Edifici a struttura metallica: caratteristiche, vantaggi e peculiarità

Ancora poco utilizzate in Italia, la realtà delle costruzioni con struttura metallica è già fortemente consolidata all’estero. Tralasciando il mondo delle grandi strutture (edifici industriali, commerciali, centri sportivi, ponti, ecc…), che per forza di cosa deve ricorrere all’acciaio per le superiori caratteristiche di resistenza meccanica, esiste una vera e propria cultura delle strutture cosiddette “civili” (case, uffici, scuole, ecc…) realizzate con ossatura metallica, e in questo breve articolo cercheremo di chiarire il perché.

Caratteristiche

Esistono numerose leghe metalliche utilizzate o utilizzabili in edilizia a base di ferro, rame, alluminio o zinco. Nel nostro caso parleremo delle più comuni leghe di ferro/carbonio denominate acciaio al carbonio o carbon steel e che, nel parlato comune, vengono definite “ferro” (sappiate che non esiste il materiale “ferro” in commercio, è sempre “acciaio” anche se è del tipo che fa la ruggine) e che d’ora in poi chiameremo semplicemente acciaio.

Le leghe di acciaio per costruzioni sono caratterizzate da un’ottima resistenza meccanica ed un’elevata elasticità e duttilità. Tra i materiali da costruzione l’acciaio è certamente il più resistente ed è quello che permette di costruire gli elementi strutturali più “leggeri” a parità di prestazione. La sua elasticità e la sua duttilità lo rendono il materiale ideale per le costruzioni antisismiche, anche se in alcuni casi l’estrema elasticità può diventare un problema che bisogna compensare con specifici accorgimenti di irrigidimento (maggiorazione del profilo, controventatura, profili compositi, elementi collaboranti).

Le caratteristiche tipiche delle strutture in acciaio sono:

• leggerezza della struttura (cinque/sei volte meno di strutture analoghe in calcestruzzo armato)
• ingombro ridotto
• possibilità di prefabbricazione
• rapidità di installazione
• possibilità di raggiungere grandi luci e grandi sbalzi senza grandi dispendi economici
• durevolezza
• possibilità di aumentarne la resistenza a corrosione o al fuoco attraverso la semplice applicazione di trattamenti superficiali
• valenza estetica del materiale

Esistono infatti numerose correnti di progettazione che sfruttano l’acciaio non solo per le sue qualità tecniche ma per le sue caratteristiche estetiche, di richiamo alla tecnica, alla modernità e all’industria. Per quanto riguarda i costi, nell’edilizia ordinaria i costi di una casa con struttura metallica sono sostanzialmente simili a quelli di una con struttura tradizionale in laterizio e cemento armato. Quando invece si vogliono realizzare soluzioni distributive particolarmente aperte, grandi luci o sbalzi, le strutture metalliche diventano sensibilmente più economiche. Rispetto alle strutture in legno invece le strutture metalliche sono generalmente più economiche, in particolare perché si adattano a soluzioni di partizione e finitura più diffuse e quindi meno costose.

In particolare nelle ristrutturazioni il contrasto e la stratificazione di materiali come acciaio, legno e mattone, permette di raggiungere risultati estetici di sicuro effetto. Nelle nuove strutture invece, l’abbinamento con legno o cartongesso crea uno spiccato rapporto tra modernità e tradizione che svecchia gli spazi evitando la freddezza di alcuni edifici contemporanei.

Vantaggi

Entriamo nello specifico dei vantaggi tipici delle strutture metalliche:

