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Materiali Metallici

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Facoltà di Architettura di Palermo A.A. 2010/11<br />

Corso di Laurea in Scienze dell’Architettura (Cl.17)<br />

LABTECNARCH (Laboratorio di Tecnologia dell’Architettura)<br />

Docenti: Proff. Archh. E. Di Natale; M. L. Germanà;<br />

I <strong>Materiali</strong> Costruttivi: <strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong><br />

Contributo dell’Arch. Carmela Caristia<br />

Cultore di Architettura Bioclimatica<br />

LEZIONE X<br />

6 APRILE 2011<br />

1


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong><br />

Argomenti trattati:<br />

Evoluzione storica<br />

Metallo e architettura<br />

Caratteristiche tecniche<br />

Proprietà<br />

Classificazione metalli<br />

Lavorazioni<br />

Principali metalli<br />

Leghe<br />

Prodotti<br />

Realizzazioni<br />

2


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong>: Evoluzione storica<br />

Sin dalla loro scoperta i metalli hanno caratterizzato lo sviluppo storico e culturale dell’umanità fino a<br />

definirne le ere storiche<br />

6000 a.C.<br />

<strong>Materiali</strong> metallici utilizzati come<br />

ornamenti<br />

4300 a.C. Età del rame<br />

Si sviluppano e diffondono le<br />

tecniche per ricavare i metalli dai<br />

minerali le relative lavorazioni<br />

3500 a.C. Età’ del bronzo<br />

Lega di rame e stagno.<br />

Realizzazione di armi, utensili e altri<br />

oggetti di uso comune.<br />

Produzione di massa - Nuovi lavori<br />

specifici - Nuovi rapporti commerciali<br />

1200 a.C. Eta’ del ferro<br />

Inizialmente la lavorazione era<br />

complessa , per via delle basse<br />

temperature di fusione del minerale<br />

con il carbone che davano grumi<br />

pieni di scorie, questo rendeva la<br />

lavorazione lunga e costosa<br />

XIV sec<br />

Nascita degli altiforni<br />

Possibilità di ottenere ferro liquido in<br />

grandi quantità con il raggiungimento<br />

di temperature di 1500° usando<br />

mantici negli altiforni.<br />

Nel 1556 George Agricola pubblica il<br />

“De Re Metallica” descrivendo<br />

accuratamente tutte le tecniche per<br />

l’estrazione e la lavorazione dei<br />

metalli, processi che non subirono<br />

grandi cambiamenti fino al XIX sec.<br />

Eccessivo consumo di legno 125 kg<br />

per la realizzazione di un kg di ferro<br />

1709 Abraham Darby usò il<br />

Coke negli altiforni<br />

Nel XVIII sec. il coke sostituì la legna<br />

e la produzione si concentrò in Gran<br />

Bretagna vicino alle zone di<br />

estrazione del Coke.


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong>: Evoluzione storica<br />

XIX sec. Utilizzo della ghisa per la realizzazione di elementi portanti in architettura<br />

La diffusione degli elementi metallici in Architettura è progredita parallelamente allo sviluppo ed<br />

all'industrializzazione dei procedimenti metallurgici. L'affinazione delle tecnologie, dei trattamenti e delle<br />

lavorazioni, e la ricerca sulle associazioni fra i vari metalli hanno condotto a prodotti dalle elevate<br />

prestazioni, a patto che questi vengano posati in opera correttamente al fine di evitare possibili degradi<br />

innescati da fenomeni di corrosione.<br />

Sala di lettura Biblioteca St.<br />

Geneviève a Parigi, 1851<br />

Henry Labrouste<br />

Forme libere<br />

Edificio per l’esposizione universale di Londra,<br />

1889 Joseph Paxton<br />

Realizzato in 10 mesi, ossatura portante con<br />

colonne in ghisa, travi reticolari in ghisa e in ferro<br />

Torre per l’esposizione<br />

universale di Parigi del 1889<br />

Gustave Eiffel<br />

Alta 300 m.<br />

4


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong>: Evoluzione storica - XIX sec.<br />

XIX sec. 1856 Invenzione del processo Bessemer<br />

Possibilità di grandi quantità di acciaio liquido direttamente dal ferro.<br />

La produzione dell’acciaio divenne quindi più economica e consenti<br />

la realizzazione di grandi strutture<br />

Il successivo sviluppo tecnologico ed<br />

economico, portò in America, alla nascita di<br />

una nuova tipologia edilizia: il grattacielo<br />

Empire State Building (1930) progettato<br />

da Lamb & Harmon, alto 102 piani<br />

5


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong>: Evoluzione storica - XIX sec.<br />

Stazione St Pancras - Londra<br />

Inaugurata nel 1877 secondo il progetto di<br />

Gilbert Scott<br />

6


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong>: Evoluzione storica - XX sec.<br />

Grande uso di acciaio laminato<br />

Impieghi strutturali<br />

Elementi di fabbrica<br />

Terminal Eurostar stazione<br />

Waterloo Londra<br />

Strutture portanti di edifici,<br />

padiglioni, ecc<br />

Cemento armato<br />

Impianti esterni<br />

Coperture<br />

Rivestimenti,<br />

ecc<br />

Lloyd’s Bank<br />

Richard Rogers<br />

Londra<br />

30 St Mary Axe<br />

Norman Foster Londra<br />

"The Gherkin" "il cetriolo"<br />

Eero Saarinen edifici della John<br />

Deere Company<br />

Acciaio trattato per resistere agli<br />

agenti atmosferici<br />

7


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong>: XXI sec.<br />

Il nuovo polo fieristico a Rho-Pero<br />

Arch. Massimiliano Fuksas , Studio Altieri 2003-2005<br />

Una struttura spettacolare che è già entrata<br />

nell’immaginario comune, un cantiere dai tempi record e<br />

dimensioni che non si sono mai viste per un polo fieristico;<br />

una “città nella città”, 8 padiglioni, l’avveniristica vela e il<br />

vulcano, soprannominato “montagna Fuksas”<br />

L’asse centrale e la vela<br />

Articolato su 2 piani, l’asse centrale si estende per 1.300<br />

metri ed è una struttura di travi e solai prefabbricati in cls,<br />

con getti di completamento in opera, montata su pilastri<br />

circolari in acciaio. La sua copertura è una costruzione<br />

tridimensionale in acciaio (8.800 tonnellate) e vetro<br />

(47.000 mq); ogni suo pezzo è stato progettato<br />

singolarmente e numerato prima del montaggio.<br />

I padiglioni<br />

Gli 8 padiglioni sono costituiti da una struttura di travi<br />

reticolari imbullonate e muri in lastre di cemento<br />

prefabbricato o di vetro. Sono vere e proprie “scatole”<br />

semplici e funzionali, diverse dagli altri tre “contenitori”,<br />

anch’essi in vetro e acciaio, ma con forme sinuose e<br />

avvolgenti, da suggerire l’immagine di sottomarini o scatole<br />

giocattolo.<br />

8


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong>: XXI sec.<br />

Stadio "Oval“ Olimpiadi Torino 2006<br />

Progettazione studio HOK SVE Ltd e Studio Zoppini<br />

Una delle strutture olimpiche di Torino 2006, (ha ospitato 8000 spettatori) è stato<br />

progettato nella ricerca di trovare grande flessibilità per tutte le esigenze di<br />

polivalenza anche nella fase post-olimpica. Nella definizione del progetto si esprimono<br />

tre concetti fondamentali: semplicità, chiarezza e funzionalità.<br />

La struttura metallica ha una copertura a luce unica, che ben si presta a diventare la<br />

più grande struttura espositiva di Torino. (sono già state ospitate manifestazioni<br />

fieristiche di rilievo internazionale)<br />

Per il raggiungimento di questo la migliore soluzione strutturale si è dimostrata<br />

l’acciaio, con l’utilizzo di sei travi principali di inserite ad intervalli costanti. Un<br />

particolare della struttura è stata l’inserimento di giunti di movimento che permettono,<br />

a differenza di una struttura completamente bloccata, di adeguarsi alla sollecitazioni<br />

alle quali è sottoposta. I giunti sono stati posizionati in modo da dividere la copertura<br />

in tre parti, così da rendere possibile la futura suddivisione dello spazio.<br />

9


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong>: Evoluzione storica<br />

I metalli nell’architettura : Paolo Portoghesi<br />

I metalli sono entrati nell’architettura con passo<br />

felpato e in condizioni di inferiorità che non<br />

facevano certo pensare a un avvenire sia pur<br />

lontano di egemonia e di possibile sostituzione di<br />

ogni altra materia costruttiva.<br />

Nella architettura greca e in quella romana<br />

appaiono nascosti nel corpo della muratura per<br />

tenere insieme i blocchi di pietra e garantirne la<br />

stabilità anche quando la terra cessa, nei terremoti,<br />

di essere uno stabile sostegno.<br />

Svolgono anche un indispensabile ruolo materiale e<br />

simbolico nei cardini e nelle cerniere e nella<br />

struttura stessa delle porte che per la loro mobilità<br />

sfruttano in pieno le caratteristiche intrinseche di<br />

una materia compatta che può essere usata, senza<br />

giunti, in grandi superfici e può ridursi in lastre<br />

sottili e, nel caso dell’oro, in virtù della sua<br />

malleabilità, in fogli così fini da diventare<br />

trasparenti, che applicati ad altro materiale lo fanno<br />

risplendere di luce propria……….<br />

……………………. Vulcano, dio della guerra, è un fabbro<br />

e nella sua fucina fonde e piega i metalli che<br />

consentono all’uomo di accrescere l’effetto della sua<br />

forza fisica, attraverso la durezza, la laminazione, la<br />

relativa leggerezza di una materia che penetra,<br />

taglia, scompone, distrugge.<br />

Dopo aver trionfato nella scultura monumentale il<br />

metallo entra nella decorazione architettonica ………<br />

…….Si sviluppa insieme alla funzione decorativa,<br />

una funzione segreta del metallo che si concreta<br />

nella logica delle “catene” che all’interno del corpo<br />

murario contrastano le spinte dei sistemi di volte.<br />

Alla elementare collocazione dei tiranti che uniscono<br />

gli estremi delle arcate subentra la cerchiatura delle<br />

cupole e un modo di collocare le intelaiature,<br />

nascondendole, alle reni della volta e sotto il<br />

pavimento collegando verticali e orizzontali con<br />

elementi diagonali……………….<br />

………………………….. Dalla fine del settecento, per più<br />

di un secolo l’architettura del ferro costituisce uno<br />

dei grandi filoni della ingegneria in una escalation di<br />

conquiste miracolose che battono ogni record, in<br />

fatto di luci di arcate, di superfici coperte, di<br />

leggerezza strutturale…………..<br />

10


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Proprietà - caratteristiche<br />

