Strutture in acciaio: tipologie, caratteristiche e nodi

Le diverse tipologie delle strutture in acciaio con tutti i vantaggi e gli svantaggi da tenere in considerazione

L’acciaio è una lega metallica costituita in prevalenza da ferro e carbonio ed altri elementi presenti in piccolissime percentuali. Un aumento in percentuale di carbonio aumenta la resistenza ultima del materiale rendendolo meno duttile. È un materiale da costruzione prodotto attraverso processi industriali e come tale sottoposto a minuziose attività di controllo. Si costituisce quale un materiale omogeneo ed isotropo ed isoresistente.

Viene impiegato per la realizzazione di una vasta gamma di strutture, tra cui: costruzioni in carpenteria metallica, opere in calcestruzzo armato e opere in calcestruzzo armato precompresso. Per modellare strutture semplici e complesse in acciaio all’interno di strutture realizzate con altri materiali e ottenere disegni esecutivi e verifiche in linea con le norme vigenti puoi usare il software per il calcolo di strutture in acciaio.

Collegamenti acciaio – EdiLus-AC

Strutture in acciaio: tipologie

L’acciaio strutturale costituisce una categoria di materiale da costruzione di fondamentale importanza nell’ingegneria civile. La sua integrazione nelle costruzioni ha rivoluzionato l’intero settore edilizio grazie alle sue eccezionali caratteristiche di resistenza, duttilità e versatilità. Nell’ambito delle costruzioni civili che comprendono residenze, uffici, locali e strutture di medie e piccole dimensioni, esistono 3 principali tipologie di strutture metalliche:

• strutture a profilo leggero;
• strutture a profilo UNI;
• strutture a profilo composito.

Strutture a profilo leggero

Le strutture a profilo leggero sono costituite da profili di base realizzati in lamiera sottile, molto simili a quelli impiegati per il cartongesso. Montanti e traversi sono posizionati come nelle tipiche strutture in legno. Questo tipo di costruzione è diffuso nei paesi del nord Europa e anglosassoni, che conservano la tradizione delle case a telaio leggero. La tecnica è emersa perché le maestranze erano abituate a lavorare con seghetto e avvitatore, il che ha spinto il mercato a offrire una soluzione alternativa per ottenere strutture leggere, durevoli e resistenti con la stessa facilità di installazione.

Tuttavia, la versatilità di questa tecnica è limitata quando si cercano di contenere i costi, poiché i profili di piccole dimensioni hanno limitazioni nelle luci, tipiche dell’edilizia tradizionale. In Italia, questa è probabilmente la meno diffusa tra le tecniche e prevede finiture di tipo a secco, senza l’uso di calcestruzzi o malte, utilizzando invece materiali come pannelli in cartongesso, legno, fibrocemento o materiali sintetici.

Strutture a profilo leggero

Strutture a profilo UNI

Queste sono le strutture metalliche più comuni e utilizzano principalmente i profili UNI, noti come putrelle, che sono facili da reperire e lavorare. Questi profili sono estremamente versatili, poiché esistono in una vasta gamma di formati, consentendo di coprire luci notevoli senza richiedere lavorazioni o costruzioni speciali. La facilità di saldatura li rende adatti per la creazione di giunti bullonati, garantendo una posa veloce e robusta. Per modellare e calcolare qualsiasi tipo di giunto di queste strutture puoi usare il software per la verifica dei nodi di acciaio.

L’alta saldabilità di questi profili consente anche la realizzazione di pezzi speciali e personalizzati per la struttura senza costi eccessivi. A seconda delle condizioni e dell’esposizione, potrebbe essere necessario considerare il trattamento della superficie (di solito zincatura per l’esterno e verniciatura per l’interno) se la struttura è esposta all’umidità o alle condense.

Questo tipo di struttura offre una grande flessibilità per quanto riguarda le finiture, con la possibilità di utilizzare sia tecniche “a secco” come nel caso precedente, sia applicare tamponamenti “a umido” utilizzando materiali come laterizio, gasbeton o calcestruzzo.

Struttura a profilo UNI

Strutture a profilo composito

Le strutture a profilo composito comprendono elementi strutturali composti da più parti standard che, quando assemblate, creano un elemento con prestazioni meccaniche speciali. Un esempio noto è la trave reticolare, ottenuta assemblando semplici profili secondo un preciso disegno, il che consente di ottenere elementi strutturali leggeri e altamente rigidi.

