Costruzioni a secco in acciaio: guida alla tecnologia

21/06/2021 - Le costruzioni in acciaio sono una soluzione nata nella seconda metà dell’Ottocento e che da allora hanno rivoluzionato il modo di costruire affiancando ai sistemi tradizionali/insite ad umido i sistemi industrializzati/offsite, cosiddetti a secco, nei quali il processo costruttivo viene realizzato per lo più in officina, lasciando al solo cantiere le fasi di assemblaggio.
 
Il tema è ampio; per questo abbiamo coinvolto la Fondazione Promozione Acciaio, che attraverso la voce del presidente, l’Ing. Caterina Epis, ci permetterà di conoscere meglio questa tecnologia e le sue applicazioni.
 
Quali sono le tipologie di sistemi costruttivi in acciaio?
 
“L'edilizia industrializzata in carpenteria metallica si distingue in due principali macro-categorie:
1) strutture metalliche in carpenteria pesante, con involucri e tamponamenti a secco e solai in struttura mista acciaio-calcestruzzo;
2) strutture metalliche in "Cold Formed Steel" (carpenteria leggera), con profili sottili formati a freddo in acciaio interamente realizzate a secco, ossia senza getti in opera.”
 
  Edilizia industriale, Eceplast srl, Foggia, CANTIERE e FINITO, ©Scaff System, Stefano Cibelli
 
Qual è la normativa di riferimento per le costruzioni in acciaio?
 
“I sistemi costruttivi in acciaio sono disciplinati dalle Norme Tecniche per le Costruzioni in vigore, il D.M. 17 gennaio 2018. In particolare, al par. 4.2 - Costruzioni di acciaio e 4.3 - Costruzioni composte acciaio-calcestruzzo vengono date istruzioni sulla progettazione e l’esecuzione. al par. 7.5 - Costruzioni di acciaio vengono fornite indicazioni per la progettazione contro le azioni sismiche, mentre al par. 11.3.4 vengono indicati i requisiti degli acciai e dei prodotti impiegati, la documentazione di accompagnamento per l’identificazione/tracciabilità ed i controlli di accettazione.”
 
Cosa può dirci sul comportamento sismico delle costruzioni in acciaio?
 
“Le strutture in acciaio sono particolarmente indicate per la realizzazione di costruzioni antisismiche grazie alla leggerezza del sistema costruttivo e alla duttilità propria dell’acciaio”, ha affermato il presidente Epis, che ha poi continuato a spiegarci che: “l’azione sismica consiste essenzialmente in un'accelerazione e la conseguente forza che agisce sulla struttura è proporzionale alla massa che, nel caso dell’acciaio, è estremamente modesta.

Pertanto, tanto più una costruzione è leggera tanto meno la costruzione sarà condizionata dalle forze prodotte dal sisma.
 
 

 Edilizia residenziale multipiano. Residenze Via Comune Antico, Milano - CANTIERE e FINITO, ©dYNAMIC nETWORK aRCHITECTS 
 
La duttilità misura invece l'ampiezza del campo di deformazione plastica che un sistema può sopportare senza rompersi. È quindi evidente che sistemi strutturali basati su materiali molto duttili, come l'acciaio, risultino più vantaggiosi rispetto a sistemi basati su materiali meno duttili, come il cemento armato, o fragili, come la muratura.”
 
L’uso dell’acciaio risulta essere idoneo per gli interventi di riqualificazione dell’esistente?
 
“La riqualificazione degli edifici esistenti è sicuramente favorita dall’impiego di sistemi interamente a secco in acciaio sia per gli interventi di puro efficientamento energetico sull’involucro edilizio, sia per quelli di ristrutturazione, demolizione/ricostruzione, ampliamento, messa in sicurezza, adeguamento e miglioramento sismico, nei quali l’acciaio gioca un ruolo fondamentale.
 
Le soluzioni in acciaio possono risultare estremamente efficaci nella realizzazione di interventi finalizzati al raggiungimento della sicurezza statica o al rafforzamento locale, miglioramento o adeguamento sismico di edifici esistenti di muratura o di calcestruzzo armato.
 
La leggerezza e l’elevata prefabbricazione delle soluzioni di acciaio, favorite da un elevato rapporto resistenza/peso del materiale, limitano i disagi dovuti al trasporto degli elementi strutturali e ne favoriscono l’inserimento nelle costruzioni esistenti, riducendo al minimo le operazioni da effettuarsi in cantiere e facilitando conseguentemente la messa in opera.”

Un esempio dell'uso dell'acciaio come soluzione costruttiva è VILLA GM by Architrend Architecture. Una villa monofamiliare affacciata sul mediterraneo, in una località costiera del sud della Sicilia. Nella scheda progetto, fornita dalla Fondazione Promozione Acciaio, si legge che: "protagonista di questo “angolo” internazionale nel territorio della Trinacria è sicuramente l’acciaio, attraverso la leggerezza delle sue forme, che si integrano perfettamente con i solai lignei ed il tavolato in doghe di larice dipinte di bianco della piscina.

