Appunti di Architettura Tecnica

2017/18

Appunti di Architettura

Tecnica A.A. 2017/18

LEZIONI DI RENATA MORBIDUCCI & ENRICO DASSORI

MATERIALI DA COSTRUZIONE, TECNICHE DI COSTRUZIONI DEL PASSATO,

COPERTURE, ISOLAMENTI, PAVIMENTAZIONI & ALTRO.

INTRODUZIONE AI MATERIALI ........................................................................................................................... 2

Materiali Metallici ......................................................................................................................................... 2

Materiali ceramici .......................................................................................................................................... 3

Materiali Polimerici ....................................................................................................................................... 3

Materiali Compositi ....................................................................................................................................... 3

Proprietà dei materiali

................................................................................................................................... 4

Leggi nel mondo edilizio ................................................................................................................................ 4

Caratteristiche dei Materiali .......................................................................................................................... 5

MATERIALI DA COSTRUZIONE ........................................................................................................................... 6

Pietra artificiale ............................................................................................................................................. 6

Terra cruda ............................................................................................................................................ 6

Laterizi ................................................................................................................................................... 7

Conglomerati: le malte .......................................................................................................................... 8

Legno ........................................................................................................................................................... 11

Vetro ............................................................................................................................................................ 13

Altri Materiali

............................................................................................................................................... 16

TECNICHE DI COSTRUZIONE DEL PASSATO...................................................................................................... 17

Murature ..................................................................................................................................................... 18

Solai in legno ................................................................................................................................................ 20

Solai in ferro ................................................................................................................................................ 22

Coperture..................................................................................................................................................... 23

TECNICHE DI COSTRUZIONE MODERNE .......................................................................................................... 25

TAMPONAMENTI PESANTI .......................................................................................................................... 25

TAMPONAMENTI LEGGERI .......................................................................................................................... 31

Serramenti ................................................................................................................................................... 34

Solai ............................................................................................................................................................. 35

COPERTURE INCLINATE ............................................................................................................................... 39

COPERTURE PIANE ....................................................................................................................................... 43

SCALE: .......................................................................................................................................................... 45

RIVESTIMENTI: ............................................................................................................................................. 47

PAVIMENTAZIONI: ....................................................................................................................................... 47

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Nel settore delle costruzioni, generalmente, i materiali si suddividono in quattro grandi famiglie:

 Materiali metallici

 Materiali ceramici

 Materiali polimerici

 Materiali compositi

Materiali Metallici

I materiali metallici sono molto presenti nell’ingegneria soprattutto nelle strutture delle costruzioni, spesso

fatte in acciaio. La famiglia di metalli è molto vasta: alluminio, rame, stagno, ottone ecc.

La principale caratteristica è che non sono metalli puri, sono leghe, nelle quali basta una piccolissima

percentuale di variazione di carbonio per passare da ghisa (resistente ma fragile) ad acciaio (meno resistente

ma più utile nelle costruzioni).

I metalli hanno inoltre struttura cristallina allo stato solido, così i cristalli che li compongono si incastrano

ottimizzando le loro caratteristiche.

Tra queste, una delle caratteristiche importanti, è la loro elevata resistenza meccanica, inoltre si comportano

allo stesso modo sia a trazione che a compressione, a differenza della pietra, come si può notare dalla curva

di deformazione-tensione (vedi la figura in seguito).

Il calcestruzzo non armato resiste a compressione ma non a trazione.

L’ acciaio invece ha una fase post-critica di grandi dimensioni, arriva a

resistenza massima ma continua a deformarsi senza rompersi.

La pietra invece arriva alla massima resistenza e dopo poco si spacca

(tipico di un materiale con il comportamento fragile).

Un’altra caratteristica importante è il comportamento sensibile alle

variazioni di temperatura: se ho una struttura in acciaio,

tendenzialmente viene lavorata sulla superficie con delle vernici ad

elevate resistenze ad alte temperature per aumentare di grado di

sicurezza la struttura in acciaio. Di per sè il materiale resiste, ma se

supera la temperatura massima, disgrega la struttura cristallina e

passo a uno stato fortemente duttile - cioè deformabile.

I metalli sono anche degli ottimi conduttori, ma questo dal punto di vista ingegneristico è uno svantaggio,

perché le onde elettromagnetiche passano con grande facilità, nella costruzione questo porta una difficoltà

a mantenere certe condizioni all’interno, in quanto il calore entra ed esce con grande facilità (vale anche per

.

onde sonore, quindi problemi acustici)

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Materiali ceramici

La caratteristica principale è che per diventare un materiale ceramico da costruzione, deve essere cotto.

È un materiale considerato “pietra artificiale” perché ha caratteristiche simili a una pietra (di conseguenza si

ricordi anche il comportamento fragile a trazione) ma è fatta dall’uomo.

Dopo la cottura, un materiale ceramico arriva quasi sempre a una forma cristallina ma, rispetto ai metalli,

può avere anche una parte non-cristallina, ovvero una struttura amorfa: non tutte le molecole sono

ottimizzate per cui i cristalli sono incastrati correttamente.

