Tecnologia di componenti e sistemi edilizi - teoria esame

Tecnologia di componenti e sistemi edilizi

Sistema tecnologico

L'edificio è un organismo edilizio, ossia un insieme strutturato di elementi spaziali e di elementi tecnici, interni ed esterni, pertinenti all'edificio, caratterizzati dalle loro funzioni e dalle loro relazioni reciproche, atte al soddisfacimento delle esigenze abitative.

Unità ed esigenze

Ambientale: L'unità si identifica con un raggruppamento di attività compatibili spazialmente e temporalmente, definite in relazione a determinati modelli di comportamento dell'utenza.

Tecnologica: L'unità si identifica, invece, con un raggruppamento di funzioni compatibili tecnologicamente, necessarie per l'ottenimento di prestazioni ambientali.

Sistemi edilizi

Il sistema edilizio si compone dall'insieme del sistema ambientale e del sistema tecnologico.

Sistema tecnologico

Il sistema tecnologico si suddivide in base alle funzioni:

• Classi di unità tecnologiche (1° livello) (struttura portante, chiusure, partizioni interne…)
• Unità tecnologiche (2° livello) (struttura portante = struttura di fondazione, di elevazione, di contenimento)
• Classi di elementi tecnici (3° livello) (struttura di elevazione = struttura verticale, orizzontale, spaziale)

Qualità e requisiti

Qualità = rispondenza ai requisiti, espressi o sottintesi, dell'utenza. Il regolamento europeo sui prodotti da costruzione fissa 7 requisiti essenziali:

• Resistenza meccanica e stabilità
• Sicurezza in caso di incendio
• Igiene, salute ed ambiente
• Sicurezza e accessibilità nell'uso
• Protezione contro il rumore
• Risparmio energetico e ritenzione di calore
• Uso sostenibile delle risorse naturali

La qualità di un edificio è il grado di soddisfacimento che l'edificio è in grado di offrire alle esigenze dell'utenza, espresso attraverso le prestazioni degli elementi edilizi con i quali è realizzato e degli ambienti (o spazi) dei quali è composto.

Classi di esigenza

Le classi di esigenza comprendono: sicurezza, benessere, fruibilità, aspetto, gestione, integrabilità e salvaguardia dell'ambiente.

Requisiti tecnologici

I requisiti tecnologici includono affidabilità, anigroscopicità, assorbimento acustico, assorbimento luminoso, attitudine all'integrazione impiantistica, controllo del fattore solare, controllo del flusso luminoso, controllo del rumore prodotto, controllo della condensazione interstiziale, controllo della condensazione superficiale, controllo dell'inerzia termica, facilità di intervento, impermeabilità ai liquidi, isolamento acustico, isolamento termico, manutenibilità, reazione al fuoco, resistenza al fuoco, resistenza al gelo, resistenza all'irraggiamento, resistenza meccanica, tenuta all'acqua.

L03 Tipologie strutturali

Struttura di elevazione

Si definisce l'unità tecnologica costituita dalla classe di elementi tecnici che svolgono la funzione di resistere alle azioni di varia natura agenti sull'edificio e di trasmetterle alle strutture di fondazione. Struttura a muratura portante, le prime forme di strutture portanti utilizzate dall'umanità erano in muratura portante. I materiali utilizzati erano pietre, laterizi, cemento e calcestruzzo, sono tutti caratterizzati dall'avere scarsa resistenza a trazione. Nonostante questo limite, la maestria e l'uso di tecniche edilizie sempre più sviluppate ha permesso la realizzazione di edifici di vaste dimensioni con grandi struttura a pareti portanti.

Strutture di elevazione intelaiate

Si tratta delle tipiche strutture “puntiformi” in cui i carichi sono portati da telai di travi + pilastri irrigiditi da controventi.

Fondazioni

Lo scopo delle fondazioni è di trasferire al terreno i carichi dell'edificio. Una delle principali problematiche da controllare sono i cedimenti differenziali. Terreni diversi reagiscono in modo diverso alle sollecitazioni. Le fondazioni devono quindi, per quanto possibile, raggiungere strati omogenei di terreno. Questo vale per terreni in pendenza, ma potenzialmente anche su terreni di riporto in piano.

Tipologie di fondazioni

• Dirette: operano direttamente su strati superficiali (discontinue, plinti isolati, e continue, travi e platee)
• Indirette: giungono a strati profondi in quanto quelli superficiali non forniscono garanzia di portanza (pali, infissi o gettati in opera)

Gli elementi strutturali in c.a. vengono armati con acciaio per resistere (principalmente) agli sforzi di momento e trazione, che il conglomerato cementizio non è in grado di assorbire. In tutti gli elementi in c.a., l'armatura deve essere disposta sul lato teso: nel caso delle fondazioni, quello inferiore.

