Assemblare e collegare: i differenti sistemi di costruzione

Per sistema di costruzione si intendono il tipo e il modo con cui i singoli materiali vengono assemblati e collegati uno con l'altro agli elementi strutturali.
Il concetto di costruzione che già da molto tempo è utilizzato in aerotecnica e in tecnica automobilistica, viene introdotto in questo contesto poichè rappresenta la base per una castruzione e un progetto che si estende anche ai materiali.
Inoltre rappresenta anche la base per una nuova comprensione delle costruzioni con l'acciaio.
Si suddivide in:
sistema di costruzione differenziale
sistema di costruzione integrale
sistema di cstruzione integrante
strutture miste

Questa classificazione non solo consente una rapida valutazione delle caratteristiche statico-costruttive di un elemento strutturale ma offre anche le disposizioni basilari relative al alvoro di riciclaggio della costruzione.
Tramite la correlazione con un sistema di costruzione diventa quindi possibile avere, con una definizione, un'indicazione sul montaggio, sul comportamento durante la costruzione e sul comportamento durante lo smontaggio e il riciclaggio.

Sistema di costruzione differenziale
Un elemento strutturale costruito con un sistema differenziale consiste di più elementi progettati semplicemente per sè stessi ogni volta in modo comparativo. I singoli elementi che possono consistere di differenti materiali sono assemblati con un elemento strutturale tramite unioni puntiformi.
Il passaggio puntiforme delle forze tra i singoli eleemnti dell'elemento strutturale avviene, ad esempio, tramite:
Bulloni
Chiodi
Viti
Saldature a punti
Cuciture

L'immissione e l'emissione delle forze in un elemento costruttivo sonon legate principalmente alla concentrazione di tensione nella zona di collegamento: il flusso regolare delle forze di solito all'interno dell'elemento costruttivo è concentrato nella zona dei punti di unione.
Le concentrazioni delle forze significano sempre un aumento della tensione per le dimensioni invariabili della sezione trasversale.
E' tipico del sistema di costruzione differenziale che la determinazione della sezione trasversale di un elemento strutturale venga definita tramite le elevate concentrazioni locali di tensione nella zona del collegamento.
Inoltre poichè il gran numero dei mezzi di unione a punti, come bulloni e chiodi, richiede una foratura nell'elemento costruttivo vengono a crearsi anche delle concentrazioni di tensione, i cui aumenti di tensione sul margine forato sono notevoli.
Il sistema di costruzione differenziale rende possibile la semplice combinazione degli elementi composti da materiali differenti all'interno di una parte strutturale.
Tutto ciò consente l'adattamento ottimale sul corrispondente profilo richiesto e sulla relativa funzione.
Nelle costruzioni in acciaio bulloni e chiodi devono essere considerati come i mezzi classici di unionenper il sistema  di costruzione differenziale. Segue ore una precisa descrizione dei più importanti sistemi di costruzione differenziale riferiti alle tecniche di assemblaggio per le costruzioni in acciaio.

Chiodatura
Con il termine chiodatura si intende l'assemblaggio non amovibile degli elementi con l'aggiunta di un particolare per l'assemblaggio ausiliario rifilato (chiodo). L'introduzione della forza massima richiesta avviene per mezzo di martelli per chiodi, presse per chiodi o utensili automatici per chiodi. Nelle costruzioni in acciaio la chiodatura classica viene utilizzata raramente. Il motivo principale è il forte disturbo provocato dal rumore della chiodatura ma anche nel caso in cui si richiedono i chiodi incadescenti.
I chiodi classici (pieni) vengono ancora utilizzati per la protezione dei monumenti e per le riparazioni di costruzioni chiodate. Accanto ai chiodi classici esiste una gamma completa di nuove produzioni che hanno acquistato un grande significato soprattutto per le costruzioni in lamiera sottile. In questo caso vengono applicate tutte le regole relative alla chiodatura per l'acciaio o l'incrudimento.

