SCHELETRO PORTANTE IN ACCIAIO altezza dovuta al peso inferiore degli elementi in virtù delle...

SCHELETRO PORTANTEIN 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

i à i ì di d l id ll li ll di i lquantità 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 pesoinferiore degli elementi in virtù delle

i i idsezioni ridotte

ifiPeso specifico:Acciaio ≈ 7500 kg/m³Calcestruzzo ≈ 2400 kg/m³

Grattacieli a Chicago, 1948 - 1951

VANTAGGI

Uguale comportamento sia a trazione che a compressione

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

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 eperiodica manutenzione

Scarsa resistenza al fuoco

p

Elevato costo del materialeElevato costo del materiale

Necessità di manodopera specializzata

PROFILATI DI ACCIAIO DI USO COMUNE E LORO IMPIEGO

Compressione, trazione

Compressione, trazione Per sezioni composte

Compressione, trazionep ,

TrazioneTrazione

C i iCompressione, 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 disuso

Saldatura preferibilmente solo in officinaunioni non removibili

Bullonatura facile da eseguirsi in cantiere unione removibile

Chiodatura

I chiodi hanno tronco cilindrico e testa semisferica

P i d i i d ll

I chiodi hanno tronco cilindrico e testa semisferica

Preparazione dei pezzi da collegare:

- Tracciamento

- Foraturadiametro del foro (φ) > 1 mm rispetto a quello del chiodo(φ) p qdistanza dai bordi del pezzo: 1,5 – 3 φdistanza tra i chiodi: 7 – 10 φ

- Riscaldamento dei chiodi (a 1100 – 1200 °C)

M i d i hi di l ib di ( i 950 °C)- Messa in opera dei chiodi e loro ribaditura (a circa 950 °C)

Con la ribaditura il materiale del gambo riempie il foro perCon la ribaditura il materiale del gambo riempie il foro per intero, aumentando di fatto la sezione del chiodo ai fini della resistenza

Bullonatura

I bulloni hanno tronco cilindrico (con estremità filettata perI bulloni hanno tronco cilindrico (con estremità filettata per avvitare il dado e serrare i pezzi) e testa esagonale

Preparazione dei pezzi da collegare:

- Tracciamento

- Foraturadiametro del foro (φ) > 1,5 mm rispetto al diametro del bullone(φ) , pdistanza dai bordi del pezzo: 1,5 – 3 φdistanza tra i bulloni: 7 – 10 φ

- Messa in opera dei bulloni con l’interposizione di due rondelle (una per parte)

- Serraggio a mezzo di chiavi normali o dinamometriche (per garantire la medesima tensione

( p p )

dinamometriche (per garantire la medesima tensione di serraggio a tutti i bulloni)

Saldatura

C l tt i- Con arco elettrico

Una scintilla provoca il passaggio di corrente tra gli l tt di ti di t i ielettrodi posti a distanza minima

Gli elettrodi sono in genere bacchette metalliche h f i h il i l diche forniscono anche il materiale di apporto per

realizzare il cordone di saldatura

Il materiale di apporto è il più possibile simile a quello di base

- Per combustione di gas

Fiamma ossiacetilenica che genera calore per

Il calore provoca la fusione dei pezzi da collegare

Fiamma ossiacetilenica che genera calore percombustione dell’acetilene in una corrente di ossigeno

Il calore provoca la fusione dei pezzi da collegare

In genere si fa uso anche di metallo di apporto

Saldatura

Preparazione dei pezzi da collegare:Preparazione dei pezzi da collegare:

- Tracciamento

Taglio- Taglio

A d i i

- Pulitura

- Accostamento dei pezzi

- Realizzazione del cordone di saldatura

Giunzione degli elementi

- Ad angolo - Di testa - Con sovrapposizione

Travi alveolari

Travi a cassone

Tutti i nodi devono essere a cerniera

Travi reticolari

Tutti i nodi devono essere a cerniera

I baricentri geometrici delle aste devono convergere nello stesso puntoconvergere nello stesso punto