Fondazioni a trave rovesce

Le fondazioni a trave rovesce sono quelle lungo le quali si possono creare dei muri e lungo il cordolo superiore si può mettere un pilastro. Se le caratteristiche del terreno superficiale non sono sufficienti a sostenere i carichi previsti, è necessario studiare altre strategie (più complesse e costose!), ad esempio le fondazioni profonde. In generale, si cerca di scaricare i pesi su strati di terreno migliori (rocce, ghiaie) a profondità maggiori, tramite pozzi o pali. A seconda della tipologia di terreno, sui lati delle fondazioni si possono generare azioni positive o negative.

Pali

I pali si spingono a grande profondità, fino a raggiungere strati di terreno resistente. Possono essere necessari anche su terreni superficiali buoni, ma con carichi dell'edificio elevati.

Tipologie di pali

• Pali perforati: scavo + armatura + getto
• Pali realizzati con bentonite: scavo con fanghi bentonitici di sostegno + armatura + getto (espulsione fanghi)
• Pali battuti (cls o acciaio): i pali prefabbricati vengono infissi da una apposita macchina

I pali possono essere uniti da una testa (una platea di cls che poggia su diversi pilastri) su cui scarica un singolo pilastro. Il risultato è una fondazione di grande capacità portante.

Fondazioni a platea

In alternativa ai pali, è possibile lavorare con una grande piastra armata che distribuisce il carico su un terreno poco resistente. La platea è indicata quando: i plinti dovrebbero essere troppo grandi; la portanza del suolo è scarsa; i carichi dell'edificio sono elevati; il suolo buono è molto profondo; l'installazione dei pali è problematica (vibrazioni ecc.). Attenzione ai cedimenti differenziali!

Muri controterra

In prossimità di edifici esistenti, è necessario realizzare muri portanti per non disturbare il regime tensionale delle loro fondazioni. Questi muri di contenimento: mantengono il terreno in posizione; sostengono i carichi dell'edificio esistente; possono fare da base per l'impermeabilizzazione. Le operazioni di reinterro si eseguono: contro muri o fondazioni per riempire gli scavi effettuati; per ottenere il profilo desiderato del terreno. La scelta e la compattazione del terreno diventano fondamentali per evitare cedimenti differenziali.

L04 Elementi controterra

Chiusura orizzontale inferiore

La chiusura orizzontale inferiore è l'unità tecnologica costituita dagli elementi tecnici che hanno la funzione essenziale di separare gli spazi interni dell'organismo edilizio dal terreno (frontiera con il suolo). I solai a terra (ST) sono influenzati dalla presenza più o meno persistente dell'acqua: la tenuta all'acqua diventa quindi la funzione fondamentale a cui devono assolvere (impermeabilizzazione).

Funzioni fondamentali degli elementi controterra

• Resistere meccanicamente ai carichi propri e di esercizio
• Non consentire il passaggio di vapore (dall'esterno all'interno)
• Non consentire il passaggio dell'acqua
• Isolare termicamente
• Essere attrezzabile per impianti

Classi di terreno

• Suolo stabilmente asciutto (rocce impermeabili o clima secco)
• Suolo umido (terreno permeabile, clima mediamente piovoso) con formazione di flussi di vapore
• Suolo bagnato senza presenza di pressioni idrostatiche – filtrazioni di acqua meteorica o risalite capillari di acqua
• Suolo bagnato in presenza di pressioni idrostatiche – falda freatica o vene d'acqua stagionali

Funzioni specifiche dei rivestimenti

Ognuna delle classi di chiusura definite in precedenza dovrà rispondere a uno specifico pacchetto di requisiti da soddisfare.

