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CONCETTO DI ESIGENZA E PRESTAZIONE DEGLI EDIFICI
•ambiente idoneo in cui vivere
•Progresso continuo verso costruzioni sempre più funzionali e confortevoli
•Consumo di risorse naturali
•Riproporre o inventare soluzioni
Mettere in relazione il modo di pensare una costruzione con le esigenze alle quali la costruzione dà una risposta nel suo contesto = leggere nei modi del costruire, le motivazioni e le specificità con le quali il progetto li ha assunti e trasformati in un opera di architettura
Si costruisce per soddisfare determinate richieste in conseguenza a deteminate esigenze:
•sicurezza,
•comfort,
•uso,
•gestione,
•costi,
•ambiente
TECNOLOGIA – sistemi normativi conoscenze scientifiche e tecniche
Le NORME si esprimono in termini di requisiti, ovvero di richieste di prestazioni relative alle opere o agli elementi tecnici che le realizzano, controllano il risultato da ottenere, lasciando al progetto e alla produzione il compito di definire la soluzione più idonea
Alla PROGETTAZIONE TECNOLOGICA spetta il compito specifico di andare oltre la correttezza per costruire il linguaggio di un’opera e del suo farsi attraverso i procedimenti che la originano, la utilizzano, la riqualificano, nel tempo della sua vita utile.
Requisiti essenziali delle opere (direttiva europea 89/106/CEE relativa ai prodotti da costruzione)
1.Resistenza meccanica e stabilità
2.Sicurezza in caso di incendio
3.Igiene, salute e ambiente
4.Sicurezza di utilizzazione
5.Protezione contro il rumore
6.Risparmio energetico e isolamento termico
CONCETTO DI SISTEMA
•organismi edilizio = sistema di oggetti e segni
•processo edilizio = sistema di decisioni, comunicazioni, operazioni
•sistema = relazione dinamica di elementi che lo costituiscono relativamente ai fini ed obiettivi.
Un sistema si definisce per le relazioni che si instaurano fra di esso e il contesto in cui si colloca, in rapporto agli obiettivi e ai fattori di condizionamento.
L’EDIFICIO può essere interpretato come:
•Sistema di elementi, spazili e tecnici, organizzato per il soddisfacimento di esigenze abitative, caratterizzato delle sue funzioni delle sue diverse parti e dalle prestazioni fornite
•Sistema di oggetti materiali (elementi architettonici e costruttivi), che si strutturano nell’unità di una specifica architettura
•Sistema aperto, ovvero un sotto sistema in relazione con il sito, con il luogo, con la città, con il territorio, completando e realizzando in queste relazioni la sua funzionalità ed il suo significato.
•SISTEMA DI FUNZIONI TECNICHE identificare le diverse parti in rapporto alle esigenze, valutare le prestazioni attraverso la scomposizione (vedi tab.)
•SISTEMA DI ELEMENTI COSTRUTTIVI si individuano gli elementi che implicano determinati sistemi costruttivi, connessi a determinati materiali da costruzione
•SISTEMA COSTRUTTIVO indica il principale materiale strutturale
•PROCEDIMENTO COSTRUTTIVO indica il metodo con il quale la costruzione viene realizzata
GEOMETRIA DEGLI ELEMENTI
MODALITA’ COSTRUTTIVE
TECNICA ESECUTIVA
TIPOLOGIA STRUTTURALE
•portante
•di tamponamento
•come sopportano i carichi, resistenza…
•come i singholi elemnti lavorano individualmente
•come contribuiscono nel lavoro dell’intera struttura
ELEMENTI STRUTTURALI:
elementi portanti:muratura, pilastri, fondazione
portati unidirezionali:travi, lamiera profilata
elementi portati multidirezionali:solai
CARICHI E SOLLECITAZIONI
un edificio viene di continuo spinto e tirato da forze varie
•Forza di gravità – carico statico
•Carichi mobili
•Carichi accidentali
il progettista sceglie, combina e proporziona dispositivi ed elementi strutturali per tradurli in forme costruibili e non nel comportamento fondamentale dei dispositivi stessi
Una colonna o muro che tendano ad imbozzarsi possono essere rese sicure se ne aumentiamo la grossezza in misura sufficiente o se vengono rafforzati lateralmente con puntoni di compressione o cavi di ritegno di trazione
Gli elementi sotto sollecitazioni di trazione, come corde,cavi, aste e catene, non hanno tendenza ad imbozzarsi e di conseguenza in molte applicazioni strutturali possono essere molto sottili
Come sostenere tetti e pavimenti? Un dispositivo profondo, come una catena lunga o una travatura reticolare profonda,o una trave, in genere (fino ad un certo punto) avranno minori sollecitazioni
strutturali interne e avranno bisogno di meno materiale per reggere lo stesso carico di un dispositivo non profondo, che avrà più alte sollecitazioni interne e richiederà più materiale In una catena ciascuna maglia è in equilibrio poiché esattamente si equivalgono il peso della maglia e le forze esercitate dalla stessa sui due lati.
