SCHELETRO PORTANTE IN ACCIAIO

Il ferro e le sue proprietà erano già conosciute nei tempi più antichi.Fino a poco tempo fa, tuttavia, non era possibile produrlo a un prezzo così basso e in quantità e pezzi così grandi da poterlo considerare allo stesso livello di pietra e legno (Otto Königer, 1902)

John Paxton, Crystal Palace, Londra 1851

Gustave Eiffel, Torre Eiffel, Parigi 1889

Maggiore altezza dovuta al peso inferiore degli elementi in virtù delle sezioni ridotte

Peso specifico:Acciaio ≈ 7850 kg/m³Calcestruzzo ≈ 2400 kg/m³

Grattacieli a Chicago, 1948 - 1951

VANTAGGI

Valore elevato di tensione (σ) ammissibile rispetto ai materiali di uso tradizionale

Uguale comportamento sia a trazione che a compressione

Minor peso proprio

Minor peso complessivo scaricato in fondazione

Possibilità di coprire luci notevoli

Possibilità di modifiche in corso d’opera a seguito di errori di dimensionamento

SVANTAGGI

Maggiore vulnerabilità agli agenti atmosferici e quindi necessità di protezione e periodica manutenzione

Scarsa resistenza al fuoco

Elevato costo del materiale

Necessità di manodopera specializzata

PROFILATI DI ACCIAIO DI USO COMUNE E LORO IMPIEGO

Compressione, trazione

Compressione, trazione Per sezioni composte

Compressione, trazione

Trazione

Compressione, trazione

Flessione

PROFILATI DI ACCIAIO DI USO COMUNE E LORO IMPIEGO

Flessione

Pressoflessione, trazione, compressione

LAMINATI DI ACCIAIO DI USO COMUNE E LORO IMPIEGO

Piatti - Compressione, trazione; per sezioni composte

Lamiere - non utilizzate per S.P.

SEZIONI COMPOSTE

COLLEGAMENTI

Chiodatura → in disusounioni non removibili

Saldatura → preferibilmente solo in officina

Bullonatura → facile da eseguirsi in cantiere unione removibile

Travi alveolari

Travi a cassone

Travi reticolari

Tutti i nodi devono essere a cerniera

I baricentri geometrici delle aste devonoconvergere nello stesso punto

Se si adottano piastre di collegamento (fazzoletti), esse dovranno essere più piccole possibile per limitare la rigidezza flessionale dei nodi

Travi reticolari

Le unioni possono essere saldate o bullonate

Trattamenti protettivi

Contro la ruggine

- Zincatura: procedimento che permette di ricoprire il materiale di uno strato di zinco; può essere effettuata a caldo (in un bagno di zinco fuso), elettroliticamente (mediante deposizione catodica) oppure a freddo (trattamenti analoghi ad una verniciatura con formulazioni a base di zinco)

- Verniciatura protettiva: vernici a base di minio, un ossido di piombo

- Protezione catodica: utilizzata soprattutto per i tubi interrati e per i depositi sotterranei di carburante; il metodo consiste nel collegare la struttura con un metallo, in particolare magnesio, che si ossida preferenzialmente

Trattamenti protettivi

Contro il fuoco

L’acciaio è un materiale incombustibile, ma le sue caratteristiche meccaniche decrescono con l’aumentare della temperatura, fino al collasso

La temperatura critica delle strutture in acciaio di più comune impiego è compresa tra i 350°C e i 600°C

Interventi:- Vernici intumescenti- Pannellature in gesso rivestito- Intonaci ignifughi

Vernici intumescenti

- Vernici mono-componenti in emulsione acquosa- Vernici bi-componenti epossidiche

Intervengono sul rivestimento degli elementi portanti,aumentando la resistenza delle strutture prima di raggiungere la temperatura di collasso

Sotto l’azione del fuoco formano uno strato carboniosoisolante espanso che protegge il substrato metallico

I prodotti possono essere applicati a pennello o a spruzzo previa rimozione di ogni traccia di grasso, di ruggine o di strati di incoerenti

Lo spessore da applicare deve essere calcolato in funzione del fattore di massività delle singole strutture (S/V - rapporto tra la superficie esposta al fuoco e il volume dell’elemento), dal grado di sollecitazione (temperatura critica), dal tipo di profilo e dal grado di protezione (classe R) che si vuole ottenere

Pannellature in gesso rivestito o in cartongesso

Rappresenta in moltissimi casi una soluzione eccellente grazie alle proprietà fisico-chimiche del gesso e del rivestimento realizzato con cartone a basso potere calorifico

Intonaci ignifughi

A base di fibre minerali, vermiculite, perlite e leganti cementizi, capaci di resistere a temperature elevate (REI 180 e oltre). L’intonaco è applicato a spruzzo su superfici stabili, pulite e prive di ogni sostanza che potrebbe pregiudicare la perfetta aderenza (oli, grassi, ruggine, pitture o vernici scrostate, ecc.).

