Ing. Alessandro Desimoni
Libero Professionista – Consigliere CTA
Correva l’anno 1894 quando, nello stato dell’Iowa, veniva realizzato il primo ponte statunitense in struttura composta acciaio-calcestruzzo basato su un sistema brevettato (Melan Arch Bridge) del quale si siano conservati gli elaborati esecutivi; ma già nelle due decadi precedenti del XIX secolo erano stati numerosi i tentativi di abbinare calcestruzzo e profili di acciaio nella progettazione e costruzione di infrastrutture e di edifici, sia in Europa che in Nord America.
Da allora ne è passata di acqua sotto i ponti di tutto il mondo, molti dei quali realizzati proprio con impalcati in struttura composta, con schemi statici, materiali e tecnologie via via sempre più moderni e erformanti.
Se per ponti e viadotti l’utilizzo di elementi strutturali composti acciaio-calcestruzzo è largamente diffuso e apprezzato, rappresentando una soluzione ormai standard per impalcati in alcuni intervalli di luce, lo stesso non si può constatare a riguardo degli edifici, almeno in ambito nazionale: raramente, infatti, la scelta finale per strutture residenziali, commerciali e di servizi ricade sull’utilizzo di membrature composte. Eppure, i presupposti per un proficuo impiego di tale tecnologia costruttiva ci sarebbero tutti. L’acciaio e il calcestruzzo sono materiali compatibili e complementari: hanno (quasi) la stessa dilatazione termica, combinano ottimamente le loro caratteristiche meccaniche (il calcestruzzo è efficiente in compressione, l’acciaio in trazione), i fenomeni di instabilità tipici dei profili in acciaio vengono limitati dalla presenza del calcestruzzo il quale, inoltre, fornisce protezione contro la corrosione e le alte temperature. Ne risultano solette, travi e colonne performanti e ottimizzate per lo specifico impiego, caratterizzate da sezioni trasversali di dimensioni contenute, spesso realizzate con materiali di elevate prestazioni; le strutture che adottano tali membrature esibiscono generalmente ottime prestazioni statiche in termini di resistenza, rigidezza e duttilità, consentono di coprire ampie luci con soluzioni di limitato spessore e che agevolano il passaggio degli impianti, riescono a essere realizzate con tempistiche di cantiere contenute, grazie alla possibilità di limitare casserature e puntellature, oltre a essere predisposte per installare agevolmente impianti tecnologici e finiture.
Grazie alle loro peculiarità, le strutture composte consentono, inoltre, di affrontare con efficacia tre tematiche di sempre maggior interesse e attualità nelle moderne progettazioni: la robustezza, la resistenza al fuoco e la sostenibilità. La robustezza di un edificio in struttura composta può essere conseguita adottando un’opportuna ridondanza strutturale e curando i dettagli costruttivi, in modo da consentire lo sviluppo dell’effetto catenaria negli impalcati, utile nell’evitare collassi sproporzionati in seguito a eventi eccezionali.
Per quanto concerne la resistenza al fuoco, una rilevante caratteristica di alcune tipologie di strutture composte è di possedere una resistenza strutturale in caso di incendio, anche per tempi di esposizione importanti, senza bisogno di applicare sistemi di protezione o di adottare sezioni di dimensioni particolarmente impattanti.
L’ottimizzazione delle sezioni strutturali unita all’utilizzo di materiali prestazionali e innovativi (e.g. calcestruzzo fibrorinforzato) o che possono derivare da processi di riciclo (profili di acciaio, aggregati del calcestruzzo) consente, infine, di rendere le strutture composte più sostenibili di altre tipologie da un punto di vista dell’impatto ambientale, anche grazie alle possibilità di rinforzare strutture esistenti in calcestruzzo armato con profili in acciaio, creando nuove membrature composte.
In ultimo, le innumerevoli possibilità di accoppiamento tra elementi in acciaio da carpenteria e calcestruzzo lasciano ampio spazio all’innovazione tecnologica: travi composte con profili alveolari, solette con travi inglobate nel getto, pareti composte con camicia esterna in lamiere di acciaio e riempimento interno di calcestruzzo, oltre a varie tipologie di connettori, sono le risposte che le aziende del settore stanno fornendo alle nuove richieste del mercato.
