L’espressione ingegneria delle opere metalliche si riferisce a strutture edilizie e infrastrutture con strutture portanti composte principalmente da elementi metallici.
Il materiale utilizzato nelle strutture metalliche è principalmente il ferro e le sue leghe di carbonio (acciaio e ghisa). L’uso dell’alluminio è più raro.
Per migliaia di anni il ferro fu utilizzato tra pietre, incatenamento delle opere murarie o con funzioni secondarie nei lavori di ferramenta con funzioni di solidarizzazione.
L’introduzione delle costruzioni in ferro provocò una vera e propria rivoluzione sia nelle forme architettoniche che nelle fasi di progettazioni ingegneristiche.
Il ferro rese possibile passare da grandi strutture con elementi strutturali estesi a strutture più leggere costituite da pilastri e travi anche con grandi luci, richiedendo però la ricerca di nuovi formati e procedure.
La necessità di cercare opportune forme e dimensionare i nuovi elementi strutturali portò all’abbandono delle tradizionali regole che si basavano sulle proporzioni stabilite dall’Arte di Edificare.
Da qui prese vita lo studio sulla meccanica dei materiali, che portò all’invenzione di nuove discipline in modo da prevedere il comportamento delle nuove strutture.
Queste nuove discipline nel nostro Paese presero il nome di “Scienza e Tecnica delle Costruzioniâ€. Con l’avvento nel XIX secolo delle costruzioni metalliche presero vita le moderne strutture e la metodologia moderna di calcolo per il dimensionamento e la verifica.
Ingegneria delle opere metalliche: forme e caratteristiche tecniche
L’uso del ferro nell’ingegneria delle opere metalliche di grande utilità e l’attribuzione ad esse di una posizione completamente marginale da parte della cultura ufficiale dell’Ottocento prosegue fino all’identificazione delle strutture in ferro con le forme strutturali e le modalità costruttive.
Quando affrontarono inizialmente l’aspetto estetico riproducendo forme e stili tradizionali in ferro, i progettisti inventarono presto nuove e specifiche forme di costruzioni in ferro.
Innanzitutto quella della trave a doppia T, derivata ottimizzando il rapporto tra resistenza e peso, prima realizzata in maniera composita e poi con tecnologie di profilatura, fino ad assumere la forma eccezionale di un elemento strutturale metallico.
Importante fu anche l’introduzione di archi a tre cerniere, che consentirono la realizzazione di grandi coperture come la Galerie des Machines per l’Esposizione di Parigi del 1889.
Nel campo delle infrastrutture è stata inventata la “Trave Gerberâ€, che permette il posizionamento differenziato dei piloni dei ponti, consentendo la costruzione di grandi ponti isostatici come il famoso Forth Railway Bridge di Edimburgo.
L’ingegneria delle strutture metalliche è inoltre caratterizzata da travi reticolari e capriate metalliche, composte da aste congiunte a nodi di varia forma, opportunamente configurate per avere un momento d’inerzia significativo, con conseguente altezza notevole e peso molto contenuto.
Travi e capriate in acciaio inizialmente avevano forme simili al legno, ma presto furono inventate nuove forme geometriche per l’uso del ferro.
Ad esempio, le “capriate Polanà§au“, che sono una miscela di legno e acciaio, o le cosiddette “capriate all’inglese†per grandi luci.
Tipologie di ingegneria delle strutture metalliche
Quando la produzione di acciaio si sviluppò alla fine del 19° secolo e gli Stati Uniti divennero la prima potenza metallurgica del mondo, l’acciaio spinse al limite anche la verticalità degli edifici e diede nuova vita al desiderio umano di costruire i primi grattacieli.
L’acciaio non solo poteva sostenere il notevole peso di un grattacielo, con un numero limitato di colonne che lasciavano un grande spazio libero, ma poteva anche sopportare le sollecitazioni di flessioni dinamiche causate dal movimento orizzontale, come vento e terremoti.
L’ingegneria delle strutture metalliche diede vita nell’ottocento a strutture come ponti e viadotti ferroviari in ferro e ghisa, opere dal grande valore paesaggistico.
La possibilità di andare oltre le grandi luci, ma anche il costo minore dei ponti di ghisa rispetto ai ponti in pietra, portarono al diffondersi di questa tecnologia prima nel Regno Unito, poi in Francia e, infine, nel resto d’Europa.
Quando nella metà dell’Ottocento si allargò enormemente la produzione di semilavorati in ferro, questa consentଠdi costruire ponti ad anima piena e a cassone e, successivamente, a traliccio, molto più leggeri e poco rischiosi rispetto ai ponti in ghisa se sollecitati dal forte vento.
Aggiornamento del 19-07-2025
Metodi Pratici di Applicazione
L’ingegneria delle opere metalliche ha trovato numerose applicazioni pratiche nella costruzione di strutture moderne. Ecco alcuni esempi concreti di come le tecniche e le tecnologie sviluppate in questo campo siano state utilizzate per realizzare opere di grande importanza.
Esempi di Applicazioni
Grattacieli: L’uso dell’acciaio ha reso possibile la costruzione di grattacieli che dominano gli skyline delle città moderne. L’acciaio può sostenere il peso elevato di questi edifici e resistere alle sollecitazioni dinamiche causate dal vento e dai terremoti.
Ponte di Brooklyn (New York): Costruito nel 1883, è uno dei primi ponti sospesi in acciaio al mondo. La sua struttura in acciaio ha permesso di superare una luce di oltre 1.500 metri, collegando Brooklyn e Manhattan.
Forth Railway Bridge (Edimburgo, Scozia): Questo ponte ferroviario è un esempio di come la “Trave Gerber” possa essere utilizzata per costruire grandi ponti isostatici. La sua struttura in acciaio è stata progettata per resistere alle sollecitazioni del vento e del traffico ferroviario.
Galerie des Machines (Parigi, Francia): Costruita per l’Esposizione Universale del 1889, questa struttura è un esempio di come gli archi a tre cerniere possano essere utilizzati per realizzare grandi coperture. La sua struttura in acciaio è stata progettata per coprire una superficie di oltre 9.000 metri quadrati.
Viadotti ferroviari: L’ingegneria delle strutture metalliche ha permesso la costruzione di viadotti ferroviari in ferro e ghisa che attraversano valli e fiumi, offrendo una soluzione economica e efficiente per la costruzione di infrastrutture ferroviarie.
Tecnologie e Materiali
- Acciaio: Il materiale più comune utilizzato nelle strutture metalliche, grazie alla sua alta resistenza e duttilità.
- Ghisa: Utilizzata per le sue proprietà di resistenza alla compressione e alla corrosione.
- Alluminio: Utilizzato in alcune applicazioni specifiche grazie alla sua leggerezza e resistenza alla corrosione.
Considerazioni Finali
L’ingegneria delle opere metalliche ha rivoluzionato il modo in cui progettiamo e costruiamo le strutture moderne. Con la continua evoluzione delle tecnologie e dei materiali, è probabile che vedremo applicazioni ancora più innovative e ambiziose di queste tecniche nel futuro.
