I profili in acciaio laminati a caldo costituiscono la struttura portante dell’industria moderna. Dal telaio di un grattacielo alla struttura di supporto di una turbina eolica, queste forme versatili sono presenti ovunque nel nostro ambiente costruito. Comprendere dove e come utilizzare ciascun tipo di profilo può fare la differenza tra un progetto economicamente efficiente e uno afflitto da sovraingegnerizzazione o, peggio ancora, da cedimenti strutturali. Questo articolo esamina le applicazioni pratiche dei cinque profili in acciaio laminati a caldo più comuni — angolari, canaline, travi, profili a T e sezioni Z — e spiega come i gradi di materiale Q235B e Q345B influenzino la scelta del profilo nei progetti reali.

Cos'è un profilo in acciaio laminato a caldo?

I profili in acciaio laminato a caldo sono prodotti lunghi in acciaio sottoposti a lavorazione a temperature elevate (superiori a 927 °C / 1.700 °F) e quindi passati attraverso una serie di cilindri per ottenere una specifica forma della sezione trasversale. Il processo di laminazione a caldo affina la struttura cristallina dell'acciaio, conferendo al profilo finito proprietà meccaniche costanti lungo tutta la sua lunghezza. A differenza dei profili formati a freddo, i profili laminati a caldo presentano raggi arrotondati agli angoli e una superficie ricoperta da una patina (ossido), che viene generalmente rimossa prima della verniciatura o della zincatura. I profili più utilizzati negli acquisti industriali sono gli angolari (a lati uguali e disuguali), i profili a C e a U, le travi a H e a I, le sezioni a T e le sezioni a Z. Ogni forma è progettata per resistere a specifici tipi di sollecitazione: le travi resistono alla flessione, gli angolari alla trazione e alla compressione nei sistemi reticolari, i profili a C garantiscono stabilità laterale e le sezioni a Z eccellono nelle applicazioni con campate continue, ad esempio come correnti di falda.

Costruzione e strutture edilizie

Nell’edilizia, i profili in acciaio laminati a caldo vengono utilizzati come pilastri, travi e elementi di controventatura. Le travi a I (chiamate anche travi a sezione a T larga) sono la scelta principale per le applicazioni di pilastro, poiché il loro risalto più ampio offre una maggiore resistenza all’instabilità. In molti edifici commerciali di media altezza, un tipico telaio potrebbe prevedere pilastri a trave a I distanziati tra 6 e 8 metri, con travi a I che si estendono tra di essi per sostenere le solette. Gli angolari sono ampiamente impiegati nelle capriate di copertura e come elementi di controventatura nei telai in acciaio. In zone sismiche, la duttilità dei profili laminati a caldo li rende preferibili rispetto alle alternative formati a freddo; il processo di laminazione a caldo produce un materiale più tenace, in grado di assorbire energia durante un terremoto. Per i telai edilizi in Cina e nell’Asia sud-orientale, la qualità Q235B è la specifica più comune, in quanto offre una resistenza a snervamento adeguata (235 MPa) per la maggior parte delle strutture non altissime, mantenendo contenuti i costi del materiale. Quando un edificio supera i 15 piani o deve sostenere carichi eccezionalmente elevati sui solai, viene specificata la qualità Q345B (resistenza a snervamento di 345 MPa) per ridurre le dimensioni della sezione richiesta e diminuire il carico permanente sulla fondazione.

Infrastrutture e ingegneria civile

I progetti infrastrutturali richiedono profili in grado di resistere per decenni all’esposizione ambientale e ai carichi ciclici. I profili in acciaio laminati a caldo sono utilizzati nella costruzione di ponti, nei sostegni per tunnel e nelle strutture di barriere acustiche lungo le autostrade. Nell’ingegneria dei ponti, i profilati a sezione H e a sezione I costituiscono il sistema principale di travi. Maggiore è l’altezza della trave, maggiore è la sua capacità portante per una data campata. Per campate più brevi (inferiori a 20 metri), le travi laminate sono spesso sufficienti, senza necessità di travi composte da piastre. I profilati a C vengono frequentemente impiegati come travi di bordo lungo i tabelloni dei ponti e come elementi strutturali per i passaggi di manutenzione. Nella costruzione di tunnel, archi in acciaio realizzati con profilati a C o a sezione H laminati a caldo vengono installati come supporto primario prima dell’applicazione del calcestruzzo proiettato (shotcrete). Questi sistemi di supporto temporaneo devono essere in grado di sopportare l’intero peso del terreno o della roccia sovrastanti. I profilati a Z e le controventature angolari sono inoltre utilizzati nei sistemi di cassaforma per ponti in calcestruzzo, dove forniscono la rigidità necessaria per mantenere il calcestruzzo fresco in posizione fino al suo indurimento.

Telai per macchinari ed attrezzature industriali

Le macchine pesanti richiedono strutture di telaio robuste in grado di supportare le attrezzature operative attenuando al contempo le vibrazioni. I profili laminati a caldo costituiscono la scelta standard per le basi delle macchine, le rotaie per gru e le strutture industriali. Negli impianti di produzione, le sezioni a canale vengono comunemente utilizzate come travi di guida per gru a ponte. La forma a C del canale offre una superficie di appoggio naturale per le ruote della gru e consente un facile accesso per la manutenzione. Le travi a I vengono impiegate come supporti verticali per le soppalchi industriali a più piani, dove ogni livello può sopportare carichi concentrati puntuali derivanti da materiali stoccati o da attrezzature produttive. Le sezioni a T (profili a T) sono spesso utilizzate come rinforzi nei telai delle macchine e come collegamenti di flangia negli insiemi strutturali bullonati. Un aspetto fondamentale nelle applicazioni per macchinari è la resistenza alla fatica dell’acciaio. L’acciaio Q345B è generalmente preferito rispetto al Q235B per condizioni di carico dinamico, poiché la sua maggiore resistenza consente l’impiego di sezioni più leggere, che generano forze d’inerzia inferiori sotto carico ciclico. Tuttavia, la procedura di saldatura deve essere attentamente controllata per il Q345B al fine di evitare la formazione di cricche indotte dall’idrogeno nella zona termicamente influenzata.

