Materiali ed elementi costruttivi

Materiali ed elementi costruttivi

Cos'è la tecnologia

Il termine tecnologia deriva da TECNO (mestiere, arte) e LOGIA (pensiero, parola). Per i Greci la tecnologia è ciò che svela il vero nel bello, per i tedeschi è lo studio dei processi e degli strumenti meccanici e dei relativi metodi connessi alla produzione architettonica. Etimologicamente rappresenta la regola del fare. La tecnologia è da definirsi lo studio di risorse e tecniche che permettono di realizzare il processo di trasformazione di un'idea in un progetto, in un'opera di architettura per rispondere alle esigenze dell'abitare. È quindi lo studio di risorse materiali e tecniche costruttive. Da sempre gli uomini costruiscono i propri ripari, i modi di costruire si trasformano molto lentamente. L'industria delle costruzioni tende ad innovare. (es. 100 anni fa si costruiva con il calcestruzzo armato, ma ora cerchiamo di innovare il materiale e le tecniche).

Elementi e sistemi costruttivi

Elementi costruttivi (pilastro/trave) sono elementi tipici per morfologia, per localizzare all'interno dell'edificio e per il tipo di prestazione fornita.

Sistemi costruttivi (capriata) sono costituiti da un insieme integrato.

Materiali costruttivi

Materiali tradizionali: pietra, laterizio, legno, ferro (acciaio), vetro.

Materiali ingegnerizzati: cemento armato, calcestruzzo armato, acciaio, legno, vetro.

Lettura di un'opera di architettura

Leggere un'opera di architettura significa sapere scoprire le motivazioni, le specificità, sapere i vincoli e le trasformazioni.

Requisiti ed esigenze

La scomposizione del sistema tecnologico è necessaria. Preambolo: è noto che per anni si è utilizzato un certo valido sistema costruttivo funzionante. Esso si è tramandato nel tempo grazie all'esperienza. È opportuno aggiungere però, che certe esperienze non sono ancora maturate (vedi impiego del calcestruzzo armato dal 1948). Infatti inizialmente il calcestruzzo armato veniva chiamato "eterno", cosa che si è rivelata falsa.

Dagli anni '50/'60 il settore dell'edilizia è un settore industrializzato, ha quindi a disposizione diversi materiali e mezzi di costruzione. L'esperienza non è quindi sufficiente all'impiego di essi! L'approccio è quindi ora prestazionale esigenziale. Si ha quindi una vera svolta da un punto di vista normativo: da normativa morfologica descrittiva a normativa esigenziale prestazionale.

• Normativa morfologica descrittiva: basata sulla forma (descrivo tutto di un determinato tetto, dico i materiali che devi usare ecc..)
• Normativa esigenziale prestazionale: mi baso solo su esigenze e prestazioni. In questo caso l'innovazione non si ferma!

Metodologia prestazionale esigenziale

Non mi interessa solamente che la struttura stia in piedi, ma devo avere accortezza delle esigenze del luogo, delle prestazioni dovute. Per esempio, nel caso di un nodo tecnologico avendo a disposizione una grande quantità di prodotti, scelgo il materiale adeguato all'esigenza. È importante riconoscere che costruire significa risolvere un problema, ovvero dimostrare e giustificare razionalmente che le soluzioni adottate sono funzionali. La soluzione tecnica che vado a scegliere è l'espressione di prestazioni controllabili, misurabili e in grado di garantire le esigenze dell'uomo. Devo quindi dimostrare che la soluzione tecnica è corretta, devo partire da esigenze da soddisfare, validare (per esempio prove meccaniche) ogni soluzione che soddisfa le esigenze e dimostrare che ogni problema progettuale può essere scomposto in sotto problemi. Il soddisfacimento delle esigenze è valutato indipendentemente da forma e materiale.

Sistema esigenziale

Esigenze > requisiti > prestazioni -->> specifiche di prestazione (numeri) --> riferite a unità ambientali o componenti > metodi di verifica (numeri da verificare).

• La qualità di una soluzione è basata su valori numerici controllabili (specifiche di prestazione).

L'esigenza è ciò che in un determinato luogo e periodo storico è richiesto o ritenuto utile per il conseguimento di un benessere materiale o morale per i singoli o per la società. Le esigenze possono essere: quantificabili, non quantificabili (benessere, sicurezza), singole, collettive.

