Costruzione delle opere di architettura-appunti

Tecnologie costruttive

Le tecnologie dei materiali

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Nella classificazione dei sistemi di produzione edilizia riferiti ai materiali si individuano alcune grandi categorie:

• Le tecnologie della muratura portante
• Le tecnologie del calcestruzzo armato
• Le tecnologie dell’acciaio
• Le tecnologie del legno, che si stanno diffondendo a ragione della loro “maggiore sostenibilità” ambientale

L’uso di materiali da costruzione e dei prodotti semilavorati consente al progettista la più ampia flessibilità progettuale ed esecutiva, a differenza della limitata libertà espressiva data dalle tecniche tradizionali.

Le tecniche della produzione edilizia fanno riferimento ai materiali che caratterizzano, ai modi di produzione degli elementi costruttivi, alle modalità di lavorazione e di assemblaggio in cantiere.

Le materie prime, attraverso trattamenti, divengono materiali da costruzione, poi elementi semilavorati e infine elementi costruttivi.

La disponibilità di nuove tecnologie e di nuovi prodotti industriali ha offerto ai progettisti nuove possibilità compositive.

I nuovi usi dei materiali tradizionali permettono una varietà di soluzioni tecniche estremamente ampliata, richiedendo nuove competenze e nuovi specialismi.

1 - Costruzioni in muratura

È la tecnica costruttiva più antica e diffusa.

Gli elementi strutturali possono essere realizzati mediante un impasto di argille o calcestruzzo in appositi stampi, ottenendo mattoni o blocchi sottoposti a un processo di essiccazione e cottura.

La posa avviene mediante la sovrapposizione di ricorsi successivi con interposto uno strato di legante, per rendere solidale la struttura composta da elementi discreti.

Per ovviare alle sollecitazioni orizzontali a cui vengono sottoposti gli edifici in zone sismiche, sono state realizzate le murature armate, contenenti barre d’acciaio.

Le strutture orizzontali che insistono sugli apparati murari sono di due tipologie:

• Solai monodirezionali, formati da elementi portanti e blocchi di alleggerimento direttamente appoggiati alle pareti o su travi
• Blocchi o lastre prefabbricate di solai in laterizio armato o in calcestruzzo

I criteri di verifica strutturale si basano solo sulle effettive capacità di resistenza e compressione, e per rendere conclusa una struttura composta da elementi discreti si realizzano delle colature perimetrali in calcestruzzo armato o vengono inseriti nelle murature opportuni tiranti.

Ad una buona capacità strutturale si affianca un ottimo comportamento al fuoco.

La manutenzione alle opere in muratura portante deve essere programmata attraverso cicli di ripulitura e ripristino degli strati esterni sei paramenti.

La manutenzione periodica consente di conservare molto a lungo nel tempo le caratteristiche prestazionali dell’elemento costruttivo.

2 - Costruzione in acciaio

L’acciaio viene prodotto in stabilimento in forma di cavi, barre, profilati e lamiere, cui sono necessarie successive fasi di lavorazione e finitura.

L’unione dei componenti in acciaio preformati avviene mediante:

• Saldatura, tecnica irreversibile con un tempo di montaggio lungo, ma consente di realizzare una struttura più leggera ed economica
• Rivettatura
• Bullonatura

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L’acciaio è caratterizzato dalle ottime capacità di resistenza a compressione e a trazione e buone risposte alle sollecitazioni di torsione e flessione. Non è ottimale contro il fuoco che ne sminuisce le doti di sicurezza.

La manutenzione avviene mediante verniciatura protettiva, da sostituire ciclicamente al deterioramento, o con procedimenti elettrochimici di verniciatura ad ossidazione stabilizzata.

Esistono acciai speciali a cui vengono aggiunti dei minerali particolari in grado di conferire qualità di resistenza agli sforzi non altrimenti raggiungibili.

È un materiale ferroso.

Formato dall’unione di materiali ferrosi e carbonio.