Torri di trasmissione e infrastrutture elettriche

I tralicci per la trasmissione elettrica rappresentano una delle applicazioni più impegnative per i profili in acciaio laminato a caldo. Queste strutture reticolari devono resistere ai carichi del vento, ai carichi di ghiaccio e alla tensione dei cavi conduttori stessi. I profilati a L sono il tipo di profilo più utilizzato nella costruzione dei tralicci per la trasmissione. I profilati a L con ali uguali vengono impiegati come elementi principali delle gambe e come elementi di controventatura lungo l’intero traliccio. Il profilo a L è ideale per questa applicazione poiché può essere fissato direttamente mediante bulloni su entrambe le ali, garantendo un collegamento robusto grazie a semplici giunzioni a sovrapposizione. In un tipico traliccio per la trasmissione a 132 kV, possono essere utilizzati profilati a L di dimensioni comprese tra 50x50x5 mm e 200x200x20 mm, a seconda della posizione all’interno del traliccio. I profilati a L con ali disuguali vengono talvolta impiegati nelle strutture dei bracci trasversali, dove una delle ali deve essere più larga per consentire il fissaggio degli isolatori. I profilati a C sono utilizzati raramente nelle strutture di trasmissione, principalmente come piastre di base o come elementi strutturali di supporto negli impianti di trasformazione. Il processo di zincatura è fondamentale per le applicazioni relative ai tralicci di trasmissione, poiché questi ultimi restano esposti all’atmosfera per un periodo compreso tra 30 e 50 anni. La qualità Q235B è il grado standard per i profilati a L destinati ai tralicci di trasmissione nella maggior parte dei mercati, poiché la sua composizione chimica si presta particolarmente bene al processo di zincatura a caldo, assicurando un’adesione uniforme del rivestimento di zinco.

Sistemi di scaffalatura e stoccaggio per magazzini

La logistica moderna dipende da sistemi di scaffalature ad alta densità che massimizzano la capacità di stoccaggio verticale. I profili in acciaio laminato a caldo costituiscono gli elementi strutturali principali nelle scaffalature per pallet, nelle scaffalature push-back e nelle scaffalature drive-in. Le colonne portanti delle scaffalature per pallet sono generalmente realizzate in acciaio formatosi a freddo per applicazioni leggere, ma nei sistemi pesanti (carichi superiori a 3.000 kg per livello di traversa), vengono utilizzati come colonne portanti canali o travi a I laminati a caldo. Le sezioni laminate a caldo garantiscono la necessaria resistenza alla deformazione in caso di impatto accidentale di un carrello elevatore contro la scaffalatura. Le traverse dei sistemi di scaffalature sono spesso travi a I laminate a caldo o sezioni speciali formate a freddo dotate di una sporgenza per il fissaggio dei connettori delle traverse. Le sezioni a Z sono ampiamente utilizzate come controventi orizzontali che collegano tra loro le file di scaffalature e come supporti per ripiani nei sistemi di scaffalature a grande luce. La capacità di continuità di attraversamento delle sezioni a Z le rende più efficienti dal punto di vista dei materiali rispetto ai canali per queste applicazioni. Il grado Q235B è quello tipicamente impiegato per le scaffalature, poiché la sua resistenza a snervamento è sufficiente a soddisfare i limiti di deformazione che regolano la progettazione delle scaffalature ed è facilmente reperibile nelle dimensioni di profilo più comuni nel settore delle scaffalature (ad esempio canali 100x50x5 mm e canali 150x75x6,5 mm).

Selezione del grado di materiale: Q235B rispetto a Q345B

La scelta della giusta qualità del materiale è altrettanto importante quanto la selezione della forma del profilo appropriata. Q235B è un acciaio strutturale al carbonio con una resistenza a snervamento minima di 235 MPa e un intervallo di resistenza a trazione compreso tra 370 e 500 MPa. La designazione «B» indica che il materiale ha superato i test di resilienza a temperatura ambiente (20 °C), rendendolo adatto alla maggior parte delle applicazioni strutturali in condizioni ambientali ordinarie. Q235B è facilmente saldabile con metodi convenzionali ed è la scelta predefinita per costruzioni generali, sistemi di scaffalature e strutture portanti per macchinari non critici. Q345B è un acciaio strutturale basso legato ad alta resistenza, con una resistenza a snervamento minima di 345 MPa. Esso presenta una resistenza a snervamento circa il 30 % superiore rispetto a Q235B, consentendo l’impiego di sezioni più leggere e una riduzione del peso totale dell’acciaio nella struttura. Tuttavia, Q345B richiede procedure di saldatura più controllate, in particolare per le sezioni più spesse. Nella pratica, molti team addetti agli acquisti specificano Q235B per strutture bullonate e Q345B per strutture saldate, qualora i risparmi di peso giustifichino i costi aggiuntivi del materiale e della saldatura. Entrambe le qualità sono ampiamente disponibili nei centri di servizio per l’acciaio di Tianjin, Hebei e Shandong, il che comporta tempi di consegna generalmente più brevi rispetto a quelli richiesti per qualità speciali.