Appunti esame Scienza e tecnica delle costruzioni

Malte ............................................................................................................................................................... 10

Calce ................................................................................................................................................................ 11

Cemento .......................................................................................................................................................... 12

Gessi ................................................................................................................................................................ 12

Collanti ............................................................................................................................................................ 12

Calcestruzzo .................................................................................................................................................... 13

Calcestruzzo armato ....................................................................................................................................... 14

MURI ................................................................................................................................................................ 14

LE STRUTTURE DI ELEVAZIONE VERTICALI DISCONTINUE ............................................................................... 16

LEGNO .............................................................................................................................................................. 17

Legno lamellare ............................................................................................................................................... 19

METALLI ........................................................................................................................................................... 19

Ferro ................................................................................................................................................................ 20

Ghisa ................................................................................................................................................................ 20

Acciaio ............................................................................................................................................................. 20

COPERTURE DEGLI AMBIENTI (STRUTTURE DI ORIZZONTAMENTO) ............................................................... 22

I SOLAI .............................................................................................................................................................. 22

LE SCALE ........................................................................................................................................................... 26

CHIUSURE ........................................................................................................................................................ 27

VETRO .............................................................................................................................................................. 29

FINESTRE .......................................................................................................................................................... 30

I RIVESTIMENTI ESTERNI DEGLI EDIFICI E GLI STRATI DI FINITURA ................................................................. 32

I rivestimenti a intonaco ................................................................................................................................. 32

I rivestimenti lapidei ....................................................................................................................................... 32

I rivestimenti in cotto e ceramici .................................................................................................................... 33

I rivestimenti in legno ..................................................................................................................................... 33

I rivestimenti in metallo acciaio (lamiere, lastre) e metalli non ferrosi ....................................................... 33

34

COPERTURE INCLINATE ...................................................................................................................................

COERTURE PIANE ............................................................................................................................................. 36

FACCIATE CONTINUE E VETRO STRUTTURALE ................................................................................................ 39

LE VOLTE .......................................................................................................................................................... 43

LE FONDAZIONI ................................................................................................................................................ 44

2

AZIONI E CARICHI

Stabilità strutture data da:

 Peso

 Azioni esterne

 Materiali (resistenza ai carichi)

 Forma della struttura

CARICHI a cui è soggetta una struttura: (i carichi sono indicati da un vettore che indica intensità e verso)

 Carichi permanenti: peso proprio struttura

PESO PROPRIO (kg) = VOLUME (kg) x DENSITA’ (kg/m3; volume/peso) = V x D

 Carichi accidentali: possono esserci oppure no

Carichi mobili: persone, animali, veicoli, ecc.

o Agenti naturali: neve, vento ecc.

o

 Carichi accidentali esterni: dipendono da fattori esterni (condizioni meteo)

AZIONI

 Modo in cui si esercitano

 Dirette

concentrate,

o distribuite

o - uniformemente

- non uniformemente

 Indotte (deformazioni, variazioni nel tempo)

 Variazioni di intensità nel tempo

 Permanenti (pesi propri, pressione terreno, pressione acque, ecc.). Sono costanti nel tempo

 Accidentali (carichi mobili, spinta del vento, neve). Variano nel tempo.

 Eccezionali (collisioni, esplosioni, terremoti, incendi, ecc.)

 Risposta strutturale

 Statica (non produce accelerazioni)

 Dinamica (produce accelerazioni)

DEFORMAZIONE DEI CORPI

Ogni corpo si deforma:

 Allungamento

 Accorciamento

 Comportamento elastico: materiale che dopo essere stato sottoposto a un carico torna alla sua forma

iniziale (non subisce cambiamenti).

 Materiali non elastici = fragili, essi non hanno fase plastica e la rottura avviene con fessure.

 Comportamento plastico: materiale che dopo essere sottoposto a un carico mantiene la deformazione

(non torna alla forma iniziale).

PRINCIPI DELLA COSTRUZIONE

Ogni costruzione deve garantire:

 Resistenza = capacità dei materiali di sopportare le sollecitazioni

 Equilibrio = capacità della struttura di restare stabile sotto l’azione dei carichi. 3

Crollo della struttura → distanza fra gli interassi.