A seconda della quantità di carbonio presente all’interno del composto:

• Sopra al 2%: ghisa, materiale fragile
• Sotto il 2%: acciaio, deformabile

Caratteristiche dell’acciaio: riciclabile, affidabile, prefabbricato, rapidità di esecuzione.

Proprietà

• Omogeneo: struttura cristallina omogenea
• Isotropo: qualunque parte vado a sollecitare si comporta nella stessa maniera
• Isoresistente: riesce bene a trazione e a compressione
• Capacità dissipativa: dissipa bene l’energia

Lavorazione

• Laminazione: si fa passare il semilavorato attraverso rulli che girano in sensi opposti, diventando sottile
• Trafilatura: avviene secondo il principio del tiraggio, attraverso delle forme
• Estrusione: deformazione plastica che funziona per compressione

Svantaggi

• Eccessiva deformabilità
• Fenomeni di instabilità
• Scarsa resistenza al fuoco poiché fonde
• Soggetto a corrosione

Unione di diversi pezzi in acciaio

• Saldatura, a formare un unico pezzo
• Bullonatura: collegamento attraverso bulloni, possono consentire anche lo smontaggio

L’acciaio non può andare sottoterra e quindi si utilizzano dei tenditori.

Per proteggere l’acciaio dal fuoco

• Inglobo l’elemento in acciaio all’interno del cartongesso
• Inglobo nel calcestruzzo armato
• Inglobo in schiume o uso vernici

3 - Costruzione in calcestruzzo armato

È il sistema costruttivo più diffuso nell’edilizia corrente, grazie anche al basso costo di produzione.

Le componenti strutturali vengono realizzate attraverso il getto del calcestruzzo in apposite casseforme, in cui preventivamente viene posata l’armatura di acciaio in barre. Una volta effettuato il disarmo è possibile proseguire con le lavorazioni successive.

I criteri di calcolo strutturale si basano sui due materiali costituenti: la resistenza a compressione del conglomerato cementizio e la trazione dell’acciaio.

Il comportamento al fuoco è buono nonostante la presenza di murature metalliche grazie allo strato di calcestruzzo che ricopre i ferri, il copriferro.

È prevista la protezione degli elementi strutturali in una periodica manutenzione, per verificare la possibile insorgenza di cavillature o fessurazioni che potrebbero provocare ossidazione dei ferri, rigonfiamento delle strutture e al distacco di parti del manufatto.

4 - Costruzioni in legno

Il legno è un materiale presente in natura già disponibile all’impiego con caratteristiche meccanico-fisiche.

Il legno è una risorsa rinnovabile in natura, facilmente lavorabile, non richiede grandi risorse di energie né per la sua trasformazione in elementi costruttivi né per la successiva dismissione, essendo completamente biodegradabile. Non è una risorsa in via di esaurimento.

Le caratteristiche positive del legno sono:

• Ottimo rapporto fra il suo peso specifico e la sua resistenza strutturale, anche se non omogenea in tutte le direzioni, prevalentemente lungo lo sviluppo longitudinale delle sue fibre
• Bassa conducibilità termica
• Materiale durevole
• Materiale relativamente sicuro rispetto al rischio di incendio, se opportunamente dimensionato e protetto

Comporta anche un benessere psicologico:

• Materiale caldo
• Gradevole
• Morbido al tatto
• Vibra al suono
• Sensazione di vicinanza con la natura

Negli ultimi due secoli è stato abbandonato dall’industria delle costruzioni a causa delle oggettive limitazioni del materiale: la dimensione massima di un elemento costruito non poteva superare le dimensioni del tronco di origine e non era compatibile con la cultura della produzione di massa e con l’incremento esponenziale delle dimensioni del costruito.

Le principali innovazioni hanno riguardato:

• Legno lamellare: realizzare elementi costruttivi di grandi dimensioni partendo da piccoli elementi
• Semilavorati: modifiche al tronco dotato di una grande varietà di proprietà meccaniche e fisiche per usi molto diversificati
• Collegamenti che utilizzano l’acciaio che conferiscono valore aggiunto al sistema costruttivo
• Pannelli strutturali in legno massiccio, strati incrociati di lamelle di legno che consentono di superare anche l’ultima limitazione del legno: gli edifici in altezza

Con le tecnologie del legno e con i metodi costruttivi a “secco” in generale, occorre fin da subito porre sullo stesso piano gli aspetti costruttivi insieme a quelli funzionali e a quelli formali del progetto.