Lo spessore ottimale è determinato in funzione del tipo di struttura, del fattore di massività dell’elemento e del grado di sollecitazione (temperatura critica)

Elementi costruttivi funzionali dello Scheletro Portante in acciaio

- FONDAZIONI- PILASTRI- TRAVI

- NODI (punti in cui concorrono due o più elementi)- ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO

Cerniera Permette le rotazioni e trasmette solo il taglio→ - NODO

Incastro Non permette le rotazioni e trasmette momento e taglio→

Capacità di resistenza alle azioni orizzontali

Dipende dalla modalità di esecuzione dei nodi

- Tutti i nodi a incastro

La struttura è fortemente iperstatica e resiste bene alle azioni verticali e orizzontali

Metodo oneroso sia economicamente, sia per tempo di impiego della manodopera

Capacità di resistenza alle azioni orizzontali

- Nodi a incastro in numero sufficiente, tutti gli altri a cerniera

La struttura deve essere progettata in modo da essere isostatica

Si realizza un nucleo rigido che resiste bene alle azioni verticali e orizzontali

Capacità di resistenza alle azioni orizzontali

- Tutti nodi a cerniera con presenza di nuclei rigidi in c.a.

La resistenza alle forze orizzontali è affidata a nuclei rigidi in c.a. (vani scala e/o ascensore, setti, ecc.)

Non sempre è possibile

Capacità di resistenza alle azioni orizzontali

- Tutti nodi a cerniera con elementi di controventamento

La resistenza alle forze orizzontali è affidata a nuclei rigidi realizzati a traliccio che ripropongono la figura indeformabile per eccellenza: il triangolo

L’elemento resistente alle azioni orizzontali può essere paragonato a una mensola reticolare posta in verticale e incastrata al piede

Controventamento

Schemi di controventamento

Unioni tra elementi costruttivi funzionali dello Scheletro Portante in acciaio

- Unione TRAVE-TRAVE

Si rende necessaria quando le luci da coprire sono maggiori delle dimensioni dei profili prodotti industrialmente

Va eseguita dove le sollecitazioni (M, T) non sono massime

- Unione con flange

Unione TRAVE-TRAVE

- Unione con flange

Unione TRAVE-TRAVE

- Unione saldata

Unione TRAVE-TRAVE

- Unione con coprigiunti bullonati

Unione PILASTRO-PILASTRO

Si rende necessaria quando le altezze da realizzare sono maggiori delle dimensioni dei profili prodotti industrialmente e ogniqualvolta vi è una rastremazione della sezione del pilastro

Va eseguita dove le sollecitazioni (M, T) non sono massime

- Unione con flange

Unione PILASTRO-PILASTRO

- Unione saldata senza rastremazione della sezione

Unione PILASTRO-PILASTRO

- Unione saldata con rastremazione della sezione e piastre trasversali

Unione PILASTRO-PILASTRO

- Unione con coprigiunti bullonati

Unione TRAVE PRINCIPALE-TRAVE SECONDARIA

- Unione saldata – nodo cerniera

Unione TRAVE PRINCIPALE-TRAVE SECONDARIA

- Unione con profilati angolari (squadrette) bullonati – nodo cerniera

Unione TRAVE PRINCIPALE-TRAVE SECONDARIA

- Unione con profilati angolari (squadrette) bullonati – nodo incastro

Unione TRAVE-PILASTRO a cerniera

Consente la rotazione e trasmette solo forze

Si collega solo l’anima della trave con l’anima o un’ala del pilastro

- Unione con squadrette

Unione TRAVE-PILASTRO a cerniera

- Unione saldata

Unione TRAVE-PILASTRO a cerniera

- Unione con flange

Unione TRAVE-PILASTRO a incastro

È un nodo rigido e trasmette sia forze che momenti

Si collegano sia l’anima che le ali della trave con l’anima o un’ala del pilastro

- Unione con squadrette

Unione TRAVE-PILASTRO a incastro

- Unione con squadrette

Unione TRAVE-PILASTRO a incastro

- Unione saldata

Unione TRAVE-PILASTRO a incastro

- Unione con flange

Unione PILASTRO-FONDAZIONE

Fondazioni in c.a.

Piastra sufficientemente spessa e rigida (per evitare la punzonatura o l’inflessione) saldata al piede del pilastro predisposta con 4 fori per alloggiare i tirafondi, annegati nella fondazione in fase di getto del calcestruzzo

BIBLIOGRAFIA

Dispense dei corsi di Architettura tecnica tenuti dai proff. Giuseppe Margani e Gaetano Sciuto presso il corso di laurea in Ingegneria civile e ambientale dell'Università degli Studi di Catania

L. Caleca, Architettura Tecnica, Capitolo 4, paragrafo 4.1.6

A. Petrignani, Tecnologie dell’Architettura, Capitolo secondo – strutture in acciaio