La resistenza strutturale e la condizione di equilibrio di una costruzione dipendono dalla capacità dei

materiali, elementi e strutture a rispondere ad azioni esterne ed interne.

 I° legge dinamica: Un corpo è immobile fino a che non gli si applica una forza.

 II° legge: Un corpo è immobile se la risultante delle forze applicate è uguale a zero.

Condizioni di equilibrio:

 Alla traslazione

 Verticale: cedimento terreno

 Orizzontale: si ha movimento delle forze non sono uguali

 Alla rotazione: M = F · b

Le sollecitazioni: è una forza o sistema di forze agenti sulle strutture. Stabilità quando ∑F e ∑M = 0.

 Interne: tensioni nel materiale (equilibrio struttura)

 Semplici

- Compressione: deformazione in accorciamento

- Trazione: deformazione in allungamento

- Taglio: scorrere le particelle una rispetto al altra.

 Composte

- Flessione: compressione + trazione. Porta all’incurvamento

Trave appoggiata: valori massimi in mezzeria e appoggi hanno tensione nulla

- Torsione: ruotare le sezioni e produce deformazioni di taglio

 Esterne

Vincoli strutturali

 Appoggio: traslazione orizzontale e rotazione

 Carello: traslazione orizzontale

 Cerniera: rotazione

 Carrello + cerniera: rotazione e traslazione orizzontale

 Incastro: no gradi di libertà

SISTEMA EDILIZIO

 Sistema ambientale: unità ambientali + elementi spaziali

 Spazio elementare: distanze minime o i moduli standard

 Unità ambientale: singole stanze

 Unità abitativa: è l’insieme delle unità ambientali

 Organismo abitativo: insieme di unità abitative (condominio)

 Sistema tecnologico: unità tecnologiche + elementi tecnici. Le classi tecnologiche sono:

 Strutture in elevazione o portanti: sostengono e trasmettono i carichi al terreno

- Verticali

 Lineari: pilastri, colonna

 Piane: muri

- Orizzontali

 Lineari: travi orizzontali

 Piane: solaio 4

- Spaziali

 Piani: archi e trave reticolare

 Tridimensionali: volte, cupole

 Chiusure: separano gli spazi interni dall’esterno

 Partizioni interne: dividono gli spazi interni di un edificio

 Partizioni esterne: articolano gli spazi esterni

STRUTTURE DI ELEVAZIONE

Continue

 i carichi trasmessi a terra in maniera continua lungo tutta la linea del muro

 materiali idonei per costruire strutture di elevazione continue: rocce, argille (cotte al sole o in

forni (laterizi)), legno e calcestruzzo di cemento

Discontinue: i carichi sostenuti dai pilastri che scaricano il peso in maniera discontinua

PRINCIPI COSTRUTTIVI ELEMENTARI LINEARI

Pilastri e colonne

 Portano carichi compressivi verticali.

 Problematiche: instabilità (buckling), snellezza, pressoflessione.

Trilite

 Formato da architrave (lavora a flessione e taglio) che poggia sui piedritti.

 Se si aumenta la distanza tra i piedritti (luce) → instabilità struttura.

 Struttura che lavora per massa

Telaio

 Giunzione di architrave e piedritti attraverso i nodi (trasmettono forse e momenti flettenti)

 Piedritti: assorbono le sollecitazioni di compressione e flessione dell’architrave

 Struttura → deve resistere a compressione, flessione e taglio

Capriata

 Struttura portante discontinua a forma triangolare

 Principio statico: indeformabilità della struttura triangolare con nodi rigidi

 Monaco: sostiene la catena

 Catena o tirante: lavora a trazione

 Puntoni: lavorano a compressione eccentrica

Trave

 Sostiene il peso in modo perpendicolare alla direzione del carico

 Carico concentrato → flessione

 Maggiore è la luce → sezione più grande

 Trave reticolare: insieme di aste complanari vincolate per far sì che l’elemento sia resistente.

