Vantaggi e caratteristiche delle travi in acciaio

Scopri quali sono tutte le caratteristiche delle travi in acciaio: leggerezza, resistenza, facilità di lavorazione e forme complesse

Le travi in acciaio sono elementi strutturali comunemente utilizzati nell’edilizia, grazie alle loro proprietà meccaniche e alla facilità di lavorazione. Esse offrono numerosi vantaggi, quali resistenza, leggerezza, e facilità di montaggio.

In questo articolo, esploreremo le caratteristiche delle travi in acciaio, con l’obiettivo di fornirti informazioni utili per la professione.

Infine vedremo come è possibile operare con un software per il calcolo strutturale per realizzare il proprio progetto di travi in acciaio.

Immagine di trave in acciaio

Caratteristiche delle travi in acciaio

L’acciaio è un materiale versatile, caratterizzato da alta resistenza, duttilità e durabilità. La resistenza delle travi in acciaio è una caratteristica fondamentale, che ne garantisce la capacità di sopportare carichi elevati. L’acciaio è infatti un materiale altamente resistente, con una resistenza alla trazione di circa 300 MPa. Questa resistenza è garantita dalle normative, che impongono valori minimi per la resistenza a trazione dell’acciaio utilizzato per le travi.

L’acciaio può essere lavorato con diversi processi, come:

  • la laminazione – è un processo di formatura a caldo dell’acciaio, che permette di ottenere profili diversi, come le travi a I o le travi a T;
  • il taglio ad acqua – è un processo di taglio dell’acciaio, che utilizza un getto d’acqua ad alta pressione, e permette di ottenere forme e dimensioni precise;
  • la punzonatura – è un processo di foratura dell’acciaio, che permette di realizzare fori e aperture di dimensioni diverse.

La lavorazione dell’acciaio influenza la resistenza dei nodi, cioè dei punti di connessione tra le travi e gli altri elementi strutturali. I nodi devono essere progettati e realizzati in modo da garantire la resistenza e la durabilità della struttura. La lavorazione dell’acciaio deve quindi tenere conto delle sollecitazioni previste, e delle caratteristiche del materiale, per garantire la resistenza e la durabilità dei nodi.

Un’altra caratteristica di questo elemento strutturale, nasce dal suo utilizzo nell’edilizia sismica. Infatti le travi in acciaio sono spesso preferite alle travi in calcestruzzo armato, grazie alla loro maggiore resistenza e deformabilità. Le travi in acciaio possono essere progettate per resistere alle sollecitazioni sismiche, garantendo la sicurezza delle strutture in caso di terremoti.

Tipologie di travi in acciaio

Esistono diverse tipologie di travi in acciaio, ognuna con caratteristiche specifiche.

Tra queste possiamo menzionare le travi reticolari, le travi a T, le travi a I, e le travi a cassone.

Travi reticolari

Le travi reticolari sono costituite da una serie di montanti e traversi disposti a formare una griglia. Questa disposizione conferisce alla trave una grande resistenza alla flessione e alla torsione. Sono spesso utilizzate in strutture di grandi dimensioni, come ponti ed edifici di grandi altezze.

Le travi reticolari sono composte da diverse componenti, tra cui la corrente superiore (aste orizzontali superiori), la corrente inferiore (aste orizzontali inferiori), montanti (aste verticali) e diagonali (aste inclinate). Queste componenti, disposte in un reticolo triangolare, lavorano insieme per garantire la resistenza e la stabilità della struttura.

Ecco una panoramica dettagliata delle caratteristiche principali delle travi reticolari in acciaio:

  1. efficienza strutturale: le travi reticolari sono progettate per distribuire uniformemente i carichi sulla loro lunghezza, sfruttando la geometria triangolare per massimizzare la resistenza e la rigidità della struttura. Questa disposizione triangolare consente di ridurre al minimo il peso delle travi stesse, garantendo allo stesso tempo un’elevata capacità portante;
  2. leggerezza: grazie alla loro geometria efficiente e alla capacità di utilizzare l’acciaio ad alta resistenza, le travi reticolari in acciaio possono essere progettate per essere leggere senza compromettere la loro resistenza strutturale. Ciò consente una maggiore flessibilità nel design e riduce il carico statico complessivo sull’edificio;
  3. rigidità: la disposizione triangolare delle travi reticolari fornisce una notevole rigidezza alla struttura, consentendo di limitare i movimenti indesiderati dell’edificio sotto carico. Questa rigidità è particolarmente importante in edifici soggetti a vibrazioni o movimenti sismici;
  4. facilità di montaggio: le travi reticolari in acciaio sono spesso prefabbricate in fabbrica secondo le specifiche del progetto e quindi trasportate sul sito di costruzione per il montaggio. Questo metodo di costruzione prefabbricata può accelerare il processo di costruzione e ridurre i costi complessivi del progetto;
  5. adattabilità al design architettonico: le travi reticolari offrono flessibilità nel design architettonico, consentendo la realizzazione di ampie luci senza la necessità di supporti intermedi. Ciò consente di creare spazi interni aperti e flessibili, ideali per molteplici tipologie di edifici, come grandi magazzini, centri commerciali e aree pubbliche.

