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lOMoARcPSD|48688980 Modulo Materiali Scienze dell'architettura (Università degli Studi di Firenze) Scansiona per aprire su Studocu Studocu non è sponsorizzato o supportato da nessuna università o ateneo. Scaricato da Ginevra R...

lOMoARcPSD|48688980 Modulo Materiali Scienze dell'architettura (Università degli Studi di Firenze) Scansiona per aprire su Studocu Studocu non è sponsorizzato o supportato da nessuna università o ateneo. Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 Lezione 1 Nozioni introduttive e l’edificio come sistema La TEMEC si occupa dello studio delle risorse materiali, degli elementi costruttivi e delle tecniche costruttive necessarie per la realizzazione di progetti architettonici che rispondono alle esigenze e alle necessità dell’uomo, creando qualcosa che rimane nella storia. I progetti architettonici e i metodi di costruzione più recenti devono rispettare anche l’idea di uno sviluppo sostenibile dal punto di vista sociale, ambientale ed economico, per questo la TEMEC si occupa anche della progettazione di nuovi materiali e prodotti edilizi e nuove tecniche costruttive. I materiali possono essere tradizionali (es: pietra, legno, laterizio, ferro) o ingegnerizzati (es: resina, EPS), ognuno di essi ha una scheda tecnica che ne descrive tutte le caratteristiche. Il progetto architettonico e le sue fasi Ogni progetto architettonico affronta tre fasi: idea progettuale, progetto architettonico, progetto esecutivo. L’edificio come sistema Un sistema è qualsiasi oggetto di studio che pur essendo costituito da diversi elementi interconnessi tra di loro e con l’ambiente esterno, reagisce o evolve come un tutto. L’edificio è quindi un sistema costituito da diverse parti che, correlate tra loro da relazioni, ne assicurano l’unitarietà di funzionamento, dando risposta ai requisiti posti alla base del progetto per soddisfare le esigenze dell’utenza. Il processo edilizio Il processo edilizio prevede quattro fasi: la programmazione (idea, costo, studio di fattibilità), la progettazione, la costruzione, la gestione, che consente il funzionamento e il mantenimento del progetto (pulizia, bollette, consumi). Il processo edilizio è regolato da due sistemi principali, quello normativo e quello edilizio. IL SISTEMA NORMATIVO Il sistema normativo è l’insieme delle prescrizioni e raccomandazioni che regolano il processo edilizio, al fine di ottenere un’adeguata qualità del prodotto e un adeguato controllo dei costi di realizzazione e gestione. Queste regole e prescrizioni si dividono in: Norme cogenti (obbligatorie): Servono a tutelare i bisogni primari e quindi descrivono i requisiti essenziali per la protezione di interessi pubblici generali (sicurezza, salute e protezione dell’ambiente) e le procedure per la conformità a tali requisiti. Possono essere nazionali, europee, locali. Norme volontarie (raccomandazioni tecniche): Descrivono i requisiti relativi ad esigenze accessorie di un prodotto o di un servizio (costruttivi, funzionali, gestionali) e quindi forniscono garanzie accessorie in misura superiore al rispetto delle leggi obbligatorie. Possono essere internazionali, europee, nazionali. Le norme volontarie o raccomandazioni diventano obbligatorie se inserite in documenti ufficiali del progetto che regolano i rapporti tra gli operatori del processo edilizio, ciò viene fatto dai progettisti per garantire la qualità del loro progetto. Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 Approccio al sistema normativo L’approccio prescrittivo (oggettuale/descrittivo) è basato sul concetto che “il rispetto di determinati requisiti nel progetto rappresenti la garanzia del raggiungimento dei livelli minimi di sicurezza”, in questo caso quindi le norme richiedono di rispettare i livelli minimi di sicurezza attraverso misure specificatamente prescritte. L’approccio prestazionale (esigenziale/prestazionale), nato nella scuola fiorentina, invece si basa sui contenuti di esigenza, requisito e prestazione, attraverso questo approccio si cerca di definire cosa si vuole dall'oggetto edilizio in termini di prestazioni, e non come si vuole l’oggetto edilizio. - Il primo step dell’approccio prestazionale consiste nell’individuazione delle esigenze attraverso l’analisi dei bisogni oggettivi e soggettivi da soddisfare, esistono infatti diverse classi di esigenza: sicurezza, benessere, fruibilità, aspetto, gestione, integrabilità, salvaguardia dell'ambiente. - Dopo aver analizzato le esigenze bisogna individuare i requisiti necessari, essi corrispondono alla trasposizione tecnica delle esigenze precedentemente individuate e possono essere di vari tipi: igrotermici, acustici, visivi, olfattivi, tattili, adattabilità agli spazi, termici e igrotermici, di aspetto, di integrabilità, di economia, di manutenibilità, di salvaguardia dell’ambiente. - L’ultimo step dell’approccio prestazionale sono le prestazioni, che si articolano in specifiche fasce di valori entro le quali le corrispondenti prestazioni dovranno essere incluse. Un esempio di approccio prestazionale è la R.E.I (resistenza, emissione, isolamento): esigenza: sicurezza, requisito: resistenza al fuoco, prestazioni: minuti durante il quale la resistenza al fuoco deve essere garantita. Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 IL SISTEMA EDILIZIO: Il sistema edilizio comprende altri due sistemi, il sistema ambientale e quello tecnologico. Il sistema ambientale comprende un insieme di parti che appartengono ad un unico sistema/organismo. Esso è composto da: - complesso insediativo di appartenenza, è l'insieme strutturato degli elementi fisici ed organizzativi che, a scala urbana e territoriale, interagiscono con l'edificio a livello di flussi e di attività. - organismo edilizio, è l'insieme strutturato degli spazi specificamente destinati alle funzioni e alle attività, organizzati in un edificio continuo e unitario, dotati di infrastrutture e attrezzature di propria ed esclusiva pertinenza. - unità ambientali, insieme di attività compatibili spazialmente e temporalmente, definite in relazione a determinati modelli di comportamento dell’utenza. Il sistema tecnologico è l’insieme degli elementi tecnici dell’organismo edilizio che rappresentano funzioni necessarie per l’ottenimento di prestazioni. Esso si può scomporre in normative, programmatorie, progettuali, operative, di comunicazione. Questa scomposizione è necessaria per unificare la terminologia da impiegare nelle varie attività, ogni singolo elemento infatti, dal più piccolo al più grande, ha un nome definito dalla normativa. La scomposizione del sistema tecnologico presenta tre livelli, dal generale al particolare: le classi di unità tecnologiche, le unità tecnologiche, le classi di elementi tecnici. LE NORMATIVE: Le normative possono essere: - oggettuali-descrittive, definiscono le caratteristiche oggettuali (chimico, fisiche, meccaniche, geometrico dimensionali) di materiali, semilavorati o componenti, attraverso prescrizioni normative. Si dividono in norme di accettazione, di esecuzione, di controllo. - esigenziali-prestazionali, definiscono il comportamento in opera previsto dalla soluzione tecnologica, le cui caratteristiche devono soddisfare il sistema esigenziale atteso dall’utenza. Si dividono in: requisiti (costituiscono la richiesta rivolta ad un dato elemento edilizio affinché questo abbia determinate caratteristiche tali da soddisfare determinate esigenze), specifiche di prestazione (consistono nell’associare ad ogni requisito dei livelli di soddisfacimento e dei metodi di verifica o criteri di valutazione). L’evoluzione delle normative in edilizia ha subito tre grandi trasformazioni: 1° Normativa oggettuale-descrittiva, produzione artigianale, 2° Normativa esigenziale-prestazionale, prima industrializzazione edilizia, 3° Normativa processuale di qualità, macroimpresa a struttura policentrica. Il passaggio da una organizzazione artigianale del lavoro ad un assetto organizzativo basato su elementi tipici dell’industrializzazione, ha determinato il riconoscimento dell’importanza della progettazione, come luogo di sperimentazione e ricerca dell’innovazione tecnologica. Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 Lezione 2 Materiali lapidei naturali: I materiali lapidei naturali identificano quei materiali ottenuti direttamente dall’estrazione di rocce e successivamente lavorati, tramite questa lavorazione i materiali lapidei vengono trasformati in prodotti. Essi possono avere sia una funzione strutturale che ornamentale e sono considerate risorse limitate e esauribili, perciò sempre più pregiate. Le tecniche costruttive I materiali lapidei naturali possono essere impiegati attraverso diverse tecniche costruttive: Cumulo: (es: piramidi) massi accatastati uno sopra l’altro cercando un equilibrio statico e una geometria. In questo caso si ottiene una struttura indifferenziata e non è possibile distinguere elementi costruttivi con funzioni diverse. Orizzontamenti complessi: (es: templi greci) in questo caso la scatola muraria dà rigidità all’edificio creando un volume interno, le file di colonne realizzano uno spazio aperto ed il tetto è retto da un’orditura principale di travi orizzontali appoggiate ai frontoni, quindi non spingenti sulle murature e sulle colonne. Ossatura resistente: costituita da una mutua collaborazione fra gli elementi strutturali (es: cattedrali gotiche estremamente luminose grazie ai muri forati e decorati da vetrate, possibili grazie alla realizzazione di archi rampanti). Classificazione petrografica considera i criteri genetici e classifica i materiali rispetto alla loro formazione/origine: Rocce magmatiche, sono originate dalla cristallizzazione dei magmi e possono essere intrusive se la solidificazione del magma avviene in profondità (granito) o effusive se la solidificazione del magma avviene più velocemente perché all'esterno della superficie terrestre (porfidi, basalto). Proprietà delle rocce magmatiche: resistenza a compressione, elevata gelività, antisdruccievolezza, resistenza all’usura, durezza, basso coefficiente imbibizione. Sono impiegate principalmente nella realizzazione di pavimentazioni esterne e rivestimenti facciate. Rocce sedimentarie, create dalla deposizione di sedimenti: (travertino, calcare, argilla, botticino), Rocce metamorfiche, originate da aumenti di temperatura e pressione (quarzite, marmo, ardesia). Classificazione commerciale considera criteri come la lucidabilità o la lavorabilità: Graniti, rocce resistenti e lucidabili di natura silicatica (granito, diorite, gabbro, sienite, porfido, andesite, gneiss, granulite). Marmi, rocce compatte e lucidabili di natura carbonatica (marmo, calcescisto, calcare compatto). Travertini, rocce ricche di cavità, compatte e lucidabili. Pietre, rocce compatte o porose, non lucidabili (basalto, trachite, conglomerato, arenaria, argilla, tufo, calcare tenero, dolomia, fillade, micascisto, quarzite, serpentinite, anfibolite). Le principali pietre toscane sono la pietra serena (sedimentaria, grigia, poca resistenza), la pietra forte (sedimentaria, arenaria, tipica dei palazzi del rinascimento), i tufi calcarei (Pisa, Grosseto), i graniti (Isola d’Elba), i marmi di Massa-Carrara, le serpentine (Monteferrato), i travertini (Montecatini, Lucca). Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 Processo produttivo Durante la lavorazione dei materiali lapidei si passa da blocchi enormi a pezzi sempre più piccoli, fino ad ottenere lastre di qualsiasi dimensione (tagliate tramite macchinari con lame o laser). Un blocco misura 30-50cm x 20-30cm x 15-25cm. Un massello misura 4-20cm x 4-20cm x 4-20cm. Una lastra misura +25cm x +25cm x 2-8cm. Si possono ottenere anche altri elementi come il listello, il cordolo ed altri elementi costruttivi. Le fasi del processo produttivo sono: - Coltivazione: filo diamantato, taglio primario, ribaltamento. - Segagione: consiste nelle operazioni atte ad ottenere lastre con spessori compresi tra 1.5 e 6 cm. I piani di divisibilità dei blocchi sono il verso, il secondo e il contro. - Finitura perimetrale: permette di ottenere conformazioni geometriche e finiture perimetrali differenti attraverso l'utilizzo di speciali utensili. - Finitura superficiale: atte ad ottenere particolari finiture dell’elemento come sabbiato, filo di sega, rigato, rigato spiga, levigato, scalpellato. Caratteristiche e proprietà Tutte le caratteristiche dei materiali sono descritte all’interno della loro scheda tecnica: Massa volumica, espressa in kg che occupa un volume pari a 1m cubo, da cui nascono diverse categorie: molto leggere (pomice), leggere (tufi), medio pesanti (travertini), pesanti (calcari compatti graniti), molto pesanti (basalti, porfidi). Maggiore è la massa maggiore sarà la resistenza. Porosità, tiene conto di tutti i vuoti (alveoli) all’interno della massa rocciosa. Coefficiente di imbibizione, esprime la proprietà di una roccia di impregnarsi di acqua più o meno rapidamente, fino a saturazione. Compattezza, definisce il rapporto tra massa volumica apparente e massa volumica reale. Durezza, definisce la resistenza alla scalfitura. Resistenza alla compressione (importante nel caso di realizzazione di murature). Resistenza alla flessione (importante nel caso di manti di coperture, architravi o pavimenti). Resistenza all’urto (importante nel caso di pavimenti e rivestimenti). Resistenza all’usura, in questo caso i materiali lapidei si dividono in poco logorabili, abbastanza logorabili, logorabili. Impatto ambientale Essendo risorse non rinnovabili, l’impiego, l’estrazione e la lavorazione dei materiali lapidei naturali hanno grave un impatto sul territorio e sulle popolazioni circostanti. (es: cave di Massa- Carrara e aumento di tumori nella popolazione). Esempi di architettura moderna in pietra Chiesa di San Giovanni Battista, Michelucci: tecnica costruttiva equivalente al muro a sacco. La struttura portante è costituita da un’armatura in ferro e calcestruzzo, rivestita in pietra (la parte portante è solo ferro-calce). Archi precompressi, Renzo Piano: l’architetto riprende l’idea della pietra come elemento portante utilizzando la tecnica Precompressa (cavi metallici all’interno delle pietre). Terme di Vals, Peter Zunto: espansione dell’edificio termale, Zunto reinterpreta il materiale del luogo (quarzite) creando delle pareti rivestite da lastre in pietra. Banca nazionale di Granada, Alberto Campo Baeza: utilizza l’alabastro, pietra traslucida che fa passare la luce, veniva utilizzato in passato al posto del vetro. Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 Lezione 3 LEGANTI, MALTE E CALCESTRUZZO Non sono materiali esistenti in natura ma prodotti che fanno parte delle tecnologie. Possiedono delle proprietà che possono essere: - chimico fisiche, (densità, resistenza alla corrosione, peso specifico, tensione, conducibilità). - meccaniche, descrivono il comportamento di un materiale in relazione all’azione di forze esterne (durezza, elasticità, resistenza alle sollecitazioni statiche o dinamiche). - tecnologiche, descrivono l’idoneità a certi tipi di lavorazioni/funzioni tecniche (plasticità, temprabilità, fusibilità, colabilità, saldabilità). Leganti I leganti sono ottenuti dalla cottura di una materia prima ricavata dalle cave (calcare, marmo, conchiglie ecc) contenente carbonato di calcio, essi hanno la capacità di collegare degli elementi tramite due fasi: la presa e l’indurimento. Alla fine di queste due fasi l’azione dei leganti diventa permanente. Essi possono essere: Aerei, induriscono e fanno presa solo se a contatto con l’aria e in modo immediato, si parla di processo rapido (es: gesso, usato per giunti e parti di finitura; calce aerea). Idraulici, richiedono l’impiego di acqua per il processo di indurimento (calce viva, cemento). Malta è un conglomerato di acqua, inerti fini (sabbia), leganti (calce, gesso, cemento) ed eventuali additivi. Le sue caratteristiche sono la lavorabilità (prima della presa) e la resistenza meccanica (calcolabile allo stato asciutto, dopo i processi di presa e indurimento). Le malte possono essere classificate in base a: - diametro dei granuli di sabbia: sabbia fine, media, grossa, da origine rispettivamente a intonaci lisci, grezzi, rustici. - tipo di legante: in base al tipo di legante esistono malta di calce aerea, malta di calce idraulica, malta cementizia, malta bastarda, malta di gesso. - rapporto legante-sabbia. Le malte possono essere classificate anche in base alla loro destinazione d’uso: Allettamento, letto di posa per elementi con diversa funzione (es: pavimento). Stilatura, chiudere fessure o rifinire elementi murari o pavimentali, in questo caso il giunto può anche avere colori diversi. Finitura, per rifinire sistemi a malta grezzi o per dare una base per l’intonaco. Iniezione, la malta viene iniettata in alcuni punti per ripristinare le prestazioni che doveva avere il muro (interventi di restauro e consolidamento). Intonaco è uno strato di rivestimento protettivo della muratura costituito da impasti di legante (calce, cemento, gesso), inerti fini (sabbia) e acqua. Ha due funzioni principali: protezione (tenuta all’acqua, all’umidità, protezione dei giunti) ed estetica. Può avere diverse texture: intonaco civile, rustico, stucco veneziano, intonaco di cocciopesto (come additivo ha la polvere di argilla). Applicazione dell’intonaco - tre strati di intonaco: rinzaffo (fase di stesura), rappresenta il legame meccanico tra il muro e l’arriccio, deve essere rugoso e aggrappante. Una volta che il rinzaffo ha fatto presa si stende l’arriccio (fase di livellamento). Infine si stende il velo (fase di lisciatura). Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 Intonaco rinforzato Se la superficie ha bisogno di un supporto si possono utilizzare varie tecnologie di rinforzo, infatti l’edificio può subire piccole oscillazioni che possono creare lesioni nell’intonaco, soprattutto durante la fase di presa: reti di rinforzo (spesso compensano la scarsa maestranza o la bassa qualità del materiale), reti porta-intonaco (compensano le dilatazioni termiche che possono creare microlesioni all’intonaco), intonaco armato o betoncino (usato soprattutto per il rafforzamento o per tecniche leggere di restauro). Calcestruzzo Il calcestruzzo è un conglomerato costituito da un legante (cemento), acqua, miscela di aggregati (sia grossolani che sottili), additivi. Il calcestruzzo può essere composto da diverse miscele che formano diverse granulometrie, una granulometria adeguata è composta da una maggior parte di aggregati di cava o aggregati di frantumazione (elementi più grandi) ed una piccola parte di elementi fini. Il calcestruzzo viene solitamente prodotto nei cementifici e non in cantiere ed è impiegato prevalentemente per le strutture, la sua ricetta viene quindi progettata in base alle prestazioni che deve avere. La qualità del calcestruzzo è determinata da tre classi, e la ricetta varia in base alle caratteristiche che bisogna ottenere: Classe di resistenza meccanica, decisa in funzione della destinazione d’uso del calcestruzzo (strutture non armate, strutture armate, strutture precompresse). Prima del getto finale vengono fatti dei test su dei campioni, per garantire la corretta classe di resistenza meccanica (calcolata con la pressa). Classe di esposizione ambientale, anche l’ambiente determina la durata del calcestruzzo, per questo va scelta una classe di esposizione ambientale (in totale sono sei) adeguata in base all’esposizione marina, all’esposizione ad agenti chimici, all’umidità, la carbonatazione, alle temperature. Classe di consistenza, determina la lavorabilità del calcestruzzo, che viene scelta in base alla destinazione d’uso e viene calcolata in base allo slump test, si distinguono diversi tipi di consistenza: umida, plastica, semifluida, fluida, superfluida. Additivi per il calcestruzzo, si definiscono additivi per il calcestruzzo quei prodotti aggiunti durante il procedimento di miscelazione del calcestruzzo in quantità non superiore al 5% rispetto alla massa del legante, allo scopo di modificare le proprietà della miscela allo stato fresco e/o indurito. Essi si classificano in: - fluidificanti e superfluidificanti, consentono di ridurre il rapporto acqua-cemento per evitare un’eccessiva evaporazione dell’acqua (il cls rimane poroso), - aeranti, creano microbolle nel cls con lo scopo di aumentare la resistenza alla gelività e la leggerezza, - acceleranti di presa e/o di indurimento, fanno aumentare la velocità di idratazione del cemento, utilizzato unicamente per la protezione dei getti durante la stagione invernale - ritardanti di presa, impiegati in tutti i casi in cui il calcestruzzo deve rimanere lavorabile a lungo - impermeabilizzanti, - inibitori di corrosione, - adesivi o aggrappanti. Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 Lezione 4 STRUTTURE E SOLLECITAZIONI La struttura è l’elemento costruttivo che ha il compito di sostenere determinati carichi e trasferirli al terreno, al fine di ottenere un equilibrio. La struttura è rappresentata attraverso uno schema statico che contiene: la geometria generale, le dimensioni delle sezioni, le caratteristiche del materiale, le condizioni di vincolo e le condizioni di carico che la struttura stessa deve sopportare. Su questo schema statico agisce un sistema di forze attivo e reattivo che grava sullo struttura, essa deve mantenere il proprio grado di sicurezza mantenendo un equilibrio statico. Scopo delle strutture - Racchiudere o delimitare uno spazio, - Collegare due punti, - Resistere all’azione di forze naturali. Una struttura raggiunge un’efficienza strutturale nel momento in cui ha determinate caratteristiche: resistenza, stabilità (capacità di subire perturbazioni senza crollare), duttilità (capacità di subire deformazioni senza rompersi e senza perdere la propria resistenza), ridondanza (qualità di una struttura di sostenere i carichi tramite più percorsi di carico), durabilità (capacità di mantenere le proprie prestazioni nel tempo). I parametri che portano alla scelta del tipo di struttura sono: scelta dei materiali, schema statico, estetica, funzionalità, logistica, velocità e tempistica, durata e costo. Sollecitazioni meccaniche Ogni azione applicata su un elemento strutturale genera in esso delle sollecitazioni, classificate come compressione (avvicinamento delle particelle), trazione (allontanamento delle fibre), taglio (fa scorrere le particelle ma non provoca variazioni in lunghezza), flessione, torsione (fa ruotare le sezioni l'una sull'altra). Ogni materiale è più o meno idoneo a sopportare un determinato tipo di sollecitazione. I materiali lapidei, i laterizi e i conglomerati ad esempio sono molto resistenti per le sollecitazioni di compressione, il legno per la trazione e la flessione, il metallo per compressione, trazione, flessione e taglio. Le sollecitazioni che interessano le costruzioni sono: - variazioni di temperatura, possono creare dilatazioni termiche calcolabili con Δl. Questa dilatazione termica va considerata in qualsiasi progetto, e in base alla destinazione d’uso si sceglie il materiale più adatto. (Fondamentali anche i giunti di dilatazione). - carico della neve, è un carico accidentale (può essere sia concentrato che distribuito) che causa spinte verticali. - terremoti, causano spinte orizzontali. - pressione del terreno, causa spinte orizzontali permanenti, più intense nella parte che si trova più in profondità. - vento, causa spinte orizzontali. - assestamenti del terreno, il terreno può muoversi (prevedibile tramite studi idrogeologici). - forza di gravità. Queste azioni possono essere dirette (concentrate o distribuite) o indotte, e la risposta strutturale ad esse può essere statica o dinamica. Inoltre i carichi provocati da queste azioni possono essere di diverso tipo: permanenti, accidentali, eccezionali (esistono delle Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 normative nazionali al riguardo). Nonostante i progetti considerino tutte queste possibili sollecitazioni e gli eventuali carichi, per collaudare delle nuove strutture è bene fare anche delle prove di carico in opera. Comportamento dei materiali sotto carico Non esistono corpi perfettamente rigidi, il corpo più robusto si deforma anche quando è sollecitato dalla forza più modesta, semplicemente questa deformazione non è visibile ad occhio nudo. Calcolo deformazione: ε = L’/ L In base alla deformazione e al loro modulo di elasticità si possono definire materiali fragili come il vetro, i materiali lapidei, i materiali ceramici, la ghisa (si rompono senza deformarsi) o duttili come l’acciaio, il rame, l’alluminio, l’ottone (prima di rompersi si deformano). I VINCOLI Gli elementi strutturali non sono isolati nello spazio, ma sono connessi mediante speciali dispositivi chiamati vincoli: - carrello, ha due gradi di libertà, la rotazione e la traslazione orizzontale. - cerniera, ha un solo grado di libertà, la rotazione. - incastro, non ha alcun grado di libertà. Affinché un elemento strutturale non si stacchi dal supporto, occorre raggiungere una situazione di equilibrio esterno e di equilibrio interno. IL CEMENTO ARMATO Il cemento armato è composto da ferro e conglomerato di cemento (calcestruzzo), uniti in modo da poter opporre una resistenza statica. Fu brevettato a fine ‘800 (brevetto Hennebique del 1892, brevetto Monnier 1878), ma il vero primo inventore fu un giardiniere che presentò ad un EXPO dei vasi in un nuovo materiale. Il successo di questo materiale è dato dalla perfetta collaborazione tra calcestruzzo e acciaio, i due materiali infatti hanno diverse caratteristiche che li rendono compatibili: - compatibilità meccanica, hanno una mutua aderenza che impedisce gli scorrimenti e permette la trasmissione degli sforzi. - compatibilità fisica e chimica, il calcestruzzo infatti ha un’elevata basicità e permette all’acciaio di resistere alla corrosione. - modulo di elasticità, per