Materiali Esami 1

Regola d'arte e innovazione

Una cosa fatta a regola d'arte significa che viene fatta come di tradizione e si conosce già, quindi elimina ogni incertezza. L'innovazione invece è qualcosa di nuovo e può essere:

• Del prodotto: modifica il risultato finale con vantaggi economici, materici e temporali (materia, forma…)
• Del procedimento: interessa la produzione e non ha mutamenti formali (materie, energia…)
• Del processo: porta a nuove soluzioni (messa in opera, uso…)

L'innovazione non è mai spontanea ma indotta e non è mai totale, ed è condizionata da tempo e luogo (una cosa innovativa oggi non lo era anni fa e innovativa in Italia non lo è in un altro paese).

Esigenze, requisiti e prestazioni

La qualità è il grado con cui un prodotto soddisfa i bisogni. Ci sono vari enti:

• ISO: mondiale
• CEN: europeo
• UNI: italiano

In architettura devono essere soddisfatte varie qualità prestazionali come: prestazioni termiche, acustiche, resistenza all'azione sismica (non ci sono edifici antisismici per eccellenza e le reazioni possono essere di 2 tipi: accompagnano il movimento o si oppongono), rispetto dell'ambiente e comportamento al fuoco.

In Italia si è abituati a un processo lineare: architettonico → strutturale → impiantistico → esecuzione. Ma dovrebbe essere circolare perché bisogna pensare subito a tutti i fattori: architettonico → strutturale → esecuzione → impiantistico. Il progetto è una parte importante alla quale, però, viene dato poco spazio. Il progettista deve soddisfare le esigenze del committente che variano nel tempo e in base al tipo di progetto. Le classi esigenziali sono:

• Sicurezza: difesa e prevenzione dei danni possibili
• Benessere: termico, acustico, visivo
• Fruibilità: adattabilità allo spazio
• Aspetto
• Gestione
• Integrabilità
• Salvaguardia dell'ambiente

Non è possibile soddisfare tutte le esigenze ma bisogna scegliere le priorità in base al tipo di progetto. I metodi di verifica possono essere fatti a priori (su campioni o simulatori) o a posteriori (su parti reali).

Sistema edilizio

Il sistema edilizio si classifica in base alla complessità:

• Materia prima: base, può essere naturale o riciclata
• Materiali da costruzione: destinati all'edilizia senza specifica destinazione d'uso
• Semilavorati: hanno subito trattamenti
• Elementi edilizi: hanno una forma definita e una destinazione d'uso ma non sono autonomi
• Componenti edilizi: svolgono una funzione complessa
• Unità preassemblate: assemblaggio di più componenti edilizi
• Organismo edilizio: complesso completo

Sollecitazioni e deformazioni

Ogni elemento portante è sottoposto a varie sollecitazioni che possono essere dirette o indirette, permanenti, variabili, eccezionali o sismiche e alle quali può rispondere in maniera statica o dinamica. Ogni elemento ha 3 gradi di libertà (orizzontale, verticale o ruotare su se stesso) che possono essere sottratti con dei vincoli. Essi possono essere:

• A carrello: impedisce una direzione di spostamento
• A cerniera: elimina 2 gradi di libertà
• A incastro: elimina tutti i gradi di libertà

Un corpo può essere sottoposto a varie sollecitazioni come:

• Compressione: le due forze spingono nella stessa direzione e sono opposte
• Trazione: le due forze sono parallele alle facce e spingono in due direzioni opposte
• Flessione: le due forze agiscono sulla stessa faccia nella stessa direzione e si ha la compressione dell'intradosso e la trazione dell'estradosso.
• Taglio: le due forze spingono nella stessa direzione e su due facce parallele. Per rispondere a questa sollecitazione viene messo un ferro a 45°
• Torsione: due facce parallele vengono fatte ruotare in due direzioni diverse
• Carico di punta: entra in gioco il fattore geometrico e tende a flettere l'elemento

Terra cruda

È composta da:

• Ghiaia: le più usate sono quelle di fiume e quelle di cava. Ha un diametro superiore ai 5 mm e da sola ha poco attrito e coesione.
• Sabbia: ha un diametro tra 0,8 e 5 mm, ha una frizione interna elevata e poca coesione da secca.
• Limo: ha un diametro tra 0,2 e 0,8 mm, ha poca resistenza, attrito e coesione.
• Argilla: ha dei micrograni (0,002 mm), da umida è malleabile mentre da secca è dura e compatta. Assorbe e cede acqua ed è instabile.