Trave reticolare

Travi a T

Le travi a T sono costituite da una sezione a forma di T, con un’ala superiore unita ad un’anima centrale (chiamata anche fusto o gambetto). Questa disposizione conferisce alla trave una grande resistenza alla flessione, ma una minore resistenza alla torsione rispetto alle travi reticolari. 

Queste travi fanno parte della famiglia dei laminati mercantili e possono essere prodotte con sezioni trasversali uguali o non uguali, offrendo così una grande versatilità nell’applicazione e diventando popolari in diversi settori industriali.

Durante il processo di laminazione a caldo per la produzione delle travi a T, i prodotti in acciaio primario vengono riscaldati a circa 1100 gradi Celsius per consentire una deformazione drastica dell’acciaio utilizzando pochi cicli di laminazione. Questo processo si occupa principalmente della manipolazione della forma e della geometria del materiale, creando una finitura liscia e attraente sulla superficie del prodotto.

Le travi a T in acciaio possono essere prodotte in diverse misure e spessori, offrendo una vasta gamma di opzioni per le applicazioni strutturali. Queste travi trovano impiego in settori come l’edilizia, l’ingegneria, l’industria ferroviaria, navale, agricola, recinzioni, applicazioni di sicurezza e molti altri settori dove la resistenza, la facilità di lavorazione e la versatilità sono fondamentali.

I vantaggi delle travi a T in acciaio dolce includono la disponibilità universale, la produzione rapida in grandi quantità e a costi relativamente bassi. Il basso contenuto di carbonio e il punto di snervamento dei profili a T in acciaio consentono una facile manipolazione, fabbricazione e lavorazione senza l’uso di macchinari speciali. La semplice manipolazione e il collegamento ad altri materiali aumentano la versatilità delle travi a T, rendendole adatte a una vasta gamma di applicazioni strutturali.

Travi IPE

Le travi IPE, acronimo di “European Profile” (e dove la I richiama la forma della trave), sono elementi strutturali a forma di barra o travi con superficie interna delle flange parallela e dimensioni definite. Qui di seguito vedremo nel dettaglio le caratteristiche di queste travi:

  • forma della sezione: le travi IPE hanno una sezione trasversale a forma di “I”, con due ali una superiore e una inferiore, unite da una parte centrale chiamata anima. Questa particolare forma fornisce alle travi una notevole capacità di resistenza alla flessione, rendendole adatte per reggere sollecitazioni di tipo statico e dinamico;
  • efficienza strutturale: la forma a “I” delle travi IPE le rende particolarmente efficienti dal punto di vista strutturale, permettendo di sopportare carichi e di trasmettere forze all’interno di un edificio in modo ottimale. Questa efficienza consente di realizzare strutture stabili e sicure con una quantità minima di materiale;
  • utilizzo nelle costruzioni di solai: grazie alla loro capacità di sopportare carichi di flessione, le travi IPE sono comunemente utilizzate nella costruzione di solai, dove devono reggere il peso delle strutture sovrastanti e distribuire uniformemente i carichi sui pilastri o le pareti di supporto;
  • varie dimensioni e pesi: le travi IPE sono disponibili in diverse dimensioni e pesi, con varianti che vanno dalle versioni più leggere, come le IPE AAAA fino alla A, alle versioni più pesanti, come le IPE O. Questa varietà consente di scegliere la trave più adatta alle specifiche esigenze del progetto.

Travi profilo IPE

Travi a cassone

Le travi a cassone sono costituite da una sezione a forma di scatola, quindi con una sezione trasversale chiusa con quattro ali laterali e un’anima centrale, che le rende più resistenti e rigide rispetto ad altre forme di travi. Questa disposizione conferisce alla trave una grande resistenza alla flessione, alla torsione e alla compressione.

Le travi a cassone sono spesso utilizzate in strutture di grandi dimensioni, soprattutto nell’ambito infrastrutturale.