Sono materiali con maggiore resistenza a compressione piuttosto che a trazione

Per quanto riguarda le sollecitazioni termiche, rispondono bene sia a un calore elevato sia alle variazioni di

temperature, proprio perché hanno subito una fase di cottura (superiore a 1000°C).

È molto stabile dal punto di vista chimico, infatti hanno un’attività chimica molto ridotta, che permette di

essere indifferente alla presenza di sali, acqua ecc.

Materiali Polimerici

Sono recenti, risalgono al XIX e fine XX secolo. Sono materiali che possono essere “progettati”. Infatti

polimerico significa composto da molecole che possono essere legate artificialmente a seconda delle

,

necessità. Tutti materiali plastici sono materiali polimerici quindi possono essere riciclati e riusati al 100%.

Tuttavia il materiale polimerico è diviso in 2 sottocategorie: termoindurenti e termoplastici.

Termoindurenti: hanno una struttura reticolata che rendono il polimero non lavorabile dopo il processo di

polimerizzazione, perciò possono subire un’unica lavorazione termica a caldo.

Una volta fatta la miscela a caldo, dalla forma finale non si può fare più niente.

Termoplastici: possono subire “n lavorazioni a caldo”, quindi sono i migliori per il riciclo. Hanno ottime

caratteristiche meccaniche, sono buoni isolanti termici e acustici. Infatti, tutti i serramenti in PVC sono

termoplastici.

Materiali Compositi

Sono materiali composti da un materiale principale, chiamato matrice, rafforzato con un altro materiale a

seconda della necessità, ad esempio il calcestruzzo, fatto da legante + acqua.

Compositi fibro-rinforzati: con la matrice, per aumentare la resistenza a compressione e a trazione, metto

delle fibre minuscole resistenti, generalmente quelle di vetro (il vetro in sé è debole perché presenta micro-

fessure al suo interno, ma se è piccolo, le fessure sono quasi nulle.

Quindi generalmente i materiali compositi possono essere creati a seconda delle esigenze (resistenza

termica, meccanica, isolante ecc.).

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Proprietà dei materiali

 Coefficiente di permeabilità ad acqua e vapore: nel nostro ambito quello all’acqua deve essere quasi

nullo, ma al vapore più ne ha meglio è, al fine di evitare il problema di umidità relativa. Se ho un

materiale poco permeabile, questo porta alla condensazione sulle pareti, che a sua volta porta

l’acqua. Ma quest’ultima è disastrosa per quasi tutti i materiali da costruzione.

 Porosità: ha un’influenza molto significante, al punto di vista strutturale tanto più una cosa è porosa,

meno resisterà. Vengono definite due forme di porosità: aperta e chiusa.

- Aperta ha un contatto diretto tra l’interno e l’esterno, e permette quindi un

passaggio di liquidi o di gas.

- Chiusa è quando ho un buco ma senza un contatto con l’esterno.

 Densità: legata alla massa, è un rapporto tra peso e volume. Grazie alla porosità ci può essere la

densità apparente (cioè che tiene conto dei pieni e dei vuoti) oppure la densità reale.

 Peso specifico: utile nelle costruzioni perché tiene conto delle gravità (carico

distribuito/concentrato). È un rapporto tra il peso e il volume totale.

Leggi nel mondo edilizio

Sia al livello internazionale sia a quello locale, il mondo edilizio viene governato da un gruppo di regole.

 Regole cogenti a cui si è obbligati seguire (leggi, come decreti legislativi, decreti attuativi).

 Normative tecniche (non sempre cogenti) - che sono dei “consigli tecnici”. Spesso sono metodologie

da seguire, fatti da enti tecnici molto di prestigio che ti dicono come fare certe cose, per evitare delle

complicazioni.

Da una parte c’è il Cogente, dall’altra parte il standard, gli standards sono molto importanti, in quanto molto

spesso vengono richiamati dentro le leggi cogenti.

Sigle per le normative: (dopo la sigla viene un numero e un anno)

 ISO International Standard Organisation, di validità globale

 EN, a livello europeo

 UNI Unit national institution, nazionali

Nella maggior parte dei casi due norme vanno in contrasto e quindi possono essere convertite in ISO-EN, o

ISO-EN-UNI, quindi ricevere correzioni per il livello nazionale.

 RN (Livello regionale e locale): decreti attuativi legislativi cogenti

 A livello locale, fino al comune, ci sono i regolamenti edilizi.

Solitamente, se tu hai una norma più stringente, ne devi tenere conto, se meno stringente, vale quella

superiore.

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Caratteristiche dei Materiali

 Gelività: è l’attitudine di un corpo a rompersi in seguito a sollecitazioni dovuti al gelo, è fondamentale

soprattutto quando si tratta di un rivestimento esterno

L’unità di misura è la percentuale di diminuzione di una proprietà del materiale (che può essere il peso o il

volume).

