Tecnologia dei Materiali e degli elementi costruttivi – Appunti completi + Domande d’esame

Domande-risposte esame Materiali

INTRODUZIONE

1.​ Processo edilizio e sistema edilizio

Con processo edilizio si intende un percorso logico-artistico-scientifico che porta come risultato al progetto

architettonico, dunque individua soluzioni atti alla creazione di spazi adatti alle attività umane.

Il processo edilizio si divide in sistema edilizio e sistema normativo. Il processo edilizio ha 4 fasi: 1.

Programmazione (a cosa serve?); 2. Progettazione (come lo realizzo?); 3. Costruzione (lo realizzo); 4. Gestione

(lo uso e lo mantengo).

Il sistema edilizio è un oggetto di studio formato da diverse parti, ognuna che interagisce con le altre e con

l’ambiente esterno e contribuisce alle prestazioni finali. L’edificio è un sistema. Il sistema edilizio si divide in

sistema ambientale e sistema tecnologico.

2.​ Sistema ambientale e sistema tecnologico

Il sistema edilizio si divide in sistema ambientale e sistema tecnologico. Il sistema ambientale riguarda lo spazio

e l’uso dello spazio: è l’insieme organizzato degli spazi e degli elementi che li compongono. Serve a definire gli

ambienti utilizzabili e a garantire le prestazioni ambientali necessarie, come comfort, protezione e funzionalità.

A riguardo di ciò si possono distinguere 3 insiemi: 1. Complesso insediativo: è l’insieme degli elementi fisici ed

organizzativi che, a scala urbana e territoriale, interagiscono con l’edificio a livello di flussi e attività (dunque

riguarda accessibilità, collegamenti, rapporti col contesto); 2. Organismo edilizio: è l’edificio visto come un

sistema unitario, composto da spazi pensati per funzioni e attività precise (distribuzione interna, rapporto tra

spazi, logica funzionale complessiva); 3. Unità ambientali: sono i singoli spazi dell’edificio, ognuno destinato a

funzioni specifiche ed a attività compatibili tra loro. Ogni spazio ha condizioni ambientali proprie, come

illuminazione, temperatura ecc.

Il sistema tecnologico è l’insieme delle unità tecnologiche e degli elementi tecnici che compongono l’edificio e

che servono a garantire le prestazioni tecnologiche, come resistenza, isolamento e durabilità, attraverso

materiali ed elementi costruttivi. Lo scopo di questa definizione è unificare la terminologia da impiegare nelle

varie attività (normative, progettuali, operative, …).

Edificio -> sub-sistema -> elemento -> componente -> prodotto -> materiale.

Cerca di porre una classifica di tutte le parti dell’edificio, dette classi di unità tecnologiche sono 1. Struttura

portante; 2. Chiusura; 3. Partizione interna; 4. Partizione esterna; 5. Impianto di fornitura servizi; 6. Impianto di

sicurezza; 7. Attrezzatura interna; 8. Attrezzatura esterna.

3.​ Sistema normativo

Il sistema normativo comprende 2 tipi di norme: Norme cogenti, o obbligatorie per legge, servono a tutelare i

bisogni primari e quindi descrivono i requisiti essenziali per la protezione di interessi pubblici generali (quali

sicurezza, salute, la protezione dell’ambiente), nonché le procedure verificare tali requisiti. Vengono stabilite

dallo Stato. Norme volontarie, o raccomandazioni tecniche, descrivono requisiti legate ad esigenze aggiuntive

di un prodotto o servizio, come aspetti costruttivi, funzionali e gestionali. Dunque non solo obbligatorie ma

migliorerebbero la qualità finale. Queste sono stabilite da enti tecnici e diventano cogenti una volta inserite nei

documenti del progetto.

Nuovo Codice Appalti (D.Lgs. 36/2023): Organizza l'intervento in due fasi: Fase 1 ("Che cosa") per

l'individuazione dei fabbisogni e Fase 2 ("Come") per la progettazione vera e propria.

Livelli di Progettazione: Sono ridotti a due soli stadi: il PFTE (Progetto di fattibilità tecnico-economica) e il

Progetto esecutivo, che definisce nel dettaglio funzioni, requisiti, qualità e costi. Documenti Chiave: II DOCFAP

analizza le alternative progettuali, mentre il Capitolato Informativo stabilisce i requisiti tecnici che regolano il

rapporto tra committente e costruttore. Approccio Prestazionale: Il sistema mira a soddisfare le esigenze

dell'utenza (sicurezza, benessere, gestione) trasformandole in requisiti tecnici e prestazioni misurabili.

