Definizione di carpenteria

Denominazione generica delle strutture di legno o di metallo, con funzione portante, realizzate riunendo in vari modi e con diversi mezzi elementi separati, spesso concorrenti in nodi (strutture reticolari). I procedimenti costruttivi variano a seconda che si tratti di carpenteria lignea o di carpenteria metallica. Nella prima gli elementi sono travi e tavole, massicci o compensati, uniti tra loro mediante incastri, biette, bulloni, chiodi o incollatura; quest'ultima sia particolarmente diffusa grazie alla disponibilità di ottime colle sintetiche resistenti all'acqua e all'azione degli agenti atmosferici. Le carpenterie metalliche usano come elementi barre profilate, ferri piatti e lamiere, uniti tra loro mediante chiodatura o, preferibilmente, saldatura. Le costruzioni metalliche sono opere edili la cui struttura portante è realizzata interamente in acciaio. I principali vantaggi rispetto ad altri materiali da costruzione sono: elevato rapporto resistenza/peso specifico pertanto le strutture metalliche sono più leggere di quelle in muratura portante e in calcestruzzo armato. Questo determina una minore incidenza del peso proprio strutturale sui carichi di esercizio e quindi fondazioni più ridotte. La maggiore leggerezza degli elementi di acciaio e la loro elevata resistenza inoltre permette di realizzare strutture di grandi luce; migliore corrispondenza al modello di calcolo della struttura, poiché l'acciaio si presenta come un materiale isotropo e omogeneo e ha un comportamento elastico lineare fino allo snervamento. Tutto il contrario del calcestruzzo armato; prefabbricazione in officina; montaggio rapido; limitato costo di demolizione; possibilità di effettuare facilmente rinforzi o variazioni in sito. Gli svantaggi principali sono: elevato costo dell'acciaio; esilità della costruzione che è causa di problemi di instabilità quali carico di punta delle strutture compresse; eccessiva deformabilità; pericolo di rottura a fatica; necessità di mano d'opera specializzata; elevato costo di manutenzione (pitturazioni anticorrosive, verifica del serraggio dei bulloni, ecc.); vulnerabilità all'azione del fuoco (tanto da indurre nascita e diffusione del calcestruzzo armato, con il calcestruzzo impiegato, in origine, a protezione dell'acciaio dal calore degli incendi); eccessive vibrazioni a causa di azioni dinamiche (sisma, vento, ecc.)

Carpenteria metallica

Le costruzioni metalliche sono opere edili la cui struttura portante è realizzata interamente in acciaio. I principali vantaggi rispetto ad altri materiali da costruzione sono: elevato rapporto resistenza/peso specifico pertanto le strutture metalliche sono più leggere di quelle in muratura portante e in calcestruzzo armato. Questo determina una minore incidenza del peso proprio strutturale sui carichi di esercizio e quindi fondazioni più ridotte. La maggiore leggerezza degli elementi di acciaio e la loro elevata resistenza inoltre permette di realizzare strutture di grandi luce; migliore corrispondenza al modello di calcolo della struttura, poiché l'acciaio si presenta come un materiale isotropo e omogeneo e ha un comportamento elastico lineare fino allo snervamento. Tutto il contrario del calcestruzzo armato; prefabbricazione in officina; montaggio rapido; limitato costo di demolizione; possibilità di effettuare facilmente rinforzi o variazioni in sito. Gli svantaggi principali sono: elevato costo dell'acciaio; esilità della costruzione che è causa di problemi di instabilità quali carico di punta delle strutture compresse; eccessiva deformabilità; pericolo di rottura a fatica; necessità di mano d'opera specializzata; elevato costo di manutenzione (pitturazioni anticorrosive, verifica del serraggio dei bulloni, ecc.); vulnerabilità all'azione del fuoco (tanto da indurre nascita e diffusione del calcestruzzo armato, con il calcestruzzo impiegato, in origine, a protezione dell'acciaio dal calore degli incendi); eccessive vibrazioni a causa di azioni dinamiche (sisma, vento, ecc.). Fra i numerosi prodotti siderurgici, ve ne sono alcuni particolarmente destinati alla carpenteria metallica. Gli acciai da costruzione comprendono in genere, i tipi unificati degli acciai semplici al carbonio. Questi sono usati sotto forma di prodotti laminati a caldo. Per applicazioni particolari vengono impiegati anche acciai speciali (es. acciaio inox, Acciaio Corten, ecc.), i quali contengono piccole quantità di metalli pregiati (cromo, manganese, nichel, rame, ecc.) che migliorano notevolmente le caratteristiche dell'acciaio specialmente nei confronti della corrosione. In base al loro profilo i principali acciai laminati di uso generale utilizzati nelle carpenterie metalliche sono: le lamiere i piatti e i larghi piatti le barre i tubi anche saldati i profilati: a sezioni a doppio T IPE HE INP ISE HSH HSA HSL HSE HSD HSU. gli angolari ad ali uguali e ad ali disuguali a sezione a U UPN a U ad ali parallele a sezione a T.