Funzioni specifiche dei rivestimenti

• Attitudine a non sporcarsi
• Controllo della condensazione superficiale
• Controllo dell'elettricità statica
• Controllo della luminanza
• Controllo della regolarità geometrica dei rivestimenti
• Isolamento elettrico
• Pulibilità
• Regolarità delle finiture
• Resistenza a flessione dei rivestimenti
• Resistenza a strappo dei rivestimenti
• Resistenza agli urti degli strati superficiali
• Resistenza dei rivestimenti agli aggressivi chimici
• Resistenza alla luce
• Resistenza all'abrasione
• Resistenza allo scivolamento
• Sicurezza alla circolazione

Funzioni specifiche dell'elemento di tenuta all'acqua

• Collaudabilità dell'elemento di tenuta
• Drenaggio di sicurezza
• Resistenza dell'elemento di tenuta ai liquidi
• Resistenza al punzonamento dell'elemento di tenuta
• Tenuta all'acqua

Funzioni specifiche di altri strati

• Attrezzabilità impiantistica
• Controllo dell'assorbimento acustico
• Controllo dell'orizzontalità e della planarità
• Controllo della reazione al fuoco
• Controllo della condensazione interstiziale
• Controllo dell'inerzia termica estiva e invernale
• Controllo della freccia massima
• Isolamento termico
• Non rumorosità
• Resistenza agli attacchi biologici, agli insetti, ai roditori
• Resistenza al fuoco
• Resistenza all'acqua
• Resistenza alle intrusioni
• Resistenza meccanica
• Tenuta al vapore

Modelli funzionali

I modelli funzionali sono combinazioni di strati, ciascuno con funzioni specifiche, atti a soddisfare il pacchetto di requisiti tipico di ogni classe di solaio. Il modello funzionale è a-tecnologico. La successiva “traduzione” del modello in soluzione tecnica avviene tramite la scelta di materiali specifici in base alle problematiche fisiche, di compatibilità reciproca e delle relazioni con altri elementi tecnici.

Strati primari

• Condotto impiantistico
• Elementi scaldanti o terminali dell'impianto di riscaldamento
• Intercapedine non accessibile (su terreno)
• Intercapedine attrezzabile accessibile dal rivestimento (plenum)
• Strato di barriera al vapore
• Strato di livellamento e passaggio delle canalizzazioni impiantistiche
• Strato di controllo della risalita d'acqua (vespaio)
• Strato di impermeabilizzazione o elemento di tenuta all'acqua
• Strato di irrigidimento e ripartizione dei carichi
• Strato o elemento di rivestimento o di finitura superficiale
• Strato di zavorramento idrostatico
• Strato drenante di sicurezza
• Strato portante orizzontale o elemento strutturale orizzontale
• Strato termoisolante

Strati integrativi

• Elemento di sostegno verticale
• Elemento di irrigidimento orizzontale
• Strato antintasamento
• Strato di allettamento
• Strato di imprimitura
• Strato di incollaggio
• Strato di limitazione del vapore o schermo al vapore
• Strato di livellamento del terreno
• Strato di pendenza
• Strato di protezione meccanica
• Strato di regolarizzazione
• Strato di separazione chimico-fisica
• Strato di scorrimento o di separazione meccanica
• Strato di usura
• Strato di zavorramento inerziale
• Strato o elemento di collegamento

Materiali innovativi

Il vetro riciclato macinato, viene miscelato con attivatori ecologicamente innocui e poi espanso in un forno continuo. Nel successivo raffreddamento si possono scegliere due strade diverse e realizzare, a seconda dei casi, due prodotti differenti:

• Granulato in vetro cellulare
• Lastre in vetro cellulare

Le lastre in vetro cellulare funzionano da termoisolanti e sono pure impermeabili. Il foglio in polietilene ha la funzione di barriera all'acqua ed al vento, grazie alla sua elevata resistenza meccanica.

L05 Strutture di elevazione verticale

Le strutture di elevazione verticale sono le tipiche strutture “puntiformi” in cui i carichi sono portati da telai di travi + pilastri irrigiditi da controventi. Il calcestruzzo armato è un materiale artificiale che si ottiene dall'unione tra il conglomerato cementizio ed elementi metallici, le armature, opportunamente disposti e generalmente costituiti da barre di sezione circolare. Tale unione ha lo scopo di ripartire tra i due elementi la resistenza alle sollecitazioni cui è sottoposta la struttura, sfruttando nel modo migliore le loro diverse qualità elastiche:

• La resistenza alle sollecitazioni di compressione è affidata al conglomerato cementizio;
• La resistenza agli sforzi di trazione è affidata alle armature metalliche.

L'unione tra i due materiali è resa possibile dalle seguenti circostanze:

• Il calcestruzzo di cemento ed il ferro hanno coefficienti di dilatazione termica uguali (i due materiali si dilatano, o si restringono, nella stessa misura al variare della temperatura);
• Tra i due materiali esiste un'adesione molto elevata, per cui tra di essi avviene una efficiente e sicura trasmissione di deformazioni e di sforzi;
• Il ferro annegato nel calcestruzzo viene preservato dall'ossidazione, per cui, anche se impiegato in barre di piccola sezione, garantisce prestazioni migliori di quelle che si otterrebbero se fosse esposto da solo agli agenti atmosferici.

