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 />
39
<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 />
41
<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 />
42
<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 />
43
<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 />
44
<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 />
45
<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 />
46
<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 />
47
<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 />
48
<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 />
50
<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 />
51
<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 />
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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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