Permette di avere luci più grandi. Fatta da elementi leggeri. 5

ELEMENTI STRUTTURALI CURVI

Arco

 Copre luci maggiori rispetto al trilite

 Struttura che lavora per forma

 Chiave di volta: serve per dare stabilità all’arco

 I conci sono sottoposti a compressione

 I giunti: orientati verso il centro di curvatura e spingono lateralmente sui piedritti

 Stabilità dell’arco → Regola del terzo medio: risultante delle spinte orizzontali dento il terzo medio

 Stabilita piedritto → regola del terzo medio. Se non succede metto la catena oppure uso un

contrafforte oppure rialzo il sesto dell’arco.

 Si costruisce con l’uso della centina

Volte

 Derivano dall'estensione dell’arco.

 Necessitano di sistemi di contrasto alle spinte.

ELEMENTI STRUTTURALI PIANI

Verticali: MURO E SETTO

 Muro: costruito con materiali più antichi e dal grande spessore

 Funzione: sostenere gli elementi strutturali orizzontali (travi) dei solai e delle coperture

 Regole: filari il più orizzontali possibili con pochi spazi, sfalsamento dei giunti tra i blocchi, si

può usare o no materiale legante

 Setto: costruito con materiali contemporanei e dallo spessore e dalla lunghezza minori

 Ruolo delle murature:

- ruolo portante, strutturale

- ruolo di divisorio interno (tra ambienti)

- ruolo di tamponamento

Orizzontali: SOLAIO

RIGIDITÀ FLESSIONALE

È data da: → modulo di elasticità × momento d’inerzia della sezione

INTRODUZIONE AI MATERIALI – COMPORTAMENTO MECCANICO

Proprietà fondamentali

 Rigidità: Capacità di opporsi a deformazioni elastiche. Acciaio > calcestruzzo > legno.

 Fragilità: Rottura improvvisa senza deformazioni plastiche. Tipici: vetro, ceramici, pietra.

 Plasticità: Deformazioni permanenti senza rottura. Tipico: acciaio.

 Densità: Influenza i carichi permanenti.

 Isotropia: Proprietà identiche in tutte le direzioni. Acciaio → quasi isotropo.

 Anisotropia. Proprietà variabili a seconda della direzione. Legno → fortemente anisotropo. 6

MATERIALI E CARATTERISTICHE STRUTTURALI

PIETRA

 Proprietà

 materiale fragile

 non elastico

 non resistente alla flessione

 resite alla compressione

 non è adatta per realizzare elementi strutturati soggetti a trazione e a flessione 7

 Per strutture portanti continue o discontinue

 In blocchi per la realizzazione di strutture di elevazione continue (piane): Muri (verticali) e

volte

 In blocchi per la realizzazione di strutture di elevazione discontinue (lineari)

- Strutture verticali lineari pilastri, colonne

- Strutture arcuate lineari archi e piattabanda

 In blocchi per la realizzazione di strutture tridimensionali cupole

 A secco o con uso di materiale legante (malte)

 Caratteristiche prestazionali, dipendono da:

- Struttura cristallina e formazione della pietra (caratteristiche intrinseche)

- Agenti esterni (sollecitazioni e agenti ambientali e modalità di reazione)

 Buona resistenza a compressione – poca resistenza a trazione

 Non è adatta per realizzare elementi strutturati soggetti a trazione e a flessione

 Attitudine a essere lavorate

 Durezza: attitudine a resistere ad azioni meccaniche. dipende dalla compattezza e dalla

coesione. Usa la scala di Mohs. Classificazione in base alla loro segabilità:

- Pietre tenere: segabili con seghe dentate (tufi, calcari, travertini)

- Pietre semidure: segabili con lame lisce e sabbie silicee

- Pietre dure: segabili con lame lisce e sabbie quarzose o smeriglio

- Pietre durissime: segabili con polveri diamantifere industriali

 Divisibilità: quanto essa può essere divisa in piani

 Anisotropia: direzione degli sforzi stratificazione dei banchi

 Comportamento in caso di impiego in edilizia

 Resistenza a compressione

 Durevolezza: attitudine a durare nel tempo. Fattori che influiscono: intrinseci (minerale da

cui proviene la pietra), estrinseci (agenti atmosferici) e gelività (materiali di essere soggetti

a disgregazione per la presenza di tensioni indotte dal congelamento dell’acqua assorbita).