Curvatura a punti iperbolici Sono possibili luci estremamente lunghe tra due sostegni, se i pali sono abbastanza alti da consentire la necessaria profondità di avvallamento del tessuto e se il tessuto è
sufficientemente teso sì da impedire ondeggiamenti e svolazzamenti al soffiare del vento
Tensione e compressione La proporzione del peso della catena stessa ed il peso che viene retto deve
essere la stessa di quella prevista tra il peso delle pietre e il peso che esse sopporteranno
Spinta e trazione bilanciate
La capriata semplice
Il traliccio
Spinta e trazione bilanciate
La capriata semplice
Il traliccio
TIPOLOGIA COSTRUTTIVA A PARETE
Casa in legno nel Madagascar sudorientale. Pareti formate da assi verticali tetti in legno e persiane ornamentali, il tutto assemblato con picchetti di legno e incastri a mortasa e tenone.
tipica struttura su tre livelli di una chiesa nei Carpazi, composta interamente da un incastro di tronchi, con tetti in scandole lignee sormontati da cuspidi e cupole.
capanna di tronchi a una sola stanza. Alloggio rudimentale di molti pioneri e primi coloni nelle
Americhe. I tronchi erano incastrati agli angoli con tacche sovrapposte per migliorare la stabilità. Il camino in pietra è un’aggiunta posteriore.
TIPOLOGIA COSTRUTTIVA A OSSATURA PORTANTE:
SISTEMA A TELAIO E TAMPONAMENTO
STRUTTURA A CRUCK – Gran Bretagna e nord Europa. L’impalcatura è composta da tre strutture cruck legate da una trave di colmo e da due traverse.
Nel Medioevo, il legname per i crick proveniva da alberi abbattuti con sega e ascia, veniva sbozzato con un’accetta, assemblato a terra e poi sollevato
Telai piani connessi longitudinalmente da travi e sormontati da puntoni
Telai scatolari costituiti da quattro pilastri o colonne collegati fra di loro da travi zoccolo e travi superiori
TELAIO OSSATURA A GABBIA PORTANTE
Indipendentemente dall’utilizzo del legno massiccio o lamellare, i sistemi intelaiati richiedono sezioni importanti, che conferiscono alla struttura un aspetto piuttosto imponente.
MATERIALI ARGILLOSI
materiale naturale; sono artificiali, ad esempio. I materiali plastici, i derivati del legno, le pietre sintetiche
es: paglia-fango
cemento armato
bassa). Nella pratica si attribuisce il nome di composito al materiale che é costituito da una fase omogenea detta matrice (mat. Plastiche,metalli, mat.ceramico) le matrici sono generalmente polimeriche perché garantiscono bassa densità (e quindi leggerezza del materiale finale).
CENNI STORICI
• la civilta’ antiche si svilupparono nelle valli fluviali della terra, dove
l’argilla era facilamente utilizzabile per l’edilizia
– egitto, mesopotamia, grande muraglia cinese (5000 anni fa)
• in europa l’aumento dei costi del legname conduce alla diffusione di
modalita’ costruttive in argilla (tamponamento ed intonaco)
• perde d’importanza con la diffusione dell’industria del laterizio
• oggi nei paesi in via di sviluppo un terzo della popolazione vive in case di argilla
• nell’europa centrale la riscoperta poggia su aspetti come il desiderio di un piacevole clima interno, assenza di sostanze nocive nello spazio abitativo, estetica (movimenti ambientalisti anni ‘70)
• aumento di prodotti prefabbricati di argilla impiegati per elementi non portanti proprieta’
• capacità di riempimento
• buona plasmabilita’
• plasticita’
• forte adesivita’
• capacita’ legante
• non ha odore
• non e’ nociva
• risulta di piacevole lavorazione
• capacita’ di accumolo termico (assorbimento potenziale = capacità
di trattenere l’umidità presente nell’aria per rilasciarla in caso di bisogno) le capacità di assorbimento degli intonaci a base di argilla è pari 1.5 - 3 volte quella degli intonaci tradizionali.