deformarsi di una stessa lunghezza occorre applicare carichi unitari al calcestruzzo 15 volte minori di quelli applicati all’acciaio. La sezione dell’acciaio può quindi essere 15 volte minore di quella del calcestruzzo. - ottima aderenza (riduce il rischio di fratturazione del calcestruzzo). - stessa dilatazione termica, - deformazione compatibile. L’armatura del cemento armato è realizzata in tondini di diametro variabile da 4 a 30 mm, che possono essere lisci o ad aderenza migliorata. L’armatura deve rimanere situata nella posizione definita in progetto e le legature devono essere realizzate in modo che durante il getto non si alteri la configurazione definita, per fare ciò esistono degli appositi distanziatori. Le legature possono essere realizzate in filo di ferro legato con tenaglie o fermagli oppure possono essere saldate. Ovviamente la disposizione, la quantità e le tecniche di collegamento degli elementi in acciaio all’interno del cemento armato variano in base al tipo di struttura e al tipo di esigenze da rispettare. Queste operazioni sono fatte precedentemente in fabbrica, in cantiere arrivano infatti strutture preformate. La struttura in acciaio di una trave in cemento armato (che è sempre ad incastro e non ha alcun vincolo) è composta da: armatura di trazione (si trova nella parte bassa), armatura di Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 supporto (si trova nella parte alta), staffe a taglio (girano intorno e danno la forma alla trave), staffe a 45°. Il cemento armato precompresso/prefabbricato, Il c.a.p. è prodotto in fabbrica, dove i cavi d’acciaio vengono pre-tesi, e successivamente portato in cantiere, dove viene direttamente assemblato. Questo prodotto comporta un vantaggio logistico in quanto garantisce una resistenza maggiore con spessori ridotti. Fu inventato nel 1928 da Freyssinet, il quale applicò per primo la tecnica della precompressione. La precompressione è una tecnica industriale consistente nel produrre artificialmente una tensione nella struttura in cemento armato allo scopo di migliorare le caratteristiche di resistenza. In questo modo cambia totalmente la funzione dell'armatura: se prima serviva ad assorbire gli sforzi di trazione durante l'impiego ora serve al calcestruzzo ad assorbire integralmente le sollecitazioni di flessione. I processi industriali per realizzare la precompressione sono sostanzialmente due: a cavi aderenti (sistema cavi pre-tesi), a cavi scorrevoli alle estremità (sistema a cavi post-tesi). Le fasi di produzione del c.a.p. FASE 1: Sulla pista di precompressione vengono tesi i ferri di acciaio armonico tra le testate di ancoraggio. FASE 2: Tesi i ferri si procede al posizionamento del cassero, si getta il calcestruzzo e i cavi rimangono in tensione durante il suo indurimento. FASE 3: Una volta indurito il calcestruzzo i cavi vengono tagliati, in questo modo la forza di tensione dei cavi viene trasmessa uguale e contraria, ossia come forza di compressione, dal ferro al calcestruzzo per aderenza tra i due materiali. Il copriferro è la distanza tra gli elementi in ferro e la superficie esterna. Esso determina la resistenza al fuoco, la durabilità, l’aderenza. Lo spessore del copriferro va deciso in base alle esigenze del progetto, e a seconda dell’ambiente in cui si trova il progetto, che può essere: secco, marino, umido, chimico (debolmente, mediamente, altamente aggressivo). I distanziatori, consentono di mantenere in posizione l’armatura all’interno della cassaforma durante il getto. La cassaforma, formata da: paramento, orditura, eventuali opere provvisionali. Il materiale principe per la realizzazione delle casseforme per cemento armato è sempre stato il legno, che ha però lo svantaggio di non poter essere utilizzato per più di 3 o 4 volte in quanto si impregna diventando rigido, pesante e non più traspirante. Esistono casseforme a perdere, che rimangono integrate nella costruzione; casseforme monouso, solitamente in cartone; casseforme in legno; casseforme innovative, garantiscono un assemblaggio rapido senza gru e sicurezza sul lavoro. Cemento armato a faccia a vista Il cemento armato può essere anche a faccia a vista, ricoprendo contemporaneamente una funzione strutturale e di copertura. In questo caso ci sono diversi fattori che influenzano il risultato finale: tipo di pannello usato, miscela del calcestruzzo, aggiunta pigmenti, trattamenti superficiali successivi (lavaggio, levigatura, lucidatura, sabbiatura). Altri fattori che influenzano il risultato finale sono il potere assorbente del pannello, la finitura della superficie, la giunzione dei pannelli, il fissaggio dei pannelli. Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 Concrete skin: cemento bianco TX active; Calcestruzzo 3-SC Profilo ambientale del cemento armato: Consumo di risorse non rinnovabili, utilizzo intensivo di energia, trasporto e impossibilità di reimpiegare i materiali a fine vita. Lezione 5, 16/10 Prodotti ceramici e laterizi Gamma di prodotti ottenuti per cottura ad elevata temperatura di masse plastiche minerali costituite fondamentalmente da impasti di argilla, acqua ed eventuali additivi. Le prime costruzioni in terra cruda risalgono alla cultura sumera, in Mesopotamia, quando l'utilizzo dell’argilla si trasferì dal vasellame alle costruzioni. Successivamente in epoca romana si raggiunse l’apice dell’utilizzo della terra cotta. Nel Rinascimento e nel Barocco l’uso del laterizio aveva una funzione prevalentemente strutturale, nel ‘900 viene introdotto il cemento armato e i prodotti ceramici passano in secondo piano perdendo la loro funzione strutturale. Ad oggi i prodotti ceramici vengono usati prevalentemente nella costruzione di chiusure verticali e partizioni interne verticali. Argilla L’argilla è una roccia sedimentaria composta principalmente da silicato di alluminio e da ossido di ferro. La sua caratteristica principale è la plasticità e il fatto che sia in grado di assorbire acqua fino al 70% del proprio peso. Si possono ottenere diversi prodotti con diverse caratteristiche in base a: qualità delle argille, presenza di additivi nell’impasto, temperatura e modalità di cottura, eventuali trattamenti superficiali. Dall’argilla si possono ricavare: - prodotti non ceramici, definiti in terra cruda, costituiscono una tecnologia sostenibile poiché possono essere reimpiegati. In antichità venivano utilizzati il Pisè (argilla posta in casseformi e pressata) e l’Adobe (formata in stampi e cotta al sole). - prodotti ceramici, cotti in fornace. Prodotti ceramici - prodotti a pasta porosa, cotti a basse temperature (max 1000°). I prodotti ceramici a pasta porosa si dividono in vetrinati, che hanno un rivestimento vetroso che li rende impermeabili (terraglie) o non vetrinati (laterizi, terrecotte, klinker). - prodotti a pasta compatta, la cottura ad alta temperatura e alta pressione gli conferisce maggiore compattezza, questi materiali hanno una bassissima porosità e buone doti di impermeabilità (gres, porcellana). Fasi della produzione dei prodotti ceramici Le materie prime vengono ricavate dalle cave durante la fase di estrazione, successivamente le fasi della produzione sono: Macinazione, Impasto, Formatura (può avvenire per stampaggio, tornitura, colata, estrusione), Essiccamento, Cottura, Rivestimento, Decorazione. IL LATERIZIO Il laterizio può essere prodotto in diversi metodi: - estrusione/trafilatura, espressione più moderna e meccanizzata della produzione industriale. Questo metodo prevede diverse fasi: preparazione dell’impasto, formatura per estrusione, essiccazione, cottura, trattamenti finali ed imballaggio. Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 - a pasta molle, usati ancora per murature a faccia a vista, erede della tradizione antica che prevedeva lo stampaggio in casseforme di legno. Questo tipo di produzione prevede una quantità di acqua intorno al 40% e comporta la formazione di una struttura porosa, al fine di essere ingelivo (assorbe le dilatazioni del ghiaccio) e al fine di avere una struttura anisotropa. Caratteristiche prestazionali - Resistenza meccanica, significativa resistenza a compressione, ci sono 5 diverse classi di resistenza in base all'utilizzo in strutture portanti o non portanti - resistenza all’usura, riguarda prevalentemente i materiali usati nelle pavimentazioni - imbibizione, assorbimento e gelività - aderenza alle malte, buona per materiali porosi, per migliorare l'aderenza alle malte si interviene sulla conformazione della superficie di contatto (piastrelle a fondo sagomato). - antisdrucciolevolezza, riguarda i materiali usati nelle pavimentazioni - impermeabilità, per le coperture e per gli esterni - coibenza termoacustica, proprietà di offrire resistenza al passaggio di calore/suono - pulibilità, attitudine a poter mantenere mediante interventi di normale pulizia le caratteristiche originarie - resistenza al fuoco, classe A1, i mattoni refrattari possono resistere senza fondersi né rammollirsi fino a 2000° (caminetti, ciminiere, canne fumarie), i blocchi forati hanno uno spessore interno minore e se esposti ad elevate temperature sono soggetti a fratture e tensioni. - colori di qualsiasi tipo che variano in base a percentuale di ferro e manganese, tempo di cottura, temperatura di cottura, percentuale di ossigeno presente nell’impasto. CLASSIFICAZIONI DEI LATERIZI Classificazione per destinazione d’uso: Laterizi per murature (blocchi e mattoni), laterizi per solai (pignatta, tavella, tavellone), laterizi per coperture (coppo, tegola), laterizi per rivestimenti (pavimentazioni). Il passaggio tra mattone e blocco avvenne durante il boom economico, dopo la seconda guerra mondiale, poiché c'era la necessità di accelerare i tempi di costruzione. I blocchi infatti essendo più leggeri e più grandi velocizzano i tempi di cantiere. Classificazione per foratura: Elementi pieni (minore al 15%), Elementi semipieni (15-45%), Elementi forati (45-55%). Il laterizio alleggerito in pasta/alveolato/porizzato è un’invenzione degli anni 60-70 ed è caratterizzato da una densità minore. La polarizzazione si ottiene dalla combustione durante la cottura di additivi all’impasto argilloso. Gli additivi maggiormente utilizzati sono: la segatura, il polistirolo espanso, il fango di cartiera e le fibre di carta, gli scarti di carbone. Il laterizio porizzato con inserti in polistirene, in questo materiale il polistirene aumenta l’isolamento termico garantendo prestazioni migliori. Il laterizio rettificato è sottoposto ad un processo meccanizzato passando attraverso una coppia di mole che ne rendono le facce di contatto perfettamente lisce e complanari. Questo procedimento (che può essere applicato dopo la fase di cottura o dopo la fase di essiccazione) permette di ottenere dei prodotti estremamente precisi. La muratura in blocchi rettificati permette una posa praticamente a secco (niente malta, impatto ambientale minore) che rende più rapida e pulita l’operazione di costruzione. La mancanza di malta e di giunti verticali e orizzontali garantisce una prestazione termica migliore, poiché annulla i ponti termici. Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 Profilo ambientale Danni al paesaggio, utilizzo consistente di combustibili fossili ed energia, molti scarti, demolizione molto onerosa. Lezione 6, 17/10 L’assemblaggio a secco: La tecnologia a secco è quella che ha un maggiore rispetto dell’ambiente in quanto può essere smontata e riutilizzata con facilità. L’assemblaggio a secco prevede la costruzione di un manufatto con parti precostituite, collegate tra loro con tecnologie di giunzione a secco, cioè di tipo meccanico, e predisposte alle operazioni di montaggio e successivo smontaggio. Con questa tecnica il manufatto edilizio è realizzato senza l’impiego di materiali di connessione destinati a consolidarsi dopo la posa. Con l’assemblaggio a secco si ottengono costruzioni stratificate a secco, ovvero strutture articolate su più strati che con spessori ridotti garantiscono maggiori prestazioni e funzioni. Le caratteristiche fondamentali delle strutture stratificate sono la leggerezza, la specializzazione dei materiali (e quindi degli strati), la finalizzazione dei dispositivi, l’articolazione strutturale, l’assemblabilità e la gestibilità. Materiali ed evoluzione storica delle tecnologie di assemblaggio a secco Connessioni per la pietra: partendo dalla tecnica del cumulo, si svilupparono successivamente l’incastro a tenone e mortasa e l’incastro con grappe di bronzo o ferro. Connessioni per il legno (molte di queste tecniche derivano dalla carpenteria navale): inizialmente corde o funi, poi pioli in legno o in metallo, chiodature, perni e incastri. Connessioni per il metallo: cunei, incastri a tenone e mortasa, trave imbullonata, profilati in ferro uniti da rivetti o saldature. Le prime costruzioni in metallo nacquero a partire dalla seconda metà dell’800 grazie alla rivoluzione industriale, causata da molte nuove scoperte nel campo dei materiali, delle lavorazioni, dei mezzi di trasporto e dei metodi produttivi, il metallo diventò il nuovo materiale principale per la costruzione di strutture. Iron Bridge di Coalbrookdale, corrisponde ad una fase “primordiale” delle strutture in metallo, infatti il ponte era costruito in ghisa (frequentemente utilizzata nelle costruzioni dell’800) e le connessioni erano le stesse con cui venivano uniti gli elementi in legno. Crystal Palace, costruito per l’esposizione industriale del 1851, doveva poter contenere tutte le esposizioni. Il progetto, che doveva essere caratterizzato da rapidità di montaggio e dall’utilizzo di ghisa e vetro, fu scelto in base ad un concorso, vinto da Packstone. Il palazzo fu successivamente distrutto da un incendio. Tour Eiffel, costruita in ferro per l’Esposizione Universale del 1889 e alta 300 m, per la sua costruzione furono impiegati per la prima volta i rivetti. Il progetto dovette affrontare un sistema di fondazione complesso, in quanto sorgeva molto vicino alla Senna. METALLI E LEGHE I metalli sono solidi a temperatura ordinaria, hanno un aspetto lucente, sono buoni conduttori di calore e di elettricità, sono duttili e malleabili. Ogni metallo ha una sua temperatura di fusione: più bassa è tale temperatura, più è facile l’estrazione del metallo dai minerali che lo contengono. I metalli puri, sono i metalli costituiti da un unico elemento: Alluminio, Ferro, Rame, Zinco, Piombo, Stagno, Titanio, Argento, Oro. Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 Le leghe metalliche sono costituite da metalli puri ai quali vengono aggiunti altri elementi (metallici e non metallici) per ottenere proprietà diverse: Bronzo (rame-stagno-alluminio), Ottone (rame-zinco), Acciaio (ferro-carbonio minore al 2%), Ghisa (ferro-carbonio tra il 2 e il 4%), Zinco-Titanio (zinco-rame-titanio). La ghisa e l’acciaio sono costituiti dagli stessi elementi, il ferro e il carbonio, e la loro differenza consiste nella quantità di carbonio presente nella lega. I metalli e le leghe si possono classificare anche in NON FERROSI e FERROSI. Il processo di produzione dei metalli Si articola in due fasi: l’estrazione e la preparazione ed elaborazione del materiale, al fine di modificarne la composizione chimica per ottenere un metallo puro o un lega. Durante questa seconda fase i semilavorati (bramme, blumi e billette) vengono lavorati e modellati con la tecnica della deformazione plastica, che sfrutta la malleabilità dei metalli, e che può avvenire tramite diverse tecniche: - laminazione a caldo, eseguita al di sopra della temperatura di cristallizzazione del metallo, si ottengono prodotti con spessori maggiori e irregolarità superficiali solitamente impiegati nelle strutture. - laminazione a freddo, eseguita al di sotto della temperatura di cristallizzazione, si ottengono prodotti con spessori ridotti e superficie omogenea solitamente impiegati negli infissi. - estrusione, eseguita ad alte temperature, il metallo ad alta pressione è forzato attraverso un’apertura nella matrice, si ottengono barre cilindriche, tubi e cavi. - trafilatura, la barra o il filo di partenza viene trafilata attraverso una serie di matrici per ridurre il diametro. - imbutitura, usata per ottenere oggetti cavi all’interno. - stampaggio, è un processo che prevede il riempimento di una forma con il metallo ancora allo stato plastico. - fucinatura, è un processo che consiste nel portare il metallo allo stato rovente per poi deformarlo a colpi di maglio, martello o presse. Caratteristiche prestazionali dei metalli Resistenza a trazione, fase elastica, fase di snervamento (il materiale ha repentini cedimenti dovuti alla rottura di parte delle fibre), fase plastica (il materiale recupera la propria rigidità ma diviene fragile e le deformazioni sono permanenti) Resistenza al fuoco, i metalli sono incombustibili ma il calore ne riduce la resistenza. Resistenza alla corrosione atmosferica, l’ossidazione è un processo spontaneo che conduce al degrado dei metalli. Anisotropia. ACCIAIO Alta resistenza alle pressioni, alle alte temperature, agli agenti atmosferici, agli agenti corrosivi. Duttilità, ossia la capacità di subire una deformazione "plastica" prima di arrivare alla rottura e anche la capacità di essere plasmato in qualunque forma. Anche da un punto di vista ambientale l’acciaio è un ottimo prodotto poiché