 Proprietà meccaniche di resistenza (a deformazioni): Si lavora in una porzione della curva di deformazione

detta elastica, lavorando con “valori di esercizio”, ovvero valori in cui il materiale può lavorare in sicurezza.

 Conducibilità termica: non dipende dalle dimensioni del provino, è una proprietà intrinseca.

 Caratteristiche acustiche: viene considerato il livello sonoro espresso in decibel. Esprime quanto il materiale

riesce a ridurre il rumore dall’esterno o viceversa.

 Resistenza al fuoco: c’è un decreto ministeriale (cogente) che classifica ogni materiale per le caratteristiche

di resistenza a fuoco, va dalla classe 0, materiale incombustibile, alla classe 6, altamente infiammabili.

Nel caso della progettazione, il livello va da 0 a 3.

Abbiamo anche la classe REI: rappresenta la resistenza meccanica, la tenuta alle fiamme e gas e l’isolamento

termico in presenza di un incendio. (massimo REI è 180 minuti)

 Resistenza meccanica: l’elemento costruttivo mantiene le sue caratteristiche meccaniche anche in

presenza di fuoco

 Tenuta alle fiamme e al gas: per un determinato tempo il fuoco non passa nell’altra stanza

 Isolamento termico: la parete è in grado di non far propagare il grandissimo calore in altre parti di

edificio.

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Pietra artificiale

Con “artificiale” si intende ogni materiale ottenuto, al termine di un processo produttivo qualsiasi, a partire

da una materia prima o da una miscela di materie.

A questa famiglia appartengono molti materiali da costruzione di uso comune: la terra cruda, i laterizi, il

calcestruzzo, le malte, e alcuni prodotti, di più recente realizzazione, genericamente definiti compositi

artificiali

 Terra cruda

La terra cruda fa parte delle pietre artificiali, ed è un materiale di origini remote, ne abbiamo esempi risalenti

al VII millennio a.C.

Il motivo di tale interesse è legato all’abbondanza di tale materia prima, all’economicità dell’impiego, alla

semplicità delle tecniche, e infine di recente gli sono state attribuite caratteristiche coniugabili col criterio di

sostenibilità della costruzione. Basta pensare all’Africa e la sua disponibilità della terra pressochè ovunque,

con il costo “nullo”.

Materiale

La terra cruda è una miscela di argilla, limo, sabbia e talvolta ghiaia e pietrisco.

A seconda del tipo di terreno in uso il materiale assume diverse proprietà fisico-chimiche; si distinguono:

terra organica, sabbiosa, ghiaiosa, sabbiosa, limosa, argillosa.

Tali terreni variano le loro proprietà in funzione dello stato idrico, perciò esiste tale ulteriore classificazione

(in ordine crescente di stato idrico): conglomerato compatto e friabile, terra secca, terra umida, terra plastica,

terra molle, terra liquida o fango. L’acqua garantisce l’attivazione delle forze interne di legame.

Resistenza a compressione: così come la pietra naturale, lavora principalmente a compressione, con

resistenza a sollecitazione variabile a seconda del materiale sciolto e dalla miscela usata. (varia tra 0.5 e 5

2

N/mm ). La resistenza a trazione è un decimo della resistenza a compressione. In caso dovesse lavorare a

trazione, si aggiungono dei materiali adeguati

Tecniche costruttive

Le tecniche più utilizzate sono quella del pisé (getto di terra cruda in casseforme) e quella dell’adobe

(mattone crudo formato artigianalmente con stampi di legno)

Terra battuta (Pisé): consente di realizzare murature continue compattando, strato dopo strato, terra umida

versata in casseformi lignei smontabili, per consentire lo spostamento.

Per tale tecnica si preferisce la terra di tipo sabbioso, mescolata con ghiaia e pressata con un maglio (piseur)

fino a farle assumere la consistenza voluta.

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La muratura procede a blocchi sovrapposti, ognuno del quale presenta dei fori dovuti ai bastoni dei

casseformi che vengono successivamente chiusi o lasciati a vista .

Mattone crudo (Adobe): si tratta di un blocco di terra seccato al sole, realizzato gettando un impasto di terra

e acqua in appositi telai di legno.

La terra viene colata, senza compressione (a differenza del pisè), a

partire dagli angoli dei telai fino al loro riempimento; segue una

lisciatura superficiale per eliminare il materiale in eccesso; viene poi

staccato il telaio e il mattone viene lasciato asciugare in orizzontale in

un’area asciutta e riparata per un numero di giorni variabile per le

condizioni climatiche. Vengono poi girati su uno spigolo per

completarne l’essiccamento (può durare 3-4 settimane).

Per confezionare i blocchi si usa una pressa che consente una resistenza meccanica superiore e costante

sull’intera produzione.

Le dimensioni dei mattoni sono varie in base alle tradizioni locali, di norma di ha larghezza pari a metà

lunghezza e altezza pari a metà larghezza.

 Laterizi

Sono un materiale ceramico, che subisce una cottura; questo comporta la trasformazione quindi di un

insieme di materiali solidi