• riutilizzabile (lca) ottimizzazione delle proprieta’
• additivi di natura diversa (siero di latte, soda»)
• additivi organici (paglia, caseina, fibre di cellulosa) o minerali (calce,argilla espansa..)
idoneita’ del materiale
• l’eterogeneita’ dei giacimenti di argilla e quindi le marcate differenze nella composizione del materiale presuppongono una certa esperienza nella scelta dell’argilla per l’edilizia.
• senza additivi l’argilla e’ molto senisbile all’acqua:
– in caso di imbibizione perde solidita’
– occorre proteggere il materiale dall’erosione e dagli agenti atmosferici
– in fase di asciugatura compaiono fessurazioni o cricche da ritiro (argilla umida 3-12% - argilla battuta <0.5%)
terra cruda per costruzioni
• argilla
• sabbia
• limo (sabbia finissima)
• particelle di roccia piu’ grandi (ghiaia)
• elementi organici
a seconda dei componenti principali:
• terra cruda argillosa
• terra cruda limosa
• terra cruda sabbiosa
l’argilla funge da legante e unisce gli altri materiali di riempimento (sabbia, limo, ghiaia)
ORIGINE
• l’argilla viene prodotta dalla disgregazione (azioni meccaniche e chimiche) di rocce composte in prevalenza da minerali (feldspati)
• le proprieta’ e la definizione cambiano in base al luogo di origine:
–terra cruda di montagna o dei pendii (maggiore resistenza a compressione)
–detriti glaciali (minore resistenza a trazione e compressione)
–marne (detriti glaciali+calce)
–terra cruda alluvionale – argille alluvionali
–loss (forte sensibilità all’acqua) estrazione
• Il materiale deve provenire da una profondità sufficiente ed essere privo di radici e humus.
PREPARAZIONE DEL MATERIALE
A seconda della qualita’ e dell’impego dell’argilla e’ possibile migliorare le
proprieta’ del materiale con diverse modalita’:
–imbibizione
–frantumazione
–miscelatura,
–filtraggio
–stagionatura (per aumentare le forze leganti)
–sospensione e smagrimento (aggiunta di additivi per ridurre la
percentuale di argilla)
in base alle quantità aggiunte ed al tipo di additivi, le argille da
costruzione vengono suddivise secondo la densita’:
–argilla piena e pesante 1700-2200 kg/mc
–torchis 1200-1700 kg/mc
–terra-paglia 400-1200 kg/mc
ottimizzazione delle caratteristiche (solidità, ritiro e isolamento termico)
• additivi organici (esempio paglia, caseina, ,fibre di cellulosa),
• minerali (ad esempio calce, argilla espansa)
MATERIALI A BASE DI ARGILLA
PROVE MECCANICHE
•preparazione del fango, che deve riposare 1-2 giorni.
•verifica della resistenza del materiale impastato formando una serie di sfere di 2 cm ed aspettando che si asciughino.
•dopo l’asciugatura verificare con una forza di compressione il livello di resistenza.
se all’interno del terreno non vi e’ una quantita’ adeguata di argilla, sotto la pressione la sfera si rompera’.
METODO PER COSTRUIRE UN MATTONE CRUDO:
•inserire la forma nell’acqua per evitare che la terra si incolli;
•formare una palla con il fango e lasciarla con forza nella forma;
•riempire e livellare il contenuto e girare per togliere il mattone;
•lasciare essiccare, cosparsi di sabbia, i mattoni per 1 settimana ricordandosi di girarli dopo 4 giorni.
