La resistenza di un tubo rettangolare in alluminio dipende dalle sue proprietà geometriche (dimensioni esterne, spessore della parete) e dalle caratteristiche meccaniche della lega scelta. Calcolare questa resistenza significa determinare se il profilo supporta le sollecitazioni di flessione, compressione o buckling a cui la struttura sarà sottoposta, senza deformazioni eccessive né rotture.
Zona affetta termicamente: il parametro che il calcolo standard dimentica
La maggior parte dei metodi di dimensionamento disponibili online tratta il tubo rettangolare come un profilo omogeneo. Questo approccio funziona finché l’assemblaggio avviene tramite bullonatura o rivettatura.
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Non appena interviene una saldatura, la situazione cambia. L’apporto di calore crea una zona affetta termicamente (ZAT) in cui il limite elastico dell’alluminio diminuisce in modo significativo, in particolare per le leghe della serie 6xxx comunemente utilizzate nelle strutture. L’Eurocodice 9 (EN 1999-1-1) impone di applicare valori ridotti di limite elastico in questa zona, il che diminuisce la capacità portante reale del tubo rispetto a un calcolo teorico su sezione grezza.
Concretamente, un tubo rettangolare saldato alle estremità non può essere dimensionato con gli stessi abachi di un tubo semplicemente accoppiato. Ignorare la ZAT porta a sovrastimare la resistenza del profilo, a volte in modo significativo. Prima di avviare un calcolo, è quindi necessario sapere come i tubi saranno assemblati, il che orienta il guida di Expertise Maison per strutture in alluminio verso una verifica sistematica del modo di giunzione.
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Momento d’inerzia e modulo di flessione di un tubo rettangolare
Il calcolo della resistenza si basa su due grandezze geometriche fondamentali: il momento d’inerzia e il modulo elastico di flessione. Comprendere queste nozioni permette di leggere una scheda tecnica o una tabella di carico senza dipendere da un software.
Momento d’inerzia di flessione
Il momento d’inerzia (indicato con I) misura la capacità di una sezione di resistere alla rotazione sotto carico. Per un tubo rettangolare cavo di larghezza B, altezza H e spessore t, si calcola sottraendo l’inerzia del vuoto interno da quella del rettangolo pieno. Maggiore è l’altezza H, più I cresce rapidamente, poiché la materia lontana dall’asse neutro contribuisce maggiormente alla rigidità.
Un tubo di stessa sezione ma orientato “in orizzontale” (H inferiore a B) avrà un momento d’inerzia più basso rispetto all’asse di flessione principale. L’orientamento del tubo nella struttura condiziona direttamente la sua resistenza.
Modulo elastico di flessione
Il modulo elastico (indicato con W) si deduce dal momento d’inerzia: W = I diviso per la distanza tra l’asse neutro e la fibra più lontana (H/2 per un rettangolo simmetrico). È questo valore che, moltiplicato per il limite elastico della lega, fornisce la tensione massima ammissibile in flessione.
- Il momento d’inerzia traduce la rigidità globale del profilo di fronte alla deformazione (freccia).
- Il modulo elastico collega questa rigidità alla tensione reale nel materiale.
- Il limite elastico della lega (diverso a seconda che si sia fuori ZAT o in ZAT) fissa la soglia di resistenza da non superare.
Flessione e stabilità globale della struttura in alluminio
Verificare la resistenza di un tubo isolato non è sufficiente a garantire la tenuta dell’intera struttura. Le esperienze nel settore degli eventi e scenico (strutture truss in alluminio) mostrano che le rotture raramente derivano dalla rottura del profilo stesso. Il problema deriva piuttosto dall’interazione tra una freccia eccessiva e un’instabilità globale della struttura sotto carico asimmetrico (vento laterale, sospensione decentrata).
Un tubo rettangolare può perfettamente resistere alla tensione di flessione locale mentre partecipa a un insieme che flette o si deforma in modo incontrollato. È per questo motivo che organismi come l’ESTA/PLASA raccomandano di combinare le verifiche di resistenza dei profili con modelli di stabilità globale in 3D, piuttosto che limitarsi a calcoli “a trave isolata”.
Per una struttura di pergola, di tettoia o di struttura leggera, questa distinzione rimane pertinente. Un montante verticale sottoposto a compressione assiale deve essere verificato per il buckling, non solo per la resistenza della sezione. La lunghezza libera del tubo, le sue condizioni di appoggio (incastrato, articolato) e la presenza di controventi modificano fortemente il carico critico.
Coefficienti di sicurezza e evoluzione normativa Eurocodice 9
Il dimensionamento di una struttura in alluminio non avviene al limite teorico di rottura. Si applicano coefficienti parziali di sicurezza per coprire le incertezze sui materiali, i carichi e l’implementazione.
Da quando è stata rivista l’Eurocodice 9 e le sue Appendici nazionali all’inizio degli anni 2020, le raccomandazioni sono diventate più severe su questi coefficienti, in particolare per la flessione e il buckling. Questa evoluzione ha portato a una diminuzione delle luci ammissibili rispetto agli abachi pubblicati prima del 2010. Una tabella di carico vecchia può quindi fornire valori ottimistici che devono essere ricalcolati con i coefficienti attuali.
- Verificare la data di pubblicazione di qualsiasi abaco o tabella di carico utilizzata per il dimensionamento.
- Applicare i coefficienti parziali dell’Eurocodice 9 in vigore, e non quelli delle vecchie note tecniche.
- Distingere le verifiche allo stato limite ultimo (rottura, buckling) da quelle allo stato limite di servizio (freccia massima ammissibile).
Un calcolo di resistenza affidabile combina geometria del tubo, proprietà della lega, modalità di assemblaggio e coefficienti normativi aggiornati. Negligere uno di questi parametri espone a un sovradimensionamento costoso o, peggio, a un sottodimensionamento pericoloso. Per una struttura portante, far convalidare il calcolo da un ufficio di progettazione rimane l’approccio più sicuro, poiché le interazioni tra profili, nodi di assemblaggio e carichi reali superano rapidamente il quadro di un calcolo manuale su sezione isolata.