I LAMINATI IN RAME E SUE LEGHE - Istituto Italiano del Rame
I LAMINATI IN RAME E SUE LEGHE - Istituto Italiano del Rame
I LAMINATI IN RAME E SUE LEGHE - Istituto Italiano del Rame
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
MATERIALI<br />
Fig. 1<br />
Hotel ad Almere<br />
(Paesi Bassi),<br />
rivestito in TECU<br />
Brass (Alsop<br />
Associatet;<br />
fornitura KME).<br />
Sono lastre in<br />
ottone col 15%<br />
di zinco,<br />
appositamente<br />
studiate per<br />
l’impiego sulle<br />
facciate.<br />
Brass plates with<br />
15% of zinc,<br />
purposely<br />
studied for<br />
façades.<br />
I <strong>LAM<strong>IN</strong>ATI</strong> <strong>IN</strong> <strong>RAME</strong><br />
E <strong>SUE</strong> <strong>LEGHE</strong><br />
Applicazioni nell’edilizia<br />
Una panoramica veloce ma nel<br />
complesso esaustiva <strong>del</strong>l’uso <strong>del</strong> rame<br />
e <strong>del</strong>le sue leghe (ottone e bronzo)<br />
nell’industria edilizia<br />
132<br />
LAMIERA • SETTEMBRE 2006<br />
MARCO CRESPI<br />
I laminati in rame e leghe di rame sono largamente usati in<br />
edilizia, sia per le facciate che per le coperture di edifici, senza<br />
dimenticare gli elementi accessori come le gronde, i pluviali e<br />
le scossaline. Nella stragrande maggioranza dei casi viene<br />
usato il rame: per motivi legati più alle preferenze<br />
“cromatiche” dei progettisti che alle caratteristiche meccaniche<br />
<strong>del</strong> materiale, alcune volte vengono scelte sue leghe come<br />
l’ottone o il bronzo. Il tipo di rame usato nei laminati, che può<br />
trovarsi sotto forma di lastre o di nastri, viene indicato con la
sigla Cu-DHP, dove Cu è il simbolo chimico<br />
<strong>del</strong> rame e DHP l’acronimo di “Deoxidised<br />
High residual Phosphor”. Si tratta di un rame<br />
in cui l’ossigeno non deve essere<br />
assolutamente presente nemmeno in tracce:<br />
per questo, a garanzia <strong>del</strong>la totale<br />
disossidazione viene mantenuto un tenore di<br />
fosforo relativamente alto, poiché la presenza<br />
di un elemento esclude l’altro. La presenza <strong>del</strong><br />
fosforo elimina i fenomeni di fragilità in<br />
ambiente riducente, migliora la deformabilità<br />
plastica a freddo e incrementa l’attitudine alla<br />
brasatura. L’ossigeno è “benvoluto” nel rame<br />
soltanto per le applicazioni elettriche, dal<br />
momento che non abbassa la conducibilità<br />
elettrica (cosa che invece accade con il<br />
fosforo): in questo caso si parla di un’altra<br />
qualità di rame, designata con la sigla Cu-ETP.<br />
La composizione chimica <strong>del</strong> rame Cu-DHP è<br />
la seguente:<br />
Cu = 99,90% minimo e 0,015 = P = 0,040%,<br />
con altri elementi presenti come impurezze<br />
trascurabili. Quindi, da qui in avanti, quando<br />
parleremo di rame “puro”, non ci scosteremo<br />
molto dalla realtà.<br />
La scelta <strong>del</strong> rame in edilizia risale a parecchi<br />
secoli fa: uno dei tetti in rame più antichi<br />
ancora esistente è quello <strong>del</strong> Duomo di<br />
Hildesheim in Germania (risalente al XIII<br />
secolo), mentre si hanno notizie di coperture<br />
ancora più antiche ma non più esistenti (vedi<br />
riquadro a pag. seguente).<br />
La scelta di questo metallo è dovuta ad alcuni<br />
fattori fondamentali, il primo dei quali è la<br />
sua lavorabilità, dal momento che il rame è<br />
un metallo tenero e malleabile.<br />
La norma europea UNI EN 1172 (“<strong>Rame</strong> e<br />
leghe di rame - Nastri e lastre per edilizia”)<br />
individua tre stati fisici per le lastre di rame: il<br />
