Costruzioni civili ed industriali in acciaio

Travi Laminate
I profili IPE e HE impiegati per le travi e le colonne, sono disponibili presso i centri di distribuzione e di servizio in tempi brevi, già pre-lavorati con avanzate tecniche di taglio a misura e di taglio laser, foratura, saldatura e piolatura. I centri di servizio sono in grado di punzonare, forare, ossitagliare, intagliare, tagliare con sega a freddo, applicare una controfreccia, raddrizzare, curvare, calandrare, saldare e fissare connettori ai profili, i quali possono essere forniti sabbiati e ricoperti di una mano di vernice (primer) e/o con trattamento di zincatura.

Profili Cavi
I profili tubolari (circolari, quadri, rettangolari) vengono sempre di più utilizzati quali elemento strutturale, dato il gradevole impatto visivo che questo tipo di profilo offre al progetto. I profili cavi possono essere: laminati a caldo e formati a caldo (prodotti mediante processi di deformazione a caldo in accordo con la norma UNI EN 10210) – in questo caso si tratta di profili chiusi senza saldatura, circolari, quadri e rettangolari; tubi saldati, laminati a caldo e formati a freddo ottenuti in seguito ad un processo di deformazione di laminati piani e successiva saldatura (longitudinale o elicoidale), in accordo alla norma UNI EN 10219. I profili tubolari per strutture devono essere prodotti in conformità con le normative suddette.

Travi alveolari
Le travi alveolari sono profili con forma a doppio T laminati e successivamente tagliati e riassemblati: sono utilizzati prevalentemente nelle strutture per tetti, solai ed orizzontamenti in genere. La particolare conformazione delle travi alveolari permette una maggiore leggerezza rispetto alle travi tradizionali, con una conseguente diminuzione del peso della struttura, un più agevole montaggio e un migliore alloggiamento e manutenzione delle tubazioni e degli impianti tecnologici.
Possono essere utilizzati sia elementi semplici (con sezione trasversale ad altezza costante), che elementi con accorgimenti particolari: ad altezza variabile, ad andamento curvilineo e/o con connettori presaldati sulla flangia superiore.

Travi IFB, SFB, ASB
Le travi integrate in spessore di solaio, si presentano come una nuova concezione di struttura in carpenteria metallica: solai con presenza di elementi totalmente o parzialmente prefabbricati (lamiera grecata o elementi precompressi alveolari) abbinati a delle travi a doppio “T” asimmetriche, realizzate mediante la saldatura di un piatto ai profili “H” o doppio “T” con successivo getto di completamento. Il piatto può sostituire la flangia inferiore o superiore del profilo di partenza o essere saldato al profilo intero rinforzando e aumentando la dimensione dell’ala inferiore. Questo sistema offre notevoli vantaggi tecnici ed economici: utilizzo di elementi prefabbricati, alleggerimento della costruzione, semplicità di esecuzione, minor costo, maggiore protezione al fuoco.

4a – Struttura mista acciaio-calcestruzzo: lamiera grecata per solai collaboranti
La soluzione più ricorrente è il solaio in lamiera grecata con sovrastante getto di calcestruzzo collaborante. Le lamiere grecate (spessore minimo 0,8 mm) sono caratterizzate dalla presenza di “tacche” sull’elemento verticale della greca per l’ancoraggio con il calcestruzzo. Assicurano elevate prestazioni strutturali, contenuto spessore complessivo, produttività del cantiere. Le lamiere grecate vengono anche impiegate impiegate con funzione di semplice cassaforma a perdere.

4b – Solai “a secco” in lamiera grecata
Le lamiere grecate possono essere impiegate per solai “a secco” a vantaggio di una maggiore industrializzazione del cantiere.

La “doppia pelle” di vetro permette mediante meccanismi termoregolati di sfruttare la ventilazione naturale e meccanica: massimizzando l’apporto energetico in inverno e alleggerendo il consumo in estate. In questo modo si limitano i carichi termici interni e vengono contenuti i consumi di energia.

Sostegno della “doppia pelle” e tiranti
Il sostegno ed i tiranti della “doppia pelle” in vetro possono essere eseguiti con delle barre piene (sezioni quadrate, esagonali, ottagonali, o aventi la forma di un poligono regolare), con tubolari di piccolo diametro, con laminati mercantili, con barre di forma speciale e/o con profili piegati a freddo. Possono essere impiegate anche barre di acciaio inox.

Lamiere per rivestimento
La varietà delle lamiere in commercio, permette una vasta scelta tra lamiere zincate, zincate alluminate, verniciate, in acciaio inox, acciaio autopatinabile, ecc., alle quali si aggiunge anche l’impiego di grigliati. Con le lamiere è possibile realizzare pannelli prefabbricati coibentati. Contribuiscono alle diverse soluzioni architettoniche quali le facciate continue, i pannelli fonoassorbenti per interni, gli elementi frangisole, ecc. In particolare, le lamiere forate e stirate sono prodotti dalle elevate potenzialità di impiego per rivestimenti esterni. Si trovano in commercio particolari lamiere microforate, che permettono in funzione della propria disposizione rispetto al sole, di proteggere in modo passivo l’edificio, creando un ombreggiamento ed un effetto schermante che favorisce la creazione di un microclima interno bilanciato naturalmente.