Il materiale si può rigenerare facilmente perché si può innestare un bosco, con una durata di 12 anni, non rovinando l’ambiente. Questo tipo di bosco artificiale viene chiamato “Bosco Ceduo”.

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Proprietà

• Resistenza a compressione
• Resistenza a trazione
• Resistenza a flessione
• Durezza
• Tenacità

Balloon frame: sistema costruttivo che vede montanti continui. È un esempio di autocostruzione ed era basato sul collegamento chiodato di elementi in legno.

Platform frame: sistema a secco, i montanti si spezzano in corrispondenza dei piani, non sono continui.

Caratteristiche

• Disegno: venature
• Tessitura: grandezza elementi cellulari che costituiscono i tessuti
• Fibratura: orientamento
• Colore: tipo di trattamento superficiale, invecchiamento

La lavorazione

Abbattimento - trasporto (via aerea, fluviale, su gomma, su rotaie) - stagionatura (naturale, artificiale).

Il legno massello è un elemento composto interamente in legno, molto costoso.

Si è pensato di sfogliare il tronco in fogli che si possono incollare tra loro per avere una serie di prodotti.

Le connessioni legno-legno: a secco si realizzano attraverso l’uso di viti, bulloni e piastre oppure per incastro.

Il compensato: è la sovrapposizione di 3 strati di legno incollati tra loro. Le fibre sono orientate in entrambi i sensi.

Il multistrato: consiste nella sovrapposizione di 5 strati di legno incollati tra loro.

I paniforti: sono listelli attaccati gli uni accanto agli altri e racchiusi tra due piallacci con fibre perpendicolari a quelle dei listelli. Gli strati esterni, per questioni estetiche, sono pregiati.

Il tamburato: in cui l’anima del pannello è montata a nido d’ape. Gli elementi che chiudono il pannello sono compensati.

Truciolati: incollaggio di materiali di scarto di operazioni primarie. Pressati e incollati ad alte temperature. Rivestiti di piallacci pregiati o di laminato plastico.

MDF: sono fibre di legno, pressate e incollate. Può essere ricoperto da una patina per dare una finitura liscia.

Legno lamellare: incollaggio di lamelle di legno, le quali consistono in piastre molto piccole. Le colle sono di origine sintetica, inquinanti, si sta ricercando un modo per poterle sostituire. Grazie a questa particolare lavorazione si può arrivare a grandi luci, si può sagomare a nostro piacimento.

Pannello XLAM: pannelli strutturali. Consente di costruire in poco tempo edifici monopiano. Lo spessore varia dai 51 mm ai 297 mm.

Le tecniche della produzione edilizia

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Esistono 3 modi per caratterizzare e identificare una tecnologia costruttiva, operando una delle seguenti classificazioni:

• Morfologia dell’elemento costruttivo
• Processo di produzione
• Materiale utilizzato

Classificazione morfologica

• Elementi monodimensionali: trave, pilastro, montante
• Elementi bidimensionali: parete, piastra, lastra stratificata
• Elementi tridimensionali: vani ascensore, vani scala e blocchi bagno prefabbricati

Classificazione in base al processo di produzione

Tre famiglie di procedimento:

• Produzione in opera: le maestranze realizzano direttamente in opera gli elementi della costruzione utilizzando materiali semilavorati. La realizzazione di murature portanti e tamponamenti o dei solai o delle coperture inclinate con travetti e pignatte sono tipiche lavorazioni per la produzione in opera, assemblandoli nel luogo che l’elemento è destinato ad occupare, configurandoli nella forma definita del progetto.
• Produzione in stabilimento: modo di produzione di elementi costruttivi prefabbricati dove i componenti vengono prodotti in stabilimento e poi trasportati in cantiere e assemblati.