Classi esigenziali

• Sicurezza (incolumità degli utenti)
• Benessere (insieme delle condizioni relative a stati del sistema edilizio adeguati alla vita, alla salute e allo svolgimento della vita degli utenti)
• Fluibilità (attitudine del sistema edilizio ad essere adeguatamente usato per le attività)
• Aspetto (fruizione percettiva del sistema percettivo degli utenti)
• Gestione (gestione del sistema edilizio dagli utenti)
• Integrabilità (attitudini delle unità e delle componenti edilizie a connettersi funzionalmente tra loro)
• Salvaguardia dell'ambiente: mantenimento e miglioramento degli stati dei sovrasistemi di cui il sistema edilizio è parte.

Le esigenze sono condizionate dal tempo (oggi appare esigenza qualcosa che non lo è stato o non lo sarà) e fattori di contesto (attività svolte all'interno dell'edificio, di natura fisiologica; azioni esterne sull'organismo edilizio, natura sociale e antropologica).

Sistemi e norme tecniche

Un edificio può essere scomposto in 2 sottoinsiemi:

• Sistema ambientale spaziale --> divisioni spaziali
• Sistema tecnologico --> divisioni materiali e funzionali (unità tecnologiche e elementi tecnici)

NORMA UNI 7867

Chiusura verticale requisiti:

• Sicurezza: supportare senza deformazione la sicurezza e la funzionalità. Resistere alle sollecitazioni da carico dovuto a peso proprio, carico di servizio, vento e regolare il flusso d'acqua.
• Benessere: mantenere la temperatura della superficie interna il più possibile vicina alla temperatura dell'aria dell'ambiente interno limitando l'apporto di impianti, controllare fenomeni di condensa, isolare da rumori, controllare l'illuminazione per lo svolgimento attività all'interno.
• Aspetto: tramite per comunicare i principali contenuti architettonici dell'edificio.
• Integrabilità: tra gli elementi che la compongono e con gli altri sottoinsiemi.
• Gestione: mantenere invariata nel tempo la qualità (maggior riferimento negli ultimi anni).

Chiusura superiore requisiti:

• Sicurezza
• Benessere
• Fruibilità
• Aspetto
• Integrabilità
• Gestione

Sistema tecnologico partizione interna verticale requisiti:

• Sicurezza: elettrica, asetticità, stabilità statica, ininfiammabilità
• Benessere: igrometrico, acustico, visivo, olfattivo
• Fruibilità
• Aspetto
• Integrabilità
• Gestione: mantenere integrità, umidità, manutenzione

Approccio esigenziale

• Requisito: richiesta di comportamento rivolta ad un determinato elemento edilizio di possedere caratteristiche di funzionamento tali da soddisfare determinate esigenze in condizioni d'uso prefissate e in determinati fattori esterni.
• Prestazione: comportamento caratteristico di un componente edilizio all'impiego
• Specifica di prestazione: parametrizzazione qualitativa e quantitativa di un requisito
• Metodi di verifica: insieme di regole necessarie a valutare il comportamento di un elemento. Essi descrivono i principi delle prove, i dati, le attrezzature, e le procedure necessarie, i criteri di lettura e interpretazione dei risultati delle prove.
• Controlli:
  • a priori: verifica di idoneità prima dell'uso effettivo (es acustica)
  • a posteriori: dopo la realizzazione del progetto - verifica di prestazione

Sollecitazioni e deformazioni

Azioni di natura fisico-chimica sulle costruzioni.

• Dirette: modi in cui si esercitano
• Indirette: concentrate in un punto o distribuite su superfici

Statica risposta strutturale dynamica ipotizzate come azioni che non variano o variano lentamente (terremoti)

Fisse variazioni nello spazio libere variazione integrità nel tempo.

• Permanenti
• Variabili (mobili)
• Eccezionali (terremoto)

Carico permanente (Kg) - peso proprio (VOLUME X DENSITA' = m³x(Kg/m³)) + tutti i pesi che gravano in modo permanente sulla struttura

Carico accidentale (KN/m²) - somma carichi mobili (persone, animali, veicoli, attrezzature) es. un solaio deve resistere 2KN/m² ovvero 200Kg/m²

Densità di alcuni materiali:

Vincoli

Collegamenti specifici che uniscono ogni parte in un sistema. Sono destinati a equilibrare il sistema delle forze (carichi) attraverso le reazioni vincolari (forze passive).