Pareti in pannelli metallici coibentati
Sono prodotti industrializzati finiti realizzati per una veloce posa in opera in cantiere. Proprietà: leggerezza, esiguo spessore a vantaggio del maggior spazio utile, isolamento termo-acustico, rapido montaggio, superfici a facciata continua (con giunto “nascosto”), cromatismo per l’ampia gamma di colori dei paramenti in acciaio zincato preverniciato o inox preverniciato, durabilità. Enormi potenzialità nella realizzazione di involucri ventilati.

Struttura di sostegno dei rivestimenti
Profili aventi spessori compresi tipicamente fra 0,5 e 3,0 mm, prodotti formati a caldo (laminati mercantili), piccoli angolari (“L” a lati uguali e disuguali), “T”, “U”, profilati speciali (ad esempio: profilati a “Z”, profilati a “T” con ali disuguali, ecc.) e/o profili sottili (formati a freddo) hanno il compito di sostenere gli elementi di tamponamento, rivestimento e/o copertura.

Sono pannelli prefabbricati con doppio paramento in acciaio zincato preverniciato oppure inox o altro metallo, con interposto materiale isolante. Ampia gamma tipologica, abbattimento termico ed anche acustico, resistenza meccanica e leggerezza, agevole messa in opera, durabilità. Offrono numerosi vantaggi nella sicurezza antincendio sia in merito alla reazione al fuoco (con isolante in poliuretano o polistirene) che per richieste di resistenza al fuoco (con isolante in lana minerale). Utilizzo crescente negli interventi di bonifica delle obsolete e fuori legge coperture in lastre di cemento-amianto. Disponibilità in pannelli piani e curvi, oltre che per il fotovoltaico.

I collegamenti delle strutture possono essere effettuati mediante giunzioni saldate (effettuate in cantiere o in officina) o giunzioni bullonate.

Zincatura a caldo
È di fondamentale importanza garantire nel tempo la funzionalità, la sicurezza e la fruibilità delle strutture in acciaio. La ruggine, se lasciata libera di agire, riduce la vita utile dell’acciaio e ne deteriora le caratteristiche. Il trattamento anticorrosivo con il miglior rapporto costo/protezione/durabilità è la zincatura a caldo. L’azione anticorrosiva offerta dalla zincatura a caldo è di tipo sia passiva che attiva ed ha la capacità di proteggere anche le superfici interne di un manufatto. Durante la fase di zincatura si forma una vera e propria lega ferro-zinco per cui lo strato protettivo resta tenacemente aderente all’acciaio. Una strategia protettiva duratura come la zincatura, definita già in fase di progetto, comporta un risparmio essenziale in termini di risorse naturali ed energetiche oltre che economiche, vengono infatti evitati ripetuti e costosi cicli di manutenzione. La vita utile delle strutture in acciaio può tranquillamente superare i 50 anni ed in alcuni casi oltre il secolo.

Azione combinata della zincatura a caldo e della verniciatura
È un sistema che integra e perfeziona l’azione combinata della zincatura a caldo e della verniciatura a polvere in unico trattamento che permette di ottenere come risultato finale il massimo della protezione e della vita dei manufatti, minimizzando
i costi di manutenzione. Ricorrere a questo tipo di sistema di protezione diviene fondamentale se si intende contrastare severe condizioni ambientali ed è ottimo quando il risultato cercato è quello di ottenere un’eccellente finitura, anche dal punto di vista estetico, senza rinunce in termini di protezione.

Il sistema strutturale si basa sull’impiego di componenti strutturali ottenuti mediante piegatura a freddo di lamiere sottili, opportunamente collegati tra loro per la realizzazione di sistemi intelaiati portanti. La particolarità di tale sistema sta nell’utilizzare un unico profilo per la realizzazione di ciascuna delle sue componenti strutturali (Fig. 1 e Fig.2).

La novità e la complessità d’utilizzo di elementi formati a freddo in ambito strutturale richiede un’esaustiva caratterizzazione del comportamento meccanico del sistema, ottenibile solo mediante prove sperimentali.

A titolo di esempio, L’Università degli Studi di Trento, in collaborazione con il  produttore*, ha condotto campagne sperimentali che interessano le diverse componenti di questa tipologia strutturale.

In particolare, le fasi della ricerca hanno riguardato:

• lo studio della geometria del profilo al fine di indagare le problematiche relative ai fenomeni di instabilità e pervenire alla definizione della sezione ottimale;
• le prove a compressione (Fig. 3) condotte su profili singoli di diverse altezze per poter caratterizzare il comportamento degli elementi verticali sottoposti a carico di punta;
• le prove a flessione su quattro punti su profili singoli e binati per determinare l’inerzia della sezione;
• le prove condotte sui pannelli di parete (Fig. 4) per poter analizzare la risposta del sistema nei confronti dei carichi verticali e orizzontali sia in campo statico che ciclico;
• le prove a flessione su quattro punti su travi reticolari;
• le prove a taglio sulle lastre di rivestimento per poter definire le caratteristiche meccaniche dei materiali componenti le stesse;
• le prove a taglio sulle connessioni lastra-ossatura metallica al fine di determinare la rigidezza dei connettori in funzione del passo di fissaggio;
• le prove a trazione sui dispositivi anti-ribaltamento (hold-down) per conoscerne la rigidezza e il carico di collasso.

