Progettazione di strutture Resistenza alla corrosione. Prof. Ing. Giulio Ballio. Acciai inossidabili nelle strutture civili e industriali

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1 f COSTRUIRE INOX Progettazione di strutture Resistenza alla corrosione Prof. Ing. Giulio Ballio Acciai inossidabili nelle strutture civili e industriali Convegno organizzato dal Centro Inox in collaborazione con Centro Sviluppo Materiali - Roma - via di Castel Romano Maggio 1991

2 ACCIAI INOSSIDABILI NELLE STRUTTURE CIVILI E INDUSTRIALI di Giulio Ballio 1. La cultura delle costruzioni in acciaio La cultura della costruzione metallica in Italia ha certamente risentito, anche nel recente passato, del periodo autarchico degli anni intercorsi fra le due guerre mondiali. Nel ventennio la mancanza della materia prima e la volontà' di destinare le poche risorse nazionali all'industria manifatturiera e degli armamenti ha impedito lo sviluppo della costruzione metallica nell'ambito della ingegneria civile: ben poche furono le realizzazioni in acciaio e la cultura italiana nel settore non potè' svilupparsi e tenere il passo con quello degli altri Paesi europei. Le scuole universitarie avevano iniziato l'insegnamento sistematico di questa disciplina alla fine dell'ottocento, in modo fiorente e fecondo: ricordo le dispense 1886 del "Corso teorico pratico sulla Costruzione dei Ponti Metallici" ad uso degli ingegneri e Costruttori e degli allievi delle scuole di applicazione del Prof. Pio Chicchi che insegnava ponti strade e ferrovie nella Reale Scuola di applicazione annessa alla Unversita' di Padova. Dopo il 1920, nei corsi istituzionali di Costruzione in ferro, legno e cemento armato, si comincia a privilegiare l'insegnamento delle costruzioni in cemento armato fino a dedicargli la quasi totalità' dei contenuti. La disciplina delle costruzioni metalliche resta cosi' in mano a pochi cultori, per lo più' illuminati operatori nell'ambito delle poche industrie operanti nel settore quali

3 -2- l'ente Ferrovie dello Stato. Tra questi sento il dovere di citare l'ing. Fausto Masi, autore del testo "La pratica delle Costruzioni Metalliche" edito nel 1931 da Hoepli che ancora resta una pietra miliare delle cultura metallica italiana. Fa fede di questa sua affermazione la sua quinta edizione, ovviamente ampliata e aggiornata del 1985 col titolo "Costruire in Acciaio". 'OS 1 Passata la seconda guerra mondiale e la immediata ricostruzione, in Italia si rincomincia a intravedere nell'acciaio un potenziale candidato per costruire. Sorsero industrie di carpenteria; nel 1947 l'acai - Associazione fra i Costrutturi in Acciaio Italiani; nel 1949 la rivista Costruzioni Metalliche che ebbe come primo direttore l'ing. Fausto Masi. A cura dell'acai nel 1952 furono redatte le prime normative e negli anni furono tenuti in varie università' dei corsi di cultura di tipo non istituzionale. Nel 1965 venne pubblicata la prima versione della CNR "Cotruzioni in Acciaio" - Istruzioni per il progetto, l'esecuzione e la manutenziuone". Nel 1968 quella relativa alle Travi Composte di Acciaio - Calcestruzzo - Istruzioni per l'impiego nelle Costruzioni (CNR 10016). Bisogna pero' arrivare intorno agli anni 70 per trovare le prime iniziative a larga diffusione. In questo periodo comincia ad essere attivo il CTA (Collegio dei Tecnici dell'acciaio): i suoi congressi e i suoi corsi di cultura attirano diverse centinaia di ingegneri. Nel 1967 viene istituito nella Facoltà' di Ingegneria di Napoli il primo corso istituzionale di Costruzioni Metalliche seguito, nel 1968, da quello di Costruzioni in Acciaio nel Politecnico di Milano. Nel 1970 inizia la pubblicazione della COLLANA ITALSIDER, ancora adesso valida e attuale. A questa collana, oggi pubblicata dalla Siderservizi, dettero un contributo essenziale quei docenti universitari e quei professionisti che nell'acciaio avevano creduto e che nella costruzione metallica avevano trovato spunto per la loro attività' di ricerca e professionale. La collana fu coordinata dal Prof. L. Donato. Vi collaborarono: R. Baldacci, U. Carputi, G. Ceradini, G.F. Costa, I. Daddi, E. Dal Pont, D. Danieli, F. De Miranda, L. Finzi, C. Foti, E. Giangreco, M. Locatelli, G. Magenta,

