materiali ed elementi costruttivi

materiali ed elementi costruttivi - prof Claudio Piferi

- cos'è la tecnologia. Il termine 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 che sono 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. E' 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 COSTRUTTIVI (pilastro/trave)

elementi tipici per morfologia, per localizzare all'interno dell'edificio e per il tipo di

prestazione fornita.

SISTEMI COSTRUTTIVI (capriata)

costituiti da un insieme integrato.

MATERIALI TRADIZIONALI : pietra, laterizio, legno, ferro (acciaio), vetro

MATERIALI INGEGNERIZZATI: cemento armato, calcestruzzo armato, acciaio, legno ,

vetro

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

preambolo: è noto che per anni si è utilizzato un certo valido sistema costruttivo

funzionante. Esso si è tramandato nel tempo grazie all'esperienza.

E' 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.

E' 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).

Un edificio può essere scomposto in 2 sottoinsiemi :

1. sistema ambientale spaziale --> divisioni spaziali

2. sistema tecnologico --> divisioni materiali e funzionali (unità tecnologiche e

elementi tecnici)

NORMA UNI 7867

sistema tecnologico unità tecnologica classi di

elementi tecnologici

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

strutture fondazione

dirette,indirette elevazione

verticali, orizzontali contenimento verticale, orizzontale,

inclinate, spaziali

chiusure verticale pareti esterne

verticali, infissi verticali orizzontale inferiore solai controterra, infissi

orizzontali orizzontale spazi aperti solai su spazi

esterni superiore coperture, infissi

esterni orizzontali

partizioni interne orizzontali solai

verticali

pareti interne inclinata scale

attrezzature interne arredo domestico pareti

contenitori

e esterne blocchi servizi blocchi

servizi

impianti di

fornitura servizi impianti di climatizzazione alimentazioni,

gruppi termici

reti centrali, centrali impianto elettrico

'' ''

>sistemi in cui posso scomporre un edificio

alcuni approfondimenti:

sistema tecnologico CHIUSURA conforma gli spazi interni del sistema rispetto

all'esterno

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 T della sup interna il più possibile vicina alla T dell'aria

dell'ambiente interno limitando l'apporto di impianti, controllare fenomeni di

condensa, isolare da rumori, controllare illuminazione per svolgimento attività

all'interno.

-aspetto : tramite per comunicare i principali contenuti architettonici dell'edificio

- integrabilità: tra gli elementi che la compongono che 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

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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 l 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

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SOLLECITAZIONI E DEFORMAZIONI

azioni di natura fisico-chimica sulle costruzioni

DIRETTE modi in cui si esercitano

INDIRETTE

concentrate in

un punto o distribuite su sbalzi di

temperatura

superfici

STATICA risposta strutturale

DINAMICHE

ipotizzate come azioni che non azioni che

mutano rapidamente

variano o variano lentamente

(terremoti)

FISSE variazioni nello spazio

LIBERE variazione integrità nel tempo

PERMANENTI VARIABILI (mobili)

ECCEZIONALI

(peso proprio)

(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: Kg/m3 KN/m3 (1KN

= 0.102Kg)

acciaio 7860 78.6

alluminio 2700 26.0

calcestruzzo 2400 24.0

laterizio 1800 18

legno (abete/castagno) 600 6

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 rotazione

cerniera: vincolo doppio - solo rotazione

incastro: 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 t.

- la propagazione del fuoco e del fumo siano limitate (occhio 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 UNIEN 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: m. mediamente infiammabile

CLASSE D: m. facilmente infiammabile

CLASSE E: m.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.

CAPACITA' PORTANTE: ( R ) in caso di incendio attitudine di una struttura a conservare

una sufficiente resistenza meccanica sotto l'azione del fuoco.

CAPACITA' DI COMPARTIMENTAZIONE: (E) ermeticità. Non lasciare passare ne 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 determinati 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 edilizio e 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 en trasmesso e en totale

incidente sul corpo. R = 10log/t

Potere fonoisolante di una struttura è definito da: LEGGE DELLA MASSA R = 20log

(mf)-44

m = massa per unità di sup (kg/m2)

R = potere fonoisolante (dB)

Hz = freq 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 fonoisolante. Ogni raddoppio della m