Non tutte le terre sono idonee per le costruzioni, ad esempio i terreni organici sono troppo spugnosi e instabili. La terra cruda può classificarsi anche in base alla quantità d'acqua:

• Conglomerato compatto
• Terra secca: solida e friabile
• Terra umida
• Terra plastica
• Terra molle
• Terra liquida e fango

L'elasticità della terra si calcola in base ai limiti di Attemberg. Se la terra ha una buona quantità di argilla lascia le mani sporche; all'impasto si possono aggiungere altri materiali per rendere la terra più stabile e adatta. Il periodo di lavorazione influenza la struttura del prodotto: l'autunno è la stagione più adatta. La sua concentrazione prescinde dalle zone sismiche e piovose.

La composizione del suolo si può valutare al tatto:

• I granuli di sabbia danno una sensazione di rugosità
• Il limo è plastico
• I suoli sabbio-limosi, quando si pressano tra indice e pollice, scricchiolano
• L'argilla secca è difficile da seccare ma se viene bagnata è molto malleabile

Oppure tagliando una pallina di argilla con una lama, se è lucida è argillosa, se è opaca è limosa. Mettendo terra e acqua in un flacone e agitando si avrà la separazione delle componenti dopo varie ore (sabbia, sul fondo; limo e argilla). Dopo aver lasciato riposare il fango per due giorni, preparare delle sfere di 2,0 cm circa di diametro e verificarne la resistenza tramite la pressione delle dita: se la pallina si rompe non si può usare il suolo, se non si rompe, si può.

Ci sono vari tipi di lavorazioni:

• Adobe: è un impasto di 2/3 di terra e 1/3 di acqua che viene versato in forme di legno, compresso per aumentare la densità e la resistenza meccanica e poi fatto seccare al sole (1-3 settimane) girandoli ogni volta per avere un'asciugatura omogenea. → Mattoni in terra cruda [muratura]
• Bauge: è un composto molto grasso, ricco di limo e argilla con paglia e fibre, lavorato fino a raggiungere una consistenza plastica e viene posata senza casseri. Ha bisogno di 1 giorno di riposo e ha una buona resistenza a compressione ma scarsa a trazione e a flessione. → Strutture monolitiche [muratura]
• Pisé: realizza strutture monolitiche facendo seccare il materiale umido nelle casseforme di legno in cui la terra viene compattata con una mazza lignea ogni 20 cm. → Con casseforme [muratura]
• Torchis: veniva usata in epoca romana e prevede un telaio di legno su cui viene fatto un tamponamento in terra cruda → Terra su telaio in legno [tamponamento]
• Terra-paglia (leichtlehm): l’impasto di terra e molta acqua determina un impasto viscoso (barbottina) che viene versato su balle di paglia fino a ricoprirle completamente. → Terra su balle di paglia. [tamponamento]

Le costruzioni in terra cruda devono essere protette con intonaci in terra e devono essere rifatti ogni anno (nei villaggi vengono fatte feste in cui ognuno prende parte alla manutenzione) (l'intonaco non può essere in cemento perché è troppo duro e tenderebbe a staccarsi).