DEFINIZIONE<br />

Metallo: dal greco metallon (miniera) elementi chimici i cui atomi si uniscono tra loro in una struttura<br />

cristallina con elettroni liberi.<br />

Da qui tutte le caratteristiche tipiche dei metalli.<br />

PROPRIETA’<br />

Isotropia<br />

(resistenti in modo simile rispetto a qualsiasi<br />

direzione di sollecitazione e in ogni loro parte)<br />

Elevata resistenza meccanica e tenacità<br />

(li rende adatti alla realizzazione di strutture<br />

portanti)<br />

Deformazione plastica<br />

(alto limite di snervamento)<br />

Un’importante caratteristica dei metalli è la<br />

capacità di costituire leghe se sottoposti a<br />

fusione e miscelazione con altri elementi.<br />

Sono solidi a temperatura ordinaria (tranne il<br />

mercurio)<br />

Altamente compatti e rigidi<br />

Hanno un punto di fusione molto alto<br />

Sono buoni conduttori di calore e di elettricità<br />

Sono duttili e malleabili (riducibili in fili e lamine)<br />

Facilmente deformabili a freddo e a caldo<br />

Hanno solitamente superfici brillanti<br />

Alcuni metalli hanno comportamento magnetico<br />

Sono freddi al tatto (per l’elevata conducibilità<br />

termica)<br />

capaci di assorbire radiazioni solari e<br />

riscaldarsi molto<br />

11


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong>: Classificazione<br />

CLASSIFICAZIONE<br />

I metalli possono essere classificati in:<br />

Metalli ferrosi<br />

Metalli non ferrosi<br />

In base alla densità in:<br />

Metalli pesanti > 4500 kg/mc<br />

Metalli leggeri < 4500 kg/mc<br />

in base alla loro composizione in:<br />

Metalli puri<br />

(un solo elemento chimico)<br />

Leghe metalliche<br />

(miscele di più elementi)<br />

Gli elementi metallici sono molto numerosi, quelli<br />

principalmente utilizzati in architettura sono:<br />

Ferro – rame - alluminio<br />

Zinco – piombo – stagno - titanio<br />

Ogni materiale ha proprietà specifiche che lo<br />

distinguono dagli altri<br />

La conoscenza di queste proprietà è indispensabile<br />

per scegliere il materiale più adatto per ogni<br />

impiego ed il tipo di lavorazione a cui deve essere<br />

sottoposto.<br />

Ad esempio:<br />

l'ottima conduttività elettrica del rame e la sua<br />

buona duttilità lo fanno preferire per la<br />

fabbricazione dei fili conduttori degli impianti<br />

elettrici;<br />

la ghisa può essere modellato solo con la<br />

fusione<br />

gli acciai possono essere modellati anche con le<br />

macchine utensili.<br />

Solo i metalli nobili quali:<br />

oro - argento - platino<br />

esistono puri in natura, gli altri vengono trasformati<br />

prima di essere trattati negli altiforni.<br />

12


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong>: comportamento al fuoco<br />

Comportamento al fuoco<br />

Pur non essendo combustibili, a temperature elevate i metalli si<br />

deformano perché:<br />

•perdono rigidità<br />

•diminuisce il limite di snervamento<br />

•diminuisce il modulo elastico<br />

Protezioni antincendio:<br />

Per tutelarsi ed evitare che deformandosi le strutture cedano<br />

possiamo proteggerle con:<br />

•Dispositivi automatici di spegnimento, rilevatori di fumo, ecc..<br />

•Rivestimenti quali vernici, pitture intumescenti<br />

•Riempimento e ricoprimento con materiali non combustibili<br />

Applicazione di pittura intumescente<br />

13


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong>: Degrado chimico - la corrosione<br />

a umido<br />

Corrosione atmosferica<br />

Corrosione da parte del Metallo (es.<br />

contatto galvanico)<br />

Corrosione da parte delle acque,<br />

dolci o di mare<br />

Generalizzata<br />

Localizzata<br />

Selettiva<br />

CORROSIONE<br />

a secco<br />

Il metallo è immerso in un'atmosfera<br />

gassosa di natura diversa dalla normale<br />

concentrazione atmosferica (cloro,<br />

acidi, ossigeno secco), oppure uguale<br />

ma ad elevata temperatura<br />

Le forme più tipiche di corrosione sono:<br />

La corrosione interessa tutta la superficie del materiale e<br />

l'entità degli effetti corrosivi è uguale in ogni punto della<br />

superficie;<br />

La corrosione interessa solo alcune zone del materiale; la<br />

zona interessata dalla corrosione può presentare diverse<br />

morfologie, ad esempio: ulcere, crateri, caverne, punte di<br />

spillo, cricche.<br />

La corrosione ha luogo in zone specifiche del materiale;<br />

intragranulare (in cui si ha la corrosione di singoli grani<br />

cristallini) e la corrosione intergranulare (che avviene in<br />

corrispondenza dei bordi di grano)<br />

La corrosione dei metalli può essere<br />

definita come un processo di<br />

degradazione e ricomposizione con<br />

altri elementi.<br />

E’ la modificazione chimica o<br />

elettrochimica della superficie di un<br />

metallo.<br />

Il processo elettrochimico è legato<br />

alla differenza di potenziale dei<br />

metalli .Tra due metalli a contatto o<br />

in presenza di liquido elettrolitico<br />

(acqua) si creano zone anodiche e<br />

zone catodiche; es. tra rame e ferro:<br />

il ferro da anodo, libera elettroni che<br />

migrano verso il rame e si corrode. Il<br />

rame fa da catodo e sulla superficie<br />

si sviluppa idrogeno gassoso.<br />

Generalizzata<br />

Localizzata<br />

Selettiva<br />

intergranulare<br />

14


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong>: Degrado chimico - la corrosione<br />

Una buona progettazione e la scelta di un materiale adatto sono fondamentali per il controllo degli effetti<br />

corrosivi<br />

Un film di pittura protettiva:<br />

Protezioni Passive<br />

Consiste nell’isolare la superficie del metallo dall'ambiente<br />

esterno mediante il suo rivestimento con:<br />

Manti protettivi a base di polietilene, bitume e<br />

poliuretano usati come rivestimento esterno delle<br />

tubazioni in acciaio interrate. nastri di polietilene<br />

autoadesivi applicati a freddo<br />

Prodotti di ossidazione (es. ossidazione anodica)<br />

utilizzata per alluminio, nichel o cobalto. Gli ossidi sono<br />

molto tenaci ed aderenti allo strato superficiale e<br />

pertanto passivano il metallo.<br />

Metalli meno nobili, quali lo zinco. La zincatura usata<br />

per proteggere il ferro immergendo il metallo, in un<br />

bagno fuso di zinco. Il ferro rimane protetto fino a quando<br />

non è stato consumato tutto lo zinco.<br />

Metalli più nobili, quali il cromo. In questo caso si parla<br />

di cromatura che viene utilizzata per proteggere i<br />

manufatti di ferro.<br />

Protezioni attive<br />

Chiamate protezioni catodiche, utilizzate per eliminare i<br />

fenomeni di corrosione dei manufatti di ferro interrati.<br />

A corrente impressa: consiste collegare il manufatto al<br />

polo negativo di un generatore esterno il cui polo positivo<br />

è a sua volta collegato ad un elettrodo inerte interrato in<br />

prossimità del manufatto. L'umidità del terreno funge da<br />

elettrolita.<br />

Ad anodo sacrificale o ad accoppiamento<br />

galvanico: consiste nel collegare direttamente il<br />

manufatto in ferro ad un elettrodo interrato costituito da<br />

un metallo meno nobile (più riducente) del ferro stesso,<br />

quali lo zinco o il magnesio. Si viene a creare una cella<br />

galvanica in cui il ferro funge da catodo e l'elettrodo da<br />

anodo che di conseguenza si corrode preservando così<br />

l'integrità del manufatto in ferro fino a quando l'anodo<br />

non si consuma completamente.<br />

Strati protettivi naturali<br />

Rame – Alluminio – Piombo - Zinco; Acciaio Legato -<br />

Acciaio Impermeabile, formano sulla superficie strati<br />

protettivi che ostacolano la corrosione<br />

15


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Deformazioni plastiche<br />

Sono basate sulla proprietà dei materiali metallici di deformarsi permanentemente, acquistando una forma<br />

determinata, sotto l'azione di forze esterne. Questa proprietà tecnologica è la plasticità che comprende la<br />

malleabilità e la duttilità.<br />

Con i termini "a caldo" e "a freddo" non si indicano le<br />

temperature assolute dei metalli lavorati, ma si attribuisce<br />

semplicemente un valore allo stato in cui si trova quel<br />

metallo, e in particolare la vicinanza con la sua temperatura<br />

di fusione. Se questo rapporto è inferiore a 0,3 la<br />

Deformazione a caldo - Deformazione a freddo<br />

LAMINAZIONE<br />

Il materiale è costretto a passare tra due<br />

cilindri rotanti in senso inverso l'uno rispetto<br />

all'altro e si trasforma in lamina; si sfrutta la<br />

proprietà tecnologia chiamata "malleabilità".<br />

FORGIATURA O FUCINATURA<br />

I materiali a caldo vengono deformati per<br />

mezzo di urti o pressioni con martelli.<br />

lavorazione viene detta "a freddo", se è maggiore di 0,6<br />

viene detta "a caldo"; se il rapporto ha valori intermedi si<br />

dice lavorazione "a tiepido". Ad esempio, fino a 200 °C<br />

l’acciaio è lavorato a freddo, mentre lavorare il piombo a<br />

25 °C (temperatura ambiente) è lavorato a caldo.<br />

ESTRUSIONE<br />

Consiste nel costringere il materiale a<br />

passare attraverso un'apertura detta<br />

"matrice" della forma voluta. Il materiale<br />

è sottoposto a uno sforzo di<br />

compressione e assume la forma e le<br />

dimensioni della matrice.<br />

STAMPAGGIO<br />

I materiali vengono deformati per mezzo<br />

di urti o pressioni con magli o presse<br />

che forzano il pezzo fra due stampi.<br />

16


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Deformazioni Plastiche - Lavorazioni<br />

IMBUTITURA<br />

I materiali, in genere lamine, a freddo vengono<br />

deformati per mezzo di urti o pressioni con magli o<br />

presse che attivano un punzone contro una matrice.<br />

TRAFILATURA<br />

Consiste nel far passare una barra di data sezione<br />

in un foro di sezione più piccola. La barra è<br />

sottoposta allo sforzo di trazione, per cui si deforma<br />

e si allunga, sfruttando la duttilità.<br />

PRODOTTI DA TRAFILATURA<br />

FUSIONE<br />

La fusione viene usata per produrre oggetti<br />

che hanno una forma molto complessa. Di<br />

solito si fondono metalli con temperature di<br />

fusione medie o basse. Il metallo fuso viene<br />

gettato nello stampo (colata) e si attende che<br />

ridiventi solido per raffreddamento. Lo stampo<br />

viene aperto e il pezzo viene finito per<br />

eliminare sbavature e smussare angoli. Gli<br />

oggetti lavorati per fusione comprendono<br />

rubinetteria, maniglie, caffettiere, tombini,<br />

lampioni.<br />

17


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Lavorazione meccanica<br />

Sono lavorazioni con cui si trasforma un pezzo grezzo o semilavorato in un prodotto finito, asportando il<br />

materiale, in genere sotto forma di trucioli di dimensioni variabili, per mezzo di un utensile. Ogni macchina<br />