• Resistenza: le strutture metalliche sono in assoluto le più resistenti e ciò le rende particolarmente indicate in situazioni in cui il lavoro della parte strutturale è importante. Alcuni esempi possono essere edifici con grandi luci o sbalzi o in aree a rischio sismico, fabbricati da ricavare in spazi ristretti, come nel caso di ristrutturazioni di edifici a cortina in centro storico, in cui lo spazio per la struttura deve essere contenuto per non ridurre le dimensioni degli ambienti interni.
• Leggerezza: a parità di prestazione le strutture in acciaio sono decisamente più leggere di quelle in cemento armato o muratura e paragonabili a quelle in legno (per i piccoli elementi è più leggero il legno, per i grandi elementi o le grandi portate è più leggero l’acciaio) proprio per il miglior rapporto peso/resistenza rispetto a tutti gli altri materiali da costruzione. Questo le rende ottime per costruire in zona sismica (minor peso=minor forza in oscillazione) e su terreni poco portanti.
• Durabilità: opportunamente trattato o protetto l’acciaio è estremamente durabile (conserva nel tempo le sue caratteristiche). Ovviamente tutti sappiamo che l’acciaio comune fa la ruggine, tuttavia se protetto dal rivestimento della casa (o da trattamenti coma la zincatura, se esposto agli agenti atmosferici) è un materiale sostanzialmente eterno. Esistono manufatti in acciaio all’aperto che ormai hanno più di cento anni (ponti, torri, ecc…) per non parlare di elementi in acciaio o leghe similari protetti all’interno di edifici che ormai durano da secoli.
• Prefabbricabilità: gli elementi strutturali in acciaio vengono predisposti in officina e forniti in cantiere pronti per il montaggio, questo rende le operazioni di cantiere estremamente veloci, economiche ed efficienti.
• Velocità di posa: come già detto, trattandosi di elementi prefabbricati (quindi preforati e saldati in officina), richiedono scarse operazioni di cantiere (sollevamento e bullonatura), poco personale (due/tre persone), poche attrezzature (mezzi di sollevamento e chiavi), e per poco tempo (la struttura di una casa può essere montata in tre giorni ed essere così pronta per la posa del tetto).
• Certificabilità e tracciabilità: la filiera dell’acciaio è rigidamente tracciata e soggetta a numerose verifiche e certificazioni, di conseguenza la prestazione meccanica di ogni elemento è sicura e garantita e non presenta i rischi tipici degli elementi prodotti in opera come il calcestruzzo armato.
• Estetica: esistono molti modi di valorizzare la struttura metallica in modo che entri a pieno diritto nell’estetica della casa. È possibile lasciare alcuni elementi o tutta la struttura a vista, accostando correttamente gli altri materiali della casa si crea un risultato elegante e moderno.
• Versatilità: con pochi accorgimenti gli elementi metallici possono adattarsi a qualsiasi uso combinandosi con altre tecniche costruttive come la muratura, il calcestruzzo armato o il legno.
• Duttilità: è una proprietà tipica dell’acciaio e permette a questo materiale di assorbire e dissipare all’interno degli elementi strutturali sollecitazioni come quelle di un terremoto, questo lo rende il materiale ideale per le costruzioni in aree a rischio sismico.

Svantaggi

Esistono ovviamente anche svantaggi nell’utilizzo di questo tipo di strutture a cui va prestata particolare attenzione:

• Manodopera: Necessità di manodopera altamente specializzata per la prefabbricazione: come già detto la filiera dell’acciaio è fortemente specializzata, controllata e certificata. Se nelle nostre realtà esistono numerosi fabbri e ditte di carpenteria, poche di esse dispongono delle qualifiche e certificazioni necessarie per la prefabbricazione di questo tipo di strutture. Chiedete al vostro tecnico di verificare le credenziali della ditta che prefabbricherà la vostra struttura.
• Necessità di tecnici esperti nel campo specifico: essendo poco diffusa nella realtà italiana, non sono molti i tecnici esperti nell’utilizzo delle strutture metalliche, in particolar modo nell’ottimizzare costi, utilità e resa estetica della struttura. Affidatevi a un tecnico che possa vantare una certa esperienza nel campo delle strutture metalliche (come noi!).
• Elevata elasticità: come già detto, l’acciaio è un materiale enormemente resistente ma non altrettanto rigido, questo lo rende meno fragile rispetto agli altri materiali da costruzione, ma costringe a considerare una certa deformabilità del materiale quando si dimensionano gli elementi strutturali. Per fare un esempio molto semplice, una trave in acciaio molto sottile difficilmente si romperà anche sotto carichi molto elevati, ma potrebbe fare una grossa “pancia”. Di conseguenza è necessario tenerne conto, dimensionare gli elementi correttamente per evitare la “pancia” e non solo la semplice rottura.
• Necessità di pianificazione: essendo una tipologia di costruzione sostanzialmente prefabbricata, le principali decisioni progettuali vanno prese tutte prima di cominciare il lavoro in officina, in modo da non dover modificare gli elementi strutturali una volta cominciati i lavori di posa. Per chiarire: una volta scelta la posizione di travi e pilastri non si può più decidere di spostarli, in quanto richiederebbe di modificare parte degli elementi strutturali già prodotti.

Chiaramente per quel che riguarda i tamponamenti esiste invece la totale libertà di modifica, in quanto non assolvono ad alcun tipo di funzione strutturale.