Ora vediamo quali sono gli aspetti più importanti, le caratteristiche e le applicazioni delle travi a cassone:

  • costo e complessità: le travi a cassone possono essere più costose e complesse da realizzare rispetto alle travi bitrave, poiché sono più pesanti e richiedono una costruzione più complessa. Tuttavia, diventano competitive se realizzate interamente in officina e se hanno una larghezza contenuta, di solito inferiore a 5 metri;
  • rigidezza torsionale: le travi a cassone sono particolarmente adatte quando è richiesta un’elevata rigidezza torsionale. Questa caratteristica le rende ideali per applicazioni come impalcati in curva o situazioni in cui è necessario ridurre l’altezza dell’impalcato;
  • cassone trapezoidale: rispetto a un cassone rettangolare, un cassone trapezoidale ha il vantaggio di contenere la larghezza del fondo e ridurne la parte non efficace per effetto shear lag. Questo può essere vantaggioso per migliorare le prestazioni strutturali e ridurre i costi;
  • soluzioni alternative: in alcune situazioni, come impalcati molto larghi o curvi, possono essere utilizzate soluzioni alternative alle travi a cassone. Queste includono l’uso di travi reticolari inclinate o di semplici puntoni collegati al fondo del cassone, che possono contribuire a migliorare la rigidezza torsionale e ottimizzare le prestazioni strutturali;
  • irrigidimenti e diaframmi: per garantire la stabilità e la resistenza della sezione a cassone, è spesso necessario utilizzare irrigidimenti come diaframmi o strutture reticolari. Questi elementi vengono posizionati all’interno del cassone per assorbire gli effetti torsionali e garantire la stabilità della struttura.

Trave a cassone

Vantaggi delle travi in acciaio

Ora vediamo una panoramica dettagliata dei vantaggi delle strutture in acciaio:

  • forza e libertà di design: l’acciaio offre agli architetti la possibilità di esprimere la loro creatività grazie alla sua combinazione di forza, durata, precisione e duttilità. Questo permette di esplorare idee innovative e sviluppare nuove soluzioni strutturali, inclusi design, forme, colori e consistenze. La capacità dell’acciaio di piegarsi consente la creazione di forme libere, curve segmentate, facciate, archi o cupole, permettendo di distinguersi nel design architettonico;
  • montaggio veloce ed efficiente: le strutture in acciaio consentono un montaggio rapido ed efficiente in tutte le condizioni di lavoro. I componenti prefabbricati fuori sito possono essere assemblati con un costo minimo di manodopera sul posto, riducendo i tempi di montaggio fino al 40% rispetto ai metodi tradizionali. La leggerezza dell’acciaio consente fondamenta ridotte e più semplici, portando a vantaggi economici e un ritorno anticipato sugli investimenti;
  • adattabilità: le strutture in acciaio possono facilmente adattarsi a modifiche future delle funzioni dell’edificio con costi ridotti. Sono ideali per la rimodellazione e la revisione dell’edificio in base alle specifiche del cliente, consentendo cambiamenti di layout interni o esterni;
  • open space: le sezioni in acciaio offrono un metodo elegante per coprire lunghe distanze, consentendo la creazione di grandi spazi aperti privi di colonne intermedie o pareti portanti. La riduzione del numero di colonne facilita la personalizzazione degli spazi e libera la creatività;
  • riciclabilità: gli edifici realizzati con strutture in acciaio possono essere riutilizzati dopo la demolizione, poiché l’acciaio può essere riciclato all’infinito senza perdere le sue proprietà. Questo riduce gli sprechi e contribuisce alla sostenibilità ambientale;
  • resistenza al fuoco e ai terremoti: le strutture in acciaio sono resistenti al fuoco e possono proteggere efficacemente le persone e le proprietà. In caso di terremoti, la flessibilità dell’acciaio permette alla struttura di piegarsi sotto carichi estremi senza crollare, garantendo la sicurezza degli occupanti;  (Leggi l’approfondimento: “Resistenza al fuoco delle strutture“)
  • rispetto ambientale: le strutture in acciaio sono leggere e meno ingombranti rispetto a quelle in calcestruzzo, riducendo il trasporto e il consumo di carburante. La riciclabilità al 100% dell’acciaio permette il riutilizzo senza lasciare rifiuti, mentre il basso consumo energetico contribuisce alla sostenibilità ambientale.

Come disegnare le travi in acciaio

Vediamo come sfruttare un software per il calcolo strutturale per disegnare e realizzare le travi in acciaio di diverse forme.

 

 

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Pubblicato da Redazione Tecnica

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