Sono in acciaio le strutture portanti, costituite da colonne in profili cavi circolari, dal diametro di 200 mm e da travi HEA 200 a costituire il sostegno della copertura. La maglia strutturale, si sviluppa su griglie modulari con passo di 60 cm, ben delineate dalle travature a vista del solaio e contribuisce a trasmettere l’idea di essenzialità al progetto."
 
 Edilizia residenziale - VILLA GM, Rg - cantiere - ©Architrend Architecture
 Edilizia residenziale - VILLA GM, Rg - opera finita - ©Moreno Maggi

 VILLA GM by Architrend Architecture, è presente anche su Archilovers, dove è possibile visualizzare altre foto del progetto. 
 

Il sistema costruttivo a secco in acciaio: come si compone

Il presidente Caterina Epis ha introdotto nella panoramica sulle costruzioni in acciaio il tema centrale di questo focus: i sistemi costruttivi a secco in acciaio.
 
Alla domanda su cosa siano, come sono composti e come funzionano, l’ingegnere ha risposto che:
“i sistemi costruttivi a secco in acciaio attingono in maniera consapevole e critica dall’enorme patrimonio offerto dalla produzione industriale legata all’edilizia per realizzare manufatti altamente tecnologici e sostenibili.
 
I principali elementi di un edificio a secco sono:
 - struttura portante (elementi verticali e orizzontali);
- involucro e sistemi isolanti;
- sistemi di partizione interna.
 


 Edilizia terziaria - Polo tecnologico EMAK, RE. CANTIERE e FINITO, ©Alex Filz-Pichler Projects
 
Le strutture portanti in carpenteria metallica sono costituite da sistemi a telaio in profili in acciaio, ad esempio profili aperti, profili cavi, laminati mercantili e profili sottili formati a freddo.
 
Per la realizzazione dei solai di interpiano, dei sistemi di copertura e di parete vengono prevalentemente impiegate lamiere grecate, lamiere grecate collaboranti (solai misti acciaio- cls) e pannelli coibentati (pannelli sandwich). Il sistema costruttivo, oltre ad essere estremamente leggero consente tempi di realizzazione ridotti, evitando anche l’uso di puntelli e casserature nel caso di realizzazione di solai. Gli unici getti di completamento in cls hanno uno spessore di pochi centimetri.
 
L’involucro viene realizzato principalmente con due sistemi costruttivi:
 
- sistemi interamente prefabbricati, che necessitano di un semplice montaggio in cantiere e prevedono l’impiego di pannelli coibentati metallici e isolamento termoacustico incluso;
- sistemi stratificati a secco eseguiti in opera, prevedono l’uso di lamiere di vario tipo, ad esempio grecate, ondulate, microforate e isolante termoacustico.
 
In merito alle partizioni interne i sistemi più comunemente impiegati sono:
- pareti leggere: sistemi formati da un’orditura metallica portante e da un rivestimento in lastre di gesso;
- sistemi di cartongesso con sottostante struttura in lamiera di acciaio ed eventuale coibente acustico (intelaiatura con profili in acciaio zincato rivestita con pannelli in cartongesso ed eventuale coibente, in spessori molto ridotti rispetto ad analogo tramezzo in laterizio).
 
  Edilizia residenziale monofamiliare - casa privata, Mb, CANTIERE e FINITO ©Emanuele Tanzi COGI steelMAX®
 
Può spiegarci meglio in cosa consiste il sistema stratificato?
 
“Nella tecnologia Struttura/Rivestimento ogni elemento costruttivo è visto come un supporto rivestito con metodologie di fissaggio a secco. Una gamma estremamente differenziata di strati assolve ad una funzione specifica e l’applicazione di queste teorie genera un sistema stratificato con intercapedini, elastico, flessibile ed evolutivo, che si contrappone al sistema ad inerzia-monolitico ottenibile con le tecnologie tradizionali.
 
Le tecniche S/R propongono quindi innovazioni di assemblaggio, di stratificazione dei prodotti e non esistono necessariamente sull’innovazione del prodotto in sé. L’edificio è un’entità leggera, senz’acqua, in cui le unità che lo costituiscono (prodotti di manifattura industriale) vengono assemblate e non create in cantiere.”
 

I vantaggi delle costruzioni realizzate a secco in acciaio 

Abbiamo chiesto alla Fondazione Promozione Acciaio di elencarci le caratteristiche e i vantaggi degli edifici costruiti sulla base di questo metodo.
 
Dalla risposta è emerso che, in un processo costruttivo a secco, la maggior parte delle lavorazioni e delle verifiche si sposta dalla fase di cantiere a quella della progettazione e della produzione, ottimizzando tutto il processo in termini di tempistiche, riduzione degli sprechi e degli errori.
 