Grado di libertà: quanto possono muoversi i vincoli determinano una struttura: ipostatica (meno vincoli rispetto alle esigenze delle struttura), isostatica, iperstatica.

Carrello: (appoggio semplice) vincolo singolo - spostamento solo sull'asse X e rotazioneCerniera: vincolo doppio - solo rotazioneIncastro: limita tutti e 3 i gradi di libertà.

Sollecitazioni

Azioni esterne possono causare sollecitazioni; per mantenere un equilibrio il materiale deve donare forze uguali e contrarie.

• Compressione: quando le forze esterne producono, lungo l'asse del solido, una contrazione lungo tutta l'estensione delle sezioni L - deltaL
• Trazione: quando le forze esterne producono un allungamento in misura costante lungo tutta l'estensione delle sezioni L + deltaL
• Flessione: quando le forze esterne tendono a far ruotare le sezioni trasversali del solido producendo allungamento in una e accorciamento nell'altra delle zone in cui il solido è diviso. Ogni sezione subisce una rotazione rispetto ad un asse. Maggiore è la distanza dell'asse neutro e maggiore è lo scorrimento.
• Taglio: deformazione che consiste in uno scorrimento relativo tra le 2 parti nel caso in cui ci siano 2 forze opposte (compressione e trazione) ortogonali tra loro e agenti a 45° dall'asse.
• Torsione: per effetto della deformazione ogni sezione trasversale tende a ruotare intorno al proprio baricentro.
• Carico di punta (in elementi snelli, es. pilastri): se supero un determinato limite di snellimento, l'oggetto può subire un incurvamento laterale.

Asse neutro: asse del solido che non subisce alcun sollecitamento. Più ci si allontana dall'asse neutro più aumentano le sollecitazioni.

Elementi snelli: solidi che hanno dimensioni trasversali ridotte rispetto alla lunghezza.

Comportamento al fuoco

Insieme di trasformazioni fisiche e chimiche conseguenti all'esposizione del fuoco di un materiale o di un sistema costruttivo. Capacità di non produrre fumi tossici.

Esempio: le opere devono rispondere a direttiva europea 89/106CEE: resistenza meccanica e stabilità, sicurezza in caso di incendio.

L'opera deve essere costruita in modo che in caso di incendio:

• La capacità portante dell'edificio possa essere garantita per un determinato tempo.
• La propagazione del fuoco e del fumo siano limitate (attenzione ai materiali).
• La propagazione del fuoco alle opere vicine sia limitata.
• Gli occupanti possano lasciare l'opera o essere soccorsi.
• Sia presa in considerazione la sicurezza delle squadre di soccorso.

Prevenzione

Studiare e mettere in atto tutte le misure che possono ridurre i danni in caso di incendio.

Reazione al fuoco

Grado di partecipazione di un materiale combustibile al quale è sottoposto. Dipende dai seguenti parametri:

• Infiammabilità: capacità di un materiale di entrare e permanere in stato di combustione con emissione di fiamme e/o durante l'esposizione ad una sorgente di calore.
• Velocità di propagazione delle fiamme: velocità con la quale il fronte di fiamma si propaga in un materiale.
• Gocciolamento: capacità di un materiale di emettere gocce di materiale fuso dopo e durante l'esposizione ad una sorgente di calore.
• Post-incandescenza: zone incandescenti dopo lo spegnimento della fiamma che potrebbero innescare nuovamente il fuoco (brace).
• Sviluppo di calore nell'unità di tempo: quanto calore viene emesso nell'unità di tempo da un materiale in stato di combustione.
• Produzione di fumo: capacità di un materiale di emettere un insieme visibile di particelle solide o liquide in sospensione nell'aria risultanti da una combustione incompleta in condizioni definite.
• Produzione di sostanze nocive: emettere gas.

Normativa europea

UNI EN 13501-1 del 2009 "classificazione al fuoco..".

I materiali vengono classificati secondo EUROCLASSI.