è mossa da un motore che, mediante cinghie ed ingranaggi trasmette i movimenti al pezzo e all'utensile.<br />

TORNIO<br />

Il pezzo si muove di moto rotatorio, mentre l'utensile di moto traslatorio (avanzamento e taglio).<br />

L'utensile può essere fatto avanzare parallelamente o a varie angolazioni rispetto all'asse di<br />

rotazione, in modo da produrre superfici cilindriche o coniche.<br />

TRAPANO<br />

Il pezzo sta fermo mentre l'utensile (punta elicoidale) si muove contemporaneamente di moto<br />

rotatorio (movimento di taglio) e traslatorio (avanzamento); sono macchine molto versatili e<br />

possono avere le dimensioni e le forme più varie.<br />

FRESATRICE<br />

Il pezzo si muove di moto traslatorio (avanzamento) mentre l'utensile di moto rotatorio (taglio); tali<br />

movimenti si possono combinare in vario modo. Le fresatrici sono le macchine utensili più<br />

versatili, e possono lavorare con grande precisione superfici piane o sagomate, esterne o interne.<br />

PIALLATRICE<br />

Il pezzo si muove di moto traslatorio alternato mentre l'utensile, ad ogni passata avanza dello<br />

spessore di taglio, in direzione ortogonale a quella del pezzo. E' utilizzata per spianare le superfici<br />

di pezzi di grandi dimensioni.<br />

ALESATRICE<br />

Il pezzo sta fermo mentre l'utensile si muove di moto traslatorio (avanzamento verso il basso) e<br />

rotatorio (movimento di taglio). L'alesatura è una lavorazione con la quale si allargano fori già<br />

esistenti, principalmente allo scopo di migliorarne il grado di finitura.<br />

18


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Sistemi di connessione a caldo<br />

CHIODATURA<br />

La chiodatura è un procedimento tecnologico<br />

utilizzato per realizzare dei collegamenti permanenti<br />

tra componenti di una struttura, tramite l'applicazione<br />

di chiodi. E’ il sistema di unione più antico, si realizza<br />

forando gli elementi da unire facendovi passare il<br />

chiodo la cui estremità viene ribattuta per assicurare il<br />

collegamento.<br />

a caldo: il chiodo viene riscaldato inserito nel foro e<br />

ribadito in modo che si dilati all’interno. L'unione a<br />

caldo è adatta a parti di spessore e fortemente<br />

sollecitate.<br />

a freddo: il chiodo è messo nell'alloggiamento e<br />

ribadito, Questo secondo metodo è più usato per le<br />

lamiere, ed i chiodi son detti ribattini.<br />

a sovrapposizione semplice: i due lembi si<br />

ricoprono.<br />

a coprigiunto semplice: i due lembi sono testa a<br />

testa e ricoperti su di una superficie da un tratto di<br />

lamiera.<br />

a coprigiunto doppio: i due lembi sono testa a testa<br />

e ricoperti su entrambe le superfici da tratti di lamiera.<br />

19


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Sistemi di connessione a caldo<br />

SALDATURA<br />

Con la saldatura si uniscono "saldamente" tra loro due pezzi<br />

metallici mediante l'azione del calore, con o senza l'aggiunta<br />

di un altro materiale (materiale d'apporto).<br />

Saldatura elettrica per punti :Il riscaldamento è dovuto al<br />

passaggio di una corrente elettrica: nel punto di contatto le<br />

parti diventano pastose e, per effetto della pressione<br />

esercitata, si uniscono; viene usata per unire le lamiere.<br />

Saldatura ad arco: Il calore necessario per portare a fusione<br />

le parti è fornito dall'energia termica generata da un arco<br />

elettrico<br />

Saldatura per fusione a gas: Sui pezzi da collegare si fa<br />

colare il metallo di una bacchetta d'apporto che viene fusa<br />

dalla fiamma caldissima emessa da speciali cannelli (fiamma<br />

ossiacetilenica).<br />

20


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Sistemi di connessione a freddo<br />

BULLONATURA AGGRAFFATURA<br />

La bullonatura è un procedimento tecnologico per<br />

realizzare giunzioni tra componenti di una struttura, tramite<br />

l'applicazione di bulloni . A differenza della chiodatura, i<br />

giunti bullonati sono smontabili. E’ una tecnica semplice,<br />

pratica e di facile realizzazione. Utilizzata in genere per<br />

elementi di notevole spessore, spesso accoppiata a<br />

saldatura.<br />

RIVETTATURA<br />

La rivettatura è una tecnica di giunzione usata<br />

comunemente nelle lavorazioni meccaniche per giuntare<br />

fra loro lamiere e/o lamine plastiche di modesto spessore<br />

e parzialmente sovrapposte che prevede l'utilizzo di<br />

rivetti. È in realtà una tecnica estremamente flessibile per<br />

tutti i tipi di impiego.<br />

L'aggraffatura è una lavorazione di deformazione plastica<br />

a freddo che serve per unire i bordi di lamiere di basso<br />

spessore.<br />

Per eseguire l'aggraffatura si sovrappongono dapprima i<br />

due lembi da unire e si ripiegano assieme due volte su sé<br />

stessi, ottenendo un'unione stabile ed ermetica. È in pratica<br />

una bordatura ripiegata su sé stessa dei due lati da unire.<br />

Viene eseguita tramite opportune macchine dette<br />

aggraffatrici, ed è molto utilizzata per produrre tubi di<br />

grosso diametro di lamierino, quali quelli per le canne<br />

fumarie, pluviali,grondaie.<br />

INCOLLAGGIO<br />

Esistono prodotti adesivi capaci di sopportare elevate<br />

sollecitazioni grazie all’effetto di attrazione molecolare tra<br />

adesivo ed elemento o al processo di fusione tra le parti. L’<br />

adesivo definito strutturale può essere di tipo acrilico,<br />

vinilico, o altro.<br />

21


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : <strong>Materiali</strong> Ferrosi<br />

Metalli<br />

Leghe<br />

Componenti<br />

delle leghe<br />

GHISA ACCIAIO<br />

Percentuale di<br />

carbonio > 2%<br />

Percentuale di<br />

carbonio < 2%<br />

<strong>Materiali</strong> Ferrosi<br />

Ferro<br />

Convenzionalmente le LEGHE FERROSE si distinguono in ACCIAI E GHISE in funzione del tenore di<br />

CARBONIO. Le differenze percentuali nel rapporto FERRO-CARBONIO condizionano le caratteristiche e le<br />

qualità dei prodotti finiti.<br />

In base alla Norma Uni En 10020/89 esiste un valore limite della percentuale di Carbonio in Lega che<br />

permette di distinguere l’acciaio dalla ghisa c.a. il 2%<br />

Acciaio = Fe + C carbonio < 2%<br />

Ghisa = Fe + C carbonio > 2%<br />

Acciaio resistente agli<br />

agenti atmosferici<br />

Quantità minime di<br />

Rame e Cromo<br />

Acciaio legato<br />

Quantità minime<br />

di Rame, Cromo,<br />

Vanadio,<br />

Wolframio<br />

22


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> Ferrosi : Ferro (Fe)<br />

CARATTERISTICHE<br />

E’ il metallo più usato al mondo, duttile,<br />

malleabile, resistente agli urti, si ossida<br />

facilmente (arrugginisce) e fonde a 1535° C.<br />

Il ferro grezzo contiene circa il 4% di<br />

carbonio ed è fragile. Le sue qualità<br />

migliorano riducendo la quantità di carbonio.<br />

Allo stato puro viene applicato per la<br />

realizzazione di apparecchiature<br />

elettromagnetiche.<br />

Normalmente è utilizzato in lega con il<br />

carbonio (C), a formare acciai e ghise.<br />

Il ferro (Fe) contenuto nei minerali ferrosi, se<br />

sottoposto a fusione, ha la proprietà di<br />

sciogliere nel bagno di fusione, un non<br />

metallo, il carbonio (C) ottenendo la lega<br />

ferro-carbonio.<br />

IL FERRO IN NATURA<br />

Per produrre la ghisa e l’acciaio, bisogna<br />

estrarre dal sottosuolo dei minerali ricchi di<br />

ferro.<br />

Il ferro (Fe) allo stato naturale è presente<br />

sotto varie forme e mescolato a rocce.<br />

Di questi minerali ferrosi i più importanti<br />

sono:<br />

Magnetite con una % di Fe di 60-70<br />

Ematite rossa con una % di Fe di 45-60<br />

Limonite con una % di Fe di 30-50<br />

Siderite con una<br />

LA LAVORAZIONE<br />

% di Fe di 25-40<br />

I minerali ferrosi estratti dal sottosuolo,<br />

vengono lavati, frantumati e compattati in<br />

mattonelle.<br />

Vengono poi fusi in altoforni con carbon<br />

coke e materiali fondenti dando origine alla<br />

ghisa di prima fusione.<br />

23


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> ferrosi : Ghisa (Fe-C)<br />

GHISA<br />

La ghisa è stata il primo prodotto siderurgico utilizzato in edilizia. Si<br />

caratterizza per la sua facile lavorabilità e la buona resistenza a<br />

compressione. A causa degli elevati costi di produzione, e della scarsa<br />

resistenza del materiale (in uso tende a fratturarsi ed incrinarsi), il suo<br />

impiego in edilizia è stato sostituito dall’acciaio e da altri prodotti<br />

sintetici.<br />

Caratteristiche della Ghisa:<br />

Colabilità, lavorabilità e formabilità;<br />

Buona resistenza alla corrosione;<br />

Resistenza meccanica inferiore alle leghe di acciaio, buona a<br />

compressione, scarsa a trazione;<br />

Comportamento fragile;<br />

Impossibilità di subire lavorazioni plastiche sia a caldo che a freddo.<br />

IMPIEGHI<br />

Tubi di scarico, radiatori, vasche da bagno, scossaline, ecc. L’uso<br />

strutturale della ghisa è sporadico e solo relativo a particolari leghe.<br />

24


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> ferrosi : Acciaio (Fe-C)<br />