 Aderenza con le malte: azione che avviene tra diversi materiali per effetto delle loro forze

molecolari. Fattori che influiscono: fisici (porosità e asperità) o chimici (le parti minerali

influiscono nella presa e indurimento)

 Resistenza all’usura: resistenza opposta dal materiale al consumo delle pareti superficiali

MATERIALI CERAMICI: Usati per realizzare strutture di elevazione verticali continue

Argilla

 Tipologie: terra cruda o terra cotta

 Provenienza: sedimenti di grana fine che derivano dalla alterazione fisico-chimica di feldspati

operata dagli agenti atmosferici

 Costituzione: silice + alluminia + acqua + ferro, sodio, potassio e calcio + impurità

 Impieghi:

- Adobe: formata in stampi e cotta al sole

- Pisè: posta on casseforme e pressata

- Cotto: è un prodotto ceramico. Formato in stampi e cotta in fornace

 Plasticità: capacità di avere facile lavorabilità con aggiunta di acqua.

 Argilla grassa: prevale la parte attiva (particelle finissime). Se troppo grassa in cottura si ritira. Si

usano prodotti smagrati: additivi organici o minerali (sabbia, polvere di carbone)

 Argilla magra: prevale la parte inerte (minerali cristallini). Se troppo magra: non si lavora bene e

non resiste a alte temperature 8

 Cottura: fondamentale per stabilizzare il materiale a contatto con l’acqua.

 Colore: influenzato da: composizione argilla, tempo di cottura, temperatura di cottura, percentuale

di ossigeno.

 Classificazione in base alla porosità: a pasta porosa o a spasta compatta

 Caratteristiche: proprietà coesive, buona plasmabilità, plasticità, forte adesività, poco durevole

(erosione).

 Processo di lavorazione:

1. Estrazione: controllare provenienza materiale

2. Preparazione argilla: fare un impasto uniforme

3. Produzione: 1) formatura a caldo o a freddo – 2) taglio – 3) essiccatoio

4. Essicazione: stabilizza il prodotto e conferisce la resistenza meccanica

5. Cottura

I. Cottura

II. Ciclo termico

III. Imballo

6. Consegna

Mattoni

 Classificazione in base alla cottura:

 Albasi

 Mezzani

 Ferrioli

 Impeghi: dipendono dal tipo di prodotti. Usati per le murature portanti e per i divisori

 Per strutture verticali lineari e piane (pilastri colonne, muri)

 Per strutture arcuate lineari, superficiali e tridimensionali (archi, volte e cupole)

 Per pareti verticali senza ruolo portante (divisori, tamponamenti)

 Per elementi di alleggerimenti per solai

 Per rivestimenti (pavimentazioni, coperture, intonaci di rivestimento esterno e interno)

 Densità: rapporto tra la massa di un corpo e il volume che occupa

 Tipologia di prodotti: dipendono dal processo di cottura e di lavorazione.

 Laterizi per murature: pieni, forati o forati cellulari

 Laterizi per strutture orizzontali: forati (tavelle, tavelloni, pignatte)

 Laterizi per coperture: pieni (tegole, tegole marsigliesi ecc)

 Misure: 12 x 25 x 5,5

 Caratteristiche prestazionali:

 Buona resistenza a compressione

 Scarsa resistenza a trazione

 Buona resistenza al fuoco

 Fragilità: materiali per pavimenti. Si misura per abrasione.

 Imbibizione: capacità di un materiale immerso in un liquido di assorbirlo e trattenerlo

 Assorbimento: quanto un materiale riesce a farsi penetrare per capillarità

(alto=igroscopico)

 Aderenza alle malte: buona per i materiali porosi

 Anti sdrucciolevolezza: limitare cadute

 Impermeabilità: capacità a non lasciarsi attraversare dall’acqua

 Coibenza termo-acustica: offrire una buona resistenza al passaggio di calore e del suono.