alla fine del suo ciclo vitale può essere totalmente riciclato e quindi riutilizzato per un numero infinito di volte. Il processo di produzione dell’acciaio: Due differenti modalità, la prima consente la produzione di acciaio a partire dai minerali del ferro, la seconda invece consente la produzione di acciaio a partire dalla ghisa grezza e dai Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 rottami ferrosi. Inizialmente le miscele di ferro e materiali fondenti vengono fuse negli altiforni, successivamente il prodotto ottenuto viene colato e tramite il soffiaggio si riduce il tenore del carbonio. Dopo la fase di colatura cominciano le varie tecniche di lavorazione dell’acciaio per ottenere prodotti di qualsiasi forma. (Acciaio Corten, effetto ruggine). PIOMBO Uno dei metalli più diffusi sulla crosta terrestre, può essere usato come rivestimento di coperture ed ha un’estetica attraente. Inoltre può essere usato in forma di composto per la produzione di vetri, cristalli, smalti e colori. Questo metallo ha diverse caratteristiche e proprietà: Resistenza alla corrosione, malleabilità (forme complesse), durabilità, alta densità (rende le coperture più stabili e resistenti alla forza del vento). (Parco della musica, Roma, Renzo Piano) RAME Il rame è molto diffuso in natura anche allo stato elementare ed è spesso combinato con altri metalli come oro, argento, piombo. Nonostante abbia raggiunto costi di produzione altissimi solo il settore edile ne assorbe circa un quarto dell'impiego totale per la realizzazione di coperture, grondaie, tubi, raccordi, cavi, rubinetterie. Caratteristiche e proprietà: è un buon conduttore di calore e di elettricità, ha un’elevata resistenza alla corrosione, malleabilità, non richiede verniciatura protettiva, è molto pesante, è riciclabile. (Herzog & De Meuron, cabina ferroviaria, Basilea. Palestra la Fonte, Firenze, Capanni) TITANIO Molto resistente alla corrosione, resistente come l’acciaio ma il 40% più leggero, pesante il 60% in più dell’alluminio ma ha una resistenza doppia, permette di avere superfici a riflessione speculare. (Museo Guggenheim di Bilbao, Frank Gehry. Jewish Museum, Berlino, Daniel Libeskind) ALLUMINIO È tra gli elementi più diffusi della crosta terrestre e deriva dalla lavorazione di diversi metalli. La produzione dell'alluminio è iniziata nel 1888 e cominciò a diffondersi dopo la seconda guerra mondiale, grazie ai successi nel settore aeronautico. Il materiale puro è molto tenero e quindi per poter essere usato a fini strutturali viene legato con altri elementi di rinforzo, viene infatti prodotto in varie leghe a seconda della funzione da svolgere (strutturale, alimentare ecc). Caratteristiche e proprietà: Resistente alla corrosione, leggero, plastico, ha una buona conducibilità termica, amagnetico, atossico, versatile, conserva le sue proprietà. Problematiche: riflette il 97% dei raggi infrarossi, estrazione costosa, riciclo che richiede elevate quantità di energia, si corrode a contatto con acciaio e calcestruzzo umido. (Padiglione Spadolini, Fortezza) GHISA L'impiego principale della ghisa è nella produzione di acciaio, ma viene anche utilizzata nella produzione di getti di fusione. Rispetto all'acciaio presenta maggiore durezza, maggiore resistenza all'abrasione, maggiore fragilità. (Caixa Forum, Herzog & De Meuron, Madrid) Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 Lezione 7, 23/10 LEGNO E PRODOTTI DEL LEGNO Il legno rappresenta il tessuto del tronco, dei rami e delle radici di un albero e degli arbusti, è un materiale naturale di origine biologica costituito essenzialmente da un tessuto fibroso orientato parallelamente all’asse del fusto stesso. Le proprietà meccaniche del legno variano anche in base alla direzione di queste fibre. Caratteristiche del legno - porosità, il legno è un materiale poroso-capillare e a seconda della massa volumica del legno, la percentuale dei pori è mediamente pari al 50-60%. Essendo quindi costituito prevalentemente da cavità, come tutti i materiali porosi, assorbe vapore acqueo dall’aria circostante e può assorbire, per capillarità, acqua o altri liquidi. - umidità, ne influenza praticamente tutte le caratteristiche fisiche, meccaniche e tecnologiche. Inoltre i parassiti del legno necessitano per la sopravvivenza di un determinato contenuto minimo di umidità. La variazione del tasso di umidità del legno può generare vari difetti. - stabilità dimensionale, assume un ruolo rilevante e può essere garantita se, in fase di lavorazione, il legno possiede un umidità che manterrà anche nel successivo impiego. - anisotropia per le proprietà meccaniche, cioè le sue caratteristiche variano con la direzione anatomica considerata. I difetti del legno - Fenditure nel durame, sono fenditure disposte in senso radiale con direzione dal midollo verso l'esterno. Interessano il durame e si riscontrano particolarmente nei legni duri per essiccazione differenziata. E' un difetto che si può eliminare segando le tavole nella direzione delle fenditure stesse. - Screpolature longitudinali, sono prodotte dall'azione di forti geli. Il loro andamento è molto irregolare e talvolta rendono l'albero inutilizzabile. - Cipollatura, è dovuta all'azione del vento e riduce notevolmente le possibilità di impiego del tronco. - Attorcigliamento delle fibre, quando le fibre longitudinali sono attorcigliate a spirale intorno all'asse dell'albero. Una tavola ricavata da un albero con le fibre attorcigliate si svergola. - Nodi, si formano in corrispondenza dell'attaccatura dei rami alla pianta e rilasciano resina, risultano quindi facilmente attaccabili dai parassiti. Se in un elemento strutturale di legno sono presenti troppi nodi il pezzo va scartato. Il legno come materiale strutturale Le proprietà meccaniche di uno stesso provino di legno variano in funzione della temperatura, della sua umidità, della difettosità e della massa volumica. Inoltre la resistenza a trazione e a compressione è maggiore quando il legno è sollecitato nella stessa direzione delle sue fibre. In base alla direzione delle fibre è possibile distinguere tre direzioni anatomiche fondamentali: le sezioni trasversali, radiali, tangenziali. I possibili tipi di taglio influenzano la qualità del materiale e il suo comportamento in caso di ritiro e rigonfiamento. Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 I vantaggi del legno come materiale strutturale sono la diffusa disponibilità, ottime capacità di resistenza, possibilità di adattamento agli usi più diversi, smontabilità e riutilizzabilità dei materiali, se sfruttato con correttezza rappresenta una soluzione sostenibile e inesauribile. Classificazioni del legno per carpenteria: Legno rotondo, deriva dai fusti interi ed è la parte più nobile, può essere impiegato anche a livello strutturale. A partire da esso, attraverso segagione ed essiccatura si ottiene il legno segato, che può essere sottoposto ad un'ulteriore lavorazione della superficie. Con le successive lavorazioni in base allo spessore e all’altezza del taglio si distinguono: listello, tavola, tavolone. Essi possono avere i bordi longitudinali non rifilati, rifilati a facce parallele o convergenti se sono state smussate seguendo la rastremazione del tronco originario Legno squadrato, costituito da fusti interi o da parte di fusti rifilati longitudinalmente su quattro facce per tutta la loro lunghezza o parte di essa. Presentano sezione squadrata a spigoli smussati o vivi. Prodotti del legno massiccio - legno massiccio da costruzione: legname squadrato essiccato artificialmente e unito mediante giunti a pettine, serve ad ottenere elementi di maggior lunghezza. - prodotti lineari: lamellare incollato. Costituito da lamelle di legno e adesivo, le lamelle provengono dalla segagione di legname massiccio di conifere. Si ottiene un materiale maggiormente omogeneo che serve a realizzare elementi di grandi dimensioni e conformazioni diverse. Ha un contenuto di umidità prossimo a quello di equilibrio e ha ottime caratteristiche di resistenza meccanica, oltre ad una velocità di combustione più bassa. Utilizzato principalmente come elemento strutturale per coperture di considerevole luce ma anche per la produzione di profili per infissi e travi curve. - prodotti piani: pannelli di legno massiccio e compensati di tavole. Prodotti del legno ricostruito Piallacci, dai quali si possono ottenere prodotti lineari (stratificati di piallacci) o prodotti piani (compensato di piallacci). Trucioli, scaglie, fibre, dai quali non si possono ottenere prodotti lineari ma solo prodotti piani (pannelli truciolari, pannelli OSB, pannelli MDF, pannelli XLAM). I pannelli truciolari sono elementi di forma piana a base legno, ottenuti mediante la pressatura a caldo di particelle di legno sminuzzate e mescolate a colla. I pannelli OSB sono pannelli truciolari composti da trucioli lunghi e stretti. I pannelli CROSS LAM / XLAM, sono pannelli di legno massiccio a strati incrociati, composti da più strati di lamelle sovrapposti e incollati uno sull'altro in modo che la fibratura di ogni singolo strato sia ruotata nel piano di 90° rispetto agli strati adiacenti. Consentono di creare una superficie resistente e rigida che distribuisce il carico su tutti e quattro i lati e efficace dal punto di vista sismico. Produzione Taglio, Sramatura e scortecciatura, Stoccaggio, Essiccazione (avviene in fabbrica), Taglio, Controllo a vista, Pressa di incollaggio. Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 Profilo ambientale Risorsa rinnovabile se vengono rispettati i ritmi di abbattimento e ricrescita e se si provvede alla piantumazione sistematica degli alberi abbattuti, consumi ridotti durante la lavorazione, messa in opera a secco, a incastro o con l'utilizzo di viti o chiodi, reversibilità delle operazioni di montaggio, possibilità di riciclo e demolizione non complessa. Lezione 8, 23/10 Vetro Probabilmente l’espressione più alta dell’innovazione tecnologica, può sostituire i muri come chiusure strutturali. Il vetro è un materiale solido amorfo (questa caratteristica gli consente di poter essere impiegato in molti usi) formatosi per progressiva solidificazione di un liquido viscoso, ottenuto per fusione di minerali cristallini e che consente trasparenza e leggerezza. Nel vetro la transizione da uno stato solido allo stato liquido avviene in modo graduale e continuo in un intervallo di temperature nel quale si individua la temperatura di transizione vetrosa, raggiungibile tramite gli altiforni. La 'storia tecnica' (durata e intensità della fusione, durata e curva termica del raffreddamento) ha una notevole influenza sulle qualità fisiche e chimiche del vetro risultante. La prima produzione di vetro piano dava origine a lastre ottenute mediante colatura in stampi di grandi dimensioni, in questo modo il vetro comincia ad essere utilizzato con funzioni strutturali. Es: Crystal Palace (rappresenta l’inizio della rivoluzione industriale). Proprietà del vetro: Fisiche: solido, cattivo conduttore di elettricità e di calore, trasparente, resistente all’acqua e agli agenti atmosferici. Meccaniche: fragile, rigido (non si deforma). Tecnologiche: duttile, malleabile, sterilizzabile, fusibile, temperabile, facile da lavorare. Modalità di lavorazione del vetro Modellazione, consiste nella lavorazione della pasta vetrosa mantenuta a una temperatura di circa 700°C da parte di un artigiano specializzato, e comprende tagli, incisioni, curvature e stirature. Soffiatura, permette di realizzare prodotti in vetro cavi come vasi e bottiglie e consiste nell’insuflaggio di aria all’interno della massa vetrosa. Stampaggio, prevede il posizionamento della massa vetrosa in stampi. Filatura, consiste nell’indurre il passaggio della massa vetrosa in filiere di dimensioni molto ridotte per ottenere fibre. La filatura del vetro ha in gran parte sostituito l’utilizzo del rame (fibra di vetro). Seconde lavorazioni del vetro: Taglio, foratura, curvatura, molatura, trattamento delle superfici (vetro acidato, vetro sabbiato, vetro serigrafato, vetro serigrafato digitalmente). Classificazione del vetro - Tecnica di lavorazione - Impiego (farmaceutico, alimentare, edilizia, ottica ecc) - Aspetto (colorato, incolore, trasparente, opaco) - Particolari proprietà (neutro, biocompatibile, atermico ecc) - Resistenza chimica (inerte, durevole, poco durevole, solubile) Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 - Composizione chimica Vetro tirato Il vetro tirato ha sulla superficie leggere ondulazioni, dovute alla tiratura, perpendicolari alla direzione di tiratura, che possono disturbare la visione, e sono percepibili anche nell'immagine riflessa. Vetro colato I vetri colati sono traslucidi, e non consentono una visione chiara. Nella produzione di vetro colato la massa vetrosa liquida viene colata continuamente tra una o più coppie di rulli laminatori e riceve in questo modo la struttura superficiale caratteristica di questo tipo di vetro. A seconda della conformazione dei rulli si possono avere due facce piane, una piana e una decorata o due facce decorate. Vetro Float Il vetro float ha la stessa composizione chimica del vetro colato e le stesse proprietà fisiche, ma è ottenuto tramite un diverso processo di produzione che ne cambia le prestazioni in modo radicale, e che consente una visione del tutto chiara. La produzione del vetro float si svolge tramite una prima fase di fusione (1300°), successivamente la massa di vetro fuso viene portata a galleggiare sulla superficie di un bagno di stagno fuso, essendo il vetro molto viscoso e lo stagno molto fluido le due sostanze non si mischiano e la superficie di contatto tra i due elementi risulta piana e liscia. Infine durante la fase di ricottura il vetro passa su una serie di rulli. Questa fase del processo di fabbricazione serve a modificare le tensioni interne permettendo che il nastro di vetro, reso assolutamente piano, possa essere tagliato in lastre senza problemi. Vetro extrachiaro Con una particolare miscelazione delle materie prime, è possibile attenuare o eliminare la tipica colorazione leggermente verde del vetro float. In tal caso, il vetro non ha praticamente alcuna colorazione propria e viene definito incolore o extrachiaro. Prodotti in vetro - Vetri in lastre: vetri chiari comuni, vetri colorati nella massa, vetri colati laminati, vetri Saint-Just, vetri retinati (reti metalliche annegate nel vetro), hanno buone caratteristiche antincendio e una buona resistenza vetri U-Glass (a forma di U), può creare diversi tipi di pareti, e possono essere messi in opera senza elementi di irrigidimento intermedi. - Vetri speciali, sono vetri in cui si inseriscono proprietà specifiche per cambiarne le prestazioni: vetri rivestiti o con coating, ottenuti mediante il deposito di ossidi metallici sulla superficie, si utilizzano in edilizia per controllare e migliorare le prestazioni energetiche delle vetrate limitando la perdita di calore dall’interno verso l’esterno. Generalmente vengono impiegati come lastra interna nella realizzazione di vetri isolanti e vengono accoppiati con vetri riflettenti. vetri temprati, hanno subìto un processo termico o chimico che ne aumenta la resistenza meccanica. In caso di rottura il vetro non si dividerà in schegge taglienti e pericolose, bensì Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 in elementi molto piccoli e con un minor grado di pericolosità. Si dividono in vetri temprati termicamente e vetri temprati chimicamente. vetri stratificati, sono prodotti con l’obiettivo specifico di aumentare la resistenza meccanica e la sicurezza in caso di rottura. In questo caso si procede all’accoppiamento di due o più lastre di vetro unite con l’interposizione di un foglio in materiale plastico. (isolamento acustico migliorato) vetri fotovoltaici, sono costituiti da due lastre di vetro unite da un doppio strato di PVB all’interno del quale vengono incorporate le celle fotovoltaiche mono o policristalline. - Vetri stampati, consentono la creazione di mattoni o tegole per murature o coperture in vetro. - Vetri in fibra, prodotta per mezzo del passaggio del vetro fuso, ad alta velocità, in filiere. - Vetri camera, utilizzato principalmente per realizzare infissi), inventato negli anni ‘70, costituito da due lastre sigillate con una camera d’aria in mezzo, talvolta riempita con gas nobili, migliorano le prestazioni energetiche e l’isolamento termico. Prestazioni del vetro camera: sicurezza, isolamento termico, isolamento acustico. - Vetri autopulenti, è un vetro float su cui è stato depositato tramite pirolisi un particolare rivestimento che contiene elementi catalizzatori in grado di attivare la duplice azione fotocatalitica ed idrofila. L’effetto idrofilo del rivestimento induce lo scorrimento dell’acqua per file sottili e non a gocce, in questo modo non rimangono tracce sulla superficie del vetro. Profilo ambientale Impatto paesaggistico nei luoghi di estrazione, lavorazioni altamente energivore, trasporto del prodotto (alcuni tipi di vetro sono realizzati in pochissimi stabilimenti), totalmente riciclabile. Lezione 8, 24/10 Materie plastiche Le materie plastiche sono costituite da polimeri, ossia macromolecole unite attraverso legami chimici di monomeri. Oggi si possono ottenere materie plastiche profondamente differenti nelle caratteristiche