ACCIAIO<br />

Definizione da UNI EN 10020<br />

L’ acciaio è un materiale dove il ferro è<br />

l’elemento predominante, con tenore di<br />

carbonio, di regola, non maggiore di ~2 % e<br />

può contenere anche altri elementi.<br />

L’acciaio grazie ad un rapporto alto tra resistenza<br />

meccanica e peso specifico può essere impiegato<br />

per realizzare a parità di carico, opere più<br />

“leggere” rispetto a quelle in cls o in muratura<br />

portante, con impiego minore di materiale e meno<br />

carico sulle fondazioni.<br />

Può essere prodotto in un elevatissimo numero di<br />

tipi, esistono oltre 2000 varianti, diversi per<br />

composizione chimica e microstruttura, così da<br />

ottenere un gran numero di caratteristiche<br />

meccaniche o di resistenza al degrado. Questi<br />

materiali trovano impiego nei settori delle<br />

costruzioni come elementi strutturali e non, e nei<br />

settori meccanico, chimico, alimentare, dei<br />

trasporti, ecc.<br />

CARATTERISTICHE DELL’ACCIAIO<br />

Materiale Isotropo a struttura compatta<br />

Duro;<br />

Resistente;<br />

Duttile;<br />

Elevata resistenza a trazione;<br />

Elevata resistenza a compressione<br />

Elevata resistenza a sforzi longitudinali;<br />

Non modifica le sue caratteristiche nel<br />

tempo;<br />

Buon conduttore elettrico e termico;<br />

Saldabile e lavorabile.<br />

Ha struttura compatta, non assorbe umidità,<br />

polveri, odori,<br />

Non emana sostanze tossiche nemmeno se<br />

esposto al calore o alla fiamma<br />

25


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Classificazioni dell’acciaio<br />

In base alla percentuale di Carbonio In base alla composizione chimica: Leghe<br />

In base al tasso di carbonio gli acciai si<br />

dividono in:<br />

extra dolci: carbonio tra 0,05% e lo 0,15%;<br />

semidolci: carbonio tra 0,15% e lo 0,25%<br />

dolci: carbonio tra 0,25% e lo 0,40%;<br />

semiduri: carbonio tra 0,40% e lo 0,46%;<br />

duri: carbonio tra 0,60% e lo 0,70%;<br />

durissimi: carbonio tra 0,70% e lo 0,80%;<br />

extraduri: carbonio tra 0,80% e lo 0,85%.<br />

Gli acciai dolci sono più comuni e meno pregiati.<br />

Dalla uni en 10020 definizione di<br />

acciai legati e acciai non legati<br />

NON LEGATI<br />

Acciai nel quale i tenori degli elementi di lega<br />

rientrano nei limiti indicati dal prospetto I della UNI<br />

EN 10020; es: acciaio al carbonio, acciaio nero.<br />

LEGATI<br />

Sono acciai per i quali almeno un limite indicato<br />

del suddetto prospetto I viene superato.<br />

Convenzione generale:<br />

Acciaio bassolegato: nessun elemento al di<br />

sopra di 5%; es: acciai corten<br />

Acciaio altolegato: almeno un elemento al di<br />

sopra di 5%; es: acciaio inox<br />

26


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Classificazioni dell’acciaio<br />

Gli acciai resistenti alla corrosione vengono definiti acciai<br />

legati. Le leghe contengono un minimo del 10% di Cromo ma<br />

anche di metalli quali il nickel, molibdeno, titanio, vanadio e<br />

wolframio.<br />

La percentuale di carbonio è inferiore al 1,2%.<br />

Tali acciai, in condizioni normali, hanno la possibilità, di<br />

passivarsi, cioè di ricoprirsi di uno strato di ossidi invisibile, di<br />

spessore pari a pochi strati atomici, che protegge il metallo<br />

sottostante dagli attacchi corrosivi.<br />

Per la loro produzione occorre più energia.<br />

ACCIAI LEGATI ACCIAI INOX<br />

Sono spesso impiegati tal quali senza rivestimento<br />

superficiale, favorendo così il loro riciclo.<br />

Sono possibili diverse lavorazioni superficiali: spazzolato,<br />

molato, trattato con acidi o sabbiato.<br />

E’ impiegato per facciate, superfici di copertura, tubi,<br />

balaustrate, ecc.<br />

Il termine acciaio inox indica gli<br />

acciai ad alta lega contenenti cromo<br />

in quantità tra l’11 ed il 30%.<br />

E’ un materiale riciclabile con basso<br />

dispendio di energia rispetto alla<br />

produzione del materiale vergine;<br />

compatto che ostacola annidamento<br />

di batteri;<br />

neutro nei confronti del cibo.<br />

Gli acciai inossidabili superano molti<br />

problemi degli acciai al carbonio per<br />

ciò che riguarda la corrosione e la<br />

resistenza al calore.<br />

27


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Classificazioni dell’acciaio<br />

ACCIAI LEGATI COR-TEN<br />

Il grande successo raggiunto dagli acciai COR-TEN<br />

deriva dalle due principali caratteristiche che li<br />

distinguono:<br />

Elevata resistenza alla corrosione - CORrosion<br />

resistance<br />

Elevata resistenza meccanica - TENsile strength<br />

Gli acciai COR-TEN, durante l’esposizione allo stato<br />

non pitturato alle diverse condizioni atmosferiche, si<br />

rivestono di una patina uniforme e resistente, costituita<br />

dagli ossidi dei suoi elementi di lega, che impedisce il<br />

progressivo estendersi della corrosione. Questo<br />

rivestimento, di colorazione bruna, variabile di tonalità<br />

con gli anni e con l’ambiente esterno, costituisce una<br />

valida protezione contro l’aggressione degli agenti<br />

atmosferici. Adottando questi acciai, in sostituzione dei<br />

comuni acciai strutturali al carbonio, è possibile<br />

realizzare apprezzabili riduzioni di spessore e<br />

conseguenti diminuzioni di peso. L’ottima resistenza<br />

alla corrosione atmosferica, consente l’utilizzazione di<br />

questo prodotto allo stato nudo o pitturato con<br />

sensibile riduzione delle periodiche operazioni di<br />

manutenzione.<br />

Rivestimento in acciaio<br />

CORTEN appena uscito<br />

dalla fonderia<br />

Rivestimento in acciaio<br />

CORTEN esposto agli<br />

agenti atmosferici<br />

(arch. Studio Archea,<br />

“Centro Divertimenti Stop<br />

Line”, Curno (BG)<br />

28


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Classificazioni dell’acciaio<br />

ACCIAI COR-TEN A<br />

Il COR-TEN A mostra una resistenza alla corrosione<br />

atmosferica da cinque a otto volte superiore a quella di un<br />

comune acciaio al carbonio. È l’acciaio che più si presta<br />

per essere impiegato allo stato non pitturato e, per il suo<br />

gradevole aspetto, si rivela particolarmente idoneo per<br />

applicazioni architettoniche.<br />

In pratica si può affermare che, in atmosfera industriale o<br />

rurale, la corrosione del COR-TEN A non verniciato si<br />

arresta dopo aver provocato una diminuzione di spessore<br />

di circa 0,05 mm.<br />

In ambiente marino la corrosione progredisce<br />

leggermente col passare degli anni, pur rimanendo<br />

decisamente inferiore a quella riscontrata nei comuni<br />

acciai al carbonio.<br />

ACCIAI COR-TEN C<br />

Il COR-TEN C introdotto sul mercato più recentemente,<br />

presenta una resistenza meccanica notevolmente<br />

superiore agli altri due tipi (A e B), pur conservando<br />

caratteristiche di resistenza alla corrosione atmosferica è<br />

di circa quattro volte superiori a quelle degli acciai al<br />

carbonio.<br />

Il tipo C è utilizzato specialmente in quelle applicazioni per<br />

le quali le moderne tecniche di progettazione richiedono<br />

materiali aventi una resistenza meccanica più elevata.<br />

ACCIAI COR-TEN B<br />

Questo tipo di COR-TEN, comunemente denominato al<br />

vanadio, è caratterizzato da una composizione chimica<br />

che permette di mantenere elevate caratteristiche<br />

meccaniche anche in forti spessori.<br />

La resistenza alla corrosione atmosferica è di circa quattro<br />

volte superiore a quella di un comune acciaio al carbonio.<br />

Anche il COR-TEN B può essere impiegato allo stato non<br />

pitturato, senza tuttavia raggiungere effetti estetici simili a<br />

quelli del COR- TEN A.<br />

I prodotti in COR-TEN B trovano vasta applicazione in<br />

tutte quelle costruzioni in cui sono richieste elevata<br />

resistenza meccanica e buona resistenza alla corrosione<br />

atmosferica.<br />

GIGON/GUYER - Museo archeologico Bramsche-Kalkriese (D)<br />

Le costruzioni sono realizzate con un<br />

unico materiale, l’acciaio COR-TEN,<br />

scelto dai progettisti come segno<br />

unificatore dell’intervento per la sua<br />

prerogativa di essere presente in natura<br />

e per le sue proprietà di resistenza<br />

29


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong>:Designazione degli acciai UNI EN 10027<br />

Gli acciai vengono classificati secondo due sistemi equivalenti di designazione :<br />

quello alfanumerico: es. S235JR; quello numerico: es 1.0037.<br />

Il primo dei due sistemi è descritto dalla UNI EN 10027-1 mentre il secondo dalla UNI EN 10027-2.<br />

La UNI EN 10027-1 classifica gli acciai secondo 2 gruppi:<br />

gruppo 1 : designazione in base all'impiego ed alle caratteristiche meccaniche o fisiche;<br />

gruppo 2: designazione in base alla composizione chimica<br />

Gruppo 1 - La sigla alfanumerica è strutturata nel seguente modo:<br />

Simbolo indicante l'impiego (1° Simbolo);<br />

Simbolo indica la caratteristica fisica o meccanica dell'acciaio da cui dipende principalmente il suo utilizzo(2°Simbolo);<br />

Ulteriori simboli. (3° Simbolo=ulteriori proprietà dell'acciaio, obbligatorie o facoltative)<br />

1° Simbolo 2° Simbolo<br />

B - acciai per calcestruzzo armato ordinario;<br />

D - acciai prodotti piani per formatura a freddo;<br />

E - acciai per costruzioni meccaniche;<br />

G - acciai da getto;<br />

H - acciai ad alta resistenza per imbutitura a freddo e prodotti piani<br />

laminati a freddo;<br />

HS - acciai rapidi;<br />

L - acciai per tubi di condutture;<br />

M - acciai magnetici;<br />

P - acciai per impieghi sotto pressione;<br />

R - acciai per rotaie;<br />

S - acciai per impieghi strutturali (carpenterie metalliche);<br />

T - acciai per benda nera, stagnata e cromata (imballaggi);<br />

Y - acciai per calcestruzzo armato precompresso;<br />

UNI EN 10027-1<br />

Per acciai: S, P, L,E,H: la tensione minima di snervamento espressa in<br />

N/mm<br />

30<br />

2 .<br />

Per acciai: Y e R: la tensione minima di rottura espressa in N/mm2 ;<br />

Per acciai B: la tensione caratteristica di snervamento espresso in<br />

N/mm2 ;<br />

Per acciai D: C - laminati a freddo;<br />

D - laminati a caldo destinati direttamente alla formatura a<br />

freddo;<br />

X - stato di laminazione non specificato;<br />

Per acciai:T:<br />

per prodotti a semplice riduzione: lettera H seguita dal<br />

valore della durezza - Rockwell HR 30 Tm;<br />

per prodotti a doppia riduzione: la tensione minima di<br />

snervamento espressa in N/mm2 ;<br />

Per acciai M: valore della proprietà magnetica


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong>:Designazione degli acciai UNI EN 10027<br />