ARGILLA BATTUTA
la tecnica del pise’ viene eseguita tramite l’uso di casseformi di legno, detti casseri, e la pistonatura del materiale precedentemente lavorato con acqua e, non sempre, altri materiali, quali paglia pezzetti di legno e ciottoli.
LA TECNICA DEL TORCHIS
impasto plastico di terra e paglia utilizzato per rivestire una griglia in legno, bambu’,rami di salice o nocciolo fissata ad una struttura portante. per la preparazione dell’impasto dobbiamo miscelare la terra con acqua e se necessario aggiungere sabbia fino a raggiungere una pasta omogenea.
successivamente si mette la paglia a bagno per qualche ora, si estrae la paglia e si lascia colare l’acqua in eccesso. si aggiunge la paglia umida alla terra e si fa riposare da un minimo di 6 ore ad un max di
2 settimane sotto un telo di plastica. la messa in opera del torchis puo’ essere manuale o con cazzuole. l’ esecuzione e’ laboriosa, quindi necessita di una mano esperta.
dopo la montatura della struttura bisogna spennellare quest’ultima di terra e applicare il torchis. alla fine bisogna lisciare o rigare la superficie.
LA TECNICA DEL BAUGE
si tratta di un sistema costruttivo per erigere murature portanti che prevede l’esecuzione di un impasto di terra paglia denso che viene preparato e poi direttamente trasportato e impilato o gettato per costruire una muratura spessa, modellata senza casseformi. la superficie viene poi parificata e raddrizzata tagliando eventuali parti in eccesso.
• ARGILLA BATTUTA
– utilizzata per pareti poratnti
– materiale pesante (1700-2200 kg/mc)
– argilla umida proveniente dal terreno, gettata nella cassaforma a strati spessi
e poi compattata
– stratificazione leggibile in superficie
• BAUGE
– tecnica utilizzata nella ristrutturazione di edifici storici
– miscela posata a strati
– tranciatura delle pareti laterali
• TROCHIS / ARGILLA FIBROSA
– miscela plastica molle o pastosa fatta di argilla e materiali fibrosi (paglia), per
tamponamento di pareti oppure pressata in forme e lavorata ulteriromente per
trasformarla in mattoni o lastre
• TERRA-PAGLIA
– aggiunta di additivi organici o minerali
– per pareti, coperture
– non sopporta peso oltre il proprio
– posato umido nelle casseforme per mattoni o lastre
• MATERIALI DI RIPORTO
– materiali da riporto + argilla umida + additivi
• MALTA DI ARGILLA
– per intonaco o muratura
– malata a base di argilla + pigmenti di vario colore
– non ha tempo di presa (prolungamento della lavorazione)
– le fibre aggiunte fungono da armatura per evitare fessure nello strato di intonaco
• MATTONI
– di terra cruda
– pressati umidi per tamponamenti e rivestimenti
– elevata compattezza e capacità di assorbimento
• LASTRE
– per pareti non portanti
– rivestimenti a secco esterni
MATERIALI CERAMICI
• “terra bruciata”
• Materiale di produzione artificiale
CENNI STORICI
• I primi contenitori in ceramica furono realizzati per conservare cibi o
a scopi religiosi
• Mattoni cotti per la realizzazione di murature impermeabili che
duravano a lungo rispetto alla terra cruda
• Elevata resistenza a compressione
• Resistenza all’attrito
• Durabilità
• Impermeabilità
• Plasticità della massa argillosa prima della cottura
L’invenzione della pressa per estrudere ed il forno ad anello consentono un processo produttivo industriale con uso efficiente dell’energia, pochi scarti e prodotti di elevata qualità
Materie prime
• ARGILLA (i materiali argillosi legano la miscela e rendono la massa plastica)
– silicati di alluminio
• fleldspati
• impurità di quarzo
• calcite
• mica
• ossidi ferrosi colore proprio
• SMAGRANTI non soggetti a ritiro
– sabbia,
– farina di quarzo,
– farina di laterizi
– rifiuti organici come scorie e ceneri,
– materiali organici come trucioli di
segheria
• OSSIGENO=Cristalli idrati(caolinite, montmorillonite)Processi di degrado dibrocce contenenti feldspati (es: granito, porfido)
Derivano da rocce e residui organici (struttura a lamine che è in grado di accumulare acqua
capillarmente e di gonfiarsi) garantiscono nelle materie prime con elevato tenore di argilla (argilla grassa) la stabilità dei materiali dopo essiccamento e cottura aggiunto durante la cottura
• I cristalli piatti dei minerali argillosi evidenziano una struttura a lamine che
grazie alla sua ampia superficie è in grado di accumulare acqua
capillarmente e di gonfiarsi.