I più importanti tipi di chiodi utilizzati in edlizia sono:
Chiodo pieno o nermale (chiodo piatto, chiodo a testa fresata, chiodo ridotto): questa è la forma classica del chiodo.
Chiodo cieco: la lavorazione avviene solo da un lato, il lato della testa di posa, senza rinforzo. L'inserimento di chiodi ciechi avviene tramite tubi, profili, involucri e altre costruzioni cave. Grazie ai chiodi ciechi è stato possibile lo sviluppo delle costruzioni moderne, in particolare carrozzerie e veicoli.
Chiodo semplice: con l'aiuto di un chiodo a punzone da un lato, provvisto di un punto frattura, il bossolo del chiodo viene inserito nel lato del montaggio con un attrezzo speciale. Il processo del chiodo termina con uno strappo della punta.

Inoltre ci sono ancora:
Chiodo esplosivo
CHobert
Chiodi autoforanti
Chiodi speciali

Bulloni
I collegamenti con i bulloni includono i più importanti collegamenti amovibili. I grandi vantaggi dei collegamenti a bulloni sono:
Elevata disponibilità del mezzo di collegamento nessun particolare requisito per il personale che si occupa del alvoro con i bulloni Nessuna condizione per la qualità dell'ambiente durante il montaggio, si effettuano in cantiere
Semplice sovibilità come presupposto per il conseguente riciclaggio dei materiali e degli elementi costruttivi. I bulloni possono essere sottoposti sia a sollecitazione di trazoine assialmente che a sollecitazione al ataglio oppure sollecitati possono essere introdotti contemporaneamente sia sulla trazione assiale che sul taglio.
L'indicazione delle misure dei bulloni avviene secondo le disposizioni pertinenti. E' importante osservare che secondo il diametro dei bulloni, il livello di sollecitazione e leo spessore delgi elementi strutturali da collegare, devono essere rispettate determinate distanze del margine tra l'asse del bullone e il bordo dell'elemento strutturale.
Le possibilità di utilizzo dei serraggi a vite sono molteplici. in questo modo le lamiere spesse e i porfilati laminati sono uniti con una combinazione composta da bulloni e dadi.
Le lamiere sottili preforate spesso vengono collegate con bulloni autofilettanti che incidono essi stessi la filettature del dado.
Per i tipi autoforanti manca anch eil ciclo di alvoroazione della dispendiosa preforatura, I bulloni autoforanti e autofilettanti non hanno bisogno di dadi.
Nell'edilizia dell'acciaio sono consentiti esclusivamente viti a testa esagonale come viti grezze oppure viti calibrate come le viti a testa svasata con testa esagonale interna.

La forma abbreviata per la denominazione di un bullone comprende la seguente successione.
Indicazione del tipo di vite (ad esempio vite calibrata)
Tipo di filettatura (M=filettatura metrica)
Diametro della filettatura (in mm)
Materiale delle viti (si veda successiva spiegazione)

Il materiale delle viti viene codificato con due cifre separate da un punto. La cifra prima del punto è il valore del centesimo della resistenza alla frattura in N/mm, la cifra dopo il punto indica il quoziente dalla tensione di snervamento alla tensione di frattura. E' molto importante che nelle costruzioni in acciaio ci sia sempre una rondella a rosetta sotto la testa della vite. Si richiede tutto ciò in quanto per le viti ad alta resistenza il passaggio dal gambo alla testa  della vite viene arrotondato per evitare i picchi di tensione.
Per l'avvitamento di profilati a doppio T che non possiedono nessuna superficie flangiata parallela ci sono delle rondelle a rosetta conica.
Per motivi costruttivi o formali le viti devono sempre essere avvitate in un foro filettato, manca il dado e la vite viene direttamente avvitata nel foro provvisto di filettatura e indicato come foro cieco.
Le viti vengono utilizzate soprattutto per le lamiere sottili che forano esse stesse il buco trapanato e successivamente tagliano anche il loro stesso filetto (viti autoperforanti) oppure quelle che tagliano la propria fielttatura nella lamiera (viti filettate). Entrambi i tipi non necessitano di dado. Le forze trasferibili su questo tipo di collegamento delle viti sono normalmente e comparativamente basse, per cui di solito si deve inserire una certa quantità di queste viti.