Tipologie di struttura metallica

Nell’ambito “civile” cioè nelle costruzioni medio/piccole come case, uffici, locali e simili, possiamo distinguere tre principali tipologie di strutture:

Strutture a profilo leggero

Sono strutture realizzate sostanzialmente con la stessa filosofia delle strutture tradizionali a telaio ligneo. I profili base sono realizzati in lamiera sottile, molto simili a quelli utilizzati per il cartongesso. Montanti e traversi sono posizionati in tutto e per tutto come nelle tipiche case in legno in quanto si tratta di una evoluzione della stessa tecnica. Questa tipologia è diffusa nei paesi nord europei e anglosassoni dove è ancora presente la cultura della casa a telaio leggero. La tecnica probabilmente è nata in quanto le maestranze erano già abituate a costruire con seghetto e avvitatore e quindi il mercato ha deciso di assecondare le necessità di chi costruisce, proponendo una soluzione alternativa che permettesse di ottenere strutture più leggere, durevoli e resistenti con la medesima facilità di posa. Come per le strutture in legno anche con questa tecnica la versatilità è abbastanza limitata se si vogliono contenere i costi, in quanto i profili di piccole dimensione possono raggiungere luci limitate tipiche dell’edilizia tradizionale. In Italia è forse la meno diffusa tra le tecniche e prevede finiture di tipo “a secco” ovvero senza l’uso di calcestruzzi, malte, eccetera (quindi pannelli in cartongesso, legno, fibrocemento o materiali sintetici).

Strutture a profilo UNI

Sono le più comuni e utilizzano principalmente i profili UNI (le cosiddette “putrelle”), facili da reperire e lavorare. Sono molto versatili in quanto esistono in un’ampia forbice di formati e possono quindi coprire luci anche abbastanza importanti senza lavorazioni o costruzioni particolari. Sono facili da saldare quindi si prestano alla creazione di giunti bullonati per una posa in opera veloce e robusta. L’elevata saldabilità di questi profili permette anche la realizzazione di pezzi speciali ed esclusivi, personalizzati per la struttura senza particolari sovrapprezzi. Visti gli elevati spessori, se la struttura è protetta da umidità e condense non necessita di particolari trattamenti, se invece presenta porzioni a vista o c’è il rischio di infiltrazioni o ristagni di umidità, il tecnico deve valutare il trattamento corretto della superficie, a seconda dell’esposizione e delle condizioni in cui l’elemento si trova (solitamente zincatura per l’esterno e verniciatura per l’interno). In questo caso la finitura è completamente libera, i tamponamenti possono essere realizzati sia con tecnica a secco come nel primo caso, sia a umido (muri in laterizio, gasbeton, o calcestruzzo).

Strutture a profilo composito

Per profili compositi si intendono tutte quelle tipologie di elementi strutturali composti da più elementi che di per sé sarebbero standard ma che, assemblati insieme, creano un elemento dalle prestazioni meccaniche particolari. L’esempio più conosciuto è la trave reticolare che, ricavata assemblando semplici profili secondo un preciso disegno, permette di ottenere elementi strutturali leggerissimi ed estremamente rigidi. Questo tipo di struttura è ovviamente più costosa in quanto richiede una maggiore lavorazione in fase di prefabbricazione rispetto all’utilizzo di una semplice “putrella”, tuttavia le prestazioni meccaniche che si possono ottenere sono eccezionali, ottenendo luci libere superiori a 10 metri con elementi strutturali relativamente leggeri. Altre tipologie di profili composti meno comuni sono quelli calastrellati (simili alle reticolari ma composti da reticoli quadrati e non triangolari), alveolati (derivati da travi standard privati di una parte centrale per alleggerirli, permette di usare grandi travi con un peso inferiore) e collaboranti (dotati di connettori che permettono agli elementi di fare corpo unico con altri elementi strutturali, siano essi in calcestruzzo, legno o ancora acciaio). Anche in questo caso la scelta degli elementi di tamponamento è completamente libera.

Il nostro studio ha investito una grande quantità di tempo in formazione ed esperienza nel campo delle strutture metalliche e vanta anche un portfolio specifico che comprende, nuove strutture, ristrutturazioni, strutture in acciaio complete e strutture miste. Vi raccomandiamo quindi di affidarvi a tecnici esperti e soprattutto preparati in questo tipo di strutture se volete sfruttare tutte le potenzialità del materiale. Questo discorso vale in realtà per ogni tipo di lavoro ma in particolare per le strutture metalliche, per la ancora scarsa diffusione sul mercato italiano di questo tipo di opere. Seguirà un articolo comparativo che confronterà in linea generale le strutture tradizionali, quelle di acciaio e quelle in legno. Per qualsiasi dubbio o chiarimento nel frattempo siamo disponibili all’indirizzo di posta horizonstudio@hotmail.it

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