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

Travi reticolari

L i i ld t b ll tLe unioni possono essere saldate o bullonate

Trattamenti protettivi

Contro la ruggine

- Zincatura: procedimento che permette di ricoprire il materiale di uno strato di p p pzinco; 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 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, i ti l i h i id f i l tin 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 compresaLa 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 acquosaVernici mono componenti in emulsione acquosa- Vernici bi-componenti epossidiche

Intervengono sul rivestimento degli elementi portanti, g g paumentando la resistenza delle strutture prima diraggiungere la temperatura di collasso

S l’ i d l f f b iSotto 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 ogniI 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 devep ppessere calcolato in funzione delfattore di massività delle singolestrutture (S/V - rapporto tra la superficiestrutture (S/V rapporto tra la superficieesposta al fuoco e il volume dell’elemento),dal grado di sollecitazione(temperatura critica) dal tipo di(temperatura critica), dal tipo diprofilo 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 alleRappresenta in moltissimi casi una soluzione eccellente grazie alleproprietà fisicochimiche del gesso e del rivestimento realizzato concartone a basso potere calorifico

Intonaci ignifughi

A b di fib i li i lit lit l tiA base di fibre minerali, vermiculite, perlite e leganticementizi, capaci di resistere a temperature elevate (REI 180 e oltre). L’intonaco è applicato a spruzzo susuperfici stabili, pulite e prive di ogni sostanza chepotrebbe pregiudicare la perfetta aderenza (oli, grassi,ruggine, pitture o vernici scrostate, ecc..)

Lo spessore ottimale èdeterminato in funzione delti di t tt d l f tttipo di struttura, del fattoredi massività dell’elementoe del grado di sollecitazione(temperatura critica)

Elementi costruttivi funzionali dello Scheletro Portante in acciaio

FONDAZIONI- FONDAZIONI- PILASTRI- TRAVI

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

- ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO

O OCerniera Permette le rotazioni e trasmette solo il taglio

- NODOIncastro Non permette le rotazioni e trasmette momento e taglio

Capacità di resistenza alle azioni orizzontali

Dipende dalla modalità di esecuzione dei nodiDipende dalla modalità di esecuzione dei nodi

- Tutti 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

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


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

La struttura deve essere progettata in modo da essere isostatica


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

ascensore, setti, ecc.)


Tutti nodi a cerniera con elementi di controventamento- 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

teso

ompresso

com

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 fili d i i d i l

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

profili prodotti industrialmente

- Unione con flange


- Unione con flange


- Unione saldata

A A

A AA-A


- Unione con coprigiunti bullonati

- Unione PILASTRO-PILASTRO

Si d i d l lt d li i i d ll di i iSi 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 saldata senza rastremazione della sezione

A

A

A-A


- Unione saldata con rastremazione della sezione e piastre trasversali


- Unione con coprigiunti bullonati

- Unione TRAVE PRINCIPALE-TRAVE SECONDARIA

- Unione saldata – nodo cerniera


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


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

- Unione TRAVE-PILASTRO a cerniera

Consente la rotazione e trasmette solo forzeConsente 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 saldata


- Unione con flange

- Unione TRAVE-PILASTRO a incastro

È un nodo rigido e trasmette sia forze che momentiÈ 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 saldata


- Unione con flange

- Unione PILASTRO-FONDAZIONE

Fondazioni in c aFondazioni in c.a.

Piastra sufficientemente spessa e rigida (per evitare la punzonatura o l’inflessione) ld t l i d d l il t di t 4 f i ll i i ti f di tisaldata al piede del pilastro predisposta con 4 fori per alloggiare i tirafondi, annegati

nella fondazione in fase di getto del calcestruzzo

BIBLIOGRAFIA

L. Caleca, Architettura Tecnica, Capitolo 4, paragrafo 4.1.6A Petrignani Tecnologie dell’Architettura Capitolo secondo strutture in acciaioA. Petrignani, Tecnologie dell Architettura, Capitolo secondo – strutture in acciaio

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