Per ripartire correttamente gli sforzi tra calcestruzzo e armatura metallica (affinché la struttura possa resistere alle azioni a cui deve essere sottoposta) è necessario non solo calcolare le sezioni dei due elementi, calcestruzzo e ferro, ma anche determinare la posizione esatta dell'armatura metallica in ogni elemento strutturale che va posta nelle posizioni in cui è richiesta una resistenza agli sforzi di trazione. Per il progetto di una struttura in c.a. è necessario conoscere, con la massima esattezza, la distribuzione degli sforzi nel suo interno.

Carpenterie

Le carpenterie sono il complesso delle opere provvisionali destinate a contenere il conglomerato durante le fasi di getto, presa e indurimento. L'esecuzione di una struttura in calcestruzzo armato passa per le seguenti fasi:

• Costruzione delle casseforme
• Preparazione e posa in opera dell'armatura metallica
• Getto del calcestruzzo
• Disarmo delle casseforme

La rimozione dei casseri, o disarmo, può avvenire quando il calcestruzzo gettato in opera ha raggiunto la resistenza minima di progetto per sopportare le azioni a cui dovrà essere immediatamente sottoposta la struttura, tradizionalmente dopo 28 gg.

Le staffe lavorano a trazione e hanno il duplice effetto di:

• Confinare il calcestruzzo
• Cerchiare le armature longitudinali

Un pilastro soggetto a sforzo normale e momenti flettenti, a causa dei carichi di punta l'elemento e le armature in esso presenti possono tendere a spanciare. Se il passo tra le staffe non è sufficiente si ha ancora l'effetto spanciante.

Telai in acciaio

Pilastri e travi in acciaio sono realizzati con profilati o con sezioni composte di più profilati uniti tra loro. Tipologie di assemblaggio per l'acciaio:

• Il bullone è un elemento puntuale che trasmette localmente lo sforzo alla lamiera circostante;
• La saldatura è una connessione continua realizzata in sito con lo stesso materiale delle lamiere da unire.

Vincolo a cerniera: non trasmette momento (ammesse rotazioni della trave).

Vincolo a incastro: trasmette momento (la rotazione è impedita) – è un vincolo rigido.

Nelle strutture a telaio, il controventamento si rende necessario per irrigidire l'edificio rispetto alle sollecitazioni orizzontali (vento, sismi): pensare alle librerie! Si può ottenere una figura rigida bloccando i giunti oppure realizzando delle campiture strutturali rigide (serie di archi a tre cerniere, isostatici) oppure ancora poggiandosi a nuclei rigidi in cls. I controventi hanno anche la funzione di limitare la torsione dell'edificio quando questo è soggetto alle spinte del vento.

L06 Le strutture di elevazione orizzontali

Il solaio è la frontiera di separazione tra gli elementi spaziali di un piano e quelli del piano successivo, frontiera intesa sia come supporto, sia come delimitazione degli elementi spaziali stessi.

Funzioni dei solai

• La particolare resistenza meccanica ai carichi propri e di esercizio;
• La tenuta all'acqua;
• L'isolamento acustico da rumori impattivi;
• L'isolamento termico;
• La trasmissione di calore;
• L'attrezzabilità per gli impianti.

Travi ribassate e travi in spessore

Confronto tra un solaio con travi ribassate e con travi in spessore. Le travi in spessore permettono di ridurre i costi della casseratura, poiché le travi vengono gettate sullo stesso tavolato piano utilizzato per la realizzazione del solaio, e di formare una superficie d'intradosso piana, che non impone vincoli al posizionamento delle partizioni interne né riduzioni dell'altezza utile dei solai. Gli svantaggi risiedono nel maggior peso proprio, nel maggior consumo di acciaio per l'armatura e nella minore rigidezza.

Tipologie di solai

I solai possono essere in calcestruzzo armato gettato in opera e solai con elementi di alleggerimento. I solai misti sono solai costituiti da travetti di calcestruzzo armato o di calcestruzzo armato precompresso (disposti ad interasse di circa 50cm) e blocchi forati di laterizio (con prevalente funzione di alleggerimento) con sovrastante soletta di completamento. Il cassero di un solaio in latero-cemento è formato da un assito continuo di tavole accostate. L'opera di sostegno è costituita da una centinatura di tavole supportata da un banchinaggio di travetti sostenuti da puntelli. Nel caso di utilizzo di elementi prefabbricati, la carpenteria si riduce.