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
Capacità di resistenza alle azioni 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
Capacità di resistenza alle azioni orizzontali
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.)
Capacità di resistenza alle azioni orizzontali
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 TRAVE-TRAVE
- Unione con flange
- Unione TRAVE-TRAVE
- Unione saldata
A A
A AA-A
- Unione TRAVE-TRAVE
- 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 PILASTRO-PILASTRO
- Unione saldata senza rastremazione della sezione
A
A
A-A
- 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 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 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 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 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 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