I minerali argillosi legano così la miscela e la rendono plastica
• Smagranti conferiscono la stabilità dei materiali dopo essiccamento e
cottura
colore
• Il colore proprio del materiale ceramico dipende dagli ossidi di metallo contenuti nell’argilla e dall’aggiunta di ossigeno durante la cottura
• Ossido di ferro – colore rosso
• Ossido di ferro + alta temperatura – azzurro-verde
• + manganese – colore marrone
• + grafite – colore grigio
• + calcio – colore giallo
• L’argilla pura (caolino) è bianca
Prodotti
CLASSIFICAZIONE PER FUNZIONE
• CERAMICHE TRADIZIONALI
– Materiali ceramici per l’edilizia (edilizia + rivestimenti (piastrelle) + coperture(tegole)
– Materiali ceramici per l’edilizia a fine strutturale (leterizi)
– Materiali ceramici sanitari
CLASSIFICAZIONE PER CICLO PRODUTTIVO
PRODOTTI NON SMALTATI (cotto, gres rosso, clinker)
PRODOTTI DERIVANTI DA MONOCOTTURA (rossa, bianca e clinker )- basso assorbimento di acqua + elevate caratteristiche tecniche (gres porcellanato)
PRODOTTI DERIVANTI DA BICOTTURA – alto assorbimento di acqua (maiolica, cotto forte e terraglia)
Essendo determinante la temperatura di cottura, i materiali ceramici per l’edilizia
vengono raggruppati come segue:
– Laterizio – 900-1000 °C (argilla + smagranti o fondenti + acqua)
• per murature
– Mattoni pieni
– Mattoni forati
• per falde di copertura
– Terraglia, gres, clinker – 1100-1300 °C
• Clinker (mattoni cotti al limite della sinterizzazione) mattoni pesanti, compatti, duri, antigelivi
– Porcellana (caolino) – 1300-1450 °C
– Prodotti ignifughi – 1300-1800 °C
– Ossiceramica – 1500-2100 °C
– Ceramici speciali - fino a 2500 °C
produzione
• Preparazione dell’impasto – macinazione e miscelatura dei compositi (a secco o a
umido). Il prodotto vengono immagazzinato in sili, per eliminare gli elementi organici
• Formatura
– La massa plastica o in polvere viene lavorata negli estrusori a vite
– La matrice dell’estrusione, sostituibile, determina la forma della sezione
– Taglio dell’estruso mediante cavi
– Piastrelle tegole marsigliesi, forme complesse vengono prodotte a stampo
• Essiccazione
– Essiccazione all’aria + cottura – eliminazione dell’acqua e perdita di plasticità +
riduzione di volume
– Essiccazione lenta ed unifome – evitare le crepe!!
– Eventuale incisione e decorazione nella “durezza cuoio”
• Rivestimento superficiale
– Colorazione per immersione o a spruzzo tramite polveri ceramiche, dette
“fritte”, (ottenute da fanghi e ossidi metallici) prima della cottura (tegole,
mattoni, lastre di parete)
– Vetrificazione – durante la sinterizzazione - detemina levigatezza, durezza e
colore di superficie. La massa vetrata (feldspato, quarzo, calce, dolomite, ossidi
di metallo per la colorazione) viene cotta, macinata e sospesa in acqua – poi
viene applicata direttamente sul supporto asciutto (Monocottura) o dopo la sua
cottura (Bicottura)
• Cottura
– Fino a 120 °C- sottrazione delle molecole idriche libere necessarie per la
formatura
– 200° viene eliminata l’acqua residua nell’impasto e negli interstrati
– 450°-600° – cottura nei forni a tunnel – espulsione dell’acqua di cristallizzazione
– 800° – consolidamento – iniziano le reazioni sulle superfici –decomposizione dei
carbonati di calcio
– 1000°-1500° fusione e compattazione. Fondono i feldspati, dando luogo alla
vetrificazione.