ricotto, il semiduro e duro, caratterizzati da<br />
un carico minimo di rottura R rispettivamente<br />
pari a 220, 240 e 290 N/mm 2 .<br />
Il rame ricotto deve avere un allungamento<br />
alla rottura <strong>del</strong> 33% minimo: pertanto è il più<br />
adatto laddove sono previste lavorazioni con<br />
forti deformazioni <strong>del</strong> laminato: per esempio<br />
quando si devono piegare le lastre con bassi<br />
raggi di curvatura, addirittura su se stesse a<br />
180°, senza che si creino crepe, come ben<br />
sanno i lattonieri quando uniscono due lastre<br />
di rame attraverso la tecnica chiamata<br />
aggraffatura.<br />
I tipi di rame R240 e il R290 vengono<br />
applicati quando è necessaria una maggiore<br />
rigidità, come per i pannelli a doghe usati<br />
posati in orizzontale sulle facciate. A titolo di<br />
confronto, un acciaio inox AISI 304 ha un<br />
carico di rottura 540-750 N/mm 2 , mentre un<br />
AISI 316 arriva “solo” a 530-680 N/mm 2 ; il<br />
rame non ha una resistenza meccanica tale da<br />
esser usato per impieghi strutturali, ma solo<br />
ROLLED SECTIONS MADE OF<br />
COPPER AND ITS ALLOYS<br />
Applications in the building industry<br />
A quick but exhaustive survey of the use of the copper and of its alloys<br />
(brass and bronze) in the building industry<br />
per copertura “estetica”. La pedonabilità di<br />
una normale copertura in rame può avvenire<br />
solo se le lastre poggiano completamente su<br />
una superficie piana sottostante (tipo assito di<br />
legno o calcestruzzo, o uno strato tipo<br />
pannello “sandwich”), oppure se questa ha un<br />
profilo grecato e uno spessore che permettono<br />
di raggiungere la rigidità necessaria a reggere<br />
il peso di una persona.<br />
Sempre per quanto riguarda la lavorabilità, la<br />
malleabilità non viene meno alle basse<br />
temperature e, nel caso di veloci<br />
raffreddamenti dopo l’esecuzione di brasature<br />
forti, non si verificano fenomeni di tempra e<br />
Fig. 2<br />
Villa a Gardessen<br />
(Germania) rivestita<br />
in TECU Gold<br />
(Architekturbüro<br />
m3xh; fornitura<br />
KME): si tratta di una<br />
lega rame-alluminozinco,<br />
che conferisce<br />
un aspetto dorato<br />
all’edificio.<br />
A copper-aluminiumzinc<br />
alloy, which<br />
confers a golden look<br />
to the building.<br />
133<br />
SETTEMBRE 2006 • LAMIERA
MATERIALI<br />
134<br />
LAMIERA • SETTEMBRE 2006<br />
UN MATERIALE CHE VIENE DA LONTANO<br />
Già gli antichi Egizi erano in grado di produrre rame laminato impiegabile per le tubazioni, ma le prime<br />
testimonianze di rame utilizzato in architettura risalgono “solo” con i Romani, che chiamavano cuprum questo<br />
metallo, che veniva estratto soprattutto a Cyprum, cioè a Cipro: proprio da cyprum-cuprum deriva il nome <strong>del</strong><br />
rame in alcune <strong>del</strong>le lingue moderne europee: copper (inglese), cuivre (francese), cobre (spagnolo e<br />
portoghese), kupfer (tedesco), koppar (svedese), cupru (romeno). Per esempio il Pantheon era ricoperto di<br />
lastre di bronzo dorato, poi “sottratte” dal Bernini per ricavare le colonne tortili in S. Pietro, mentre il tempio di<br />
Giove Capitolino era ricoperto da tegole di rame dorato. Sembra inoltre che la basilica di S. Sofia a<br />
Costantinopoli (oggi moschea a Istanbul) fosse, nella sua prima edificazione, rivestita all’esterno di rame.<br />
In secoli più vicini a noi, vale la pena di riportare quanto il famoso Andrea Palladio scriveva nel primo dei<br />
Quattro Libri <strong>del</strong>l’Architettura al capitolo VI Dei Metalli (1570): «Di rame si cuoprono alcuna volta gli edifici<br />
