Schemi materiali ed elementi costruttivi

Materiali ed elementi costruttivi

Prof. Calcagnini

Argomenti:

• Teoria esigenziale
• Terra cruda
• Materiali ceramici
• Laterizi
• Materiali lapidei
• Muratura portante
• Pareti
• Efficienza energetica
• Isolanti termici
• Isolanti acustici
• Resistenza al fuoco
• Archi
• Piattabande
• Architravi
• Superfici curve
• Leganti
• Malte
• Intonaco
• Calcestruzzo
• Calcestruzzo armato
• Calcestruzzo armato precompresso
• Prefabbricazione
• Attacco a terra
• Fondazioni dirette
• Fondazioni indirette
• Orizzontamenti
• Collegamenti verticali
• Legno
• Bambù
• Materiali metallici
• Coperture
• Vetro
• Serramenti

Teoria esigenziale

Definizione

L'obbiettivo di soddisfare le esigenze degli utenti. Le basi sono:

• Esigenza
• Requisito
• Prestazione

Requisito:

• Specifica di prestazione
• Metodo di verifica

Le classi di esigenza sono:

• Sicurezza, include l'incolumità degli utenti e difesa e prevenzione di danni causati da fattori accidentali;
• Benessere (termico, visivo, acustico, igienico);
• Fruibilità;
• Aspetto;
• Gestione;
• Integrabilità;
• Salvaguardia dell'ambiente.

Il concetto di esigenza è strettamente legato al benessere per arrivare a tale condizione.

Requisiti

• Funzione spaziale
• Ambientale
• Tecnologico
• Durabilità
• Mantenibilità

Prestazioni

La verifica

Terra cruda

Podogenesi

Formazione del suolo. La terra deve provenire da una profondità di 30-PH superiore a 6,5; peso specifico compreso tra 1200 e 2000 kg/m³.

Ghiaia, sabbia e limo

Costituiscono la struttura data in pasto, mentre l'argilla...

• Ghiaia: frantumazione di roccia in tempi geologici.
• Sabbia
• Limo: comportamento NON plastico.

L'acqua

È possibile aggiungere stabilizzanti

Stabilizzanti estranei:

• Consolidamento
• Fessurazioni
• Impermeabilizzazione

Classificazione in funzione del componente principale

• Terreni ghiaiosi: non adatti alle costruzioni perché hanno poca coesione.
• Terreni sabbiosi: non adatti alle costruzioni perché hanno poca coesione.
• Terreni limosi: non adatti alle costruzione, perché hanno poca coesione.
• Terreni argillosi: non adatti alle costruzioni, poca stabilità perché assorbono o rilasciano troppa acqua.

La terra adatta per la costruzione ha due componenti diverse e sono dette:

1. g
2. Acqua - 25% del peso

Classificazione terra cruda secondo quantità d'acqua

• Conglomerato compatto
• Terra secca (acqua < 5%)
• Terra umida (5-15%)
• Terra plastica (15-30%)
• Terra molle (30-35%)
• Terra liquida o fango (> 35%)

Analisi del terreno

Dirette (D); Indirette (I).

Primo sistema per capire i componenti della terra (D) è la prova di lavaggio, ovvero, lavarsi le mani dopo. Per valutare la componente c'è anche la prova del sigaro, creare un cilindro lungo 30 cm, che viene fatto sporgere fino a rottura. Rottura nei primi.

Prova di analisi di sedimentazione semplificata, unendo formano.

Tecniche in laboratorio (I)

Si determina la plasticità del terreno tramite i limiti di Atterberg, che sono:

• Limite di liquidità;
• Limite di plasticità;
• Limite di ritiro;
• Limite di assorbimento;
• L'indice di plasticità;
• Coefficiente di attività.

Tecniche costruttive

• Adobe: 20% stabilizzanti.
• Mattoni: 3 settimane, poi usati per murature portanti.
• Terra compressa: adatta per murature portanti.
• Bauge o massone: murature portanti monolitiche (lunghi tempi di asciugatura).
• Pisé o terra battuta
• Torchis: calce per impermeabilizzare.
• Terra-paglia: vantaggio = leggerezza.

Caratteristiche e proprietà

Buona resistenza a compressione = 1-3 N/mm² (cupole); scarsissima resistenza a trazione (non adatta per orizzontamenti); - acqua; elevata inerzia termica con forte -60%; materiale poroso e traspirante; ottimo comportamento al fuoco; isolamento acustico di 50 dB.

Cause del degrado

Fattori intrinseci, estrinseci. I maggiori danni sono provocati dall'acqua. Intonaci impermeabili. No intonaci a base di cemento scollamento dalla terra cruda.

Materiali ceramici

Roccia sedimentaria composta da silicati idrati di alluminio + carbonato di calcio (12%), solfuro di ferro, potassio, sodio e materiali organici.