Struttura portante

La struttura resistente (o struttura portante o più semplicemente struttura) di un manufatto (sia questo di civile abitazione, ponti e viadotti, edifici industriali, aerei, parti di macchine, etc.) è la parte espressamente destinata ad assorbire i carichi e le azioni esterne cui il manufatto è soggetto durante tutta la sua vita di esercizio. Con una definizione più generale, si può definire struttura un corpo che, durante tutto il periodo della sua vita utile, per assicurare i livelli prestazionali prefissati, è destinato ad essere soggetto ad un sistema di forze, in equilibrio fra loro, ma applicate in punti diversi, mentre si definisce elemento strutturale una porzione di detto corpo il cui comportamento reale, generalmente assai complesso, sia tuttavia esprimibile mediante formule dirette, caratteristiche di un modello semplice, comunemente denominato elemento finito. Per quanto detto sopra la struttura può essere costituita da singoli elementi strutturali quali pilastri e travi, o dall'assemblaggio di tali elementi strutturali. Fanno parte delle strutture complesse le strutture intelaiate (telai) che formano l'ossatura di un edificio, gli impalcati dei ponti, le travature reticolari, ecc. I telai costituiscono sicuramente, per ragioni storiche e di importanza pratica, la struttura per eccellenza. Negli schemi di telaio più comuni, dotati di regolarità geometrica, si distinguono vari ordini di pilastri e travi. strutture particolari i cui elementi costituenti principali sono soggetti prevalentemente a sforzo di trazione vengono denominate tensostrutture. Le strutture portanti devono fornire alla costruzione adeguati livelli di: resistenza efficienza durabilità robustezza. Un efficiente comportamento strutturale, con specifico riferimento ai telai, è conseguenza di una concezione della costruzione basata su: semplicità strutturale uniformità e simmetria iperstaticità (ridondanza e robustezza) resistenza e rigidezza flessionali della costruzione nel suo complesso secondo due direzioni ortogonali; resistenza e rigidezza torsionale della costruzione resistenza e rigidezza dei solai nel loro piano adeguatezza delle fondazioni.

Capriata

La capriata (o incavallatura o cavalletto) è un elemento architettonico, tradizionalmente realizzato con il legno, formato da una travatura reticolare piana posta in verticale ed usata come elemento base di una copertura a falde inclinate. La capriata ha il vantaggio di annullare le spinte orizzontali grazie alla sua struttura triangolare nella quale l'elemento orizzontale (catena) elide le spinte di quelli inclinati (puntoni): rientra quindi tipicamente tra le strutture non spingenti dell'architettura. Due puntoni (o braccia o biscantieri): sono le travi inclinate che determinano la pendenza del tetto. Catena (o corda o tirante): è l'elemento orizzontale che costituisce la base del triangolo e che supporta sforzi di trazione che altrimenti andrebbero a gravare, sotto forma di forza orizzontale sul punto di appoggio dei puntoni. Elemento di maggior lunghezza della capriata, era generalmente in un unico pezzo, ma a volte è stato realizzato da due elementi rettilinei connessi con un particolare incastro denominato "dardo di giove". Monaco (o ometto o colonnello): è l'elemento verticale presente all'interno della capriata e ha il compito di irrigidire la struttura; la riduzione della distanza tra il monaco e la catena indica chiaramente un problema alla struttura stessa. Saette (o saettoni o contraffissi o razze o contropuntoni): sono gli elementi con inclinazione opposta a quella dei puntoni che limitano l'inflessione dei puntoni stessi, scaricando sul monaco la forza di compressione a cui sono sottoposte. Controcatena: presente solo in capriate di grandi dimensioni, collega orizzontalmente i puntoni in punti intermedi e limita la lunghezza di libera inflessione di questi. Differentemente dal nome che ricorda quello di un elemento teso, non risulta soggetta a trazione ma a compressione, dal momento che forma una sorta di arco a tre conci con i sottopuntoni. Sottocatena, sottopuntone: eventuali travi di rinforzo poste a contatto al di sotto o al di sopra - rispettivamente - della catena o dei puntoni.

Classificazione in base alla composizione chimica

Al variare del contenuto di carbonio, nell'acciaio si modificano alcuni parametri fisico - meccanici importanti.

Nello specifico, minore è il tasso di carbonio minore è la resistenza meccanica e la fragilità mentre crescono la duttilità e la saldabilità del ferro.

