Acciaio, Materiali e elementi costruttivi

Acciaio

Con il termine metalli in greco vengono definiti quegli elementi chimici i cui atomi si uniscono tra loro in una struttura cristallina con elettroni liberi. Questo particolare legame metallico (l’acciaio) spiega tutte le proprietà fisiche. I metalli utilizzati in edilizia non fanno parte dei così detti metalli nobili, ma sono metalli che vengono trasformati da minerali attraverso diversi processi di preparazione prima di venir trattati negli altiforni.

Le leghe del ferro

I prodotti derivanti dalla lavorazione del minerale di ferro sono di due famiglie di leghe del ferro: ghisa e acciaio. I componenti principali di queste due leghe sono: ferro e carbonio, le differenze percentuali del loro rapporto condizionano le caratteristiche e le qualità dei prodotti finiti.

L'importanza dell'acciaio

L’acciaio è un elemento importante nella realizzazione di un'architettura. È difficile pensare di costruire oggi senza includere alcuni elementi in acciaio. Ciò non significa costruire completamente in acciaio, ma che molte parti dell’architettura, soprattutto dal punto di vista strutturale e non solo, sono demandate a questo materiale poiché si tratta di un materiale molto versatile. È un materiale relativamente recente poiché nell’antichità l’uso dei metalli era molto limitato per ovvie ragioni: si trattava di un materiale più prezioso di quello che si usa attualmente e le lavorazioni erano più complesse. Nell’antichità classica esiste l’uso di alcuni metalli, ma molto limitato. Si usavano materiali diversi dall’acciaio, che è un derivato del ferro, perché erano materiali più facilmente lavorabili: il rame, il bronzo, il piombo che fondono a temperature più basse, il che significa poterli estrarre dalla roccia che li contiene a temperature minori. Per l’acciaio la temperatura limite, a seconda della sezione, è di circa 500-600°C, ma fonde a 1500 gradi, che sono difficilmente raggiungibili con sistemi a legna e questo spiega anche perché la produzione dell’acciaio coincide con la rivoluzione industriale. L’acciaio grazie a un rapporto alto tra resistenza meccanica e peso specifico può essere impegnato per realizzare, a parità di carico, opere più leggere di quelle in cls e in muratura portante, con un impiego di materiale minore e con un minore carico sulle fondazioni.

Proprietà dell'acciaio

L’acciaio è un materiale:

• Isotropo a struttura compatta
• Duro
• Resistente
• Duttile
• A elevata resistenza a trazione
• A elevata resistenza a compressione
• A elevata resistenza a sforzi longitudinali
• Non modifica le sue caratteristiche nel tempo
• È un buon conduttore elettrico e termico
• Saldabile e lavorabile

Le proprietà che noi apprezziamo di più dell’acciaio sono la fortissima resistenza rispetto ai materiali finora visti e la sostanziale indifferenza alla direzione dello sforzo, a differenza del legno che si comporta diversamente se rispetto alla sollecitazione meccanica se applicata o meno nel senso parallelo alle fibre. La pietra si comporta diversamente se è compressa o tirata e così anche il laterizio, invece l’acciaio è indifferente sia rispetto alla direzione che al tipo di sollecitazione. Perciò consente di concentrare in elementi molto piccoli enormi concentrazioni di sforzi, rispetto alla massa delle murature in pietra e laterizio. L’acciaio è un materiale che a seconda della lavorazione a cui è sottoposto assume diverse forme e si deve perciò sempre ragionare con la triade materiale, lavorazione e forma che io voglio ottenere che dipende dal materiale e dalla lavorazione.

Uso dell'acciaio nell'architettura

Dal punto di vista dell’uso dell’acciaio nell’architettura, si tratta di un uso recente, intorno alla metà del '700 a seguito di processi industriali, per cui esce dall’essere un settore confinato molto piccolo della lavorazione artigianale ed entra ad essere un prodotto industriale e di conseguenza assume la possibilità di essere usato in larga scala ed in dimensioni molto grandi.

Esempio di due architetture: il mattatoio del 1890, alcuni padiglioni presentano ancora pilastri in cui è presente ghisa. Storicamente la ghisa appare prima e ha delle caratteristiche leggermente diverse, un tempo si produceva solo ghisa, oggi se ne produce ancora. L’opera a sinistra è il centro congressi all’EUR, ormai in fase avanzata di realizzazione, un’opera molto complessa dal punto di vista delle forme e questa complessità morfologica è stata risolta dal punto di vista costruttivo con l’impiego dell’acciaio. In questo caso abbiamo una geometria più complessa.