Travi in acciaio

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Le travi in acciaio, caratterizzate da una buona resistenza ai carichi flessionali, grazie soprattutto ai profili opportunamente studiati, trovano impiego oltre che nella edilizia civile, nelle costruzioni industriali, come ponti, cavalcavia e coperture di capannoni. Posizionate in genere orizzontalmente scaricano sugli appoggi le sollecitazioni di carico.

Cos' è una trave in acciaio.

Secondo la scienza delle costruzioni, una trave, sia essa in acciaio o in altro materiale, è un elemento costitutivo di una struttura che cumula le seguenti caratteristiche :

• ha  lunghezza maggiore delle altre dimensioni,  
• è  in grado di reggere carichi applicati nella direzione del suo asse principale per una certa lunghezza, detta luce, che viene calcolata fra due appoggi.

Le travi in acciaio sono realizzate in una lega metallica di ferro e carbonio. La percentuale di carbonio conferisce le caratteristiche all’acciaio e quindi alla trave. Al carbonio e ferro possono essere aggiunti altri metalli che  conferiranno ulteriori caratteristiche all’acciaio. Così ad esempio l’aggiunta in opportune percentuali  di cromo al ferro e carbonio conferisce all’acciaio (acciaio inox) particolare resistenza a corrosione e ossidazione.

Caratteristiche delle travi in acciaio e loro classificazione.

Esistono svariati modi per classificare e suddividere le travi di acciaio. Ma qualunque sia il criterio adottato per la classificazione questo è sempre e comunque in qualche maniera correlato alle caratteristiche della trave o del materiale di cui si compone. Di seguito riportiamo qualcuno dei criteri di classificazione più utilizzati.

Classificazione in funzione della sezione.

La travi vengono classificate in funzione della figura geometrica che si ottiene tagliando la trave con un piano ortogonale all’asse, abbiamo:

• Travi IPE. Nelle quali la sezione ha la forma della lettera "I" dell’alfabeto maiuscolo. Costituita quindi  da due ali una superiore ed una inferiore ed una anima centrale che le unisce. Di norma l’altezza dell’anima è circa il doppio della lunghezza delle ali. Sono contrassegnate da un numero che è l’altezza dell’anima espressa in  millimetri. La particolare sezione le rende  adatte a reggere sollecitazioni alla flessione, vengono perciò utilizzate nella costruzione dei solai e sono chiamate nel linguaggio comune "putrelle".
• Travi a forma di  T ,C, Z, L maiuscola contraddistinte da tre numeri: altezza dell’anima, lunghezza dell’ala, spessore. Utilizzate singolarmente per sostenere pareti leggere come di resine o vetro in quanto la loro forma non simmetrica potrebbe generare sollecitazioni di torsioni pericolose. Profili maggiormente usati per strutture di edifici commerciali, industriali e civili.
• Travi INP. Anche in questo caso la sezione ha la forma di una "I" maiuscola. La differenza rispetto alle travi IPE è che le facce inferiori delle ali non sono parallele alle superiori ma inclinate di un angolo che è di circa 15°. Hanno applicazioni simili alle travi IPE ma hanno in più la caratteristica di  meglio resistere alle sollecitazioni orizzontali all’asse anche se sono più costose e pesanti.
• Travi HE. Hanno la sezione a forma di H maiuscola. Questa tipologia si suddivide ancora in funzione dello spessore delle ali che va dal leggero al pesante. Per identificarle si aggiunge perciò alla H ed alla E una terza lettera. Così ad esempio una trave HEB sarà una trave con sezione a forma di H ed ali di spessore intermedio. Le travi HE vengono utilizzate per la realizzazione delle fondamenta in quanto la forma della loro sezione le rende resistenti ai momenti flettenti e conseguentemente  ne riduce drasticamente il rischio di collasso elastico contrariamente a quanto si verifica per le travi IP.

Classificazione in funzione dell’acciaio utilizzato.