4.​ Approccio prescrittivo e approccio esigenziale/prestazionale

Sono due diversi metodi con cui la norma chiede di rispettare i requisiti. Nell’approccio prescrittivo

(oggettuale/descrittivo) le norme chiedono di rispettare i livelli minimi di sicurezza attraverso misure

specificamente prescritte. Dunque dettano esattamente cosa fare: come costruire, con quali materiali, con quali

spessori ecc. Nell’approccio prestazionale (esistenziale/prestazionale) le norme descrivono le prestazioni che

l’opera deve garantire per il raggiungimento dell’obiettivo. Dunque detta cosa devo ottenere, ma non come.

In generale le esigenze sono stabilite dall'utenza (chi userà quello spazio) aiutato eventualmente dal progettista.

I requisiti, la traduzione tecnica delle esigenze, spettano al progettista. Mentre le prestazioni spettano al

produttore o fornitore del bene selezionato dal progettista.

Il BIM è un modello digitale dell’edificio che integra tutte le informazioni su spazi, materiali, norme e

manutenzione, permettendo a progettisti, costruttori e gestori di lavorare insieme in modo coordinato lungo tutto

il ciclo di vita dell’opera.

Tra le prestazioni per quanto riguarda la resistenza al fuoco troviamo il REI che esprime il tempo durante il quale

la resistenza al fuoco deve essere garantita (R=resistenza, la stabilità dell’elemento; E=emissione, impedire il

passaggio o produzione del fuoco al lato opposto a quello di sviluppo dell’incendio; I=isolamento, ridurre la

trasmissione del calore al lato opposto). Per quanto riguarda gli elementi non strutturali, quindi che non

sostengono ulteriori carichi oltre il proprio peso, abbiamo il EI.

INTRODUZIONE

1.​ Le azioni che interessano le costruzioni: modi in cui si esercitano, risposta strutturale e variazioni di

intensità nel tempo

I materiali vengono classificati in naturali, artificiali, leganti, sintetici, ed hanno proprietà che possono essere

fisiche e chimiche, meccaniche o tecnologiche.

Le azioni che interessano le costruzioni si esercitano in modo diretto, concentrate o distribuite uniformemente o

non uniformemente, oppure in modo indotto con variazioni di temperatura o deformazioni, ritiro e viscosità. La

risposta strutturale può essere statica (non produce accelerazioni -> ad azione corrisponde una reazione uguale

e contraria) o dinamica (produce accelerazioni -> ad azione corrisponde una reazione diversa e contraria). Le

variazioni di intensità nel tempo possono essere permanenti (sempre presenti, come il peso proprio della

struttura), accidentali (mobili, agenti atmosferici, persone) o eccezionali (terremoti, incendi, frane). Per

verificare la resistenza della struttura vengono fatte delle prove in opera: si misura l’abbassamento durante la

prova di carico.

2.​ Vincoli strutturali e gradi di libertà

Gli elementi strutturali sono connessi tramite i vincoli, speciali dispositivi che possono avere vari gradi di libertà:

2 gradi (rotazione e traslazione orizzontale, es carrello); 1 grado (rotazione, es cerniera); 0 gradi (incastro, es

mensola).

3.​ Comportamenti dei materiali sotto carico

I materiali possono essere fragili, dunque quando soggetti ad una sollecitazione si rompono senza deformarsi

(es vetro, materiali ceramici), oppure duttili cioè che prima di rompersi si deformano (es acciaio, rame,

alluminio).

4.​ Comportamento complesso dell’acciaio e rigidezza flessionale

L'acciaio ha un comportamento complesso perché inizialmente ha una fase elastica dov’è le deformazioni

aumentano in proporzione ai carichi, fino allo snervamento, in seguito al quale assume un comportamento

plastico dove le deformazioni aumentano più rapidamente dei carichi fino ad aumentare anche in condizioni di

carico costante giungendo alla rottura.

La rigidezza flessionale è influenzata dal materiale impiegato e dalla forma che ne modifica la prestazione.

Quindi la soluzione più efficiente prevede il minimo dispendio di materia e dunque il minor peso della struttura.

5.​ Le sollecitazioni elementari

Qualsiasi corpo si deforma se soggetto ad una sollecitazione perché non esiste un corpo perfettamente rigido.

Le sollecitazioni elementari sono le forze interne a un elemento strutturale quando su di esso agiscono dei

carichi. Servono a trasmettere questi carichi dall’elemento ai suoi vincoli, lungo la direzione dell’elemento

stesso. La trazione allontana le fibre fino allo strappo, la compressione avvicina le fibre fino a schiacciarlo, la

flessione con incurvatura dell’elemento a causa dei carichi perpendicolari all’asse longitudinale (di lato).