pubblici, e ne fecero gli antichi i chiodi, che doroni volgarmente si chiamano […]. Si fanno anco chiodi e<br />
arpesi di ferro, ma essi li fecero per lo più di rame, perché meno dal tempo può essere consumato, essendo<br />
ch’egli non arrugginisca».<br />
Bisogna aggiungere che il rame non era l’unico metallo impiegato per coperture di edifici monumentali: oltre a<br />
lui c’era anche il piombo. Il piombo era largamente usato grazie alla sua lavorabilità e brasabilità ed ancora<br />
oggi esistono grandiosi esempi di coperture fatte con questo metallo; quest’ultimo aveva però lo svantaggio<br />
degli spessori rilevanti (e relativa necessità di ossature più robuste <strong>del</strong> tetto), <strong>del</strong>la forte dilatazione e <strong>del</strong> basso<br />
punto di fusione (da tenere in considerazione in caso di incendio). Col passare <strong>del</strong> tempo, il piombo veniva<br />
gradualmente abbandonato a favore <strong>del</strong> rame; il Dizionario Storico di Architettura di Quatrenière De Quincy,<br />
edito a Mantova nel 1842, riporta le seguenti parole: «Invece di tavole di piombo possono impiegarsi con molto<br />
vantaggio, <strong>del</strong>le lamine di rame, le quali esigono minor grossezza, perché il rame è più compatto, più solido<br />
e si altera meno <strong>del</strong> piombo alle vicende <strong>del</strong>le stagioni, donde risulta che le coperture di rame sono più<br />
leggere e talvolta meno costose. La maniera ordinaria d’impiegare le lastre di rame per formare <strong>del</strong>le<br />
coperture è di unire le une alle altre col mezzo di doppia piega e di attaccare ciascuna foglia sulle tavole<br />
<strong>del</strong>l’armatura <strong>del</strong> tetto con viti nascoste sotto le pieghe. Ma essendo questa materia soggetta a dilatarsi più<br />
<strong>del</strong> piombo [il che non è propriamente esatto, perché i coefficienti di dilatazione di rame e piombo sono<br />
rispettivamente 16,8 e 29,3 * 10-6 °C-1, N.d.A.], per la sua elasticità, le foglie si gonfiano nell’eccessivo calore<br />
a segno di strappare le viti. Si può riparare a tale inconveniente con l’ordinarle a fasce, cominciando dal<br />
basso <strong>del</strong> tetto e procedendo sino al comignolo [nel senso <strong>del</strong> colmo, N.d.A.], e formandole di pezzi che si<br />
ricoprono a vicenda per 8 - 10 cm come le ardesie».<br />
quindi di aumento di durezza <strong>del</strong> materiale:<br />
infatti il rame mantiene la struttura<br />
cristallina c.f.c. in tutto il campo di esistenza<br />
<strong>del</strong>lo stato solido.<br />
Ritornando ai motivi che fanno apprezzare e<br />
scegliere il rame, c’è la resistenza alla<br />
corrosione: rimandiamo per gli<br />
approfondimenti all’articolo su [7]. È<br />
sufficiente ricordare che la perdita di spessore<br />
di una lastra di rame esposta a differenti<br />
atmosfere (marina, rurale, industriale e<br />
industriale-marina) è stata misurata in un<br />
millesimo di millimetro all’anno circa. La<br />
durata nel tempo di una copertura in rame,<br />
oltre alla resistenza chimica, è dovuta anche al<br />
fatto che le caratteristiche meccaniche non<br />
VALORI DEI COEFFICIENTI DI DILATAZIONE TERMICA L<strong>IN</strong>EARE<br />
Materiale Coeff. dilatazione termica ( x 10-6 °C-1)<br />
Alluminio 23,6<br />
Acciaio 12,0<br />
Acciaio inox AISI 304 17,0<br />
Piombo 29,3<br />
<strong>Rame</strong> 16,8<br />
Zinco 27,4<br />
Zinco al titanio 22,0<br />
(dalla norma UNI 10372, marzo 2004, prospetto 2)<br />
vengono alterate per azione <strong>del</strong>la luce e degli<br />
agenti atmosferici: pertanto non c’è bisogno<br />