Ulteriori simboli GRUPPO 2<br />

I simboli finali indicano ulteriori proprietà dell'acciaio,<br />

obbligatorie o facoltative come ad esempio:<br />

per l'acciaio magnetico M:<br />

A - lamiere a grani orientati;<br />

D – E lamiere semifinite (senza ricottura finale) di acciaio<br />

non legato/di acciaio legato;<br />

N - lamiere a grani orientati normali;<br />

S - lamiere a gradi orientati a bassa perdita;<br />

P - lamiere a grani orientati ad elevata permeabilità;<br />

per l'acciaio S:<br />

JR - resilienza minima a 20 °C pari a 27 J;<br />

J0 - resilienza minima a 0 °C pari a 27 J; ………….<br />

KR - resilienza minima a 20 °C pari a 40 J;<br />

K0 - resilienza minima a 0 °C pari a 40 J;……<br />

al valore della relisienza possono seguire una o più<br />

delle seguenti lettere:<br />

M - laminazione termomeccanica; N - laminazione di<br />

normalizzazione;<br />

G1 – effervescente G2 - … G3 e G4 - …………….<br />

C - formatura speciale a freddo; D - zincatura;<br />

E - smaltatura; H - profilo cavo;<br />

L - bassa temperatura; O - ….. S - ……<br />

T - tubi; W - resistente alla corrosione atmosferica<br />

Pertanto una sigla S235JR indica un acciaio da<br />

carpenteria metallica con tensione di snervamento di 235<br />

N/mm 2 e resilienza non inferiore a 27 J.<br />

La designazione varia a seconda del tipo di<br />

acciaio e dalla percentuale degli elementi di lega:<br />

ES: un acciaio 13CrMo4-5 è un acciaio<br />

bassolegato costituito da 0,13 C, 1%Cr (4/4) e<br />

0,5% Mo (5/100).<br />

es X4CrNiMo17.12.2 acciaio inox con la seguente<br />

composizione chimica: 0,04%C, 17 % Cr, 12Ni e<br />

2% di molibdeno.<br />

UNI EN 10027-2<br />

La designazione numerica, si rifà al sistema delle<br />

norme DIN, identifica l'acciaio con un numero<br />

caratteristico di 5 cifre.<br />

La prima cifra identifica il materiale di base.<br />

Nel caso di acciaio è = 1<br />

Il secondo numero, separato dal primo da un<br />

punto, indica la designazione del gruppo<br />

dell'acciaio e il numero d'ordine sequenziale per<br />

tipo di acciaio secondo la tabella riportata dalla<br />

UNI EN 10027-2.<br />

un esempio di comparazione fra le due tipologie di<br />

designazione: S235JR = 1.0037 31


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Acciaio strutturale<br />

ACCIAIO DA COSTRUZIONE ACCIAIO PER STRUTTURE IN C. A.<br />

Per acciaio da costruzione o strutturale si<br />

intende quello utilizzato in edilizia come:<br />

•elemento strutturale portante per la realizzazione<br />

di costruzioni metalliche (travi reticolari , tralicci)<br />

•armatura in opere in calcestruzzo armato e<br />

calcestruzzo armato precompresso (cavi, barre,<br />

trefoli)<br />

L'acciaio per costruzione in calcestruzzo<br />

armato (acciaio per armatura lenta) è<br />

costituito principalmente da barre tonde,<br />

della lunghezza standard di 12 m,<br />

denominati comunemente tondini<br />

TIPOLOGIA<br />

Tipologie di acciaio da cemento armato<br />

ordinario:<br />

barre: in acciaio tipo B 450 C (6 mm ≤ Ø<br />

≤ 50 mm) e tipo B 450 A (5 mm ≤ Ø ≤ 10<br />

mm);<br />

rotoli : in acciaio tipo B 450 C (Ø ≤ 16<br />

mm) e tipo B 450 A (Ø ≤10 mm);<br />

reti e tralicci elettrosaldati : in acciaio<br />

tipo B 450 C (6 mm ≤ Ø ≤ 16 mm) e tipo<br />

B 450 A (5 mm ≤ Ø ≤ 10 mm).<br />

32


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Acciaio strutturale<br />

ACCIAIO PER STRUTTURE PRECOMPRESSE<br />

Gli acciai da precompressione o acciai armonici<br />

sono contraddistinti da un comportamento nettamente<br />

diverso rispetto a quello degli acciai da cemento<br />

armato ordinario. Sono caratterizzati da una elevata<br />

resistenza meccanica e da una deformazione plastica<br />

relativamente bassa all'atto della rottura. Tali acciai<br />

devono avere adeguata duttilità all'allungamento.<br />

Non essendo necessario garantire proprietà di<br />

saldabilità, si utilizzano tenori di carbonio più elevati<br />

rispetto agli acciaio per cemento armato ordinario.<br />

TIPOLOGIA<br />

L'armatura per precompressione può<br />

essere fornita sotto forma di:<br />

filo : prodotto trafilato a sezione piena<br />

con diametro variabile tra 5 e 8 mm che<br />

viene fornito in rotoli<br />

barra : prodotto laminato a sezione<br />

piena che viene fornita in rotoli o in<br />

elementi rettilinei;<br />

treccia : fornita in rotoli costituite da<br />

gruppi di 2 o 3 fili<br />

trefolo : fornito in rotoli, realizzati da<br />

gruppi di fili avvolti ad elica in uno o più<br />

strati intorno ad un filo rettilineo disposto<br />

secondo l'asse longitudinale dell'insieme<br />

e completamento ricoperto dagli strati.<br />

33


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Acciaio strutturale<br />

ACCIAIO PER STRUTTURE METALLICHE<br />

Produzione siderurgica<br />

Gli acciai laminati si distinguono in:<br />

prodotti lunghi:<br />

laminati mercantili (angolari, L, T, altri<br />

prodotti di forma);<br />

travi ad ali parallele (HE, IPE, IPN)<br />

laminati a U<br />

prodotti piani<br />

nastri o coils<br />

lamiere e piatti<br />

prodotti cavi:<br />

tubi prodotti a caldo<br />

prodotti derivati:<br />

travi saldate (ricavate da lamiere o da nastri<br />

a caldo);<br />

profilati a freddo (ricavati da nastro a caldo)<br />

tubi saldati (cilindrici o di forma ricavati da<br />

nastro a caldo)<br />

lamiere grecate (ricavate da nastro a caldo).<br />

Lamiere<br />

Le lamiere<br />

Sono acciai laminati in lastre piane nelle due<br />

direzioni.<br />

In funzione dello spessore si distinguono in:<br />

•lamiere sottili (inferiore a 2 mm)<br />

•lamiere medie (variabile da 2 a 4 mm)<br />

•lamiere grosse (superiore a 5 mm)<br />

Queste ultime sono le più impiegate nelle<br />

costruzioni; le lamiere sottili e medie sono impiegare<br />

soprattutto nei lavori da fabbro, da stagnino e da<br />

idraulico.<br />

In funzione della forma possono essere:<br />

•Piane;<br />

•Bugnate;<br />

•Nervate;<br />

•Ondulate;<br />

•Grecate.<br />

Le lamiere sono impiegate nelle strutture che<br />

possono subire sforzi di trazione, compressione ma<br />

anche taglio .<br />

34


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Acciaio strutturale<br />

Piatti e Larghi Piatti<br />

Sono prodotti piatti in tavole laminate in una sola direzione.<br />

I piatti (UNI EU 58) hanno uno spessore minimo di 3 mm ed una<br />

larghezza massima di 150 mm. Si indicano mediante le due dimensioni<br />

della loro sezione trasversale espresse in millimetri. Un piatto 80/10 è un<br />

ferro piatto di 10 mm di spessore e di 80 mm di larghezza.<br />

I larghi piatti (UNI EU 91) sono piatti di larghezza variabile da 500 mm a<br />

160 mm e di spessore minimo di 6 mm. Un largo piatto viene individuato<br />

con due numeri il primo indica la larghezza e il secondo lo spessore,<br />

ambedue espressi in millimetri, ad esempio un largo piatto di 800 mm di<br />

larghezza e di 16 mm di spessore si contraddistingue con 800/16. I larghi<br />

piatti sono impiegati soprattutto negli elementi sottoposti solamente a<br />

sforzi di trazione e di compressione. I piatti vengono utilizzati ad esempio<br />

come fazzoletti di nodo nelle travi reticolari.<br />

Nastri<br />

Il nastro è un prodotto piatto laminato avvolto in rotoli.<br />

Si hanno:<br />

nastri stretti e medi (larghezza 600 mm)<br />

nastri larghi (larghezza ≥ 600 mm.)<br />

35


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Acciaio strutturale<br />

Barre<br />

Le barre sono prodotti profilati trafilati a caldo forniti solitamente in<br />

barre dritte. Le più comuni sono a sezione circolare e quadrata.<br />

I tondi (UNI EU 60) si indicano con il simbolo ∅ seguito da un numero<br />

che indica il diametro in millimetri. Pertanto un tondo ∅ 20 è un ferro di<br />

20 mm di diametro.<br />

I quadri (UNI EU 59) si indicano con il simbolo formato da un<br />

quadrato con sbarra diagonale seguito da un numero che indica il lato<br />

in millimetri.<br />

Profilati a sezione chiusa - Tubi<br />

I tubi sono elementi cavi e possono avere una sezione circolare,<br />

quadrata o rettangolare.<br />

I tubi tondi (UNI 7811) possono essere ottenuti per estrusione o<br />

saldatura longitudinale.<br />

I più affidabili sono quelli saldati. I tubi tondi si indicano con il simbolo<br />

