Il dibattito tecnico sui ponti si concentra spesso su classificazione del rischio, ispezioni e monitoraggio delle opere esistenti. Esiste però un presidio di sicurezza e durabilità che agisce a monte di tutto: la qualità dei materiali con cui gli elementi principali dell'opera vengono realizzati.

Questo articolo ricostruisce, per le strutture in acciaio dei ponti ferroviari, la catena di requisiti che dalla classe di esecuzione (EXC) discende fino alla singola lamiera e al singolo profilo: scelta del grado, requisiti di tenacità, composizione chimica, qualità nello spessore, finiture e documentazione di accettazione.

Il riferimento è il Capitolato Generale Tecnico di Appalto delle Opere Civili di RFI (Parte II – Sezione 6, opere in acciaio), letto insieme alla UNI EN 1090-2 e alla serie UNI EN 10025.

Il perimetro è volutamente circoscritto ai materiali degli elementi principali – lamiere e profili di travi principali, briglie, diagonali, travi trasversali, longherine, coprigiunti, piastre e squadrette di nodo – rimandando a successivi approfondimenti i temi delle unioni bullonate e dei controlli sulle saldature. Il target è il tecnico che opera nel mondo delle costruzioni ferroviarie e, più in generale, il progettista e il Direttore dei Lavori che vogliano capire che cosa pretendere – e perché – dall'acciaio di un'opera in classe di esecuzione elevata.

La classe di esecuzione EXC: l'interruttore che accende i requisiti

La UNI EN 1090-2, richiamata dall'Annex C della EN 1993-1-1, individua quattro classi di esecuzione, da EXC1 a EXC4, a requisiti crescenti. La classe di esecuzione non è un'etichetta formale: determina in cascata i requisiti dell'esecutore, le qualità di acciaio ammesse, l'estensione dei controlli e la documentazione richiesta.

Il Capitolato RFI (Tabella 6.6.1.1) classifica le opere, salvo diverse indicazioni delle FERROVIE, secondo uno schema preciso:

Il ponte ferroviario “ordinario” ricade quindi in EXC3, mentre l'EXC4 è riservata alle opere di grandi dimensioni con luci superiori a 150 m.

È un punto spesso frainteso: non tutto ciò che è ferroviario è automaticamente EXC4, ma – come si vedrà – per alcuni requisiti il capitolato estende ai ponti ferroviari i limiti della classe più severa anche quando l'opera è formalmente in EXC3.

Quale acciaio per gli elementi principali: gradi ammessi e marcatura

I gradi ammessi in EXC3 ed EXC4

Per le strutture principali in classe EXC3 ed EXC4, il capitolato richiede acciaio con marcatura CE e DOP (dichiarazione di prestazione ai sensi del Regolamento UE n. 305/11) nelle seguenti qualità:

• S275 J0/J2 (UNI EN 10025-1 e 2) e S275 N/NL (UNI EN 10025-1 e 3)
• S355 J0/J2/K2 (UNI EN 10025-1 e 2) e S355 N/NL (UNI EN 10025-1 e 3)
• S420 N/NL e S460 N/NL (UNI EN 10025-1 e 3)
• S355 J0W/J2W/J4W/J5W/K2W – acciai patinabili (UNI EN 10025-1 e 5)

Due precisazioni operative

La prima: l'impiego di S420 e S460 è ammesso solo se adeguatamente giustificato dal progettista e previo benestare preventivo delle FERROVIE.

La seconda: per i profilati a sezione cava è richiesto materiale conforme alla UNI EN 10210, ossia profili laminati a caldo senza saldature.

Saldabilità: grado minimo, calmatura e carbonio equivalente

Tutti i materiali delle strutture principali destinati a essere saldati devono essere almeno di grado J2 e/o K2 e, di regola, normalizzati. La calmatura deve di regola essere effettuata all'alluminio; se eseguita con altri elementi in grado di fissare l'ossigeno (Nb, Ti, V, ecc.), questi devono essere indicati nel certificato di controllo.

Per gli elementi interessati da saldatura nei ponti ferroviari, il capitolato fissa limiti puntuali del carbonio equivalente Ceq – calcolato con la formula IIW dall'analisi chimica di colata – differenziati per tipo di acciaio e spessore (Tabella 6.6.3.1.3.1): si va dal Ceq ≤ 0,38% dell'S275 fino a t ≤ 40 mm, al Ceq ≤ 0,52% dell'S460 per spessori maggiori e profili laminati.

In aggiunta, sul prodotto il Ceq non può superare di più di 0,02 il valore percentuale di colata dichiarato nel certificato. Sono inoltre limitati zolfo (S < 0,012% per lamiere di qualsiasi spessore) e silicio (Si < 0,35% per S275, Si < 0,40% per gli altri materiali).

Tenacità alla frattura: la temperatura di prova non è quella di esercizio

La scelta del grado di qualità, in assenza di dati più precisi, è governata dalla temperatura minima di servizio Tm.

