Lezioni di Tecnica delle costruzioni sull'acciaio

Lezione 5 - 15/03/2019

Seminario sui PRODOTTI SIDERURGICI e loro scelta OTTIMALE di Gianmaria Di Lorenzo

Questo diagramma di flusso esprime, definito un problema strutturale, qual è la metodologia che

occorre seguire per affrontarlo. È una connessione logica tra le varie fasi da seguire.

Nell’ambito di questo diagramma la scelta dei prodotti viene fatta nella fase della progettazione, in

particolare nell’ambito della fase di design si colloca nella fase di concezione, invece la fase di

assestment la ritroviamo nella fase di identificazione. La prima sottofase della concezione è la scelta

del materiale. Partendo dal progetto architettonico, la prima cosa da fare è la scelta tecnologica e

quindi del tipo di materiale (cemento armato, acciaio, muratura, legno). Poi c’è la scelta tipologica

che può essere declinata a livello di sistema, decidendo lo schema strutturale: strutture a telaio o

controventate. La scelta tipologica può essere declinata anche a livello di elemento, scegliendo il tipo

di prodotto da utilizzare.

Un altro aspetto è il problema del predimensionamento, che è diverso dal dimensionamento. Il

dimensionamento è fatto attraverso dei calcoli, mentre il predimensionamento è fatto per analogia

strutturale, cioè attraverso i rapporti di forma che fa riferimento alla teoria delle proporzioni, utilizzata

fino a pochi anni fa per le strutture in muratura, facendo riferimento all’ipotesi di scalabilità dei

modelli che però Galileo ha confutato. Il predimensionamento può essere fatto in modo molto rapido

sulla base della scelta tipologica: travi reticolari, struttura strallata, ecc., conoscendo i rapporti di

forma in termini di L/H O H/L.

STORIA DEI PRODOTTI

Come è nato il profilo a doppio T?

Il primo materiale che è stato utilizzato per assorbire gli sforzi di trazione è il legno.

Dopo il legno, il primo materiale strutturale metallico che è stato utilizzato è la Ghisa grigia, agli inizi

del 1800. Il secondo materiale metallico utilizzato fu il ferro agglomerato, siamo a metà ‘800, che si

differenzia dall’acciaio perché non è ottenuto dalla ghisa fusa, ma dalla ghisa allo stato plastico

attraverso un processo particolare (pudellaggio); ma soprattutto ha una struttura fibrosa molto simile

al legno e quindi non è acciaio. Successivamente con il progresso tecnologico, agli inizi del 1900, si ha

avuto la diffusione dell’acciaio.

Il profilo a doppio T nasce nel settore ferroviario per la realizzazione dei binari (1789,Stevens). Ma

questi acciai non sono come quelli comuni, sono acciai duri, poiché devono resistere all’usura dovuta

al rotolamento.

Nell’abito degli edifici il profilo a T fu inventato da James Watt, che sfruttò la presenza dell’ala per

poggiare le voltine in muratura per realizzare i solai per i primi opifici, nell’industria tessile.

Successivamente la forma fu ottimizzata con un profilo a doppio T ad ali asimmetriche per sfruttare al

meglio la ghisa che non snerva ed è eteroresistente, cioè ha una resistenza a trazione che è 1/5 di quella

compressione. Questo limitava fortemente l’applicabilità di questo materiale, unito al fatto che è

anche fragile e sensibile alla rottura per fatica. Quindi per bilanciare questa differenza di resistenza si

usarono profili asimmetrici con presenza di maggiore materiale in zona tesa. Successivamente si ebbe

il primo profilo a doppio T simmetrico utilizzato molto anche per le navi.

Il profilo a doppio T non ha un unico inventore, ma sicuramente non è figlio della scienza delle

costruzioni, ma possiamo definirlo figlio della prima e seconda rivoluzione industriale.

Prendiamo ad esempio i falsi brevetti come lo slim floor, dei due colossi dell’acciaio

ARCELOR&MITTAL e TATA STEEL, entrambi indiani, non è altro che il solaio inventato da Watt.

Classificazione prodotti siderurgici

I prodotti siderurgici si classificano in base alla norma europea 10079. Il primo prodotto che la norma

classifica è l’acciaio fuso. Dall’acciaio fuso che lavorato genera i semilavorati, dai quali ottengo i

prodotti finiti.

L’acciaio può essere prodotto o da ciclo integrale o utilizzando il riciclo. Il ciclo integrale classico, che

veniva implementato anche nell’ILVA, prevede l’uso del convertitore ad ossigeno (BOF) che utilizza

il carbone per formare la ghisa e poi convertito in acciaio. Questo processo è molto energivoro e molto

inquinante. Una soluzione è il riciclo, ma è una fetta molto piccola del mercato. Un’altra soluzione,

che verrà implementata anche nell’ILVA è rappresentata dal ciclo DR, che sta per direct reduction,

cioè riduzione diretta, che non richiede l’uso del carbone, né la sintetizzazione dei materiali ma

utilizza gas naturale (metano) o idrogeno. Da questi processi molto complessi si ottiene pellet ad

altissimo tenore di ferro che poi viene fuso nei forni ad arco elettrico e, aggiungendo altri componenti,

si ottiene l’acciaio non legato, legato, ecc.

Dall’acciaio fuso si ottengono i semilavorati e i lingotti.

La norma fornisce la regolamentazione per ogni prodotto dell’industria siderurgica e definendo le

caratteristiche meccanich