I chiusini, elementi essenziali nell’ambito delle infrastrutture civili e stradali, coprono e proteggono l’accesso a servizi sotterranei come le fognature o i sistemi di drenaggio. La loro scelta e installazione richiede un’attenzione particolare a diversi fattori, tra cui materiali, dimensioni, e resistenza al traffico. Come anticipato, i chiusini (spesso erroneamente chiamati tombini) sono le coperture poste a chiusura di pozzetti di fognature o acquedotti. La Normativa UNI EN 124 1995 stabilisce che il materiale più idoneo per realizzare i chiusini e le caditoie per uso stradale, è la ghisa. Ma le ghise non sono tutte uguali e ognuna ha caratteristiche diverse a seconda della applicazione considerata.
La Ghisa Lamellare: Definizione e Microstruttura
La ghisa è una lega ferro-carbonio contenente anche altri elementi come silicio, manganese, zolfo e fosforo in diverse percentuali, caratterizzata da un tenore di carbonio compreso tra l'1,9% e il 5,5%. Le leghe ferro-carbonio con una quantità di carbonio inferiore all'1,9% costituiscono i diversi tipi di acciaio. In linea generale, le differenze principali tra acciaio e ghisa risiedono nella presenza di carbonio in eccesso nella ghisa, presente in fase solida come grafite (lamelle o sferoidi).
La ghisa a grafite lamellare, conosciuta anche come ghisa grigia, è caratterizzata da una struttura in cui la grafite si presenta sotto forma di lamelle distribuite nella matrice metallica. In condizioni naturali durante il raffreddamento, il carbonio in eccesso, rispetto a quello che si lega con il carbonio per formare la matrice metallica, solidifica sotto forma di grafite in lamelle. In questo stato la ghisa è detta Grigia o Lamellare.
Questa struttura si forma durante il processo di solidificazione del metallo fuso e può essere influenzata dalla composizione chimica e dalle condizioni di solidificazione, inoltre conferisce al materiale una buona capacità di assorbire vibrazioni e ammortizzare gli urti.
Caratteristiche e Vantaggi della Ghisa Lamellare
La presenza di grafite lamellare conferisce alla ghisa alcune proprietà distintive. Questa caratteristica conferisce alla ghisa elevate capacità lubrificanti, rendendola ideale per la fusione a gravità di oggetti con forme complesse e particolari sottili. Inoltre, la grafite facilita la lavorazione alle macchine utensili e aumenta la resistenza alla corrosione rispetto all'acciaio. Anche se le ghise arrugginiscono come tutti i materiali a base di ferro, la presenza della grafite offre una barriera naturale contro la penetrazione dell'ossidazione all'interno della matrice metallica.
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Le principali caratteristiche della ghisa a grafite lamellare includono:
- Buona capacità di assorbimento delle vibrazioni: La struttura lamellare della grafite assorbe efficacemente le vibrazioni, rendendo la ghisa lamellare adatta per applicazioni soggette a carichi dinamici.
- Eccellente capacità di assorbimento del suono: La struttura porosa della ghisa lamellare contribuisce alla sua capacità di assorbire il suono, rendendola ideale per applicazioni acustiche.
- Elevata conducibilità termica: La ghisa lamellare ha una buona conducibilità termica, rendendola adatta per applicazioni in cui è richiesta una dissipazione efficace del calore.
- Elevata resistenza alla compressione: È nota per la sua elevata resistenza alla compressione, che la rende adatta per componenti soggetti a carichi statici elevati.
- Buona lavorabilità: Facilmente lavorabile, consente la produzione di componenti complessi con costi di produzione relativamente bassi.
- Buona resistenza all’usura: Anche se non è così resistente all’usura come la ghisa sferoidale, la ghisa lamellare offre comunque una buona resistenza all’usura in molte applicazioni.
Tuttavia, la ghisa lamellare presenta anche alcune limitazioni. Nella sua forma naturale (lamellare), è considerata "rigida e fragile" poiché le lamelle di grafite rappresentano delle cricche naturali che innescano rotture sotto sollecitazione, limitando la resistenza a fatica. In generale, le caratteristiche meccaniche sono notevolmente inferiori a quelle dell'acciaio e si riscontra una scarsissima elasticità.
Applicazioni dei Chiusini in Ghisa Lamellare
Storicamente, i chiusini in ghisa lamellare sono stati ampiamente utilizzati nelle infrastrutture. Una volta si utilizzavano chiusini in ghisa di forma rettangolare semplicemente appoggiati nella loro sede. Il problema di questi chiusini era che cadevano nel pozzetto una volta aperti. Questi chiusini sono stati sostituiti con chiusini in ghisa rettangolari o quadrati ma incernierati in un punto in modo da evitare che possano cadere. Spesso se ne trovano anche di forma circolare.