– 1200° sinterizzazione – struttura vetrosa superficiale con cristalli e pori non fusi
interni, in modo che l’assorbimento di acqua del materiale sinterizzato del
materiale sia limitato.
Caratteristiche derivate
• I pori nel laterizio sono generati dagli inerti che vengono aggiunti all’impasto crudo (es: palline di polistirolo, segatura, residui fibrosi della lavorazione della carta). La cottura nel forno a tunnel genera piccoli pori d’aria che riducono la densità del mattone.
• La massa comunque elevata è adatta all’accumulo di calore. Il calore viene restituito all’ambiente con un ritardo temporale • I pori capillari assorbono l’umidità e fungono da cuscinetti in caso di
oscillazioni dell’umidità ambiente.
• In base alla diversa costituzione delle materie prime, le ceramiche per l’edilizia vengono suddivise in ceramiche fini o a pasta compatta e non fini o a pasta porosa, a seconda delle dimensioni di grani, cristalli e pori del materiale dopo la cottura.
• Proprietà come rigidezza, densità, porosità idrofilia sono condizionate dalla temperatura e dalla durata della cottura e dalla composizione del materiale.
LATERIZI PER MURATURA
argilla + smagranti o fondenti + acqua mattoni pieni o forati per muratura In base alle norme si distinguono i seguenti tipi di laterizi per muratura le cui proprietà sono influenzate da densità, percentuale di fori, rigidità e forma:
• Mattoni pieni
• Mattoni con fori verticali
• Tavelle
• Mattoni sagomati
• Mattoni da rivestimento
• Clinker
• Mattoni leggeri,con fori verticali
• Mattoni ad elevata rigidità
• Clinker elevata rigidità
• Clinker ceramico:
• Clinker ceramico pieno
• Clinker ceramico con fori verticali
• Mattoni leggeri con fori orizzontali
• Tavelle in laterizio leggero con fori orizzontali
• Mattoni piani pieni
• Mattoni piani a fori verticali
• Mattoni piani da rivestimento
• Tavelle piane
• Clinker piano
• Mattoni piani sagomati
LATERIZI PER COPERTURA
I laterizi per falde di copertura sono prodotti ceramici non fini e piatti per la copertura a tenuta di pioggia di superfici inclinate e facciate. Fissati singolarmente, vengono sovrapposti in modo da far scorrere le acque piovane. Questi laterizi vengono distinti per tipo di produzione, forma e dimensioni:
Tegole estruse
Tegole senza piega
Tegole piane (embrici); coppi
Tegole con una piega laterale
Tegole stampate
PROPRIETA’
I mattoni pieni hanno una percentuale di foratura verticale rispetto al giunto di appoggio tra lo 0 e il
15% e vengono cotti a temperature comprese tra 900 e 1100 °C. I campi di applicazione sono murature, archi, rivestimenti e pilastri.
I mattoni forati possono avere una percentuale di fori fino al 50% rispetto alla superficie di appoggio e vengono utilizzati per pareti esterne e divisorie.
I clinker sono mattoni forati o pieni, cotti fino al limite della sinterizzazione. Sono pesanti, compatti,
duri e antigelivi. Hanno un suono limpido. Il loro campo di applicazione è la costruzione di strutture
idriche e canali, facciate e pavimenti.
Gli elementi per solai e tavelle vengono utilizzati per la realizzazione di solette in calcestruzzo armato e solai di laterizio. Hanno una quantità di fori che riduce il peso totale e un effetto isolante contro il suono in aria. Forme e dimensioni di questi materiali ceramici non fini sono numerose.
Compartecipanti o non compartecipanti staticamente.
PROPRIETA’ TECNICHE
In genere il peso specifico del comune laterizio varia da 1600 a 1800 kg/M3. Il peso di volume del laterizio
alveolato, con porosità artificiale, varia da 1400 a 1500 kg/M3.
Conducibilità termica
Il laterizio comune è un materiale che offre una buona coibenza termica; il laterizio alveolato, che è stato studiato per aumentare il potere coibente delle pareti, in relazione alle leggi per il risparmio energetico, ha un coefficiente molto basso.
