell’Unione Europea.

Controlli di accettazione dell’acciaio in cantiere

La qualità dell’acciaio utilizzato per le strutture è un elemento importante per garantire la solidità e la sicurezza degli edifici. Affinché ciò avvenga, il direttore dei lavori gioca un ruolo chiave nell’esecuzione dei controlli di accettazione sull’acciaio consegnato in cantiere. Questo processo, normato dal dm 2018, è fondamentale per assicurare che il materiale rispetti gli standard richiesti e possa essere impiegato in modo affidabile.

I controlli sull’acciaio sono a carico del direttore dei lavori che ha la completa responsabilità dell’accettazione dei materiali.  Se sei un direttore dei lavori devi necessariamente essere presente sul cantiere e aggiornare, tempestivamente, il giornale dei lavori.  Per farlo, puoi utilizzare il software giornale dei lavori direzione lavori che ti consente di compilare il giornale dei lavori e collaborare in cloud con le imprese, RUP, coordinatori della sicurezza in modo efficace.

Prelievo e saggio

Il prelievo rappresenta la prima tappa di questa processo. Un prelievo è costituito da almeno 3 campioni prelevati dalla consegna di acciaio, che verranno successivamente sottoposti a test nei laboratori specializzati. Questi campioni (detti anche provini) sono estratti da spezzoni di profilato aventi una lunghezza di almeno 500 mm. Questo garantisce una rappresentatività significativa del materiale, permettendo di valutarne le proprietà meccaniche in modo accurato.

Prove meccaniche per diverse tipologie di acciaio

Al fine di effettuare le prove meccaniche previste dalla normativa, in base alle tipologie di materiali pervenute in cantiere il direttore dei lavori deve effettuare i seguenti controlli:

• elementi di carpenteria metallica;
• lamiere grecate e profili formati a freddo;
• bulloni e chiodi;
• giunzioni meccaniche.

Il campione deve riportare il marchio identificativo del produttore affinché questo venga riportato sul certificato di prova emesso dal laboratorio che dovrà svolgere le prove meccaniche.

Indirizzo articolo: https://biblus.acca.it/acciaio-strutturale-caratteristiche-classificazione/