6.​ I 7 requisiti di base riferiti alle opere di costruzione

Per consentire la commercializzazione dei prodotti da costruzione, questi devono rispettare 7 requisiti di base

relativi alle caratteristiche essenziali che devono avere: 1. Resistenza meccanica e stabilità; 2. Sicurezza in caso

di incendio; 3. Igiene, salute e ambiente; 4. Sicurezza e accessibilità in uso; 5. Protezione contro il rumore; 6.

Risparmio energetico e ritenzione di calore; 7. Uso sostenibile delle risorse naturali (riutilizzo, durabilità, uso).

7.​ CAM - Criteri Ambientali Minimi

Sono requisiti ambientali obbligatori che regolano la vita dell’edificio con l’obiettivo di ridurne l’impatto

ambientale, possono riguardare il contesto ambientale e paesaggistico del progetto, l’efficienza energetica

dell’edificio, la composizione eco e l’origine sostenibile dei materiali, e l’impatto ambientale del cantiere.

MATERIALI LAPIDEI

1.​ L'evoluzione delle costruzioni in materiale lapideo e il profilo ambientale

La materia prima si ottiene dall’estrazione e ad una diversa origine consegue una diversa applicazione. Dopo la

lavorazione possono avere funzione strutturale e ornamentale.

Nei secoli si parte da costruzioni a cumulo, dove non si distinguono gli elementi con funzioni diverse come il

muro e la copertura, un esempio sono le piramidi. Poi si passa ad orizzontamenti complessi, quindi elementi

orizzontali del tetto che legati a quelli verticali danno solidità alla struttura, ad esempio vediamo i templi. Si

riesce poi a snellire colonne e pilastri, ampliare e luci e creare discontinuità tra i piani murari come vediamo nelle

cattedrali gotiche.

Tra le architetture successive troviamo la tecnica dei muretti a secco dove la pietra lavora per gravità, ch e

vediamo negli archi precompressi della chiesa di padre pio di Renzo piano. Inoltre per aumentare la resistenza a

trazione, scarsa nella pietra, si alternano blocchi di calcare pisano con cordoli di cemento armato, come

vediamo nella chiesa di San giovanni battista di michelucci.

La pietra inizia ad essere utilizzata anche come rivestimento, lo si vede nelle terme di Vals di Zumthor o nella

banca di Granada di Baeza. Ma anche per pavimenti esterni con lastre, masselli e ciottoli come piazza del

Campidoglio di Michelangelo.

Impatto ambientale: consumo per il processo estrattivo e di lavorazione, ma anche per interventi di

conservazione e di restauro.

2.​ Classificazione dei materiali lapidei

I materiali lapidei possono classificarsi per genesi, dunque in base a come si formano, o per classificazione

commerciale, quindi per la loro composizione.

Nella classificazione per genesi possiamo trovare le rocce sedimentarie, dalla deposizione di sedimenti sulla

superficie (es travertino); rocce metamorfiche, in profondità, da aumenti di temperatura e pressione di rocce

preesistenti (es marmo); magmatiche, dalla cristallizzazione del magma, intrusive (es granito) o estrusive (es

porfidi).

Nella divisione commerciale troviamo i graniti, lucidanili, resistenti di natura stilistica; pietre, non lucidanili,

compatte e porose; marmi, lucidanili, compatte di natura carbonatica; travertini, lucidanili, compatte e ricche di

cavità.

3.​ Processo produttivo e di lavorazione dei materiali lapidei

Il processo produttivo dei materiali lapidei prevede una prima fase di coltivazione con estrazione in cava e taglio

primario, seguita dalle lavorazioni grazie alle quali il blocco grezzo diventa usabile . La lavorazione può avvenire

per segagione (lastre), finitura perimetrale, finitura superficiale (come appare e come si comporta).

Ogni blocco ha 3 facce: il verso, il secondo e il contro, e sono 3 disegni diversi della stessa pietra.

4.​ Caratteristiche prestazionali dei materiali lapidei

Resistenza a compressione, flessione, urto (importante per pavimenti), usura (sopportare attrito radente).

Resistenti al fuoco (infiammabili), durevolezza (resistere a stress) e aderenza con le malte.

LEGANTI, MALTE E CLS

1.​ I leganti

Materiale ottenuto per cottura di materiali contenenti carbonato di calcio e può collegare materiali diversi tra loro.

Subisce un progressivo irrigidimento con 2 fasi: la presa (diventa una massa che mantiene la forma) e

l’indurimento (aumento della resistenza meccanica).

Lindurimento può avvenire a contatto con l’aria (aerei) oppure anche a contatto con l’acqua (idraulici). Per i primi

otteniamo la calce viva (cottura del calcare) e il gesso (cottura di rocce gestore), mentre per le idrauliche

otteniamo calce spenta (calce viva + argilla cotta o pozzolana) e il cemento (calcare + argilla o rocce

sedimentaria). Il cemento Portland vede l’uso del gesso e ritarda la presa.

