Appunti Scienze dei materiali

COS’È LA SCIENZA DEI MATERIALI?

È la scienza che studia le relazioni esistenti tra la struttura dei materiali e le loro

proprietà.

COS’È L’INGEGNERIA DEI MATERIALI?

È la progettazione della struttura di un materiale per ottenere determinate proprietà

sulla base delle correlazioni tra struttura e proprietà del materiale stesso.

COS’È LA TECNOLOGIA DEI MATERIALI?

È lo studio dei processi di produzione e trasformazione delle materie prime in prodotto

finito e dell’applicazione dei materiali.

STRUTTURA DEI MATERIALI

ATOMI MOLECOLE MATERIA (tutto ciò che ha massa) MATERIALE

   

APPLICAZIONE PROPRIETA’ SCELTA (secondo criteri):

 

Dunque, una MATERIA diventa MATERIALE quando è applicata in ingegneria. Per essere

parte di una certa APPLICAZIONE deve soddisfare diverse PROPRIETA’. Il materiale

viene SCELTO attraverso vari criteri:

INDUSTRIALI

 SOCIALI E CULTURALI

 ECONOMICI

 TECNICI



CRITERI CHE INTERVENGONO NELLA SCELTA DEI MATERIALI

TECNICI INTRINSECHI:

 FUNZIONI MECCANICHE:

Resistenza, Resistenza specifica, Rigidità, Elasticità, Resistenza all’usura …

ALTRE FUNZIONI TECNICHE:

Protezione chimica, termica, elettrica, elettronica, radioattiva …

EFFICIENZA STRUTTURALE:

Geometria, sollecitazione.

ECONOMICI:

 PREZZO DISPONIBILITA’:

Prezzo assoluto e relativo, Stabilità del prezzo, Costo totale della messa in

opera, Disponibilità assoluta e relativa ...

INDUSTRIALI:

 FUNZIONI DI MESSA IN OPERA:

Industrializzabilità, Processo di fabbricazione e d’utilizzazione della cultura

tecnica, Facilità d’assemblaggio in relazione agli altri materiali …

SOCIALI E CULTURALI:

 FUNZIONI SOCIOECONOMICHE E CULTURALI SPECIFICHE:

Modo di accettazione degli utilizzatori, Organizzazione dell’offerta e della

domanda, Cambiamento dei consumi ...

FUNZIONI SOCIO-ECONOMICHE E CULTURALI GLOBALI:

Sicurezza, Consumo energetico, Riciclaggio, Inquinamento …

Il grafico di sopra elencato rappresenta di come, in PASSATO, si avevano pochi

materiali con proprietà molto comuni tra loro, e dunque venivano utilizzati per tante

applicazioni. (QUANTITATIVO).

Mentre OGGI, ci sono tanti materiali, ognuno con proprietà specifiche diverse per

diverse applicazioni e dunque c’è molto meno produzioni di essi (QUALITATIVO).

PROPRIETÀ DEI MATERIALI

PROPRIETA’ MECCANICHE

Studiano la deformazione di un materiale soggetto ad una deformazione meccanica,

dunque, il comportamento del materiale a seguito dell’applicazione di una forza (peso,

vento, sfregamento). Hanno un ruolo primario per materiali destinati ad applicazioni

strutturali.

Indipendenti dal tempo:

Resistenza, resilienza

 Rigidezza

 Duttilità

 Tenacità

 Durezza



Dipendenti dal tempo:

Fatica

 Scorrimento viscoso (creep)



Valutazione tramite prove di lunga durata o prove accelerate.

PROPRIETA’ FISICHE

Densità

 Porosità

 Granulometria



Misurano il comportamento sotto l’azione di agenti fisici come la temperatura (fusione,

comportamento al fuoco), delle radiazioni (luce), di campi elettrici o magnetici.

PROPRIETA’ CHIMICHE

Il comportamento di un materiale, sia durante la lavorazione che in servizio, dipende

dalla sua costituzione, ossia dall’insieme di composizione chimica, struttura cristallina,

morfologia delle fasi che lo costituiscono e loro distribuzione.

Ogni processo chimico, sia esso deliberato o dovuto all’azione dell’ambiente

(dissoluzione, ossidazione, corrosione), in grado di modificare la costituzione del

materiale, induce delle trasformazioni.

Possono essere spontanei o forzati (T, P).

Proprietà termo-chimiche: effetto sinergico.

Proprietà chimico-meccaniche: effetto sinergico (cavi acciaio).

SOSTENABILTA’ NELLE COSTRUZIONI

Segue che il comportamento non dipende solo dalle sue proprietà ma anche dai

processi di lavorazione che subisce, a parità di composizione chimica. Il

comportamento dipende anche dall’ambiente dove si trova e in cui svolge il suo

servizio. Il materiale degrada l’ambiente, infatti lavorandolo, rilascia sostanze tossiche

e per produrlo utilizziamo combustibile che bruciandolo rilascia CO e dunque ha un

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forte impatto sull’ambiente. Oppure l’ambiente degrada il materiale.

Il settore delle costruzioni consuma il 40% delle risorse energetiche.

EFFICIENZA ENERGETICA

ANALISI CICLO DI VITA DEI MATERIALI

RIUSO: Una volta dismesso il materiale si può riutilizzare per lo stesso tipo di servizio.

RICICLO: Il materiale a fine vita viene utilizzato per altre applicazioni.

RECUPERO: Il materiale a fine vita viene bruciato per recuperare energia.

SMALTIMENTO: Viene smaltito nelle discariche.

COSTO ENERGETICO DEI MATERIALI

Più del 50% dell’energia immagazzinata nei materiali da costruzione deriva da MALTE

e CALCESTRUZZI. Quest’ultimi per unità di peso non sono tanti impattanti però

utilizzandolo tantissimo per costruire abbiamo un elevato impatto per la produzione.

CALCESTRUZZI TRADIZIONALI

Il calcestruzzo è formato da cemento e aggregati naturali. Per aumentare la

sostenibilità del calcestruzzo vado ad agire sul legante, che lega cemento e aggregati

naturali, andando ad aumentare il contenuto energetico del cemento.

Il CEMENTO PORTLAND che ha un maggiore dispendio di energia, però, poiché viene

cotto ad una temperatura di 1450 °C, infatti una tonnellata di cemento produce una

tonnellata di anidride carbonica. La composizione è data dal 40% di argilla più il

calcare, formando C + C S + CA.

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Si può ridurre il dispendio energetico, andando a sostituire il Cemento Portland con:

CEMENTI DI MISCELA:

 La normativa per i cementi di miscela è la EN 197-1, è diviso in 5 tipologie di

cemento a loro volta suddivisi in vari sottogruppi. Però un progetto europeo ha

inserito due diverse tipologie di cemento e dunque un aggiornamento della

normativa: