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Barra di acciaio piatta come elemento principale portante e di controventatura\n\n\nHa una buona resistenza\n\n\nLa straordinaria resistenza delle barre di acciaio piatte è il risultato di un contenuto controllato di carbonio e della precisione dell’operazione di laminazione a caldo. Le barre di acciaio presentano una tensione di snervamento pari a circa o superiore a 345 MPa e sono in grado di allungarsi oltre il 20% prima della rottura. Questa combinazione è fondamentale per resistere alle forze sismiche El senza subire rotture fragili. La capacità di questo materiale di deformarsi plasticamente e di assorbire energia consente la progettazione di elementi di sostegno sufficientemente resistenti da sopportare il peso dell’edificio e i carichi laterali indotti dal vento. Proprio per tali ragioni, gli ingegneri preferiscono certamente l’impiego di barre piatte per i controventi laterali degli edifici alti. A tal fine, gli architetti necessitano di materiali in grado di subire deformazioni plastiche controllate e di assorbire elevate quantità di energia anche in condizioni estreme.
Confronto delle prestazioni tra profili a L e a C in trazione e compressione
A causa della loro struttura quasi uniforme, le barre piatte offrono prestazioni migliori rispetto ai profili a L nelle applicazioni in trazione, con un vantaggio del 15–20%. Si prevedono minori problemi di rottura dei giunti nel tempo, grazie alla distribuzione uniforme dei carichi determinata dalla sezione trasversale costante. I profili a C, tuttavia, superano le barre piatte per quanto riguarda i fenomeni di instabilità (buckling) in compressione. Le barre piatte sono più adatte per le parti della struttura in cui la trazione è il fattore predominante. Un’efficienza complessiva maggiore della struttura si ottiene ricorrendo a metodi ibridi; ad esempio, utilizzando barre piatte soggette ad azione assiale di trazione insieme a sezioni tubolari soggette a compressione. Inoltre, le barre piatte possono semplificare la costruzione modulare grazie alle loro tolleranze di fabbricazione, generalmente comprese entro ± 0,5 mm.
Importanza della barra piatta in acciaio nella costruzione di ponti
Affidabilità della realizzazione delle piastre di collegamento (gusset plate) e dei relativi collegamenti
Le barre di acciaio piatte hanno sostituito altri tipi di acciaio nella costruzione delle piastre di collegamento (gusset plates) nelle travature reticolari dei ponti e nei connettori. Ciò è dovuto allo spessore costante, alla facilità di lavorazione durante la produzione e alle proprietà meccaniche uniformi in tutte le direzioni. Ad esempio, saldatura, foratura e taglio al laser — necessari per realizzare saldature a completa penetrazione — risultano molto più agevoli. Tali saldature devono certamente essere resistenti, poiché l’efficienza dei collegamenti nelle piastre di collegamento può superare il 95% in un test simulato di terremoto. Gli standard AASHTO stabiliscono che la resistenza a taglio di una saldatura ben eseguita è superiore a 200 ksi, valore fondamentale per il corretto funzionamento di un ponte reale. Il design moderno integrato ha giustificato le dimensioni delle barre di acciaio piatte e ha creato numerosi percorsi di trasmissione del carico e collegamenti progettuali dettagliati, come indicato nella norma AASHTO LRFD 6.13. È un fatto consolidato che il design ingegneristico contemporaneo integri le dimensioni delle barre di acciaio piatte e generi una pluralità di percorsi di trasmissione del carico.
Conformità all'AASHTO LRFD per la vita utile e la resistenza alla fatica
I componenti del ponte saranno soggetti a carichi di traffico costanti e subiranno più di 100 milioni di cicli di sollecitazione durante la vita utile progettuale del ponte, pari a 75 anni. L'AASHTO LRFD richiede una resistenza minima alla fatica per i componenti dei ponti. Le barre in acciaio piatte rispettano anche gli standard di fatica AASHTO LRFD grazie alla microstruttura allineata in modo ottimale nella direzione della barra, al controllo delle inclusioni non metalliche e alle caratteristiche di arresto delle crepe. I test di laboratorio hanno dimostrato che queste barre presentano una resistenza alla fatica di circa 24 ksi dopo 2 milioni di cicli, ovvero circa il 35% superiore rispetto a sezioni angolari comparabili; inoltre, a -40 gradi Fahrenheit non perdono la loro tenacità. La capacità aggiuntiva offerta consente agli ingegneri di progettare applicando il fattore di resistenza richiesto, pari a circa 0,95, riducendo lo spessore delle anime fino al 20%. Su un ponte a travatura reticolare in acciaio medio, si ottiene un risparmio medio di 15 tonnellate. In conformità alla Sezione 6.6 dell’AASHTO LRFD, dettagli di fatica Categoria B, tutti i punti di saldatura critici vengono sottoposti a prova ultrasonora continua nel corso del processo di fabbricazione.