di una manutenzione periodica (sempre che il<br />
lattoniere abbia fatto bene il suo lavoro…).<br />
Infine, il rame vanta una relativa leggerezza<br />
nei confronti dei coppi tradizionali: venendo<br />
impiegati laminati con spessori sottili che<br />
vanno dai 5 ai 10 decimi di millimetro, un<br />
metro quadrato di rame pesa dai 4,4 ai 8,9<br />
kg circa; di conseguenza la struttura portante<br />
<strong>del</strong> tetto può essere a sua volta meno<br />
“robusta” e pesante.<br />
Il rame ha una dilatazione (e contrazione)<br />
termica abbastanza contenuta: tra i metalli<br />
impiegati per le coperture, come si osserva<br />
dalla tabella a fianco, soltanto l’acciaio<br />
comune dilata meno <strong>del</strong> rame.<br />
La dilatazione termica è un fattore da tenere<br />
in grande considerazione poiché la differenza<br />
di temperatura che può subire una lastra nel<br />
corso di un anno è elevatissima e maggiore di<br />
quel che si pensi: infatti bisogna tenere conto<br />
non tanto <strong>del</strong>la temperatura ambiente bensì<br />
di quella superficiale <strong>del</strong>la lastra: in alcuni<br />
casi le norme spingono ad assumere in sede<br />
di progetto una temperatura di +80°C come
massima e di –20° come minima.<br />
In architettura, non vi è un solo “tipo” di<br />
rame: oltre al rame “lucido” (colore rosso) in<br />
commercio esistono anche diverse finiture<br />
superficiali, come quelle ossidate (colore<br />
marrone scuro) e quelle patinate (colore<br />
verde): queste finiture, ottenute a livello<br />
industriale, non fanno altro che replicare i<br />
colori <strong>del</strong> rame dopo l’esposizione agli agenti<br />
atmosferici (anche in questo caso vedi [7]).<br />
L’industria, attraverso un trattamento<br />
meccanico-chimico, riesce in fase di<br />
produzione a ricreare gli ossidi e i sali sulla<br />
superficie <strong>del</strong>la lastra, senza aspettare gli<br />
anni o i decenni <strong>del</strong>le patine naturali.<br />
Le caratteristiche meccaniche di queste lastre<br />
sono identiche a quelle <strong>del</strong> rame “normale”,<br />
dal momento che varia soltanto la finitura:<br />
pertanto le deformazioni plastiche a freddo<br />
dovute a lavorazioni tipo aggraffatura,<br />
piegatura e curvatura non differiscono<br />
rispetto a quelle <strong>del</strong> rame rosso. Al massimo,<br />
viene raccomandata una certa attenzione<br />
nello stoccaggio e immagazzinamento,<br />
nonché di prestare attenzione durante<br />
l’esecuzione di brasature per non alterare<br />
localmente l’aspetto estetico <strong>del</strong>la superficie.<br />
Eventuali graffi o minuti distacchi di patina<br />
nella zona di piegatura possono evidenziare il<br />
rame lucido sottostante, ma questo è<br />
destinato nel tempo ricoprirsi dei suoi sali e<br />
uniformarsi con il resto <strong>del</strong>la superficie.<br />
Analogo è il discorso per il rame stagnato,<br />
che in natura ovviamente non si forma.<br />
Questo è sempre il solito rame Cu-DHP,<br />
ricoperto su ambedue i lati da un<br />
sottilissimo strato di stagno lucido; nel corso<br />
<strong>del</strong> tempo il colore si evolve in un grigio<br />
opaco, tipo “tetti di Parigi”. Anche in questo<br />
caso le caratteristiche meccaniche non<br />
differiscono da quelle <strong>del</strong> rame puro.<br />
Per dovere di cronaca, la norma europea UNI<br />
EN 1172 codifica un altro tipo di rame,<br />
indicato con la sigla CuZn0,5, che però in<br />
Italia non viene usato e che non tratteremo<br />
in questa sede. Oltre al rame puro, vi è un<br />
utilizzo (percentualmente basso, ma di<br />