Un esempio di applicazione è il chiusino di ispezione per parcheggi in Ghisa lamellare UNI ISO 185, costruito secondo le norme UNI EN 124 classe C 250 (carico di rottura 25 tonnellate). La ghisa a grafite lamellare è spesso utilizzata nella costruzione di basamenti di macchinari, cuscinetti, blocchi motore e manufatti di ingegneria civile, supporti per macchinari, alloggiamenti di ingranaggi e componenti strutturali soggetti a carichi statici, dove la resistenza alla compressione e la capacità di assorbire le vibrazioni sono requisiti fondamentali.
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I settori di applicazione includono:
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- Componenti strutturali: Manufatti di ingegneria civile, come condotte, griglie di drenaggio e coperture (chiusini).
- Componenti industriali: Corpi di pompe, valvole, riduttori, pezzi fusi per macchine utensili e attrezzature per il sollevamento.
- Componenti artistici: Sculture, ornamenti e decorazioni architettoniche.
- Componenti di utensili: Stampi per colata, matrici di stampaggio.
Classificazione dei Chiusini
I chiusini possono presentarsi in diverse forme (circolari, rettangolari o quadrati) e in diversi materiali, ognuno adatto a esigenze diverse. A seconda della zona di impiego del chiusino, corrisponde una classe di resistenza al di sotto della quale non si può scendere. Secondo la Normativa UNI EN 124 del 2015 i chiusini in ghisa sono divisi in classi diverse in base al luogo dove possono essere impiegati.
La scelta della classe appropriata ricade sotto la responsabilità del progettista, e nel dubbio è il caso di scegliere la classe superiore. Si suddividono nelle seguenti classi:
- A 15 (Minima, carico di rottura > 15kn - 1,5 tonn.): Impiegati in zone che possono essere utilizzate esclusivamente da pedoni e ciclisti.
- B 125 (Minima, carico di rottura > 125kn - 12,5 tonn.): Per utilizzo in zone nelle quali possono accedere mezzi molto leggeri: marciapiedi, zone pedonali, aree di sosta e parcheggi multipiano per automobili.
- C 250 (Minima, carico di rottura > 250kn - 25 tonn.): Per utilizzo in parcheggi di autovetture, piazzali, siti industriali ed aree con movimentazione lenta. Un chiusino in ghisa lamellare può essere classificato C 250.
- D 400 (Minima, carico di rottura > 400kn - 40 tonn.): Per utilizzo in zone accessibili ad autovetture e camion, incluse carreggiate stradali, banchine ed aree pedonali.
- E 600 (Minima, carico di rottura > 600kn - 60 tonn.): Aree soggette a forti carichi per asse, per esempio pavimentazioni di porti e aeroporti.
- F 900 (Minima, carico di rottura > 900kn - 90 tonn.): Aree soggette a carichi per asse particolarmente elevati, per esempio pavimentazioni di aeroporti.
Confronto tra Ghisa Lamellare e Ghisa Sferoidale
Le ghise a grafite sferoidale e lamellare offrono proprietà e caratteristiche uniche che le rendono adatte a diversi campi di applicazione. La ghisa sferoidale è comunque l’evoluzione di quella lamellare e si ottiene trasformando le lamelle di grafite in sferoidi. Oggi i chiusini sono quasi tutti in ghisa sferoidale in quanto più sicura, eliminando infatti i rischi di propagazione delle possibili rotture che si possono creare nelle tradizionali lamelle, evitando così una situazione di pericolo alla circolazione. La comprensione delle differenze tra queste due tipologie di ghisa è fondamentale per selezionare il materiale più adatto per una determinata applicazione industriale.
Tabella Comparativa: Ghisa Sferoidale vs. Ghisa Lamellare
| Caratteristica | Ghisa Sferoidale | Ghisa Lamellare |
|---|---|---|
| Forma della Grafite | Sferoidi | Lamelle |
| Duttilità | Elevata | Bassa |
| Resistenza a Trazione | Superiore | Inferiore |
| Resistenza a Fatica | Superiore | Inferiore |
| Peso | Inferiore (rispetto all'acciaio) | Inferiore (rispetto all'acciaio) |
| Applicazioni | Reti idriche, chiusini, componenti strutturali | Chiusini, blocchi motore, componenti meno sollecitati |
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