Le barre piatte in acciaio offrono forti potenzialità come controventatura per telai edilizi e barre antisismiche
Saldabilità, stabilità dimensionale e assemblaggio modulare del telaio
Le barre di acciaio piatte presentano una sezione trasversale costante e uniforme, il che le rende notevolmente più facili da saldare rispetto ad altre barre con sezioni trasversali irregolari o non uniformi. La deformazione è meno evidente durante la saldatura delle barre di acciaio piatte e queste offrono una stabilità dimensionale superiore rispetto ad altre barre quando sottoposte a ripetuti cicli termici. Questo rappresenta un vantaggio significativo nel lavoro con elementi strutturali prefabbricati, poiché le barre devono mantenere la propria forma. Nel taglio al laser, le barre piatte sono generalmente considerate avere una tolleranza di ±1,5 mm, il che facilita il montaggio in cantiere. Tale tolleranza è generalmente riconosciuta e accettata. Il montaggio in cantiere di telai in acciaio piatto risulta più semplice e rapido, poiché la necessità di effettuare aggiustamenti sul posto è notevolmente ridotta, rendendo più agevole l’adattamento dei telai agli elementi strutturali prefabbricati. Senza contare che i telai modulari sono strutturalmente solidi e forniscono supporto sia come collegamenti trave-colonna sia come supporto per telai controventati, comunemente impiegati nelle costruzioni edilizie moderne.
Il ruolo delle applicazioni nelle pareti resistenti ai terremoti e nei collegamenti a momento
L'uso di barre piatte in acciaio è importante nella progettazione antisismica a taglio, parallelamente ai pannelli murari dissipativi e ai collegamenti trave-colonna che richiedono una maggiore flessibilità. La duttilità di queste barre è pari ad almeno il 20% secondo gli standard ASTM, al fine di sviluppare le cerniere plastiche previste durante l’attività sismica e assorbire in sicurezza l’energia sismica, evitando il collasso dell’edificio. Negli schemi di telai resistenti a momento speciali, queste barre piatte sono progettate per distribuire le forze nei collegamenti saldati anziché concentrarle in un singolo collegamento. Si ritiene che ciò riduca i guasti localizzati di circa il 66%, sebbene le condizioni dipendano dal caso specifico. Le barre sono progettate in modo da presentare un buon rapporto tra resistenza a snervamento e resistenza a trazione, affinché si deformino plasticamente prima di raggiungere il livello di rottura ultima. Questo comportamento è considerato una caratteristica progettuale positiva per migliorare la sicurezza pubblica, garantendo che un edificio subisca scosse moderate o severe senza crollare.
L'importanza delle barre piatte in acciaio specializzate nelle infrastrutture energetiche
La protezione contro la corrosione è fondamentale per l'acciaio utilizzato nelle infrastrutture energetiche esposte a ambienti severi. Per la costruzione di piattaforme offshore, si impiegano comunemente acciai inossidabili di grado marino, come gli acciai 316L e le leghe duplex 2205. Queste leghe duplex sono solo leggermente più costose rispetto ai corrispondenti acciai inossidabili e presentano valori PREN superiori a 40, indicativi di una buona resistenza alla corrosione da cloruri e di una resistenza a trazione superiore a 70 ksi. Per le cabine elettriche, il materiale principale impiegato nella struttura di supporto dei trasformatori e delle apparecchiature di comando e protezione è costituito da barre piane zincate a caldo. Tali barre sono conformi allo standard ASTM A123 e vengono utilizzate in ambienti caratterizzati da aria umida e chimicamente corrosiva. Specifiche qualità di acciaio combinano resistenza alla corrosione sotto sforzo, resistenza allo snervamento superiore a 65 ksi a -40 °F, integrità strutturale e contenuto di lega Cr-Ni-Mo. Inoltre, tali qualità di acciaio presentano un tenore di carbonio inferiore allo 0,03%, il che facilita la saldatura e riduce al minimo la formazione di fessurazioni durante la fabbricazione di sezioni spesse. Le barre sono inoltre progettate e prodotte per garantire la massima affidabilità nel trasferimento di carichi dinamici e nella protezione contro eventi sismici, requisiti standard nel settore energetico.
Domande frequenti
Quali vantaggi offrono le barre di acciaio piatte per l’uso in strutture progettate per resistere ai terremoti?
Grazie alle loro proprietà uniche, quali resistenza e duttilità, le barre di acciaio piatte possono sopportare l’attività sismica ed hanno una probabilità minore di cedere o rompersi rispetto ad altri materiali da costruzione.
Qual è la prestazione delle barre di acciaio piatte in termini di resistenza a trazione e resistenza a compressione?
Grazie alla loro capacità di modellabilità, le barre di acciaio piatte sopportano bene i carichi di trazione e sono efficaci perché consentono di distribuire uniformemente i carichi lungo tutta la barra, rendendo più agevole il sollevamento del carico. D’altro canto, si ritiene che le sezioni a C siano superiori alle barre per quanto riguarda la deformabilità.
Quali motivi giustificano l’uso delle barre di acciaio piatte come piastre di rinforzo (gusset plates) nella costruzione di ponti?
Affidabili e dotate di proprietà meccaniche e dimensionali costanti, le barre di acciaio piatte rappresentano materiali da costruzione migliori per realizzare piastre di rinforzo (gusset plates) e connessioni più resistenti nella costruzione di ponti.
Quali sono i vantaggi delle barre in acciaio piatte nella costruzione di strutture prefabbricate?
L'uso di barre in acciaio piatte nella costruzione di strutture prefabbricate consentirà una riduzione dei tempi di montaggio sul cantiere e contribuirà a preservare l'integrità strutturale del telaio all'interno delle strutture modulari in acciaio.
Quali categorie di barre in acciaio piatte presentano resistenza alla corrosione nella costruzione del settore energetico?
Le leghe 316L e 2205 duplex sono specificate come di buona qualità poiché offrono resistenza meccanica e resistenza alla corrosione nei materiali da costruzione per il settore energetico.