∅ seguito da due numeri che indicano rispettivamente il diametro<br />

esterno e lo spessore in millimetri (ad esempio ∅ 5/2).<br />

Sono utilizzati per elementi soggetti a compressione.<br />

Tubi quadri (UNI 7811 e UNI 7812) e tubi rettangolari (UNI 7810 e<br />

UNI 7813) sono prodotti per piegature e successiva saldatura;<br />

vengono indicati con tre numeri:lunghezza, altezza spessore. I tubi<br />

quadri vengono utilizzati per la realizzazione di pilastri, ma più costosi<br />

degli HE e pertanto meno usati.<br />

36


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Acciaio strutturale<br />

Profilati a sezione aperta<br />

Sono prodotti profilati trafilati a caldo forniti in barre dritte.<br />

Hanno sezioni trasversali che ricordano delle lettere U, L, T, ecc.<br />

Per la realizzazione di strutture ed elementi portanti in acciaio si utilizzano<br />

una serie di profilati commerciali.<br />

prodotti secondo precisi standard internazionali riguardo alla forma della<br />

sezione della barra;<br />

le più comuni sono:<br />

SEZIONI A DOPPIO T<br />

Sono profilati costituiti da due ali a facce esterne parallele collegate con<br />

un'anima perpendicolare per mezzo di raccordi circolari.<br />

I profilati a doppio T sono di diversi tipi:<br />

IPE (UNI 5398-78), acronimo di European Profile (I richiama la forma)<br />

le facce interne delle ali sono parallele alle facce esterne.<br />

Le sezioni hanno l'altezza dell'anima circa doppia la larghezza delle ali.<br />

La dicitura IPE è seguita da un numero che indica l'altezza in millimetri,<br />

ad esempio IPE 100. Sono utilizzate ad esempio come nervature<br />

(putrelle) dei solai in acciaio.<br />

HE (UNI 5397-78), (European, H richiama la forma): sezioni con base<br />

circa uguale all'altezza. Vengono prodotti in 3 tipi a seconda dello<br />

spessore crescente dell'ala che è comunque maggiore di quello<br />

dell'anima: A: serie leggere; B: serie media; M: serie pesante.<br />

Sono indicate dalla dicitura HE, seguita da una lettera indicante la serie e<br />

da un numero che indica l'altezza in millimetri (ad esempio HEA100).<br />

IPE<br />

HEA HEB<br />

37


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Acciaio strutturale<br />

PROFILATI A SEZIONE APERTA<br />

INP (UNI EU 5679-65), acronimo di Normal Profile (I richiama la forma): rispetto<br />

agli IPE sono caratterizzati dall'inclinazione (14%) della faccia interna dell'ala<br />

rispetto alla faccia esterna. Sono stati introdotti per migliorare l'andamento delle<br />

tensioni tangenziali ma hanno lo svantaggio di essere più pesanti e presentano<br />

problemi quando bisogna raccordarli ad altri profilati, per cui non sono usati<br />

frequentemente.<br />

SEZIONI A DOPPIO T SALDATE<br />

Nel caso in cui fosse necessario utilizzare profilati a doppio T di grande sezione, le<br />

lamiere o i piatti larghi possono essere composte, mediante saldatura.<br />

L'industria pertanto produce una serie di profilati a doppio T saldati che sono la<br />

ideale prosecuzione delle varie serie standardizzate.<br />

ANGOLARI<br />

Vengono chiamati anche cantonali o profilati a L.<br />

Sono costituti da due bracci perpendicolari e possono essere di due tipi:<br />

ad ali uguali (UNI EU 66): lettera L e due numeri che indicano la lunghezza<br />

dell'ala in millimetri e lo spessore dell'ala sempre in millimetri (L60x6);<br />

ad ali disuguali (UNI EU 57): lettera L seguita da tre numeri che indicano la<br />

lunghezza dei due lati e lo spessore espressi in millimetri (L 80x60x7).<br />

Ambedue realizzati sia con spigoli vivi o arrotondati.<br />

Non vengono utilizzati da soli ma accoppiati di spalla o a farfalla.<br />

Spesso per realizzare pilastri di grosse dimensioni si usa accoppiare di faccia<br />

quattro angolari ottenendo una sezione di forma quadrata.<br />

Vengono anche utilizzati per realizzare i nodi di collegamento tra profilati.<br />

38


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Acciaio strutturale<br />

PROFILATI A SEZIONE APERTA<br />

PROFILATI A U<br />

Sono costituiti da un'anima e da due ali raccordate all'anima in<br />

corrispondenza di una delle loro estremità. Vengono chiamati anche<br />

profilati a C.<br />

Sono di due tipi:<br />

•UPN (UNI EU 54 e UNI 5680-73), acronimo di Normal Profile (U richiama<br />

la forma) le facce interne delle ali sono inclinate dell'8% rispetto alle facce<br />

esterne.<br />

Si indicano con la sigla UPN seguita dall'altezza in millimetri (UPN100).<br />

•Profilati a U ad ali parallele: nei quali le due facce delle ali sono<br />

parallele.<br />

Sono poco utilizzati.<br />

Accoppiandoli di faccia o di spalla vengono utilizzati per strutture atte a<br />

sopportare sforzi normali come pilastri (accoppiamento di faccia) o<br />

correnti compressi di travature reticolari (accoppiamento di spalla). Da<br />

soli ad esempio sono impiegati come cosciali delle scale metalliche.<br />

PROFILATI A T<br />

(UNI 5681) Sono costituiti da un'ala e un'anima perpendicolare.<br />

Possono essere a spigoli arrotondati o a spigoli vivi. Si indicano con la<br />

lettera T seguita da tre numeri: l'altezza, larghezza e spessore in<br />

millimetri (T 100x100x7).<br />

Sono impiegati più frequentemente come ferri portavetro.<br />

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<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> Ferrosi:Produzione della ghisa<br />

Ghisa - contenuto di carbonio tra il 2 e il 6,7%<br />

La produzione di ghisa si effettua nell'altoforno, un forno di grandi dimensioni a forma di tino la cui altezza può<br />

raggiungere gli 80 metri ed il diametro di 10 metri di materiale refrattario, rivestito esternamente da un'armatura di lamiera<br />

metallica.<br />

Le materie prime per la produzione di ghisa sono i minerali di ferro, il coke e i<br />

fondenti.<br />

I minerali di ferro sono magnetite (Fe304), ematite (Fe203), siderite (FeC03) e<br />

anche pirite (FeS2).<br />

Il coke si ottiene dal carbone mediante un processo di riscaldamento in assenza<br />

di aria. Il fondente può essere sabbia silicica o calcare, esso ha lo scopo di<br />

formare la scoria e di abbassare la temperatura di fusione.<br />

L'altoforno viene caricato dall'alto con<br />

una miscela di coke, minerali di ferro e<br />

calcare. Il calore sviluppato dalla<br />

combustione del coke, favorita dall'alta<br />

temperatura (fino a 870° C) di un getto<br />

d'aria calda che investe dal basso e<br />

attraversa la carica, innesca una<br />

reazione chimica fra il carbonio del coke<br />

e l'ossigeno degli ossidi di ferro che<br />

costituiscono i minerali. Il ferro,<br />

liberatosi dai minerali, si lega con una<br />

parte di carbonio e forma ghisa fusa,<br />

che cola verso il basso. Periodicamente<br />

la ghisa viene estratta dal fondo, mentre<br />

un diverso canale di scolo permette di<br />

recuperare le scorie per avviarle a fasi<br />

successive del ciclo siderurgico.<br />

40


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> Ferrosi : Produzione della GHISA<br />

ALTOFORNO<br />

È costituito da varie sezioni sovrapposte<br />

di forma tronco-conica.<br />

1) Bocca di caricamento<br />

è la parte alta dell’altoforno che viene<br />

raggiunta da nastri trasportatori e carrelli<br />

che versano le cariche di minerali di ferro,<br />

carbon coke e calcare.<br />

2) Tino<br />

E’ l’elemento più grande dell’altoforno,<br />

l’allargamento verso il basso favorisce la<br />

discesa delle cariche<br />

3) Ventre<br />

In esso inizia la fusione delle cariche tra<br />

1350°C e 1550°C.<br />

4) Sacca<br />

Dal fondo della sacca è soffiata l’aria calda,<br />

qui si completa la fusione delle cariche con<br />

temperatura prossima ai 2000°C.<br />

5) Crogiolo<br />

Ha lo scopo di raccogliere la ghisa greggia<br />

liquida.<br />

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<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> Ferrosi:Produzione dell’Acciaio<br />

Acciaio : contenuto di carbonio tra 0,02 e il 2,06%<br />

Nella produzione tradizionale, l'acciaio si ottiene a partire da ghisa liquida, proveniente da un altoforno, cui vengono<br />

aggiunti materiali (calce e calcare) che servono a far addensare le impurità sotto forma di scorie, e a renderle così<br />

facilmente asportabili. Le apparecchiature utilizzate possono essere forni di Martin-Siemens, convertitori o forni elettrici.<br />

Qualunque procedimento di produzione di acciaio da ghisa d'altoforno consiste nell'asportare dalla ghisa il carbonio in<br />

eccesso e le altre impurità presenti.<br />

Ghisa Acciaio<br />

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<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> Ferrosi:Produzione dell’Acciaio<br />

Colata in lingottiere<br />

Si ottiene il semilavorato da destinare ad ulteriori processi<br />

di produzione industriale, questa tecnologia viene utilizzata<br />

esclusivamente quando l’acciaio è destinato a lavorazioni<br />

di forgiatura, mentre è stata integralmente sostituita dalla<br />

colata continua per tutte le altre tipologie di acciai<br />

Colata continua<br />

Con questa tecnologia si ottengono direttamente i<br />

semilavorati, evitando i passaggi intermedi<br />

(strippaggio, condizionamento superficiale,<br />

sbozzatura del lingotto dopo riscaldo, spuntatura) con<br />

elevati vantaggi sia nei costi di trasformazione, che<br />

nella qualità del prodotto. I semilavorati ottenuti dal<br />

processo di colata continua, a seconda della loro<br />

sezione, vengono chiamati billette o bramme, e<br />

sono destinati ad ulteriori processi di produzione<br />

industriale, quali ad es. la forgiatura o la laminazione.<br />

Il procedimento di colata continua permette di<br />

ottenere una barra di profilo costante<br />

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<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> Ferrosi: costruire in acciaio<br />

VANTAGGI DEL COSTRUIRE IN ACCIAIO<br />

Funzionalità<br />

Trasformazione architettonica dell'edificio in<br />

modo semplice e rapido: ampliamenti,<br />

ristrutturazioni, cambi di destinazione d'uso.<br />

Estetica e Luminosità<br />

Snellezza dei profili, notevole interasse dei<br />

pilastri, soluzioni che garantiscono aspetti<br />

estetici e luminosità con il massimo<br />

sfruttamento di superficie.<br />

Un facile connubio con altri materiali<br />

Per esempio il vetro (illuminazione naturale -<br />

risparmio energetico)<br />

Nessun limite architettonico<br />

Grandi Luci<br />

Ingombro ridotto delle strutture<br />

metalliche maggiore un'utilizzazione dell'area<br />

coperta.<br />

Rapidità costruttiva<br />

L'alto livello di prefabbricabilità delle<br />

costruzioni in acciaio, e la facilità di<br />

assemblaggio della carpenteria.<br />

L'assemblaggio in officina garantisce inoltre<br />

controlli, collaudi e standard qualitativi di<br />

assoluta affidabilità, riducendo i rischi legati<br />

alla costruzione in opera in cantiere.<br />

Risparmio nelle Fondazioni<br />

La leggerezza della struttura in carpenteria<br />

metallica consente di ridurre i volumi di<br />

scavo, di calcestruzzo e di rinterro.<br />

Sisma<br />

Un altro vantaggio determinante per le<br />

costruzioni in acciaio è il comportamento<br />

della struttura metallica di fronte all'azione<br />

del sisma.<br />

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<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> Ferrosi: costruire in acciaio<br />