• Materiali inorganici:
  • Classe A1: materiale non combustibile (calcestruzzo, laterizio)
  • Classe A2: materiale non infiammabile
• Materiali organici:
  • Classe B: materiale difficilmente infiammabile
  • Classe C: materiale mediamente infiammabile
  • Classe D: materiale facilmente infiammabile
  • Classe E: materiale altamente infiammabile
  • Classe F: reazione del materiale al fuoco non determinata

La classificazione europea prevede anche la classificazione da 0 (assente) a 3 (elevato) per fumo e gocciolamento.

Ad esempio: prodotti isolanti installati lungo le vie di esodo potranno essere classe A2, s1, d0 (s=smoke, d=drops).

Altro esempio: classe di reazione A1: laterizio. Esso subisce una fase di cottura a 1000°C, perciò non è infiammabile, gli elementi in laterizio non emettono gas o sostanze pericolose e contengono le probabilità di danni e le conseguenze al fuoco.

Resistenza al fuoco

Attitudine di un elemento da costruzione a garantire un adeguato livello di sicurezza della costruzione in condizioni di incendio.

• Capacità portante (R): in caso di incendio, attitudine di una struttura a conservare una sufficiente resistenza meccanica sotto l'azione del fuoco.
• Capacità di compartimentazione (E): ermeticità. Non lasciare passare né produrre fiamma, vapori o gas caldi sul lato opposto.
• Isolamento termico (I): attitudine a ridurre la trasmissione di calore.

La dicitura alla resistenza al fuoco può essere REI, RE o R a seconda delle necessità.

La classificazione europea prevede W come emissione di energia. Quindi un elemento può essere classificato EW, E, EI.

REI: tempo (in min) durante il quale la resistenza la fuoco deve essere garantita. 10 classi standard di resistenza al fuoco: 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240, 360 (6h).

Le prestazioni di resistenza al fuoco possono essere determinate in base a: prove o tabelle.

es. 120 12cm 60 8cm REI spessore parete.

Una muratura portante deve garantire un certo REI, una parete di tamponamento può essere anche soltanto EI.

In una parete a stratificazione asimmetrica la resistenza al fuoco varia in funzione della direzione del flusso di calore, infatti lo spessore dello strato o la successione di vuoti modifica la resistenza al fuoco.

Requisiti da soddisfare - livello prestazionale richiesto

• Livello I: nessun requisito specifico di resistenza al fuoco
• Livello II: requisiti di resistenza sufficiente all'evacuazione
• Livello III livello IV: limitato danneggiamento
• Livello V: alcun danneggiamento

Compartimento antincendio

Compartimentazione: suddivisione di un edificio in parti per evitare che un incendio che ha inizio in un ambiente si propaghi nei compartimenti confinanti. Ogni compartimento deve essere provvisto di vie di fuga che portino a luoghi sicuri. Ogni tipologia edilizia è sottoposta a specifici controlli dai vigili del fuoco.

Protezione acustica

Isolamento acustico: capacità che ha una struttura di ridurre l'energia acustica che si propaga per via aerea dall'ambiente disturbante a quello ricevente.

Potere fonoisolante (R): differenza tra il livello di potenza sonora incidente e quello trasmesso.

Coefficiente di trasmissione sonora (t): rapporto tra energia trasmessa e energia totale incidente sul corpo. R = 10 log/t.

Il potere fonoisolante di una struttura è definito da: legge della massa R = 20 log (mf) - 44. m = massa per unità di superficie (kg/m²), R = potere fonoisolante (dB), Hz = frequenza del suono incidente.

In edilizia, l'isolamento acustico consente di ostacolare la trasmissione sonora tra 2 ambienti grazie all'interpolazione di un mezzo fisico di separazione.

L'aumento della massa comporta l'aumento delle difficoltà che un'onda incontra per mettere in oscillazione la struttura; aumento del potere fonoisolante. L'aumento della frequenza e la diminuzione della lunghezza d'onda portano all'incremento delle capacità fonoisolanti. Ogni raddoppio della massa e della frequenza del suono comportano un aumento del potere fonoisolante.

Rumore da impatto: emissione sonora di una struttura che avviene per eccitazione meccanica causata da urti, vibrazioni e strisciamenti.

Metodi per isolamento da impatto: rivestimenti resilienti, pavimenti.