2.​ Le malte e la classificazione per destinazione d'uso

La Malta è un conglomerato formato da legante (cemento/calce spenta), acqua, inerti fini (sabbia), eventuali

additivi.

Le sue caratteristiche sono la lavorabilità allimpasto nagnato (nella fase di presa) e la resistenza meccanica allo

stato asciutto. In base all’agglimerato hanno una texture diversa che dipende da: diametro dei granuli di sabbia,

tipo di legante e rapporto legante/sabbia.

Sono classificate in base alla destinazione d’uso: allettamento, usata per unire le parti (es letto di posa dei

mattoni); stiratura, per chiudere o rifinire (riempire giunti o fughe); finitura, rifinire sistemi a Malta grezzi

(intonaco); iniezione, interventi di riadesione.

3.​ L’intonaco funzione e posa in opera

L’intonaco è lo strato di rivestimento delle murature, dunque il risultato finale che la muratura lascia, ed ha

funzione protettiva ed estetica. È formato da 3 strati: rinzaffo (3-5 mm), aderente e rugoso; arriccio (15-20 mm),

rimedia alle imperfezioni del rinzaffo; velo, definisce l’aspetto e protegge.

La posa in opera prevede la stesura con listelli a più no come riferimento di spessore, il livellamento facendo

scorrere il listello di livellamento e infine la lisciatura.

Per aumentare la resistenza meccanica sotto l’intonaco si può mettere la rete porta intonaco (in fibra di vetro

A.R.) o si può usare l’intonaco armato (Malta + rete).

4.​ Il calcestruzzo e le classi di qualità

Il calcestruzzo è un conglomerato formato da legante, acqua, aggregati fini e grossi (sabbia e ghiaia) e eventuali

additivi. L’indurimento si conclude dopo 28 giorni nonostante già dopo un giorno si abbia un apprezzabile

resistenza meccanica.

La sua qualità è restituita dall’interazione di 3 classi: classe di resistenza, in base all’impiego, possono essere

strutture non o poco armate (C8/10), semplicemente armate (C16/20), precompresse (C28/35); classi di

esposizione ambientale, 6 classi per differenziare l’intensità delle azioni di degrado; classi di consistenza, indice

di lavorabilità (umida, plastica, semifluida, fluida, superfluids), con un test fatto in cantiere quando arriva il getto

(prova di abbassamento del cono).

5.​ Gli additivi per il calcestruzzo

Sono considerati additivi i prodotti aggiunti durante il procedimento in quantità minore del 5% rispetto alla massa

del legante, vengono usati per migliorare prestazioni, costi, lavoro, rispetto per l’ambiente, intervengono in ambiti

diversi a seconda se usati nel cls fresco o indurito.

Fluidificanti, aumentano la lavorabilità; super fluidificanti, mettere in opera calcestruzzi fluidi con le stesse

prestazioni; acceleranti, di presa e di indurimento; acceleranti per shotcrete, rapida perdita di lavorabilità;

ritardanti di presa; aeranti, aumento resistenza ai cicli di gelo e disgelo.

CEMENTO ARMATO E C.A.P.

1.​ Materiali e sollecitazioni

Ogni azione applicata su un elemento strutturale genera delle sollecitazioni in esso (compressione, trazione,

flessione, taglio, torsione) e ogni materiale è più o meno idoneo a sopportare esse.

2.​ L’invenzione del cemento armato e i principi della sua tecnologia

L’inventore del cemento armato fu François Hennebique anche se 10 anni dopo la paternità viene attribuita a

Monier, giardiniere che crea un vaso.

Le costruzioni in cemento armato sono formate da ferro e conglomerato di cemento che collaborano tra loro: il

cls resiste a compressione, l’acciaio a trazione e riduce il rischio di fessurazione -> compatibilità meccanica.

Inoltre troviamo una compatibilità fisica in quanto hanno la stessa dilatazione termica, e compatibilità chimica,

perché il cls ha un ph alto quindi il ferro è protetto da corrosione.

Con fenomeni di carbonatazione diminuisce il ph, dunque si forma ruggine che provoca fessurazioni perché

aumenta il volume.

3.​ Sollecitazioni nella trave appoggiata e incastrata e relative armarture

La trave appoggiata è soggetta a flessione, con il c.a. si va a introdurre unarmaturandi trazione, unarmatura di

supporto e le staffe.

Quando però la trave viene incastrata agli estremi rimane la trazione e per resistere ad essa i ferri dell’armatuea

di supporto vengono inclinati di 45° per dare ulteriore supporto nell’ armatura di trazione.

4.​ Il copriferro sua funzione e realizzazione

Il copriferro è la distanza fra la superficie esterna dell’armatura più vicina alla superficie del cls e la supe