 Pulibilità: capacità di mantenere l’aspetto originale con solo la normale pulizia.

 Resistenza ala fuoco: l’attitudine a conservare per un certo periodo di tempo: 9

- Stabilità (R) Resistenza meccanica sotto l’azione del fuoco

- Tenuta (E) Resistenza al passaggio della fiamma

- Isolamento (I) Resistenza alla trasmissione del calore

I mattoni refrattari possono resistere senza fondersi né rammollirsi fino a 2000°C

I LEGANTI E LE MALTE

Leganti

Malte

 Composizione: legante (calce, gesso) + materiali rocciosi a grana fine (sabbia) + acqua

 Classificazione:

1. Secondo il diametro dei granuli di sabbia:

- Con sabbia fine → malte per intonaci lisci

- Con sabbia media → malte per murature e intonaci grezzi

- Con sabbia grossa → malte per murature e intonaci robusti

2. Secondo il tipo di legante:

- Malte di calce aerea: calce + acqua + aggregati fini

- Malte di calce idraulica: calce idraulica + acqua + aggregati

- Malte cementizie: cemento + acqua + aggregati

- Malta bastarda: più leganti + acqua + aggregati

- Malte di gesso: gesso + acqua + aggregati 10

 Malta di allettamento: Servono per legare i corsi e le pietre.

 Malte da intonaco: se usate per rifinire all’esterno un muro e proteggerlo dagli agenti atmosferici

 Impieghi malta:

 Costruire i muri (malta di allettamento, tra un filare – corso – e l’altro, tra un pezzo e l’altro)

 Costruire pilastri

 Costruire archi, volte e cupole

 Posare un rivestimento verticale o orizzontale (es. lastre di pietra, imbottitura di malta)

 Rifinire la superficie dei muri con uno strato resistente alle intemperie (malta da intonaco)

 Impieghi malte idrauliche:

 Per confezionare malte per locali umidi o in strutture murarie sotto il piano di campagna;

 Per rallentare la presa delle malte cementizie usate nelle murature

 Per gli intonaci

Calce

 Legante usato nel passato, materiale naturale

 Deriva dal carbonato di calcio puro

 Ciclo di produzione calce aerea:

1. Inizia dalle rocce calcaree

2. Cottura (Calcinazione): Le rocce vengono cotte in forni a temperature elevate (800-900°C).

3. Ottengo l'ossido di calcio (calce viva)

4. Spegnimento (Idratazione): La calce viva viene fatta reagire con l'acqua → produce calce

spenta o idrossido di calcio

- Con molta acqua → il grassello di calce, una pasta morbida

- Con poca acqua → calce idrata in polvere

5. Stagionatura per 2 o 36 mesi: importante per evitare i grumi di calce (calciroli)

6. Presa e Indurimento (Carbonatazione): Quando la calce spenta viene utilizzata come malta

o intonaco, si indurisce lentamente a contatto con l'aria. L'idrossido di calcio reagisce con

l'anidride carbonica presente nell'atmosfera, riformando carbonato di calcio e rilasciando

acqua.

7. Si torna alla sua forma chimica originale

 Calci idrauliche: carbonato di calcio + silice + alluminia + ossidi di ferro = Marne

1. Cottura

- 800°C → Calce aerea magra

- 900℃ → Reazioni tra componenti argillosi e calcare. Più protrae la cottura più

aumenta l’idraulicità

- 1000°C → Solidificazione e inerzia all'acqua

2. Polverizzazione

3. Aggiunta di acqua → presa

 Impieghi: confezionare malte da usare in luoghi umidi, per rallentare la presa delle mate

cementizie o per intonaci

 Pozzolana: usata dai romani per idraulicizzare la calce (dare più resistenza). È un materiale

inorganico, composto da argilla + altri minerali ed è di origine vulcanica. 11

Cemento

 Composto da: carbonato di calcio (78%) + marne e argille (22%)

 Dopo presa e indurimento ha resistenza meccanica buona. Buona resistenza a compressione.

 Lavorazione:

1. Macinazione

2. Stagionatura

3. Cottura

4. Ottengo