SOSTENIBILITÀ DELL’ ACCIAIO<br />

Essenzialmente riciclabilità e durabilità.<br />

L'acciaio è un materiale riciclabile al 100%, la<br />

demolizione di una struttura in acciaio<br />

avviene in modo rapido ed economico.<br />

Il ciclo di vita di un fabbricato in acciaio è<br />

notevolmente più lungo; inoltre, grazie alle<br />

moderne tecnologie di verniciatura e<br />

zincatura, l'acciaio mantiene intatte le sue<br />

proprietà per tutta la vita dell'opera<br />

realizzata, contribuendo ad allungare la vita<br />

della costruzione.<br />

Ad esempio: Il cls è uno dei materiali che<br />

inquina durante tutto l’arco della sua vita.<br />

Produzione, macinazione, e degrado del<br />

costruito in calcestruzzo, provocano<br />

eccessivo consumo energetico e alta<br />

emissione di anidride carbonica<br />

LIMITI DEL COSTRUIRE IN ACCIAIO<br />

Particolare sensibilità ai fenomeni di<br />

instabilità (snellezza)<br />

Eccessiva deformabilità delle strutture<br />

(problemi di funzionalità)<br />

Scarsa resistenza al fuoco<br />

Grande consumo di energia per la<br />

produzione primaria e trasporto<br />

Vulnerabilità alla corrosione atmosferica<br />

Impatto ambientale<br />

Modalità costruttive<br />

Le strutture in cemento armato ordinario sono<br />

usualmente realizzate in opera.<br />

Le strutture in acciaio sono invece realizzate<br />

mediante assemblaggio di elementi; lo studio dei<br />

collegamenti diventa una parte predominante del<br />

progetto di strutture in acciaio a cui si dedica più<br />

tempo e che spesso condiziona la scelta delle<br />

sezioni degli elementi strutturali.<br />

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<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong>: materiali non ferrosi<br />

Sono materiali che non contengono ferro, costituiti da altri materiali metallici e dalle loro leghe.<br />

<strong>Materiali</strong> non Ferrosi<br />

ALLUMINIO TITANIO ZINCO STAGNO PIOMBO RAME<br />

Metalli pesanti<br />

massa volumica > 5 kg/ dm<br />

Rame e sue leghe<br />

Piombo - Nichel<br />

Stagno – Cromo - Zinco<br />

ZINCO<br />

TITANIO<br />

Quantità minime<br />

di Titanio, Rame<br />

e altri<br />

BRONZO<br />

Rame 80-90 %<br />

Stagno 10-20%<br />

Classificazione dei metalli non ferrosi<br />

Metalli leggeri<br />

massa volumica < 5 kg/ dm<br />

Alluminio e sue leghe<br />

Titanio<br />

Rame 65%<br />

Zinco 35%<br />

ARGENTO<br />

ORO<br />

OTTONE<br />

Metalli ultra leggeri<br />

massa volumica < 2 kg/ dm<br />

Magnesio<br />

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<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : alluminio (Al)<br />

Alluminio (Al)<br />

È tra gli elementi più diffusi della crosta terrestre ma mai allo stato libero o metallico;<br />

L‟alluminio è un metallo leggero, con basso punto di fusione<br />

(660 °C) ed elevata conducibilità termica. Viene estratto dalla bauxite.<br />

Resistenza meccanica e durezza non sono elevate, ma possono essere fortemente migliorate mediante<br />

alligazione con magnesio, zinco e rame<br />

La resistenza alla corrosione è ottima in ambienti ossidanti in quanto l’alluminio mostra capacità di<br />

passivarsi velocemente anche a temperatura ambiente.<br />

Il colore delle superfici di alluminio esposte all’aperto è grigio chiaro, l’aspetto opaco è dovuto alla<br />

pellicola superficiale di ossido formata naturalmente o artificialmente .<br />

In edilizia è impiegato sottoforma di lega, può comporsi con quasi tutti i metalli dando origine a leghe<br />

con caratteri e prestazioni molto diverse tra loro; le leghe sono lavorate plasticamente per produrre<br />

semilavorati estrusi, laminati, imbutiti, stampati, ecc., con finiture verniciate/ preverniciate o anodizzate<br />

(processo elettrolitico di ossidazione).<br />

Viene prodotto in varie leghe a seconda della funzione (strutturale, tamponamenti, alimentare)<br />

Malleabile e duttile<br />

Facilmente lavorabile<br />

Buona conducibilità termica (radiatori, pentolame,..)<br />

Amagnetico<br />

Atossico<br />

Riflettente raggi infrarossi 97%<br />

Estrazione costosa (4t bauxite : 1t Al) kWh/m3=2 volte acciaio<br />

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<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : alluminio (Al)<br />

CENNI STORICI<br />

L'alluminio è uno dei metalli lavorati da<br />

sempre: gli antichi greci e romani<br />

usavano l'allume che era prodotto dalla<br />

lavorazione della alunite, un solfato<br />

d'alluminio che si trova in natura.<br />

L'allume era fondamentale nell'industria<br />

tessile come fissatore per colori, per le<br />

stampe su pergamena, per la concia<br />

delle pelli, la produzione del vetro e,<br />

come emostatico, per curare le ferite.<br />

L’elevato costo per la sua estrazione<br />

hanno fatto si che il suo impiego si sia<br />

diffuso solo dal XIX sec<br />

PROFILI ESTRUSI<br />

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<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : rame (Cu)<br />

RAME (Cu)<br />

E’ un metallo dalle caratteristiche estetiche eccezionali, con<br />

ottime proprietà di durabilità, impiegato in architettura, in forma<br />

di metallo puro o di lega, da migliaia di anni.<br />

Esposto all’atmosfera il rame sviluppa film superficiali detto<br />

“patina”di diversa composizione, di colore e spessore variabile<br />

in funzione del tempo di esposizione e della presenza nell’aria<br />

di gas o particolato solido di origine naturale o proveniente da<br />

fonti legate all’attività umana.<br />

Il rame metallico ha un colore rosa brillante che si trasforma<br />

prima in un colore bruno fino a diventare (coperture esterne)<br />

verde. Quest’ultima trasformazione per completarsi necessita<br />

da pochi a decine di anni.<br />

Le leghe a base di rame più ampiamente utilizzate in<br />

architettura sono l’ottone (rame e zinco) e il bronzo (rame e<br />

stagno). I bronzi costituiscono una classe di materiali dalla<br />

composizione estremamente diversa, con percentuali di stagno<br />

variabili tra il 10 ed il 20% circa, spesso contenenti piombo o<br />

zinco.<br />

Bronzi ricchi in stagno e piombo sono fin dall’antichità utilizzati<br />

per produrre statue ed oggetti artistici mediante fusione in<br />

forma, grazie alle loro caratteristiche di ottima colabilità e basso<br />

ritiro.<br />

Elemento naturale tenero, duttile e<br />

malleabile,<br />

Buon conduttore di calore e di<br />

elettricità<br />

Elevata resistenza alla corrosione<br />

Molto pesante<br />

E' riciclabile senza alterazione delle<br />

proprietà<br />

Il settore edile assorbe 1/4 dell'impiego<br />

totale: coperture, grondaie, tubi,<br />

raccordi, cavi, rubinetterie.<br />

Le superfici di rame possono essere:<br />

pretrattate con processi di<br />

preossidazione - sottoposte a<br />

procedimenti elettrolitici di stagnatura,<br />

cromatura, nichelatura e argentatura.<br />

Per rivestimenti le superfici pretrattate<br />

più impiegate sono: laminate lucidate,<br />

patinate, preossidate, stagnate. 49


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : rame (Cu)<br />

Rivestimento in rame “classico”<br />

Copertura teatro Massimo (PA)<br />

Rivestimento in rame “patinato”<br />

Rubinetto in ottone<br />

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<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> :zinco(Zn) piombo(Pb) titanio(Ti)<br />

ZINCO (Zn) TITANIO (Ti)<br />

Elemento naturale duttile e malleabile; viene usato<br />

puro o legato con il rame (ottone) e con l’alluminio,<br />

a contatto con l’aria si ossida. In edilizia è<br />

correntemente impiegato come leghe. Di recente<br />

applicazione è la lega zinco-rame-titanio che,<br />

rispetto allo zinco puro, ha un’ottima resistenza<br />

alla deformazione permanente (grazie alla<br />

presenza del titanio) e una buona resistenza a<br />

trazione (grazie alla presenza del rame).<br />

PIOMBO (Pb)<br />

Elemento naturale può essere impiegato come<br />

materiale puro o composto in leghe; alla presenza<br />

dell’aria ossida assumendo una colorazione grigio<br />

opaca. È un metallo pesante, denso, tenero,<br />

malleabile e duttile;<br />

Applicato in edilizia come lega fusa, laminata o<br />

trafilata e come lastre per coperture e rivestimenti<br />

esterni. E' ancora usato in forma di composto per<br />

la fabbricazione di vetri e cristalli, smalti e colori.<br />

Usato per la realizzazioni di tubature è<br />

attualmente sostituito da materiali sintetici.<br />

Elemento naturale resistente, con un elevato<br />

punto di fusione, una bassa densità e un basso<br />

coefficiente di dilatazione termica, è duttile ed<br />

elastico e generalmente viene legato con<br />

l’alluminio, il rame, il ferro, il nichel, ecc.<br />

Le leghe di titanio sono particolarmente leggere e<br />

resistenti, proprietà che le hanno rese materiale<br />

per l’industria aerospaziale e aeronautica; solo<br />

recentemente sono diventate un materiale per<br />

l’architettura. La colorazione delle lastre di titanio<br />

avviene con un procedimento di pre-ossidazione<br />

elettrochimica; a parità di trattamento, il colore<br />

cambia a seconda della composizione<br />

della lega, dei trattamenti termici e meccanici<br />

subiti dalla lega nelle fasi di produzione, e dei tipi<br />

di finitura delle superfici.<br />

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<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong>:Lamiere per rivestimenti<br />