Il capitolato (Tabella 6.6.3.1.2.1) impone di eseguire le prove di resilienza Charpy V a una temperatura che dipende dallo spessore e dal ruolo dell'elemento:

Per le strutture principali dei ponti ferroviari la severità aumenta ulteriormente: per materiali di spessore pari o superiore a 50 mm la prova di resilienza va eseguita a –50 °C, con provette ricavate sia in corrispondenza della superficie di laminazione sia a metà spessore.

Per applicazioni particolari – combinazioni di spessori elevati, basse temperature, elevate sollecitazioni, giunti complessi – le FERROVIE si riservano di richiedere prove CTOD secondo BS 7910, con apertura all'apice della cricca di 0,2 mm da garantire alla temperatura minima di servizio.

La logica è chiara: più l'elemento è spesso e affaticato, più la verifica di tenacità deve essere severa, perché la rottura fragile è il modo di collasso che non concede preavvisi.

La qualità nello spessore: proprietà Z e controllo ultrasonoro delle lamiere

Le lamiere di forte spessore possono nascondere difetti interni e comportarsi in modo anisotropo nella direzione perpendicolare alla laminazione. Il capitolato presidia entrambi i rischi.

Sulle lamiere di spessore ≥ 25 mm destinate alla composizione di profili saldati con cordoni a parziale e/o piena penetrazione (escluse le composizioni testa a testa), e/o soggette a sforzi trasversali alla direzione di laminazione – il caso tipico dei giunti a croce – è richiesto il controllo della duttilità con prova di trazione perpendicolare alla superficie secondo UNI EN 10164, classe di qualità Z35.

Sulle lamiere di spessore > 15 mm interessate da saldatura, quando esplicitamente richiesto dalle FERROVIE per un particolare progetto, si esegue inoltre il controllo ultrasonoro con le modalità della classe S2 + E3 ai sensi della UNI EN 10160, a caccia di sdoppiature e difettosità interne del piatto.

Finitura superficiale e tolleranze: dove i ponti ferroviari giocano sempre in EXC4

Per condizioni superficiali e caratteristiche dimensionali, il capitolato fissa classi differenziate per EXC3 ed EXC4 (Tabella 6.6.3.1.2.2), con una precisazione decisiva: per ponti e viadotti ferroviari valgono in ogni caso i limiti della classe EXC4.

È l'esempio più nitido di come il capitolato usi la classe di esecuzione come leva: anche quando l'opera è formalmente in EXC3, sul fronte di finiture e tolleranze delle lamiere e dei prodotti lunghi il ponte ferroviario viene trattato con la severità della classe massima.

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FAQ – Le domande dei tecnici sull'acciaio dei ponti ferroviari

Tutti i ponti ferroviari sono in classe di esecuzione EXC4?

No. Secondo il Capitolato RFI il ponte ferroviario ordinario è in EXC3; l'EXC4 riguarda le opere di grandi dimensioni con luci superiori a 150 m, salvo diverse indicazioni delle FERROVIE. Per finiture e tolleranze di lamiere e prodotti lunghi, però, ai ponti ferroviari si applicano sempre i limiti EXC4.

Che differenza c'è tra marcatura CE con DOP e certificato 3.1?

La marcatura CE con DOP attesta la conformità del prodotto ai fini dell'immissione sul mercato. Il certificato 3.1 secondo EN 10204 è un documento di controllo specifico della fornitura, con i risultati di prova della colata: per EXC3 ed EXC4 il capitolato lo richiede in ogni caso.

Quando serve un acciaio con proprietà Z35?

Per lamiere di spessore ≥ 25 mm impiegate in profili composti saldati con cordoni a parziale o piena penetrazione, oppure sollecitate perpendicolarmente alla direzione di laminazione (giunti a croce): la prova di trazione nello spessore secondo UNI EN 10164, classe Z35, presidia il rischio di strappo lamellare.

Posso usare S460 per le travi principali di un ponte ferroviario?

Solo se l'impiego è adeguatamente giustificato dal progettista e ha ottenuto il benestare preventivo delle FERROVIE. In assenza, ci si orienta sui gradi correnti S275/S355 nelle qualità ammesse.

A quale temperatura vanno eseguite le prove di resilienza?

Dipende da spessore e ruolo dell'elemento: dalla Tm per elementi importanti sottili si scende fino a Tm – 20 °C oltre i 40 mm. Per le strutture principali dei ponti ferroviari con spessori ≥ 50 mm la prova si esegue a –50 °C, con provette in superficie e a metà spessore.

Perché il capitolato limita il carbonio equivalente?

Il Ceq misura l'attitudine dell'acciaio alla tempra locale in saldatura: valori elevati aumentano il rischio di cricche a freddo in zona termicamente alterata. I limiti per grado e spessore, più la tolleranza di 0,02 tra colata e prodotto, garantiscono la saldabilità del materiale realmente consegnato.