Dimensionare un tubo rettangolare in alluminio per una struttura non si riduce a scegliere una sezione « che sembra abbastanza grande ». Il quadro normativo imposto dall’Eurocodice 9 (EN 1999-1-1) struttura il processo in diverse verifiche successive, e i feedback dai cantieri post-2020 confermano che trascurare una di esse, in particolare la freccia di servizio, genera disordini costosi.
Flambaggio locale delle pareti sottili in lega serie 6000
La prima verifica da effettuare riguarda la stabilità locale. Un tubo rettangolare estruso in lega 6060 T6 o 6005A T6 presenta pareti il cui rapporto larghezza/spessore condiziona direttamente la classificazione della sezione. L’Eurocodice 9 classifica le sezioni in quattro categorie, da 1 (plastico) a 4 (sottili), in base a questo rapporto.
Da scoprire anche : Suggerimenti e ispirazioni per una vita appagante in campagna ogni giorno
Per una struttura leggera (pergola, telaio di facciata, struttura di serra), osserviamo frequentemente sezioni di classe 3 o 4. Ciò significa che la piena capacità plastica del profilo non può essere mobilitata. Il calcolo deve quindi basarsi sulla resistenza elastica, o addirittura su una larghezza efficace ridotta per le sezioni di classe 4.
Applicare il metodo per dimensionare un tubo rettangolare senza verificare questa classificazione equivale a sovrastimare la capacità portante del profilo, talvolta in modo significativo.
Da scoprire anche : Mettere in sicurezza la propria abitazione: consigli e buone pratiche per una casa sicura
Le Appendici Nazionali revisionate tra il 2022 e il 2024 (in particolare le NA francese e tedesca) rafforzano questa esigenza inquadrando più rigidamente le verifiche di flambaggio locale per i profili cavi estrusi comuni.
Criterio di freccia in servizio: il vero dimensionamento di una struttura in alluminio
La freccia di servizio governa il dimensionamento più spesso della sollecitazione. Raccomandiamo di iniziare da questa verifica prima ancora di controllare la resistenza. È controintuitivo per chi proviene dall’acciaio, ma l’alluminio ha un modulo di Young circa tre volte più basso. A sezione equivalente, un tubo in alluminio si flette tre volte di più di un tubo in acciaio.
Limiti di freccia secondo l’uso
Le guide tecniche delle organizzazioni professionali dell’edilizia e della carpenteria in alluminio fissano soglie variabili:
- L/200 per elementi di struttura secondaria non visibili o senza riempimento fragile
- L/300 per strutture che sostengono un rivestimento, pannelli compositi o elementi di carpenteria
- L/500 o più severo per elementi vetrati o strutture in cui il minimo disallineamento provoca una fessurazione delle giunzioni
I feedback pubblicati dopo il 2020 sono chiari: dimensionare esclusivamente « in base alla sollecitazione » porta frequentemente a strutture legalmente conformi ma funzionalmente difettose. Giunzioni che si fessurano, riempimenti che si spostano, sensazione di flessibilità percepita dagli utenti.
Calcolo pratico della freccia
La formula classica della freccia di una trave semplicemente appoggiata sotto carico uniformemente distribuito rimane il punto di partenza: f = 5·q·L⁴ / (384·E·I). Il parametro determinante è il momento d’inerzia I del tubo rettangolare, che dipende dalle dimensioni esterne e dallo spessore della parete.
Per un tubo rettangolare cavo, l’inerzia secondo l’asse forte (quello che resiste alla flessione principale) differisce nettamente dall’inerzia secondo l’asse debole. Orientare il tubo con la grande dimensione nel senso del carico è un’evidenza, ma osserviamo regolarmente errori di orientamento in cantiere.
Resistenza in flessione e verifica al flambaggio globale
Una volta soddisfatto il criterio di freccia, la verifica della resistenza in flessione si effettua secondo la classe di sezione determinata in precedenza. Per una sezione di classe 1 o 2, si applica il momento resistente plastico. Per una sezione di classe 3, ci si limita al momento elastico. Per una classe 4, la sezione efficace ridotta deve essere ricalcolata.
Il flambaggio globale (deformazione) interviene quando la membratura compressa del tubo non è mantenuta lateralmente su tutta la sua lunghezza. Su una struttura di tetto o di pergola, le travi o traverse intermedie svolgono questo ruolo di mantenimento. La loro distanza condiziona la lunghezza di flambaggio e quindi il carico critico.
L’Eurocodice 9 impone una verifica combinata flessione + sforzo normale non appena il tubo riprende simultaneamente un carico assiale (peso proprio trasmesso in compressione nei montanti, ad esempio). Questa interazione riduce la capacità in flessione e non può essere ignorata in una struttura tridimensionale.
Leghe e stato metallurgico: impatto diretto sul dimensionamento
La scelta della lega non è un dettaglio commerciale. Il limite di elasticità convenzionale f₀ varia dal semplice al doppio tra un 6060 T5 e un 6005A T6. Questo valore entra direttamente nel calcolo del momento resistente, e quindi nella sezione necessaria.
- Le leghe della serie 6000 (6060, 6063, 6005A, 6082) sono le più comuni per i tubi estrusi destinati alla struttura
- Lo stato T6 (trattato termicamente e rinvenuto) offre le migliori caratteristiche meccaniche per un profilo estruso standard
- Lo stato T5 (raffreddato dopo estrusione e poi invecchiato) presenta valori inferiori, ma è sufficiente per strutture poco sollecitate
Specificare la lega e lo stato metallurgico fin dalla fase di dimensionamento evita di ricalcolare l’intera struttura al momento dell’ordine dei profili.
Assemblaggi e lunghezza di flambaggio reale
Il dimensionamento del tubo da solo non è sufficiente. La rigidità reale della struttura dipende dalle condizioni di appoggio nei nodi. Un assemblaggio bullonato con gioco si comporta come un’articolazione, mentre un assemblaggio saldato o avvitato con piastra irrigidisce il nodo.
La lunghezza di flambaggio adottata nel calcolo deve riflettere il tipo di assemblaggio previsto. Utilizzare una lunghezza di flambaggio uguale alla lunghezza libera tra nodi presuppone articolazioni perfette. Se i nodi sono semi-rigidi, la realtà si colloca tra l’incastro e l’articolazione, e una modellazione più fine (o un coefficiente correttivo) diventa necessaria.
Per le strutture in alluminio di portata modesta, la combinazione freccia + flambaggio locale + scelta della lega copre la grande maggioranza dei casi di dimensionamento. I casi di carichi dinamici, di fatica o di terremoto rientrano in parti complementari dell’Eurocodice 9 e giustificano sistematicamente l’intervento di un ufficio di studi strutturali.