Alla luce dei tanti pregi elencati, viene spontaneo interrogarsi sui motivi dell’ancora limitato impiego delle strutture composte nelle realizzazioni correnti di edifici, almeno nel nostro Paese (in altri stati europei la diffusione è maggiore). Come spesso accade, le concause sono più d’una e coinvolgono vari soggetti. Da un punto di vista imprenditoriale, l’utilizzo di materiali e sistemi costruttivi piuttosto costosi, l’impiego di mano d’opera specializzata e la poca flessibilità dei sistemi standard ad assecondare geometrie articolaterappresentano alcuni dei principali ostacoli alla diffusione della tecnologia composta. Sotto l’aspetto proget-tuale, alcuni freni per i progettisti a perorare la causa delle strutture composte sono rappresentati dalle attuali normative di settore (non sempre esaustive e allineate alle innovazioni tecnologiche), dal doversi interfacciare con il supporto tecnico delle aziende (fondamentale quando si utilizzano specifiche tecnologie coperte da Valutazione Tecnica Europea ETA) e, talvolta, dalla minor padronanza della materia rispetto alle più tradizionali costruzioni in acciaio o calcestruzzo armato (argomenti sempre presenti nei piani di studi universitari, a differenza delle strutture composte per edifici, talvolta non previste).
Negli ultimi anni, fortunatamente, qualcosa sta cambiando e gli orizzonti appaiono più ottimistici. La seconda generazione degli Eurocodici, la cui pubblicazione integrale è prevista entro settembre 2027, ha, tra i principali intenti, quello di migliorare la chiarezza e la comprensibilità delle disposizioni tecniche, aumentando la coerenza all’interno del singolo documento e tra i vari documenti, fornendo altresì regole di progettazione per materiali e sistemi costruttivi all’avanguardia. Il nuovo Eurocodice 4, annunciato per il 2026, sarà tra i documenti che maggiormente beneficerà della rinnovata impostazione e accanto alle tre tradizionali parti (edifici, progettazione al fuoco e ponti) prevederà tre nuove specifiche tecniche che forniranno regole di progetto per altrettante tipologie di innovazioni tecnologiche (elementi composti realizzati con una singola o doppia pelle di acciaio, connettori di tipo dowels e colonne composte con materiali ad alte prestazioni).
Considerando lo stretto legame che le strutture composte hanno con quelle in acciaio, il CTA è direttamente coinvolto con le sue tre anime (università, industria, professione) nella promozione e divulgazione tecnica di questa tecnologia. Recentemente, nei mesi di febbraio e marzo, si è svolto il corso online “Analisi e progettazione delle strutture composte acciaio-calcestruzzo secondo l’Eurocodice 4”, articolato in quattro incontri per complessive 16 ore e rivolto prevalentemente alle figure coinvolte nella progettazione strutturale di edifici, con lo scopo di fornire le basi teoriche e gli strumenti applicativi per affrontare correttamente le analisi e le verifiche normative, ponendo l’attenzione su quelle maggiormente caratterizzanti le varie tipologie di membrature composte. Durante il webinar è stato affrontato il caso studio della struttura di un parcheggio multipiano, modellata con software FEM e per la quale sono state considerate una soletta, una trave e una colonna dettagliatamente discusse come esempio di progetto e verifica. Particolare attenzione è stata dedicata, nella quarta giornata, alla progettazione al fuoco, illustrando i principi generali ed esaminando le procedure di verifica per le varie membrature. Il corso è stato seguito da oltre cento partecipanti, sintomo di un crescente interesse per la materia, testimoniato anche dalle numerose domande pervenute ai relatori, alcune delle quali si sono rivelate particolarmente interessanti ai fini dell’approfondimento normativo.
Mentre è in stampa il presente numero della rivista, è in corso di svolgimento un secondo corso, articolato in due incontri, dedicato agli strumenti avanzati e alle tecnologie innovative nel campo delle strutture composte. I temi trattati spaziano dalle applicazioni in zona sismica, alla progettazione delle connessioni composte, alle solette realizzate con aggregati riciclati, alle applicazioni con acciai alto-resistenziali e con calcestruzzi fibro-rinforzati, fino ad arrivare al rinforzo delle strutture esistenti in calcestruzzo armato con acciaio da carpenteria.
Per completare questa prima panoramica sul mondo delle strutture composte acciaio-calcestruzzo, l’intenzione è di approntare, nei prossimi mesi, anche un corso su ponti e viadotti, i cui impalcati sono sempre più comunemente realizzati in soluzione composta.
Approfondire le competenze tecniche dei professionisti, migliorare chiarezza e completezza delle norme, disporre di aziende che investono nelle innovazioni tecnologiche e nella riduzione dei costi: da questi tre capisaldi può finalmente ripartire la diffusione delle strutture composte per gli edifici, per avere anche nel nostro Paese costruzioni più moderne, sicure e sostenibili.