Porosità e imbibizione
Il laterizio è un materiale poroso; questa proprietà costituisce un vantaggio per le proprietà termiche, per lo scambio igrometrico e l’areazione dei muri (si dice che il muro «respira, lasciando passare aria e quindi anche vapore di acqua). Una porosità eccessiva può essere invece pericolosa in caso di gelo, se il laterizio è saturo di acqua.
L’imbibizione del laterizio è in relazione con la sua porosità ed è piuttosto elevata; il laterizio è anche in grado di assorbire l’acqua per capillarità (assorbimento), quando viene a contatto con una superficie liquida o umida.
La capillarità del laterizio provoca una aspirazione dell’acqua, che può provenire dal terreno, dall’aria o dalla malta.
lmpermeabilità
La prova di impermeabilità viene eseguita solo per i laterizi da copertura e i tubi ceramici.
Gelività
Il comune tipo di laterizio può presentare fenomeni di gelività, avendo una porosità alquanto elevata. Se il materiale è pressoché saturo di acqua, nel caso di temperature prolungate al di sotto di zero gradi l’acqua contenuta nei pori, gelando, ne provoca la rottura, che si manifesta sotto forma di scagliature (distacco di ampie porzioni di laterizio) oppure di sfarinamento degli spigoli e delle pareti esterne. I laterizi prodotti con argille che hanno una elevata temperatura di cottura (intorno ai 1000 °C) in genere risultano poco o gelivi
riciclaggio
• Il riutilizzo dei mattoni può rivelarsi costoso a causa dei residui di malta e intonaco presenti sulla muratura.
• Risulta più semplice il riciclo delle vecchie murature legate con malta di calce
• L’impiego di laterizi di riciclo consente il risparmio di notevoli quantità di energia primaria in fase di produzione e sfrutta l’elevata durabilità del materiale.
• Il materiale delle murature viene riutilizzato nella costruzione di strade o nelle strutture sotterranee
• Gli scarti delle fabbriche di mattoni vengono macinati e utilizzati come smagranti nei successivi cicli di produzione
Criteri di scelta dei prodotti
• La temperatura di cottura e la porosità influenzano l’assorbimento idrico – Prodotti a grana fine e sinterizzati – spazi cavi riempiti prima della cottura , così il materiale ritirandosi abbia resistenza elevata (Resistenza al gelo e alle soluzioni alcaline)
• Tipo di sollecitazione, Caratteristiche antiscivolo – Es. piscine o impianti industriali
CALCESTRUZZO
COMPOSIZIONE DEL CLSà CEMENTO(LEGANTE)+ SABBIA + PIETRISCO (AGGREGATI)+ACQUA=IMPASTO PLASTICO
CARATTERISTICHE
• materiale economico
• materiale composito (c.a.)
• pesante e massivo ma plasmabile
• stamaggio a temperatura ambiente
• continuita’ nei nodi
• utilizzo di risorse non rinnovabili (ghiaia e sabbia)
• demolizioni economicamente onerose e difficili
• il riciclaggio dei detriti per la realizzazione di
nuovi calcestruzzi non sempre è possibile per la
difficoltà a separare i diversi materiali
CENNI STORICI
Già i Fenici, gli Egizi, i Troiani e i Greci conoscevano la malta di gesso e calce, e la utilizzavano per
la muratura e come strato di intonaco protettivo.
Greci utilizzarono nel II sec. a. C. malta di calce per riempire murature realizzate con pietre
tagliate. I Romani affinarono questa tecnica per la costruzione di grandi edifici come ad esempio il
Colosseo: il cosiddetto opus caementitium - una miscela di calce, pozzolana e tufo con aggiunte
di ghiaia e pietre - veniva compattato sul retro di mattoni e murature in pietra naturale mediante
compressione. Le superfici esterne venivano rivestite con intonaco o pietra naturale.
Dal Medioevo si aggiunge il gesso nella malta, come legante per i pavimenti continui, e più tardi per
fare il finto marmo. L’ingegnere francese Belidor descrisse la composizione della malta e utilizzò per la prima volta il termine “calcestruzzo” per una miscela di malta impermeabile e aggregati.