Sono lamiere e pannelli ulteriormente trasformati in prodotti finiti standardizzati; gran parte dei prodotti<br />

finiti sono "progettati a sistema" ossia forniti in commercio insieme agli elementi strutturali di supporto e ai<br />

sistemi di connessione. Questi offrono una soluzione tecnica definita e difficilmente modificabile; più<br />

complessa è la progettazione di soluzioni tecniche di ancoraggi particolari considerando che la corretta<br />

posa in opera è una delle condizioni fondamentali per la qualità e la durata del rivestimento.<br />

per rivestimenti di facciata si identificano le seguenti classi:<br />

LAMIERE<br />

lamiere bugnate<br />

lamiere piane, generalmente in acciaio, punzonate i cui<br />

rilievi formano motivi geometrici ripetuti. La bugnatura<br />

ottenuta senza perforazione del materiale aumenta la<br />

rigidità della lamiera rendendola particolarmente idonea per<br />

la realizzazione di camminamenti e gradini;<br />

lamiere goffrate<br />

lamiere piane, generalmente in alluminio o leghe di<br />

alluminio, con disegno geometrico in rilievo su una sola<br />

faccia con procedimento di laminazione a caldo o a freddo;<br />

lamiere imbutite<br />

lamiere piane plasticamente deformate attraverso<br />

procedimento di stampaggio a freddo; a seconda del profilo<br />

degli stampi è possibile ottenere superfici concave e<br />

convesse sia nel senso della larghezza che della<br />

lunghezza del semilavorato;<br />

lamiere stirate o maglie stirate<br />

lamiere piane forate e stirate con un disegno a maglia,<br />

realizzate con diversi disegni e metalli diversi.<br />

Tradizionalmente impiegati per realizzare gradini e<br />

camminamenti, chiusini, recinzioni; recentemente applicati<br />

come sistemi di rivestimento di facciata e frangisole;<br />

lamiere forate<br />

lamiere piane forate per punzonatura; i fori possono avere<br />

varie forme e dimensioni variabili. Possono essere anche<br />

grecate, sono realizzate con diversi metalli ed in edilizia<br />

sono applicate come rivestimenti per interni ed esterni;<br />

lamiere grecate, nervate o ondulate<br />

lamiere piegate con un profilo regolare a passo costante; il<br />

motivo di sezione può assumere varie forme e altezze.<br />

Generalmente realizzate in alluminio o acciaio; impiegate<br />

come elementi strutturali di solaio o come pannelli di<br />

rivestimento.<br />

52


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> : Sostenibilità - Riciclo<br />

IMPATTO AMBIENTALE DEI METALLI VANTAGGI DEL RICICLO<br />

Impatto ambientale legato all’attività<br />

estrattiva.<br />

Grande quantità di energia impiegata<br />

per la prima trasformazione<br />

Emissioni nocive durante i processi di<br />

fusione e raffinazione (ossidi di zolfo,<br />

arsenico,Piombo)<br />

<strong>Materiali</strong> di scarto: sostanze chimiche<br />

acide + metalli pesanti sono fonte di<br />

inquinamento di terreni e falde acquifere.<br />

Alcuni metalli modificano più o meno<br />

pesantemente il campo elettromagnetico<br />

naturale terrestre. (Effetto noto come<br />

gabbia di Faraday)<br />

I metalli mantengono immutata la loro<br />

qualità e le proprietà chimico-fisiche e<br />

tecnologiche, ad ogni riciclo.<br />

L’energia utilizzata per fondere i metalli<br />

riciclati è minore rispetto a quella utilizzata<br />

per la produzione della materia prima.<br />

Alluminio: il riciclo richiede quantità di<br />

energia 30 volte inferiore.<br />

L’acciaio inox è riciclabile al 100%<br />

indefinitamente<br />

53


<strong>Materiali</strong> <strong>Metallici</strong> Ferrosi: Riciclo<br />

Pretrattamento del materiale raccolto<br />

Il rifiuto (domestico o da attività industriali) viene triturato in appositi impianti.<br />

I vari componenti vengono separati utilizzando magneti, metodi di flottazione, aria e<br />

manualmente.<br />

Analisi chimiche possono essere fatte per suddividere in modo omogeneo i rifiuti di acciaio.<br />

Mediante presse, i pezzi sono compattati per facilitarne il trasporto<br />

Il materiale riciclato viene inviato alle lavorazioni in Forno per la fusione<br />

54


Ponte sulla Lima a Bagni di Lucca - 1921<br />

Questo interessante ponte pedonale attraversa il torrente Lima a Villa, uno dei centri che compongono<br />

il comune di Bagni di Lucca. E' un ponte sospeso, costruito utilizzando pietra arenaria e cavi metallici.<br />

Alto 40 metri e lungo 220, largo un metro, è uno dei ponti pedonali più lunghi del mondo<br />

(Fonte: Provincia di Lucca)<br />

55


Evelina children’s hospital – Hopkins Arch. Londra<br />

Un nuovo approccio al design di assistenza sanitaria<br />

- un'unità specialistica, con 140 posti letto per i<br />

bambini al St Thomas 'Hospital<br />

L’ospedale Evelina rompe il tipico layout ospedaliero dai<br />

lunghi corridoi, sul grande atrio vetrato che si sviluppa per<br />

l’intera altezza dell’edificio si affacciano i reparti fuori terra<br />

con le camere per la degenza.<br />

Questo grande spazio è il cuore sociale dell’edificio,<br />

contiene aree di soste, di gioco e di attesa per gli<br />

ambulatori al piano terra. La vista sulla città è<br />

spettacolare<br />

I reparti sono accessibili tramite due grandi torri<br />

ascensori rosso scarlatto. L'intero edificio è pervaso da<br />

un atmosfera allegra, solare e colorata. La grande vetrata<br />

funge da serra solare in inverno mentre in estate è<br />

ventilata naturalmente. Tutte le partizioni interne<br />

dell’edificio sono state pensate in modo da facilitare<br />

eventuali adattamenti futuri.<br />

56


Peckham Library - Alsop & Stormer 1999, Londra<br />

La Peckham Library è un edificio coraggioso, fantasioso, e di<br />

grande successo, esempio di architettura di comunità e di<br />

rigenerazione per il quartiere di Southwark. Vincitore del Premio<br />

Stirling nel 2000, l’edificio ri-definisce il ruolo della biblioteca<br />

all'interno di una comunità moderna.<br />

Situato nella piazza l'edificio è una “L” rovesciata che poggia su<br />

sette colonne esili - questo crea uno spazio coperto che si<br />

estende alla piazza sotto l'edificio e annuncia l'ingresso della<br />

biblioteca.<br />

Il fronte nord dell'edificio è completamente vetrato con una griglia<br />

di colori vivaci e vetro trasparente, che fornisce un'eccellente<br />

combinazione di luce naturale e luce colorata colorate all'interno<br />

degli spazi della biblioteca.<br />

Tutte le altre superfici esterne sono ricoperte di rame prepatinato;<br />

la maglia di acciaio è usata per rinforzare i bordi esterni<br />

dell’edificio.<br />

Il verde tipico del rivestimento in rame contrasta con la forma<br />

arancione sporgente dal tetto, che funge da ombreggiamento al<br />

centro studio al piano superiore.<br />

L'edificio non ha l'aria condizionata, ma è raffrescato con<br />

ventilazione naturale con notevoli riduzioni dei costi di gestione<br />

dell'edificio. Al quarto piano, che si estende per tutta la superficie<br />

troviamo la sala della biblioteca che comprende tre volumi i “Pod”<br />

elevati su colonne che forniscono aree private per lo studio e la<br />

consultazione.


Peckham Library - Alsop & Stormer 1999, Londra<br />

58


Fawood Children’s Centre - Alsop & P. 2004 -Londra<br />

Inconsueta espressione formale e cromatica, il Fawood Children’s<br />

Centre costituisce il fulcro del progetto di riqualificazione dell’area<br />

Stonebridge a Hearlesden, a nord di Londra. L’edificio, ideato<br />

dall’estroso architetto inglese William Alsop, ospita una scuola<br />

materna e un centro di educazione pre-scolastica per bambini<br />

autistici ed è interamente realizzato all’insegna del riciclo, della<br />

flessibilità, del gioco e della sostenibilità ambientale.<br />

La committenza voleva costruire un edificio moderno e arginare i<br />

vandalismi e i furti che in passato avevano interessato questo<br />

territorio. Flessibilità e adattabilità alle esigenze future, economicità<br />

e rapide tempistiche realizzative sono i parametri da cui è scaturito<br />

il progetto.<br />

L’edificio è un trapezio in cui sono inseriti cinque volumi separati<br />

che accolgono le aule didattiche, i laboratori educativi, il refettorio,<br />

la palestra, gli uffici. I "muri" sono formati da due tipi di rete in<br />

acciaio inox, più densa nella parte inferiore per migliorare la<br />

sicurezza degli edifici, a maglia più leggera in alto.<br />

Il corpo principale è stato realizzato recuperando tre container<br />

prefabbricati; oblò, scale e porte metalliche collegano i locali,<br />

garantendo la visione complessiva dell’asilo. I volumi sono collegati<br />

attraverso passerelle metalliche soprelevate e montanti in acciaio.<br />

Il complesso è pensato come una “scatola nella scatola” in cui i<br />

singoli corpi di fabbrica sono protetti da una doppia pelle<br />

trasparente che crea idonee condizioni di benessere ambientale.<br />

La copertura è realizzata in lastre di acciaio galvanizzato colorato<br />

e policarbonato.<br />

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Fawood Children’s Centre - Alsop & P. 2004, Londra<br />

60


Museo di Scienze Naturali – arch. Tezuka, 2004<br />

Costruito come un sottomarino, il Museo di Matsunoyama sfida i rigori di una<br />

delle località climaticamente più estreme del Giappone<br />

Il volume sinuoso dell’edificio lungo 160 metri con spazi espositivi, sala manifestazioni,<br />

caffetteria e attrezzature per la ricerca, è adagiato come un sottomarino immerso nella<br />

coltre nevosa. L’involucro edilizio è stato realizzato in lastre di lamiera d’acciaio corten<br />

saldate in loco ad una struttura in supporti e travi portanti d’acciaio.<br />

In inverno la neve raggiunge i cinque metri e mezzo di altezza, avvolgendo quasi<br />

completamente l’edificio, e le falde che si accumulano sul tetto arriverebbero quasi a<br />

coprirlo totalmente se non fosse per la torre di osservazione, che svetta come un faro<br />

dagli scogli.<br />

Con l’andare dell’inverno la temperatura, scendendo fino a -20°C, trasforma le falde di<br />

neve in enormi blocchi di ghiaccio che esercitando una pressione che raggiunge i 1.500<br />

Kg/m2 forzano la struttura in direzioni del tutto imprevedibili.<br />

E non si tratta che del primo aspetto della questione: in estate, la regione di Niigata<br />

diventa la zona più calda del Giappone, con temperature che salgono regolarmente a<br />

45°C e che portano l’epidermide dell’edificio a toccare i 70°C: questa escursione di 90°C<br />

tra estate e inverno è sufficiente a causare un’espansione di venti centimetri nella<br />

lunghezza dell’edificio.<br />

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