Colorazioni

• Alba
• Simezzani
• Ferrioli

Le ceramiche possono essere divise in:

Prodotti a pasta porosa

• 25%, temperatura di coltura e resistenza meccanica bassa.
• Terraglie: ceramiche a corpo bianco; leggere e porose; 55% argilla, 35% quarzo e 10% feldspato; divise in dolci (calcarea), medie (silicee), forti (feldspatiche).
• Terracotte: lavorate con matrici negative; cotta a 1000 °C; usata per i vasellami, pavimenti interni e rivestimenti parietali.
• Maioliche: argilla > silice; molto porose; buona resistenza meccanica; protetta da ingobbio o smalto.
• Refrattari: cotti a temperature > 1500 °C; bassa porosità; buona resistenza meccanica; bassa dilatazione termica, elevata resistenza di azione di sostanze fuse.

Prodotti a pasta compatta

• Klinker: quarzo, feldspato e chamotte; cottura a 1250 °C; buona resistenza meccanica e chimica; pavimento e rivestimenti esterni.
• Gres: cattura fino a vetrificazione; prodotto impermeabile; resistente al gelo, abrasione e agli attacchi chimici; rivestimenti esterni e interni; in base alla cottura si differenzia in: ordinario (1000 °C), fine (1350 °C) porcellanato (1200 °C) e chimico (1250 °C).
• Monocottura: unico momento di cottura; elevate prestazioni meccaniche; resistenza abrasione e al gelo; per gli esterni.
• Porcellane: pregiato materiale ceramico; formata da: caolino 55%, roccia feldspatica 25%, quarzo 15% e calcare 5%; rivestite da strato impermeabile e resistente.

Fasi della produzione dell'argilla

• Estrazione: prelevata da giacimenti superficiali; esposta agli agenti atmosferici (disgregazione).
• Preparazione: essiccata con aria calda e macinata a secco; + acqua impasto ± plastico.
• Modellatura: a umido (acqua) o a secco; può avvenire: a mano (stampaggio), per estrusione, per colaggio o per spruzzo.
• Essiccazione: temperatura < 100 °C evitare fessurazioni o deformazioni durante la cottura.
• Cottura: perdita plasticità trasformazioni fisico-chimiche; temperature che vanno dai 900 °C ai 2000 °C.
• Applicazione della finitura: opaca (smalto) o trasparente (vetrina o cristallina); colorata con ossidi metallici.
• Cottura della finitura: se la finitura viene messa dopo la prima cottura, che genera il biscotto, seconda cottura per fissarla; in altri casi una sola cottura.

Laterizi

Impasti eterogenei, soprattutto quelli che contengono additivi come segatura, perlite, fango di cartiera, fibre di carta e scarti di carbone.

Laterizio così ottenuto si chiama "laterizio alleggerito in pasta" ha una densità di 450-1000 kg/m³.

Fasi di produzione

• Approvvigionamento: escavazione argilla da cave a cielo aperto.
• Stagionatura e preparazione: stagionatura per eliminare sostanze estranee; 12 mesi dopo avviene la cernita, macinazione, miscelazione e bagnatura. + additivi come: combustibili (sostanze organiche) e non combustibili (sabbia, polveri e farina di vetro); i principali additivi sono: alleggerenti (per aumentare la porosità, perlite, minerali per variare la plasticità) chimici (per limitare l'efflorescenza), scarti e rifiuti.
• Modellatura: tramite stampaggio, per ottenere elementi pieni (mattoni, piastrelle, tegole e coppi); tramite estrusione, per ottenere elementi con forature (blocchi forati, tavella e pignatte).
• Essiccazione: rimuovere acqua in eccesso fino ad averne il 3%.
• Cottura:
  • Prima: forno Hoffman, con suolo mobile e materiale fisso;
  • Ora: forni a tunnel di tipo continuo utilizzo di carrelli e temperatura intorno ai 1000 °C.
• 1 Fase cottura: perdita acqua (700°C);
• 2 Fase cottura: solidificazione;
• 3 Fase cottura: vetrificazione (1200 °C).
• Stoccaggio