“Parlare oggi di acciaio nelle costruzioni significa parlare prevalentemente di edilizia a secco off-site: tecnologie costruttive ed approcci volti ad aumentare l’intensità delle lavorazioni svolte prima della fase di cantiere, ha detto l’ingegner Epis, che ha poi aggiunto: il totale del valore realizzato in officina si attesta tra il 70 e l’80% nei prodotti immobiliari realizzati in acciaio con tecnologia a secco. Le verifiche prestazionali della maggior parte dei componenti edilizi avvengono quindi già durante le fasi produttive. In questo modo i requisiti qualitativi possono essere perfettamente tracciati e mantenuti costanti nel tempo”.

A livello di sicurezza, la presidente Caterina Epis ha poi sottolineato che: "il sistema costruttivo a secco in acciaio è considerato tra i più resistenti in caso di incendio. Grazie alla combinazione dell’acciaio con le proprietà degli altri componenti edilizi, le strutture in acciaio riescono ad ottenere prestazioni tra le più performanti in termini di resistenza al fuoco per le diverse destinazioni d’uso."
 
 Edilizia ricettiva per studenti - Campus MILANO INTERNAZIONALE MI, ©Oskar Da Riz, Alex Filz/ Pichler Projects
 

Sistema costruttivo in acciaio a secco, la risposta energetica

“I sistemi costruttivi a secco sono vantaggiosi anche dal punto di vista del risparmio energetico, ha affermato il presidente Caterina Epis, in quanto riescono, per le caratteristiche di produzione e installazione, a coniugare elementi costruttivi intrinsechi e materiali per l’isolamento termico e acustico, oltre che predisposizioni integrate per l’impiantistica.
 
Grazie agli accorgimenti tecnico - costruttivi applicabili e ai materiali impiegati è possibile raggiungere prestazioni energetiche molte elevate per edifici in Classe A. L’elevato isolamento termo-acustico assicura la qualità dell’ambiente interno. Anche gli impianti, come quelli di riscaldamento e/o che sfruttano le energie rinnovabili, sono facilmente integrabili nella struttura. L’acciaio, inoltre, non essendo un conduttore di umidità, garantisce ambienti salubri privi del cosiddetto “effetto spugna”.
 
Tutto questo consente di ridurre i consumi di energia e quindi i costi di gestione, migliorare il comfort interno degli ambienti, ridurre le emissioni di inquinanti e l’impatto ambientale del fabbricato, ottimizzare la gestione dei servizi energetici e degli impianti.”

Proponiamo un altro esempio di costruzione in acciaio, il COIMA Headquarters by MCA, nel quartiere di Porta Nuova a Milano, un edificio iconografico e destinato ad ospitare uffici ed attività commerciali.  Nella scheda progetto, fornita dalla Fondazione Promozione Acciaio, si legge che: "per la parte fuori terra, il nuovo volume è stato realizzato con una struttura mista di acciaio e cls: il diaframma rigido di piano è stato realizzato con lamiera grecata e getto di completamento, reso collaborante alle travi in carpenteria metallica tramite adeguata piolatura. Le travi in acciaio hanno trovato appoggio, oltre che sui nuclei, su pilastri anch’essi in acciaio, posti a interasse regolare, che gravano in falso sulle travi pareti del livello interrato."
 
 Edilizia Uso uffici - Headquarter Coima, Mi ©MSC Associati

 Edilizia Uso uffici - Headquarter Coima, Mi ©Paolo Riolzi

COIMA Headquarters - Porta Nuova Milano by MCA è presente anche su Archilovers, dove è possibile visualizzare altre foto del progetto. 
 

Lo scenario delle costruzioni in acciaio in Italia 

Perché in Italia la diffusione della costruzione in acciaio non è diffusa agli stessi livelli di altri paesi europei o d'oltreoceano come gli USA e Giappone?
 
“L'Italia ha affrontato i cambiamenti dei processi costruttivi del secolo scorso provenendo da una tradizione basata su sistemi "ad umido" e questo ha determinato naturalmente un'evoluzione orientata a privilegiare il cemento armato gettato in opera rispetto a sistemi a secco basati sull'assemblaggio di elementi in acciaio”, ha affermato l’ingegner Caterina Epis.
 
“A questa motivazione di carattere storico-culturale, si sono poi sovrapposte scelte di carattere politico ed economico che hanno trovato riflesso in un susseguirsi di norme tecniche che hanno trascurato il "sistema acciaio" rendendone problematico l'utilizzo, soprattutto in zona sismica.
 
Un cambiamento significativo è arrivato solo nel recentissimo passato, grazie al DM 2008 dove vengono definiti i principi di progettazione della costruzione in acciaio in zona sismica e vengono precisati i requisiti prestazionali richiesti per i materiali, il processo costruttivo ed il sistema strutturale,” ha poi concluso il presidente di Fondazione Promozione Acciaio.
 

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