e nelle prestazioni. Nel 1898 avviene la produzione della prima materia plastica sintetica (resina fenolica), creando un legame tra fenolo (ottenuto dal catrame del carbon fossile) e formaldeide. Nel 1909 la resina fenolica viene miscelata con altre sostanze realizzando la bachelite, (primo polimero termoindurente) un prodotto resistente al calore, con bassa conducibilità elettrica, da utilizzare nel campo elettrotecnico per involucri e isolamenti. Classificazione delle materie plastiche: I polimeri termoplastici, sono caratterizzati dalla proprietà di rammollirsi se riscaldati, così da diventare più malleabili e lavorabili, e quindi di solidificare alla diminuzione della temperatura. Può essere completamente recuperato, riscaldato nuovamente e quindi lavorato. (policarbonato, ETFE, PMMA, Plexiglass) I polimeri termoindurenti, si induriscono diventando termostabili e insolubili. Il polimero non fonde ma, arrivato a una certa temperatura, inizia a decomporsi. La lavorazione è meno facile e rapida, ma la resistenza meccanica e termica è più elevata. La riciclabilità risulta essere più difficoltosa. (poliestere) Gli elastomeri, anche definiti gomme, sono materiali elastici che se sottoposti a sollecitazioni meccaniche raggiungono dimensioni molto più elevate di quella originaria ma che, una volta venuta meno la sollecitazione, hanno anche la capacità di tornare alla Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 dimensione di partenza. Grazie a questa loro caratteristica sono largamente utilizzati per la realizzazione di giunzioni e guarnizioni. Lezione 9, 24/10 Materiali isolanti Esistono diversi materiali per ciascun tipo di isolamento: Termoisolanti, che hanno lo scopo di ridurre la trasmissione del calore. Fonoisolanti, legati alla trasmissione dei suoni, il loro principio di funzionamento si basa principalmente sulla massa. Fonoassorbenti, hanno lo scopo di ridurre la riflessione dei suoni, possono essere porosi, per risonanza di cavità, per risonanza di membrana. Resilienti, hanno lo scopo di ridurre la trasmissione delle vibrazioni. I materiali isolanti tradizionali si basano generalmente su l'incorporamento dell’aria in piccole cavità, pori o cellule che limitano lo scambio termico per convezione. Per migliorare le prestazioni dei materiali isolanti si possono usare tre strategie: - rimozione del gas, genera pannelli isolanti sottovuoto - cambiare il tipo di gas, utilizzando Argon o Kripton - intrappolare il gas in minuscoli pori, come per gli aerogel. Classificazione dei materiali isolanti per forma: Pannelli rigidi, autoportanti e spesso accompagnati da materiali di rivestimento, hanno i bordi sagomati per consentire il collegamento ad incastro tra i pannelli stessi, al fine di evitare dispersione di calore. Possono essere costituiti da materiali di origine naturale o sintetica (es. pannelli rigidi in sughero). Materassini, non sono autoportanti e sono costituiti da fibre di origine naturale o sintetica (es. materassini in lana di roccia). Materiali Sciolti, costituiti da granulati leggeri che possono essere messi in opera a secco o sotto forma di conglomerato (es. argilla espansa). Schiuma poliuretanica, è poliuretano sotto forma di schiuma, nella maggioranza dei casi arricchita da particolari sostanze espandenti. Classificazione dei materiali isolanti per origine: Vegetale: materassini in fibra di juta, fibra di lino, fibra di mais; pannello in canna palustre, fibra di cocco, fibre di legno, lana di legno mineralizzata, fibre di kenaf, fibre di canapa, sughero, fibra di cellulosa. Minerale: pannello in vetro granulare espanso, lana di vetro, vetro cellulare; calce in cemento naturale; fibra di lana di roccia; granuli di perlite espansa, di pomice, di vetro riciclato; argilla espansa granulare; vermiculite espansa. Animale: materassino in lana di pecora. Sintetica: pannello in polistirene espanso, schiuma rigida, polietilene espanso; materassino multistrato, materassino a base polipropilene; schiuma di poliuretanica; granuli di aerogel; fibra di poliestere. Composita: pannello in fibra di cocco e pannello di sughero, composto da EPS e strati di gomma, da gomma riciclata e carta bitumata, da granuli di sughero e di gomma riciclata, da fibre naturali e poliestere, lana di legno e EPS; materassino in EPS e membrana bituminosa; PET. Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 Isolamento termico I consumi elevati sono causati principalmente dalle dispersioni di calore. Esse possono avvenire o per trasmissione attraverso gli elementi dell’involucro, o per ventilazione non controllabile attraverso le fessure dell’involucro, o a causa dei ponti termici. Ogni materiale isolante ha delle prestazioni diverse, i materiali più efficaci consentono un elevato isolamento con uno spessore ridotto. La scelta del materiale isolante va fatta anche in termini ambientali, infatti non tutti i materiali che hanno elevate prestazioni in situazioni invernali consentono le stesse prestazioni in condizioni estive, e viceversa. Proprietà dei materiali termoisolanti: La conducibilità (λ), è la proprietà specifica di ciascun materiale e si definisce come la “quantità di calore trasmesso attraverso 1 mq di un materiale avente spessore di 1 metro per un Δ t = 1 K (1 Kelvin)”, (unità di misura W/mqK). La permeabilità al vapore acqueo, a causa delle diverse temperature tra le facce di una parete esterna, di un solaio o di una copertura, il vapore acqueo che attraversa queste strutture potrebbe trasformarsi e tornare allo stato liquido, provocando la condensa e successivamente la muffa. Per evitare tale fenomeno vengono utilizzati prodotti la cui principale differenza sta nel grado di traspirabilità al vapore. Il grado di resistenza al passaggio del vapore viene indicato attraverso lo spessore equivalente Sd, ovvero lo spessore equivalente in metri di aria che offre la medesima resistenza al passaggio del vapore del materiale in oggetto. Più è basso il valore Sd, maggiore sarà la traspirabilità del materiale. In base al valore Sd si distinguono: telo barriera vapore (completamente impermeabile), telo freno vapore (blocca l’acqua e parzialmente il vapore), membrane traspiranti (blocca l’acqua ma non il vapore). Per ottenere Sd basterà moltiplicare il valore µ (resistenza al passaggio del vapore) per lo spessore del materiale. Minore è µ e maggiore sarà la traspirabilità del materiale. L’inerzia termica, proprietà che determina la capacità dei materiali di attenuare e ritardare l’ingresso in ambiente dell’onda termica dovuta alla differenza termica. Essa dipende da spessore, capacità termica, conducibilità termica. La tenuta all’acqua e all’aria, può essere garantita anche da materiali a basso impatto ambientale, come: geocomposti bentonitici, carte impermeabilizzanti di cellulosa impregnate con olio di resine naturali, guaine sintetiche a base di materiali a basso impatto. La trasmittanza termica è la proprietà specifica di ciascun soluzione di chiusura e si definisce come il “flusso di calore che passa da un fluido ad un altro attraverso una parete di 1 mq di superficie e Δ t dei due fluidi = 1 K (1 Kelvin)”, (unità di misura W/mqK). Posizionamento dei materiali isolanti Permeabilità crescente dall'interno verso l'esterno, per portare il vapore all’esterno. Solitamente la barriera al vapore si trova all'interno degli elementi costruttivi perimetrali e serve a proteggere l'isolante dalle infiltrazioni di acqua dovute all'eventuale formazione di condensa negli strati interni. La posizione della barriera al vapore dipende sempre dal flusso del calore e deve essere messa a ridosso dell'isolante dalla parte da cui arriva l'aria calda dell'ambiente interno riscaldato. Le coperture sono situazioni complesse perché i materiali devono essere protetti sia dalle piogge che provengono dall'alto che dal vapore che proviene dal basso, in questo caso si Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])  lOMoARcPSD|48688980 può applicare un doppio strato di materiali isolanti: un freno al vapore al di sotto e una membrana traspirante nella parte superiore. Isolamento acustico La difesa dai rumori mediante isolamento acustico riguarda sia i rumori che si propagano per aria (rumori aerei), sia quelli che si trasmettono attraverso percussioni, vibrazioni, trascinamento (rumori impattivi o rumori d'urto). Per l’isolamento acustico possono essere utilizzati materiali porosi, risuonatori acustici, pannelli vibranti, sistemi misti. L’impiego di determinati materiali e sistemi varia in base al punto in cui devono essere posizionati: pavimenti, soffitti, pareti portanti o divisorie. Scaricato da Ginevra Rosselli ([email protected])