4 -3- P. Matildi, F.M. Mazzolani, M. Mele, V. Nasce', E. Nova, L. Sanpaolesi. Negli anni successivi, fra il 1970 e il 1980, sull'esempio delle Università' di Napoli e del Politecnico di Milano vennero istituiti corsi di Costruzioni in Acciaio presso le Facoltà' di Ingegneria di varie sedi universitarie. Accanto a questi corsi si sviluppo' la ricerca che ebbe subito la possibilità' di confrontarsi a livello internazionale. In quel periodo la CECM-ECCS-EKS (Convenzione Europea della Costruzione Metallica) costituiva un fascinoso punto di agglomerazione ove i ricercatori universitari e i progettisti italiani poterono apprendere e contribuire, misurando le loro forze e le loro capacita' con i colleghi europei e statunitensi. Frutto di questa esperienza fu il libro che Federico Mazzolani ed io scrivemmo nel Strutture in Acciaio - libro che ebbe l'onore di essere tradotto e pubblicato in Inghilterra nel 1983, a Taiwan nel 1987, in Cina nel Gli anni 90 che abbiamo di fronte dovranno essere caratterizzati da un ulteriore salto di qualità'. La nostra cultura dovrà' non solo confrontarsi, ma anche integrarsi con quella delle altre nazioni europee. Essa dovrà' accettare gli stimoli che provengono da esperienze che si sono evolute con maggior continuità' e forse con maggiore consapevolezza. Nello stesso tempo essa potrà' innestare nella cultura dei nostri amici di oltralpe quella vivacità' insita nella rapidità' della evoluzione della specificità' dei problemi costruttivi italiani. Io credo che il programma ESDEP sia il mezzo migliore per fare questo salto di qualità' e operare questa integrazione culturale. L' ESDEP (European Steel Education Programme) nasce nel 1986 per opora dello Steel Construction Institute inglese e della Technische Universiteit di Delft in Olanda e ottiene il riconoscimento e il contributo finanziario del COMETT (Community Action Program for Education and Training for Technology). Tali contributi coprono circa il 30% del fabbisogno economico. Gli universitari europei lo finanziano per un ulteriore 30% prestando gratuitamente la loro opera; il restante

5 -4-40% e' finanziato dalle industrie o da federazioni industriali del settore ( in Italia dalla Federacciai). Io ho avuto l'onore e l'onere di essere chiamato, come rappresentante italiano, nel Comitato Consultivo per coordinare l'attività' italiana nel settore. Lo scopo dell'esdep e' creare un corso organico di Costruzioni Metalliche che venga utilizzato per la didattica dalle Università' e nel contempo di aggiornamento degli operatori professionali e industriali del settore. Più' in dettaglio si prevede di organizzare il corso in circa 200 lezioni comprensive di testo e di diapositive. Le lezioni sono articolate in modo da rivolgersi a 3 differenti livelli culturali: livello A livello B livello C comprenderà' il materiale adatto per un corso propedeutico per diplomati; comprenderà' il materiale utile per ingegneri che desiderano apprendere le Costruzioni Metalliche; comprenderà' materiale più' avanzato essenzialmente rivolto a ingegneri e operatori del settore. Io credo che questo programma, forse ambizioso ma certo utile, potrà' veramente divenire il punto di riferimento culturale e professionale di tutti coloro che credono nello sviluppo delle Costruzioni Metalliche e quindi anche di crede nelt impiego degli acciai inossidabili nel mondo delle costruzioni. 2. Il ruolo delle normative nell'ingegneria strutturale. Il ruolo delle normative nell'ingegneria delle strutture si e'sempre prestato a discussioni e non si e' ancora giunti a una completa definizione del problema. Alcuni, sostenitori di un ruolo elitario dell'ingegneria delle strutture, vedono nelle normative un vincolo spesso determinante nelle scelte, una remora alla libertà' progettuale e alla innovazione. Alcuni, sostenitori della necessita' dell'ingegnere strutturista, ma anche di Un controllo di qualità' sul suo operato, vedono nelle normative una raccolta di "regole del gioco" cui tutti devono uniformarsi. Alcuni, sostenitori della inutilità' della progettazione strutturale, vedono nelle