utilizzo crescente) <strong>del</strong>le sue leghe, in<br />
particolare gli ottoni.<br />
Come noto, l’aggiunta di un metallo varia le<br />
proprietà <strong>del</strong> metallo base. Nel caso <strong>del</strong>lo<br />
zinco nel rame, la variazione più evidente è<br />
quella <strong>del</strong> colore: già col 20% di zinco si<br />
ottiene il classico giallo ottone; oltre a questo<br />
lo zinco migliora le proprietà meccaniche,<br />
come la durezza e il carico di rottura e<br />
mantiene la resistenza alla corrosione a livelli<br />
analoghi a quelli <strong>del</strong> rame.<br />
Grazie a questa maggiore robustezza, i<br />
laminati in ottone vengono impiegati sulle<br />
facciate, dal momento che la maggiore<br />
rigidità non li fa piegare sotto il loro stesso<br />
peso e rende più difficili deformazioni dovute<br />
a urti accidentali.<br />
Una <strong>del</strong>le leghe più note è senz’altro<br />
l’architectural bronze (o bronzo<br />
architettonico) che, nonostante il nome, in<br />
realtà è un ottone chiamato così per la sua<br />
somiglianza con il bronzo.<br />
L’architectural bronze (spesso designato con<br />
la sigla americana C38500, con un range di<br />
composizione:<br />
Cu 55,0-60,0%; Pb 2,0-3,8; Fe 0,35% max;<br />
Zn il resto) ha la sua applicazione più<br />
famosa nel Seagram Building di Chicago<br />
progettato dagli architetti Van der Rohe e<br />
Philips. Questa lega è stata usata per travi e<br />
montanti a vista, parapetti, lastre in facciata;<br />
per rafforzare l’effetto visivo sono stati<br />
montati vetri ambrati.<br />
Un’altra lega usata dai progettisti è l’OT 67,<br />
sigla ormai “datata” che indica un ottone con<br />
il 67% di rame; si noti che a volte questa<br />
viene confusa con il bronzo architettonico.<br />
Una caratteristica di questi laminati in ottone<br />
Fig. 3<br />
Dettaglio di laminati<br />
in bronzo aggraffati<br />
di colore rossobruno.<br />
Rispetto alle<br />
normali lastre di<br />
rame, l’ossidazione<br />
di questa lega<br />
avviene in maniera<br />
molto più lenta<br />
(TECU Bronze,<br />
fornito da KME).<br />
Detail of bronze<br />
folded rolled sections<br />
of red-brown colour.<br />
In comparison with<br />
standard copper<br />
plates, the oxidation<br />
of this alloy is much<br />
slower.<br />
Fig. 4<br />
Un’immagine <strong>del</strong>la<br />
sede Natuzzi<br />
Americas a High<br />
Point, nella Carolina<br />
<strong>del</strong> Nord (USA). La<br />
facciata è rivestita<br />
da 795 pannelli,<br />
spessore 3 mm, in<br />
OT 67 brunito in<br />
tonalità scura, per<br />
complessivi 1800 m 2<br />
(arch. Mario Bellini,<br />
realizzazione Astec).<br />
Façade coated by 795<br />
panels, 3 mm<br />
thickness, in OT 67<br />
burnished in dark<br />
shade, for total 1800<br />
m 2 .<br />
135<br />
SETTEMBRE 2006 • LAMIERA
MATERIALI<br />
Fig. 5<br />
Dettaglio <strong>del</strong>la<br />
precedente.<br />
Detail of the previous<br />
image.<br />
Fig. 6<br />
Copertura a<br />
scandole di rame<br />
pre-inverdito.<br />
Shingle covering of<br />
pre-aged copper.<br />
136<br />
LAMIERA • SETTEMBRE 2006<br />
è senz’altro la possibilità di essere bruniti<br />
artificialmente, in tonalità più o meno scure<br />
a seconda <strong>del</strong>le esigenze dei progettisti.<br />
Un esempio particolare è lo Show Room<br />
Natuzzi in High Point (North Carolina,<br />
USA), con 1800 m 2 rivestito da 795 pannelli<br />
di ottone, variamente inclinati e ancorati ad<br />
una sottostruttura, pensati per resistere a<br />
venti di oltre 200 km/h, come impone la<br />
normativa locale.<br />
Un’altra lega in ottone è l’OT 85, cioè una<br />