Manufatti

• Mattoni: per realizzare fondazioni, murature, piattabanda, archi, volte, pavimenti e rivestimenti; superficie piccola = testa; superficie media = coltello; superficie ampia = piatto o taglio; dimensioni standard UNI sono 25 x 12 x 5,5 cm, per essere afferrabile con una mano.
• Blocchi: mattoni più grandi per murature e pareti di foratura; possono essere a: sezione rettangolare, a T, L o C, con facce piane o sagomate e fori orizzontali e verticali; blocchi a incastro con dentatura di precisione per l'incastro a secco; blocchi rettificati (colla al posto della malta), per ridurre i ponti termici; blocchi per murature armate con fori per l'appoggio di armature.
• Blocchi forati: per pareti di tamponamento, separazione e divisione; percentuale di foratura superiore al 55%; superfici esterne scanalate + adesione dell'intonaco.
• Tavelloni e tavella: elementi forati con spessore ridotto, utilizzate per solai e pareti interne di divisione.
• Pignatta: nei solai si differenziano in: pignatte per solai con travetti settati in opera e pignatte per solai con travetti prefabbricati.
• Tegole e coppi: prodotti per estrusione o stampaggio; posati in combinazione o singolarmente.
• Pianelle e piastrelle: elementi lastriformi impiegati per pavimentazioni o rivestimenti.
• Elementi per canne fumarie e condotti: elementi cavi realizzati in laterizio refrattario.

Caratteristiche e proprietà

Ottima reazione al fuoco (incombustibile); buona resistenza a compressione (30 MPa); scarsa resistenza a trazione e flessione; rottura con separazione netta e immediata.

Cause di degrado

• Efflorescenza: depositi di sostanze dovuta ai sali (solfati); sali contenuti negli elementi in laterizio o nella malta; sono danni estetici; riducono la resistenza termica.
• Salnitro: quando una combinazione di nitrato di potassio, calcio e magnesio si forma nel terreno (processo di decomposizione di materie organiche) si sposta verso l'alto per l'umidità.
• Degrado per gelività: acqua entra nei fori più grandi, si raffredda aumenta volume; l'acqua viene spinta nei fori più piccoli; continuo del processo di gelo e disgelo causa rottura.

Materiali lapidei

Classificazione geologica (in funzione del processo di trasformazione)

• Magmatiche (primarie): raffreddamento e solidificazione dei magmi; si dividono in: intrusive, effusive; alta resistenza a compressione; buona resistenza al gelo; bassa resistenza all'attrito; dense e poco lavorabili.
• Sedimentarie (secondarie): sono il 75% della crosta terrestre; si generano in 4 fasi: decomposizione di sostanze varie, trasporto del materiale detritico, deposito, trasformazioni fisico-chimiche; alcuni tipi sono: ghiaia, breccia, arenarie, argilla, tufi, calcare e travertino; scarsa resistenza a compressione; buona resistenza all'attrito; media resistenza al gelo; densità medio-alta.
• Metamorfiche: non omogenee; derivate da rocce magmatiche o sedimentarie (dopo radicali cambiamenti); sono: marmi, serpentini, scisti, quarziti, ardesia e gneiss.

Classificazione commerciale

Marmi: -4; graniti: -7; travertini: -giallo; pietre non lucidabili.

Classificazione per massa volumica apparente

• Molto leggeri
• Leggeri
• Mediamente pesanti: (peperini e travertini)
• Pesanti
• Molto pesanti

Fasi di produzione

• Coltivazione della cava: possono essere "a cielo aperto"
• Estrazione
• Trasporto
• Lavorazione: scolpellatura; barattatura; fresatura o incisione; tornitura; navigazione e lucidatura.

Caratteristiche meccaniche

Buona resistenza a compressione; scarsa resistenza a trazione; buona resistenza all'urto.

Proprietà tecnologiche

Materiali lapidei caratterizzati dalla lavorabilità, divisibilità e durevolezza.

Cause di degrado

• Fattori estrinseci
• Fattori intrinseci

Sostenibilità

Risorsa non rinnovabile, ma riutilizzabile; consumo di energia causato dal trasporto.

Muratura portante

Criteri generali secondo normativa

• Piante compatte e simmetriche rispetto a due assi ortogonali
• Continuità di lavazione
• Strutture orizzontali
• Solai per ripartire azioni orizzontali tra strutture verticali
• Agli incroci è buona norma avere almeno 1 m di muro privo di bucature

Cordolo: elemento in calcestruzzo armato; collega i sette in piani successivi; larghezza di 6 cm. Muratura resistente a compressione, ma non a trazione servono controventamenti o muri di spina.

Tipi di muratura

• Monostrato
• Pluristrato
• Cava
• A diaframma
• Rinforzata
• Armata concentrata estremità dei sette per formare un telaio
• Armata diffusa
• Armata post-compressa prefabbricato

Pareti

Le chiusure verticali devono soddisfare dei requisiti:

• Isolamento termico
• Inerzia termica
• Isolamento acustico
• Controllo della condensa
• Resistenza meccanica a carichi verticali e orizzontali
• Resistenza al fuoco

Pareti di tamponamento

• Parete monostrato + isolamento interno
• Parete pluristrato
• Parete a cassetta, tra di loro c'è isolamento termico + intercapedine d'aria
• Parete a cassetta vuota
• Parete ventilata
• Chiusure leggere