Classificazione delle travi in funzione delle proprietà chimiche della lega metallica con cui sono realizzate, possiamo perciò avere:

• Trave di acciaio extra dolce, lega con percentuale di carbonio minima di 0,02%.
• Trave di acciaio dolce, lega con un basso tenore di carbonio (da 0,04% al 0,4) .
• Trave di acciaio duro, lega con elevato tenore di carbonio (da 0,4% a  0,85%)
• Trave di  acciaio extra duro o durissimo lega con percentuale di carbonio di oltre 0,85%.

Le travi di acciaio dolce hanno maggior duttilità di quelle dure, extra dure e durissime e ciò le fa preferire nella realizzazione di fondamenta e solai  di costruzioni che abbiano caratteristiche antisismiche.

Spesso si aggiungono ai 2 componenti base della lega che costituiscono l’acciaio altri metalli per dotare le travi che si realizzano di particolari proprietà. Così si avranno:

Travi di acciaio inox. Se alla lega di base con carbonio allo 0,25% si aggiunge cromo in una percentuale massima del 12% circa. Sono profilati particolarmente resistenti alla ossidazione ed alla corrosione, vengono utilizzate se esposte all’acqua o a sostanze corrosive.

Travi di acciaio corten. Se al carbonio e ferro viene aggiunto il rame ma anche in percentuale minore: fosforo, cromo e nichel. Hanno elevatissima resistenza meccanica ed alla corrosione sia per esposizione all’acqua che ad agenti  come i cloruri. Vengono utilizzate per strutture in acqua di mare e per la realizzazione di grandi sculture metalliche all’aperto.

Classificazione in funzione della tecnica costruttiva:

• Travi a sezione aperta ed anima piena ovvero travi il cui perimetro non è coperto da materiale ma la cui anima è continua senza interruzioni o fori.
• Travi a sezioni chiuse che sono quelle tubolari utilizzate per ponti o condotte, per gli scafi di navi o per le fusoliere e le ali di aerei.
• Travi a sezioni aperte con anime interrotte o alleggerite quali quelle a sezione ad I alleggerite, quelle reticolari e quelle armate. Sono travi che a parità di carico sopportabile hanno un peso minore. La maniera  più semplice consiste nel praticare nella trave un stabilito numero di fori  ovviamente secondo un preciso calcolo che non ne pregiudichi la resistenza ai carichi. Altra maniera è di costruire la trave con una struttura alveolare, scatolare o tralicciata. Tutte queste realizzazioni consentono se ben progettate di unire leggerezza, estrema flessibilità e resistenza ai carichi. Questo tipo di travi si usa nella realizzazione di capannoni e di ponti sospesi.
• Travi  accoppiate saldate o chiodate composte saldando insieme moduli più piccoli per essere utilizzate ove si rendono necessarie travi con sezioni particolarmente grandi o di considerevole lunghezza. Questa loro caratteristica è ottenuta in molti modi, oltre che con la saldatura, i profilati possono essere uniti con la bullonatura. Diffusa è la prassi di saldare insieme 4 travi con profilo a L, in modo da realizzare grossi pilastri a sezione quadrangolare, o a forma di doppia T, in cui la base è circa la metà dell’altezza, o a sezione cosiddetta ad ali larghe a forma di H. Sono profili che presentano una maggiore resistenza ai carichi flessionali, caratteristica conseguenza della maggiore quantità di materiale che si concentra sulle ali, che aumenta la rigidità della trave.

Classificazione in funzione del rivestimento esterno:

• Travi a vista. Se non hanno alcun rivestimento.
• Travi verniciate. Se vengono vengono ricoperte di apposite vernici  per ridurre i processi  di ossidazione e corrosione. Vengono utilizzate in strutture esposte agli agenti atmosferici come ponti, etc.
• Travi zincate. Vengono ricoperte di zinco con un processo galvanico che fa depositare sulla superficie esterna della trave un film sottile del metallo e che lo preserva da problemi di corrosione ed ossidazione.
• Travi rivestite di legno. Vengono utilizzate in architettura per richiamare le atmosfere delle antiche case rurali con soffitti con travi di legno.