Occorre conoscere quale stabilimento lo produce e dove è localizzato, poiché i costi di trasporto di elementi ingombranti e pesanti incidono sul costo complessivo dell’elemento posto in opera. Il raggio di influenza di uno stabilimento è la massima distanza dello stabilimento di produzione dal cantiere tale da garantire una sua convenienza di utilizzazione.

Qualsiasi sia la scelta del progettista relativamente alla tipologia del materiale, l’impresa di costruzione nella programmazione del proprio cantiere verificherà la scelta più economica anche in relazione alla disponibilità di stabilimenti in un raggio di influenza utile e, a parità di prestazione, potrà proporre al direttore dei lavori una soluzione tecnologica differente da quella originale, prevista dal progetto.

La tecnologia del montaggio a secco di elementi costruttivi preassemblati sta assumendo caratteristiche e dimensioni produttive significative anche nel nostro Paese, in conseguenza della richiesta di prodotti con sempre maggiore valore aggiunto in termini di prestazioni di isolamento termico e acustico, e in relazione alle istanze di riciclabilità e di basso impatto ambientale.

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• Produzione a piè d’opera: la tecnica di produzione che utilizza le aree di cantiere per realizzare uno stabilimento temporaneo di produzione di elementi prefabbricati che saranno poi montati direttamente in opera, limitando i costi di trasporto degli elementi finiti.

È un procedimento che utilizza al meglio le disponibilità logistiche del cantiere. La produzione a piè d’opera sta cadendo in disuso, principalmente a causa della sempre maggiore complessità degli elementi prefabbricati.

Il progetto e la scelta delle tecnologie costruttive

Parallelamente all’evoluzione di una tecnologia costruttiva si evolve anche il relativo modo di produzione.

A diversa tecnica di produzione corrisponde differente forma organizzativa dell’impresa e lo stesso progettista che deve progettare un edificio deve anche poter ipotizzare quale sarà la tipologia di impresa di costruzione più idonea a realizzarlo.

Nella scelta di una tecnologia costruttiva occorre tener conto di una serie di fattori di valutazione: economici, linguistici, organizzazione imprenditoriale.

Il progetto può verificare la compresenza di situazioni produttive contrapposte, da una parte strutture di tipo tradizionale, affiancate da elementi che rispondono a modelli di produzione più evoluti.

Più un elemento costruttivo assomma diverse funzioni, maggiore sarà il suo costo, a favore però di un minor tempo di esecuzione in cantiere e di un minor impiego di manodopera.

Il tempo della messa in opera è un elemento importante da considerare per quanto attiene alle implicazioni economiche, sia per le considerazioni in merito ai fattori atmosferici (esempio: impermeabilizzazione).

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Il progetto dalle esigenze alle prestazioni

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L’approccio esigenziale prestazionale è una metodologia che parte dall’analisi e dalla valutazione delle esigenze espresse dal committente, passando attraverso la definizione dei requisiti a cui devono rispondere i diversi elementi della costruzione e l’edificio nel suo insieme, fino ad arrivare alla definizione delle prestazioni espresse dalle componenti fisiche dell’edificio in grado di soddisfare tali requisiti.

Le prestazioni di una costruzione sono l’insieme di proprietà che identificano l’attitudine di una costruzione a svolgere correttamente le sue diverse funzioni e costituiscono la risposta tecnica alle esigenze dell’utilizzatore.

L’approccio esigenziale-prestazionale si affianca alla progettazione di tipo oggettuale-descrittivo, il metodo che definisce il progetto attraverso la descrizione delle caratteristiche morfologiche, tecnologiche e produttive di ogni elemento tecnico della costruzione.

Esistono altre metodologie progettuali: metodi che partono dell’atto-estetico compositivo o che privilegiano la definizione del modello strutturale dell’edificio.

Ma con lo sviluppo attuale delle tecniche costruttive si rende necessario l’affiancamento di un approccio analitico alla progettazione, approccio che non era richiesto finché le tecniche costruttive si potevano consolidare nel tempo e ogni componente della costruzione veniva realizzato ad “