6 -5- normative la possibilità' di predeterminare ogni aspetto del calcolo e della progettazione esecutiva, banalizzando il loro apportò e riducendo costi e tempi. Conseguentemente la situazione attuale delle normative internazionali non ha ancora trovato un assetto preciso. Vi sono norme strutturali con enunciati puramente prestazionali (del tipo: "la struttura deve rispondere a criteri che garantiscano la incolumità' delle persone"). Altre normative entrano nel dettaglio delle. metodologie di calcolo, pur indicando esplicitamente che altri metodi di calcolo scelti dal progettisti, se comprovati, sono accettabili. Infine vi sono normative completamente precettive, che non ammettono deroghe e di fatto standardizzano non solo il componente, ma anche il risultato del progetto strutturale. Bisogna comunque riconoscere che in questi ultimi anni, forse a causa della burocratizzazione e della conseguente deresponsabilizzazione degli operatori, l'assenza di normative specifiche in un settore ha provocato una remora anche seria allo sviluppo del settore stesso. Ne discende come conseguenza che molti hanno invocato e invocano normative specifiche sempre più' particolari e precettive, al fine di favorire la commercializzazione di prodotti specifici o addirittura di imporre determinate soluzioni a scapito di altre tecnicamente equivalenti. 3. Applicazioni dell'acciaio inox nell'ingegneria civile Nel mondo delle costruzioni civili la diffusione dell'acciaio inox ha avuto non piccole difficolta', credo in parte legate a quanto sopra evidenziato a proposito della storia, della cultura e delle normative delle costruzioni metalliche. ha risentito, almeno in Italia, della scarsa diffusione della cultura sulle costruzioni in acciaio; il costo del materiale e le maggiori difficolta' tecnologiche di lavorazione e di saldatura hanno certamente scoraggiato il suo impiego nell'ambito dell'ingegneria civile; la scarsa sensibilità' dei progettisti e soprattutto dei committenti nei riguardi dei problemi di durata e di manutenzione della costruzione ha spesso relegato

7 -6- l'acciaio inossidabile in campi fìn'ora ritenuti, a torto, secondari. Mi riferisco, sempre restando nel solo campo dell'ingegneria civile, a utilizzazioni per: arredo urbano quali pensiline, cabine telefoniche, transenne, parapetti, lampioni; fìniture esposte quali, ingressi comuni, facciate, anche di notevole complessità'; strutture di supporto di impianti elevatori all'aperto; particolari costruttivi esposti alla corrosione quali staffe di fissaggio per prefabbricati, tasselli di ancoraggio; monumenti e loro strutture interne. Applicazioni strutturalmente più' significative possono essere ritrovate in opere con maggior valore aggiunto. Mi riferisco a: strutture spaziali; restauro di opere monumentali; consolidamento di gallerie. 4. Ruolo e prospettive dell'acciaio inox nella ingegneria civile Non e' facile fare previsioni per il futuro. E' possibile pero' individuare alcune linee di tendenza ed alcune azioni che possono essere intraprese per favorire lo sviluppo delle applicazioni degli acciai inossidabili nella ingegneria civile. Mi sembra che le seguenti affermazioni possano essere ragionevolmente poste alla attenzione degli operatori del settore. In un sistema decisionale, sempre più' basato sul consenso generalizzato, e' spesso più' facile avviare operazioni di mantenimento di costruzioni esistenti piuttosto che di demolizione e successiva ricostruzione. La manutenzione ha costi essenzialmente legati a quelli della manodopera. Le scelte dei tempi e delle modalità' manutentive richiedono decisioni soggettive, spesso difficilmente documentabili a livello tecnico. Per incapacita' decisionale spesso si