Dimensioni dei profilati in acciaio.

Le travi in acciaio profilate possono raggiungere un’altezza di 6 m.
I tipi chiodati o saldati, hanno misure ridotte, si arrestano ad una lunghezza di 1,70 m.
Lo spessore standard di una trave in acciaio è superiore ai 9-10 mm ma esistono anche travi sottili in lamiera di acciaio piegata con lavorazione a freddo o a caldo utilizzate nelle carrozzerie, nelle pareti mobili e nella costruzione di tetti e solai.

A cosa servono?

Il campo di applicazione  delle travi di acciaio è vastissimo ed in pratica a partire  dalla seconda metà dell’ottocento, ossia da quando sono state introdotte nella tecnica delle costruzioni, si può dire che quasi ogni manufatto realizzato le utilizzi. Uno dei primi mirabili esempi fu la realizzazione nel 1889 della Tour Eiffel a Parigi. 

Esse vengono utilizzate nelle moderne costruzioni generalmente come costole dei solai, ma anche quando si richiede particolare robustezza e resistenza all’edificio nella realizzazione delle fondamenta dove normalmente sono sostituite da travi di calcestruzzo armato. I grattacieli hanno l’intero scheletro portante costituito da travi di acciaio tra loro bullonate.

Limitare però il campo all’edilizia abitativa è assolutamente riduttivo. Le travi in acciaio vengono infatti utilizzate nella realizzazione di ponti, viadotti, gallerie, capannoni industriali e quant’altro. Anche le installazioni artistiche di grandi dimensioni fanno largo uso di travi in acciaio e nello specifico di tipo Corten che sono particolarmente resistenti alle ingiurie atmosferiche e al contempo hanno una grande tolleranza alle sollecitazioni e carichi notevoli. Un esempio è il largo uso di travi di acciaio per sorreggere l’imponente cupola di copertura in vetro del museo Guggenheim (New York).

Calcolo della capacità di resistenza.

Il calcolo di una trave  è materia di studio della scienza delle costruzioni ed è  un complesso algoritmo mediante il quale si effettuano le verifiche di una trave e la capacità di resistere a carichi di pressione, trazione, flessione e torsione esercitati su di essa.

In tale calcolo vanno considerati:

• Caratteristiche dei materiali dettate essenzialmente dal tipo di acciaio di cui sono costituite.
• Caratteristiche geometriche: lunghezza, spessore, sezione del profilato.
• Analisi dei carichi. Carichi che avranno caratteristiche permanenti (come il carico statico), ma anche accidentali come il vento o eventuali eventi sismici.
• Peso proprio

Le travi in acciaio devono essere sottoposte ad un collaudo secondo la normativa UNI EN 10210 ossia devono poter resistere a dei carichi standard minimi  stabiliti in funzione delle loro caratteristiche costruttive.

Esistono software gratuiti per la progettazione di strutture in acciaio con schede di calcolo veloci e affidabili, ma che comunque non possono essere oggetto di realizzazioni fai da te in quanto richiedono il progetto e la certificazione di un tecnico abilitato ingegnere o architetto iscritto all’albo.

Prezzo delle travi in acciaio.

I prezzi delle travi in acciaio  vengono determinati a peso. Il prezzo per unità di peso dipende da una serie di fattori, come il tipo di profilo, la grandezza della “luce” cui possono essere destinate, l’affidabilità e professionalità dell’azienda fornitrice, la distanza del luogo di utilizzo rispetto a quello di produzione, per la non trascurabile incidenza del costo del trasporto. A scopo esemplificativo: il prezzo al quintale per le comuni travi in acciaio classificate come profilati HE e IPE si aggira sui 150/180 euro circa, IVA compresa.