In base al tasso di carbonio gli acciai si dividono in:

• Extra dolci: carbonio compreso tra lo 0,05% e lo 0,15%;

• Semidolci: carbonio compreso tra lo 0,15% e lo 0,25%

• Dolci: carbonio compreso tra lo 0,25% e lo 0,40%;

• Semiduri: carbonio tra lo 0,40% e lo 0,60%;

• Duri: carbonio tra lo 0,60% e lo 0,70%;

• Durissimi: carbonio tra lo 0,70% e lo 0,80%;

• Extraduri: carbonio tra lo 0,80% e lo 0,85%.

Gli acciai da carpenteria metallica di solito sono di tipo dolce perché così l'acciaio ha la caratteristica di duttilità molto importante ad esempio nelle strutture antisismiche. Nella lega ferro-carbonio si possono trovare elementi chimici accessori, alcuni dei quali non voluti (ad esempio manganese, silicio) altri invece aggiunti appositamente per modificare alcune proprietà (ad esempio il cromo negli acciai inox e il rame in quelli Corten).

In base a quanto sopra, gli acciai si distinguono in:

• Acciai non legati sono acciai nel quale i tenori degli elementi di lega rientrano nei limiti indicati dal prospetto I della UNI EN 10020: acciaio al carbonio, acciaio nero.

• Acciai legati sono acciai per i quali almeno un limite indicato del suddetto prospetto I viene superato.

Per convenzione gli acciai legati si suddividono in:

• bassolegati: nessun elemento al di sopra del 5%: ad esempio acciaio Corten

• altolegati: almeno un elemento di lega al di sopra del 5%.

Le UNI EN 10 020 indicano il tenore massimo degli elementi chimici di lega che caratterizzano l'acciaio non legato, ad esempio:

• Manganese: 1,65%;

• Silicio: 0,50%;

• Rame: 0,40%;

• Piombo: 0,40%;

• Cromo e nichel: 0,30%;

• Molibdeno: 0,08%;

• Tungsteno: 0,10%. .

Designazione dell'acciaio strutturale

La norma UNI EN 10027-1 fissa i sistemi di designazione alfanumerica degli acciai.

La designazione in base all'impiego ed alle caratteristiche meccaniche o fisiche (gruppo 1) prevede che l'acciaio strutturale sia definito con una sigla alfanumerica la cui prima è:

B: per acciaio da utilizzare per le opere in calcestruzzo armato ordinario;

Y: per acciaio da utilizzare per le opere in calcestruzzo armato precompresso;

S: per acciaio da utilizzare per le carpenterie metalliche.

Successivamente viene riportato il valore della tensione di snervamento minima in N/mm2 (MPa).

Infine la sigla riporta altre lettere che individuano le caratteristiche dell'acciaio, ad esempio per gli acciai da carpenteria può essere riportato il valore di resilienza: Temperatura [°C] min 27 J min 40 J 20 JR KR* 0 J0 K0* -20 J2 K2 -30 J3* K3 -40 J4* K4 *

Pertanto una sigla S235JR indica un acciaio da carpenteria metallica con tensione di snervamento di 235 N/mm2 e resilienza non inferiore a 27 J a 20 °C.

ACCIAIO PER CARPENTERIA

Acciai laminati Colaggio dell'acciaio in colata continua Gli acciai laminati si distinguono in:

• Prodotti lunghi:

o Laminati mercantili (angolari, L, T, altri prodotti di forma);

o Travi ad ali parallele (HE, IPE, IPN)

o Laminati a U

• Prodotti piani

o Nastri o coils o Lamiere e piatti • Prodotti cavi:

o Tubi prodotti a caldo

• Prodotti derivati:

o Travi saldate (ricavate da lamiere

o da nastri a caldo);

o Profilati a freddo (ricavati da nastro a caldo)

o Tubi saldati (cilindrici o di forma ricavati da nastro a caldo)

o Lamiere grecate (ricavate da nastro a caldo).

LE LAMIERE

Sono acciai laminati in lastre piane nelle due direzioni.

In funzione dello spessore si distinguono in:

• Lamiere sottili: quelle di spessore inferiore a 2 mm;

• Lamiere medie: quelle di spessore variabile da 2 a 4 mm;

• Lamiere grosse: quelle di spessore superiore a 5 mm.

Queste ultime sono le più impiegate nelle costruzioni; le lamiere sottili e medie sono impiegare soprattutto nei lavori da fabbro, da stagnino e da idraulico.

In funzione della forma possono essere:

• Piane;

• Bugnate;

• Nervate;

• Ondulate;

• Grecate.

Si indicano mediante le due dimensioni della loro sezione trasversale espresse in millimetri.

Un piatto 80/10 è una lamiera di 10 mm di spessore e di 80 mm di larghezza. Le lamiere sono impiegate nelle strutture che possono subire sforzi di trazione, compressione ma anche taglio. Le lamiere vengono utilizzati anche per la realizzazioni di profilati saldati a doppio T di dimensioni superiori a quelle standard. Si utilizzano lamiere grosse di spessore variabile dai 16 ai 26 mm e altezza da 300 a 1700 mm.