Collegamento con perni
Nell'edilizia dell'acciaio e nella costruzione dei ponti in acciaio il collegamento con perni è, rispetto alle altre, una tecnica di unione utilizzata raramente. Con questa tipo di collegamento i perni cilindrici vengono introdotti con una precisione di adattamento molto elevata negli elementi di acciaio pieno e a getto di acciaio con la relativa foratura.

Inchiavettamento
Un inchiavettamento nasce dalla pressione dle secondo elemento di assemblaggio con l'utilizzo di cunei ausiliari autobloccanti. La geometria del cuneo evidenzia inoltre una combinazione formata da accoppiamento di forme e attrito che è particolarmente adatta al trasferimento delle forze in un determinato perimetro.

Sistema di costruzione integrale
Un elemento strutturale prodotto per un sistema di costruzione integrale è formato da un pezzo. Consiste di un materiale. Con le adeguate tecnologie possono essere realizzate forme molto complicate. La geometria e lo sviluppo dello spessore delle pareti vengono adattati al flusso di forze nelle'elemento strutturale per mezzo del quale viene raggiunto uno sfruttamento molto omogeneo del materiale da costruzione evitando la concentrazione delle sollecitazioni.
In questo caso, rispetto al sistema di costruzione differenziale, diventa possibile una riduzione del peso dell'elemento strutturale.

I procedimenti più noti per la realizzazione degli elementi strutturali secondo il sistema di costruzione integrale sono:
Colata (getto di acciaio, getto d'alluminio, ecc.)
Estrusione
Fucinatura
Lavorazione con asportazione di trucioli

Poichè un pezzo da lavorare prodotto per il sistema di costruzione integrale è sempre composto da un unico materiale, di solito è riciclabile.
Di seguito vengono riportati gli aspetti principali dei metodi di lavorazione.

Colata
La colata consente la realizzazione di elementi strutturali dalla forma complicata. Si distinguono diversi procedimenti di colata e diversi materiali da fusione. 
A tutti gli elementi costruttivi da fusione sono comuni i costi elevati per la realizzazione del modello composto dla materiale sintetico, legno e metallo.

Laminazione
La laminazione consente la creazione di elementi strutturali lunghi con misure della sezione trasversale costanti e composti da un unico materiale.
Rappresenta il metodo utilizzato più frequentemente per la formatura del materiale acciaio.
La caratteristica più importante dei prodotti laminati è la sezione trasversale costante sulla lunghezza dell'elemento strutturale.
I prodotti laminati per le costruzioni in acciaio sono, ad esempio, i fili per funi metalliche con sezione trasversale rotonda o a Z, le travi laminate a doppio T, U, T, L, oppure anche  a forma di Z e anche i materiali e le lamiere.

Estrusione
Con l'estrusione l'acciaio rovente viene compresso con una forte pressione tramite un ugello sagomato. Questo proecedimento, utilizzato solo raramente per gli elementi strutturali in edilizia, consente la realizzazione di sezioni trasversali con più cavità o intersezioni posteriori complicate quando tutto ciò non è possibile con i procedimenti standard di laminazione.

Con entrambi i procedimenti, laminazione e estrusione, si creano elementi strutturali oblunghi con sezione trasversale costante.

Fucinatura
Rispetto alla colata e alla lavorazione con asportazione di trucioli di uno spezzone la  fucinatura è ancora soggetta a forti limitazioni dell'elemento strutturale nel senso della dimensione e del peso.
Gli elementi strutturali forgiati si presentano nelle costruzioni in acciaio soprattutto con la costruzione di funi con la forma di guarniture metalliche spesso forgiate per funi o per bloccaggi di funi.

Lavorazione con asportazione di trucioli
La lavorazione con asportazione di trucioli viene utilizzata per tutti gli elementi strutturali in acciaio indipendentemente dal sistema di costruzione.

Per tutti i procedimenti nominati, colata, laminazione, estrusione, fucinatura, e la lavorazione con asportazione di trucioli, esistono delle limitazioni riguardo alle dimensioni dei pezzi da lavorare o la peso dei pezzi.
Accanto ai numerosi vantaggi il sistema di costruzione integrale ha comunque dei limiti.