Materiali ceramici

L'argilla è una roccia sedimentaria composta da silicato idrato di alluminio e ossido di ferro. È facilmente plasmabile e modellabile. I materiali ceramici si dividono in quelli a:

• Pasta porosa: terracotta, laterizi, refrattari…
• Pasta compatta: gres, porcellana, clinker…

Quelli a pasta porosa sono facilmente scalfibili, permeabili e soggetti a maggior usura. Il laterizio è un materiale da costruzione artificiale ottenuto dalla cottura dell'argilla e fu molto usato anche dai romani. Segue un importante processo produttivo:

1. Estrazione: avviene in cave a cielo aperto poco profonde con dei nastri trasportatori che rimuovono lo strato superficiale di terra alluvionale e procedono allo scavo di argilla sottostante.
2. Preparazione: si ottiene un impasto omogeneo e si divide in 4 fasi:
   • Stagionatura: esposizione agli agenti atmosferici ma riparata dalla pioggia
   • Cernita: eliminazione delle sostanze estranee
   • Macinazione: frantumazione per ottenere la grandezza giusta
   • Impasto: formazione della pasta

L'argilla in base alla composizione si può dividere in:

• Argilla grassa: se prevale la parte legante
• Argilla magra: se prevale la parte inerte (più è magra più è difficile lavorarla)

3. Modellazione: può avvenire in 3 modi:
   • Blocchiere: prodotti per stampaggio
   • Filiere: prodotti per estrusione, nata nei paesi bassi e molto più economica, per le tegole è più difficile perché i due estremi hanno altezze diverse (viene fatto ruotare)
4. Essiccamento: il prodotto viene fatto asciugare in essiccatori che tolgono l'acqua in eccesso tramite aria calda di riciclo dai forni
5. Cottura: deve essere lenta per non creare fessure o screpolature. Durante questa fase il mattone perde la sua plasticità e viene cotto in forni Hoffman (a fuoco mobile) a temperature di 900-1050°. Il forno Hoffman è il più diffuso ed è una galleria, a fiamma continua, divisa in 4 parti che cuociono il materiale lentamente.
   • 120° l'impasto perde acqua e plasticità
   • 120°-700°: si completa la disidratazione e i grani si compattano
   • 700°-1200°: si solidifica
   • 1200°: si vetrifica
6. Stoccaggio: vengono imballati e confezionati.

Nel laterizio alleggerito in pasta possono essere aggiunti dei materiali (palline di polistirene, segatura di legno, sansa di olive esausta …) che durante la cottura bruciano per farlo cuocere più velocemente e lasciando dei vuoti che alleggeriscono il materiale.

Il colore del laterizio dipende da vari fattori:

• Composizione dell'argilla e percentuali di ferro (colore rosso) e carbonato di calcio (colore giallo)
• Tempo di cottura
• Temperatura di cottura
• Percentuali di ossigeno

Dallo stesso impasto si ottengono 3 tipi di colorazioni diverse:

• Alabasi: poco cotti, di colore giallo, molto porosi e poca resistenza meccanica
• Mezzani: ben cotti, rosso
• Ferrioli: troppo cotti, scuri e poco aderenti alla malta.

La lavorazione del laterizio è molto diffusa e ha un basso impatto ambientale sul trasporto, può essere riciclato come sottofondo stradale e riempimento buche o può essere lavorato per diventare terra battuta per i campi da tennis. L'efflorescenza si manifesta con delle macchie bianche sul mattone dovute all'assorbimento, da parte del mattone, dell'acqua contenuta nelle malte con presenza di sali che, con l'evaporazione dell'acqua, si depositano sul mattone. Questo problema si potrebbe risolvere immergendo il mattone nell'acqua prima di metterlo a contatto con la malta. Il salnitro (nitrato di potassio, calcio e magnesio) si manifesta con delle macchie che vanno dal basso verso l'alto ed è dovuto all'assorbimento di umidità dal terreno e può essere risolto separando il mattone dal terreno con un materiale che non assorbe acqua. Essendo il laterizio un materiale poroso, tende ad assorbire l'acqua che, depositandosi nei pori, con l'abbassamento di temperatura gela e, aumentando di volume, esercita un'opposizione interna che rompe il mattone.