8 -7 - abbandona la costruzione fino a quando il degrado raggiunge livelli tali da richiedere spese confrontabili o addirittura superiori di quelle necessane per realizzare una nuova costruzione. Sta quindi crescendo la sensibilità' degli operatori nei riguardi della durabilità' della costruzione. In tale situazione e' evidente che viene favorito l'impiego di materiali meno soggetti all'usura del tempo, più' resistenti agli agenti atmosferici. Fra questi l'acciaio inossidabile ha caratteristiche ben più' interessanti di alcuni suoi diretti concorrenti (in termini di durabilità') quali i materiali fibro rinforzati e il legno lamellare. Barre in acciaio inox possono risolvere molti problemi del cemento armato. Elementi strutturali in acciaio inox o acciaio inox ferritico possono costituire una valida ed economica alternativa nelle strutture metalliche. Per favorire l'impiego dell'acciaio inossidabile bisogna pero' sviluppare sensibilità' e cultura fra chi opera nel mondo delle costruzioni civili. Da un punto di vista gestionale si deve sensibilizzare la committenza nei riguardi dei costi di manutenzione. Bisogna far comprendere alle stazioni appaltanti che non esistono soluzioni tecniche che non necessitano operazioni di manutenzione. Bisogna convincerle che negli appalti e nei confronti economici che ne conseguono debbono essere prese in considerazione anche i costi attualizzati di manutenzione e non solo quelli di costruzione. Da un punto di vista tecnico mi permetto di suggerire alcune azioni che potrebbero venir incontro alla necessita' di apprendimento mie e di tante altre persone che con me operano nel campo delle costruzioni civili. Mi sembrerebbe utile raggnippare i differenti tipi di acciaio inossidabili in funzione delle loro prestazioni più' che della loro composizione chimica. Si pensi al povero ingegnere che a fronte dei tre tipi di acciaio normale da costruzione (Fé ) deve prendere in considerazione un centinaio di sigle diverse per scegliere la qualità' di inossidabile utile per risolvere il suo problema. Problema che non solo riguarda la resistenza, ma deve considerare le prestazioni alla corrosione,

9 -8- spesso alla tensocorrosione, i tempi di approvigionamento, il controllo di qualità', l'eventuale ulteriore ciclo protettivo,- la interazione chimica e meccanica con altri materiali (calcestruzzo, alluminio, etc.) NelT ambito delle costruzioni metalliche il materiale e' importante, ma ben più' condizionanti sono le modalità' di collegamento. L'esperienza ha ormai dimostrato che materiali e componenti hanno successo solo se progettati in funzione di un loro facile inserimento nel contesto strutturale e nella costruzione. Accanto alla produzione dei materiali si deve quindi sopportare le tecnologie di lavorazione, di esecuzione, di unione. Saldature e bullonature costituiscono spesso le zone critiche nei riguardi della sicurezza della costruzione. Non si compra volentieri una barra di acciaio inossidabile da un produttore che non accetta di effettuare la filettatura e non offre anche i dadi e le rondelle compatibili. Bulloneria e tiranteria ad alte caratteristiche meccaniche ( N/mm2 di rottura) possono avere ampi spazi non solo nel campo del consolidamento. bla ulloneria inox e' richiesta ad esempio dalle strutture in alluminmio e dalle grandi strutture tubolari spaziali in cui il collegamento e' spesso effettuato con un unico bullone o barra filettta di diametro variabile fra mm teso e quindi sensibile a tensocorrosione. Per concludere io credo che non si debba contrapporre un materiale ad un altro. Io credo che un ingegnere sia tanto più' bravo quanto più' sa utilizzare il materiale più' adatto alle esigenze che deve soddisfare. Un bravo ingegnere deve pensare non in funzione di solo cemento armato o di solo acciaio. Un ingegnere deve pensare in termini sia di acciaio sia di cemento armato, sia di legno, sia di muratura. Credo che in futuro dovrà' pensare sempre di più' anche in termini di acciaio inossidabile.

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