Sebbene questa tipologia di struttura sia più costosa a causa dell’elaborata lavorazione prefabbricata rispetto all’uso di semplici putrelle, le prestazioni meccaniche che si possono ottenere sono eccezionali, consentendo di coprire luci libere superiori a 10 metri con elementi relativamente leggeri.

Altre tipologie di profili compositi meno comuni includono quelli calastrellati (composti da reticoli quadrati), alveolati (derivati da travi standard privati di una parte centrale per alleggerirli) e collaboranti (dotati di connettori che permettono agli elementi di fare corpo unico con altri elementi strutturali, siano essi in calcestruzzo, legno o ancora acciaio). In questo caso, la scelta dei materiali di tamponamento è completamente libera, consentendo una vasta gamma di soluzioni di finitura.

Strutture a profilo composito

Strutture in acciaio vantaggi

I vantaggi offerti dall’utilizzo dell’acciaio come materiale da costruzione sono indubbi; tuttavia, la sua diffusione nell’edilizia rimane limitata, sebbene sia ampiamente impiegato in settori come la raccorderia e le infrastrutture. Diversi motivi contribuiscono a questa tendenza, tra cui fattori culturali radicati nella tradizione costruttiva, dove ancora prevalgono materiali come il mattone o il cemento. In realtà, le ragioni per scegliere l’acciaio come materiale da costruzione sono numerose, prima fra tutte la durabilità e la qualità.

Esistono acciai speciali che non richiedono trattamenti protettivi o manutenzione regolare della superficie, anche quando esposti agli agenti atmosferici.

L’acciaio offre la leggerezza necessaria per realizzare ampie campate, massimizzando l’utilizzo dello spazio, motivo per cui è ampiamente adottato nella costruzione di edifici industriali. La sua struttura compatta riduce l’ingombro, contribuendo a tempi di realizzazione notevolmente più brevi rispetto ai materiali tradizionali.

Altrettanto rilevante è la flessibilità che l’acciaio offre in termini di progettazione architettonica. La combinazione di tecnologia, ingegneria e architettura consente la realizzazione di forme e volumi diversificati. Inoltre, l’acciaio può essere facilmente accoppiato con una vasta gamma di altri materiali, ampliando le possibilità creative e progettuali.

Le strutture in acciaio offrono anche vantaggi notevoli in termini di resistenza sismica grazie alla duttilità intrinseca del materiale. Dal punto di vista ambientale, invece, l’acciaio si distingue per il suo lungo ciclo di vita e la sua alta riciclabilità, contribuendo così a ridurre l’impatto ecologico delle costruzioni.

Infine, altri vantaggi sono la facilità di collegamento fra vari elementi che può avvenire tramite saldatura e/o unione bullonata e la capacità di evitare rotture fragili a bassa temperatura.

Svantaggi di una struttura in acciaio

La lavorazione dell’acciaio richiede una manodopera altamente specializzata e certificata, il che può rappresentare un limite in alcune realtà dove le competenze necessarie sono limitate.

Un altro aspetto da considerare è la natura elastica dell’acciaio. Mentre è noto per la sua resistenza, l’acciaio è anche meno rigido rispetto ad alcuni altri materiali da costruzione, il che significa che può deformarsi sotto carichi elevati anziché rompersi. Questo aspetto richiede una progettazione attenta e un dimensionamento preciso degli elementi strutturali per evitare deformazioni indesiderate.

Anche la pianificazione gioca un ruolo importante nell’utilizzo di strutture in acciaio. Poiché molte di queste strutture sono prefabbricate, le decisioni progettuali devono essere prese prima dell’inizio dei lavori. Una volta che la produzione è in corso, non è possibile modificare la posizione di travi e pilastri senza costose alterazioni agli elementi strutturali già realizzati.

Infine, altri svantaggi sono:

• corrosione: l’acciaio, se non opportunamente trattato si espone a fenomeni di ossido riduzione;
• esposizione ad effetti di instabilità: i profilati metallici generalmente impiegati sono particolarmente snelli il che espone gli elementi a fenomeni di instabilità globale e locale;
• resistenza al fuoco: se non opportunamente protetti gli acciai possono presentare il fenomeno di rammollimento ossia l’improvvisa modifica delle caratteristiche meccaniche per effetto dell’incremento di temperatura dovuto, ad esempio, agli incendi.

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