Muratura portante

Una struttura può essere lineare (scarica il peso in modo omogeneo e ha l'aspetto di una scatola) (è composta da muro portante e muro di controvento) o puntiforme (è formata da pilastri e travi su cui è posto il solaio e muri di tamponamento). L'Eurocodice sei dà alcune indicazioni sulla muratura portante:

• Compattezza e simmetria lungo i due assi ortogonali
• Continuità in elevazione evitando i muri a sbalzo (i muri portanti devono arrivare fino a terra)
• Le strutture orizzontali e del tetto non devono essere spingenti
• I solai devono essere spessi ed avere rigidezza con il muro
• Le fondamenta devono essere in calcestruzzo armato senza interruzioni.
• Le aperture devono essere limitate, allineate e posizionate ad almeno 1 m dall'angolo
• Non bisogna aumentare la larghezza delle finestre dall'alto verso il basso

L'Italia si divide in 4 zone sismiche e, per legge:

• I muri devono avere uno spessore minimo di 24 cm (20 in zona 4)
• Il rapporto tra spessore e altezza è di 15
• L'interasse (distanza tra 2 muri) può essere massimo di 7 metri
• L'incrocio dei muri deve essere di massimo 1 metro, compreso il muro trasversale

Il cordolo è un elemento che connette il muro con il solaio e garantisce continuità tra i piani. La sua altezza è pari all'altezza del solaio al grezzo, mentre la sua larghezza è pari a quella del muro meno qualche centimetro (massimo 6) per la copertura in facciata. È un elemento di calcestruzzo armato con 4 ferri di 16 mm di diametro.

Nelle murature portanti le aperture devono essere limitate per evitare lo sbalzo. La muratura portante è stabile rispetto a forze verticali ma non a forze orizzontali, quindi i solai vengono incastrati sui muri verticali per creare una struttura più solida.

I mattoni sono elementi ceramici a pasta porosa di 5,5x12x25 cm di grandezza (con l'aggiunta di 1 centimetro di malta ogni misura è il doppio dell'altra) e pesa 3 kg. Per indicare la posa basta indicare la faccia che vedo:

• Testa (punta, chiave)
• Piatto (foglio, taglio)
• Coltello (lista, fascia)

Può essere pieno, semipieno (15% di foratura) o forato (45%) ma non viene più ritenuto un mattone. Il blocco è più grande del mattone e ha facce scanalate; non ha una misura standard e l'altezza è compresa tra 19-25 cm e la larghezza è pari a quella del muro. La percentuale di foratura è proporzionale all'uso che se ne fa e ha 2 fori più grandi per poterlo prendere.

Si possono dividere in:

• Low density: massa fino a 1000 kg/m³
• High density: massa superiore a 1000 kg/m³

La grandezza del muro si misura in teste ed esistono anche mattoni di varie dimensioni. L'apparecchiatura muraria cambia in base alla faccia che si vede e più i mattoni sono sfalsati più è resistente (se non ci sono mattoni sfalsati il muro non è portante) (per legge devono essere almeno di ¼) poiché i mattoni scaricano il proprio peso sul mattone adiacente. Possono controllare il microclima interno grazie alla capacità di accumulo di calore nella massa e la conseguente restituzione all'ambiente.

I giunti devono essere riempiti di malta e possono essere:

• Di controllo: possono aprirsi senza rompersi e si usano materiali espandibili che si collocano in punti di discontinuità di spessore, altezza o in presenza di aperture.
• Di espansione: riguardano la dilatazione termica e igrometrica e si usano materiali plastici comprimibili.
• Di collegamento: riguardano l'accostamento di materiali diversi e si usano materiali non rigidi per il collegamento.

Murature armate e articolate

La muratura armata serve per avere più resistenza nelle sollecitazioni orizzontali non permettendo alla muratura di fessurarsi. La posizione dell'armatura viene definita in base ai carichi e non deve ossidarsi né creare fessure per differenza di materiali. La muratura può essere:

• Monostrato: lo spessore del muro coincide con quella del mattone
• Pluristrato: sono due setti murari paralleli in cui una ha funzione portante e l'altra serve per renderla più stabile.

Tipi di muratura:

• Muratura cava
• Muratura a diaframma: 2 muri separati collegati da un muro trasversale
• Muratura rinforzata: la muratura è rigida e poco flessibile e tra i mattoni vengono inserite barre di metallo per rendere la muratura più solida
• Muratura armata: nei punti più deboli viene posta l'armatura metallica nel giunto di malta ogni 2 blocchi. La barra di metallo deve essere divisa con la malta