La progettazione nei confronti dell’azione orizzontale (sisma e vento) è un aspetto molto importante. Si è quindi ritenuto opportuno studiare diverse configurazioni di pannelli di parete.
Lo studio ha riguardato sistemi di controvento realizzati sia con travature reticolari di acciaio, sia mediante elementi diagonali a croce, ma anche il contributo di tipologie differenti di lastre di rivestimento a base di fibro-cemento e di gesso-fibrato.
L’interazione lastra-ossatura metallica fornisce un notevole incremento alla capacità della parete di resistere all’azione orizzontale agente (Fig. 5).
Proprio per quantificare questo contributo ciascuna prova di parete è stata condotta sia sulla sola intelaiatura metallica, sia sul sistema lastra-ossatura.
Ultima la fase di sperimentazione è stata condotta una prova ciclica su un modulo full-scale con pianta rettangolare 5 m x 10 m e due piani.

a cura del Prof. Ing. Riccardo Zandonini – Università degli Studi di Trento

Il sistema costruttivo qui proposto è SteelMAX®  – www.steelmax.it – produttore: Cogi srl 

La tecnologia strutturale presa in esame consente di essere agevolmente completata con tutti i sistemi di coibentazione termica e acustica forniti dal mondo dell’edilizia “a secco”. Il prodotto di questa interazione è un sistema stratificato complesso in cui ciascuno strato assolve a una specifica funzione.
La scelta dei materiali e la loro giustapposizione è tuttavia determinante al fine del raggiungimento di alti standard energetico-ambientali.

Riprendendo l’esempio precedente, è per tale motivo che il produttore* ha approfondito questa tematica in collaborazione con l’Università degli Studi di Trento – Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica.

In una prima fase, l’attività di ricerca ha riguardato la definizione di opportuni pacchetti di parete e di solaio considerando due differenti aspetti: da un lato la prestazione energetica in esercizio, dall’altro la sostenibilità in termini di impatto sull’ambiente durante l’intero ciclo di vita.
Sono state quindi studiate le prestazioni degli elementi in regime stazionario sia invernale, con la definizione del valore di trasmittanza termica, sia estivo, considerando la trasmittanza termica periodica, lo sfasamento orario e l’attenuazione dell’onda termica (Fig. 6).

E’ stata effettuata inoltre un’analisi di tipo LCA – Life Cycle Assessment – mediante l’utilizzo del software ECOSOFT 4.0 della IBO (Österreichisches Institut für Baubiologie und Bauökologie), il quale determina il valore dell’indice ecologico OI3Kon sulla base del carico ambientale di ciascun materiale se si considera la sola fase di costruzione dell’elemento oppure se si considera anche la fase di manutenzione dello stesso.
In questo modo è stato possibile mettere a confronto le prestazioni in termini di sostenibilità ambientale di pacchetti di parete e di solaio realizzati con materiali differenti, pur mantenendo costante il loro valore di trasmittanza termica, ossia a parità di prestazione energetica (Fig. 7). Il fine è stato quello di pervenire all’ottimizzazione delle varie soluzioni proposte sia dal punto di vista energetico sia da quello, spesso poco valutato, di impatto ambientale (Fig. 8).

In una seconda fase è stato studiato il comportamento di un modulo residenziale tipo costituito con gli elementi precedentemente analizzati. Con l’utilizzo di un software di analisi agli elementi finiti (COMSOL Multiphysics), sono stati valutati i principali ponti termici ed è stato calcolato il valore di temperatura sulle superfici interne delle pareti per verificare che non ci fosse formazione di condensa superficiale (Fig. 9).

Infine, è stata condotta una simulazione energetica dell’edificio per valutare la classe energetica di riferimento e i relativi consumi al variare di alcuni parametri significativi quali le prestazioni dei serramenti, dei pannelli vetrati e del sistema impiantistico. La simulazione è stata svolta sia in regime stazionario (condizione invernale) sia in regime dinamico (condizione estiva).

Attraverso quest’ultima analisi è stato possibile valutare l’andamento delle temperature interne estive e quindi le condizioni di comfort dell’utente simulandone in maniera realistica il comportamento soprattutto in termini di numero di ricambi di aria (ventilazione naturale) e di utilizzo dei sistemi di ombreggiamento delle superfici esposte a irraggiamento solare diretto. I risultati ottenuti hanno evidenziato come un edificio leggero opportunamente progettato sia in grado non solo di raggiungere elevati standard energetici, ma anche di garantire un ottimo livello di comfort ai suoi occupanti in tutto il periodo dell’anno (Fig. 10).

a cura del Prof. Rossano Albatici – Università degli Studi di Trento

Il sistema costruttivo qui proposto è SteelMAX®  – www.steelmax.it – produttore: Cogi srl