lega con il 15% di zinco. Con queste<br />
percentuali la lega non raggiunge il colore<br />
giallo intenso tipico degli ottoni, ma rimane<br />
su un giallo rossastro, che si opacizza e<br />
tende gradualmente verso il bruno.<br />
Dal punto di vista meccanico, questa lega ha<br />
un carico di rottura R che varia<br />
generalmente da 260 a 410 N/mm 2 a<br />
seconda <strong>del</strong> grado di incrudimento.<br />
A conoscenza di chi scrive, non vengono mai<br />
impiegate lastre allo stato fisico duro o<br />
semiduro, poiché non si potrebbero<br />
raggiungere i bassi raggi di curvatura<br />
necessari per una buona aggraffatura;<br />
pertanto si impiegano solo lastre con valori<br />
relativamente bassi di R, dotate comunque di<br />
sufficiente stabilità e rigidezza strutturale:<br />
possono allora essere bene impiegate per le<br />
facciate anche a livello <strong>del</strong> suolo, grazie<br />
anche alla resistenza all’abrazione<br />
meccanica.<br />
Queste leghe di ottone hanno una elevata<br />
durata nel tempo e resistenza alla<br />
corrosione, oltre che un minore prezzo. Il<br />
peso è quasi uguale: 8,75 kg/dm 3 <strong>del</strong> OT85<br />
contro i 8,89 kg/dm 3 <strong>del</strong> rame puro.<br />
Oltre agli ottoni, è da segnalare l’impiego <strong>del</strong><br />
bronzo, cioè una lega rame-stagno già nota<br />
nel campo <strong>del</strong>l’arte (statue, medaglie e<br />
campane) e <strong>del</strong>la tecnologia, in particolare<br />
laddove è necessaria un’alta resistenza<br />
all’usura (cuscinetti, ingranaggi e organi di<br />
trasmissione in genere).<br />
In commercio esistono lastre di<br />
composizione di CuSn4; queste hanno<br />
sempre qualche traccia di fosforo (da 0,01%<br />
min a 0,4% max) il quale viene aggiunto per<br />
disossidare e aumentare la durezza <strong>del</strong><br />
bronzo.<br />
Il colore di partenza di questa lega è un<br />
rosso-bruno, il quale subisce la tipica<br />
ossidazione <strong>del</strong> rame, anche se molto più<br />
lentamente.<br />
Accanto a queste più leghe “tradizionali”, vi<br />
è da registrare una lega rame-alluminiozinco,<br />
di composizione designata con la sigla<br />
CuAl5Zn5Sn1Fe0,5: questa presenta un<br />
bellissimo aspetto dorato, che però ne<br />
sconsiglia il trattamento con alcuni processi<br />
a caldo come la brasatura o la saldatura, che<br />
ne rovinerebbero localmente la colorazione.<br />
La resistenza meccanica è notevole: dai 450<br />
ai 560 N/mm 2 : pertanto a volte vengono<br />
usati specifici trattamenti termici di<br />
ricottura per rendere più facilmente<br />
lavorabile la lastra. L<br />
Bibliografia<br />
[1] UNI EN 1172: <strong>Rame</strong> e leghe di rame - Nastri e lastre<br />
per edilizia.<br />
[2] UNI 10372: Coperture discontinue - Istruzioni per la<br />
progettazione, l’esecuzione e la manutenzione di<br />
coperture realizzate con elementi metallici in lastre.<br />
[3] Gianni Guiotto, Natuzzi Americas:<br />
Un design tutto italiano per una sfida al “solito”, “<strong>Rame</strong><br />
Notizie” n.29, III trimestre 1998.<br />
[4] Umberto Barbisan, “...Ma essi li fecero per lo più in<br />
rame perché meno dal tempo può essere consumato”,<br />
“<strong>Rame</strong> Notizie” n.14, settembre 1993.<br />
[5] Cesare Comoletti, The roof: the evolution of the<br />
species, “Archaeometallurgy in Europe”, Congresso AIM<br />
2003.<br />
[6] KME, <strong>Rame</strong> Tecu, Progettazione, lavorazione e<br />
installazione.<br />
[7] Marco Crespi, Lastre di rame - Passivazione e<br />
rilascio: durata nel tempo e resistenza, “Lamiera” n.9,<br />
settembre 2005, pp. 236-240.