Nel 1824 Joseph Aspdin ottenne il brevetto per il cemento Portland, una miscela di calce in polvere e argilla sottoposta a cottura. Auguste Perret fu uno dei primi ad utilizzare il calcestruzzo nella costruzione degli edifici per abitazione e mostrò le possibilità di questo materiale anche nelle costruzioni industriali.
MALTA DI CALCE
decomposizione di pietre calcaree dopo un forte riscaldamento seguito da pioggia e successiva solidificazione del materiale trasformato reazione dell'idrossido di calcio con l'anidride carbonica
presente nell'aria, con la successiva produzione di carbonato di calcio.
OPUS CEMENTICIUM o CALCESTRUZZO ROMANO
MALTA DI CALCE+ INERTI(TUFO,GRANIGLIA DI MARMO,FRAMMENTI DI MATTONI)+ GHIAIA+SABBIA
SVILUPPI SUCCESSIVI DEL CLS
TRASS - CON TUFO MACINATO
ARGILLA PURA + CALCE + SABBIA + GESSO+ACETO, LATTE, VINO LOCALE
BétonàComposto di malta con inerti (mattoni pestati)
POZZOLANAàlegante ad alta resistenza e rapido indurimento. La pozzolana finemente macinata e in presenza di calce, a contatto con l'acqua si comporta come un ottimo legante idraulico con restazione meccaniche superiori a quelle della calce stessa. Da sola a contatto con l'acqua invece non indurisce pertanto non ha caratteristiche idrauliche. Questo comportamento, dovuto ad un complesso di reazioni con la calce in presenza di acqua viene denominato attività pozzolanica o comportamento pozzolanico.
Cemento portland 1824=Pietra calcarea (Calce inglese) + argilla pozzolana
Combustione fino all’agglomerazione (piccola fabbrica inglese) Il primo industriale ad aver fabbricato cemento idraulico a lenta presa pare sia stato,nel 1824, un fornaciaro di York, Joseph Aspidin, il quale diede al prodotto il nome di cemento Portland, grazie alla somiglianza tra la malta e il conglomerato formati con un calcare compatto dell'isola di Portland in Inghilterra.
CLINKER
• Nel 1844 J.C. Johnson mise in evidenza l'importanza dei processi di cottura ad alte temperature che portavano alla formazione del clinker, prodotto finale del procedimento.
• Infatti, mentre per la cottura della calce idraulica si richiedono 600 -700 °C, si devono raggiungere i 1600 °C e più per ottenere i cementi a lenta presa, poiché deve prodursi un principio di vetrificazione.
• Nel 1860 M. Chatelier stabilì la composizione chimica del cemento consentendo la produzione industrializzata del calcestruzzo.
Soprattutto in Inghilterra ed in Francia, tra la fine del Settecento e l'inizio dell‘Ottocento, fiorirono invenzioni, brevetti ed iniziative industriali che portarono alla produzione dei primi leganti idraulici industriali, chiamati cementi. Il cemento Portland è il tipo di cemento più utilizzato, ed è usato come legante nella preparazione del cls. Il cemento Portland è il prodotto che si ottiene dalla macinazione del clinker, con l'aggiunta di gesso nella quantità necessaria per regolarizzare il processo di idratazione
Le fasi del processo per la produzione del cemento Portland sono le
seguenti:
•Estrazione materie prime
•Controllo caratteristiche materie prime (ossido di calcio, ossido di silicio, ossido di alluminio, ossido di ferro, ossido di magnesio, argilla o calcare , minerali di ferro o residui di fonderia)
•Frantumazione
•Preomogeneizzazione
•Essiccazione e macinazione materie prime per produzione della miscela cruda
("farina")
•Controllo caratteristiche della farina
•Deposito e omogeneizzazione della farina
•Preparazione dei combustibili
•Cottura clinker
•Controllo caratteristiche del clinker
•Deposito clinker
•Deposito costituenti e additivi
•Controllo caratteristiche dei costituenti
•Deposito additivi cromoriducenti
•Macinazione cemento
•Controllo caratteristiche dei cementi prodotti
•Deposito nei silos dei cementi
•Insaccamento
•Controllo di conformità del cemento CE
•Spedizione sfuso e sacchi.
IL CEMENTO ARMATO= la cui definizione più corretta sarebbe calcestruzzo armato o
meglio ancora conglomerato cementizio armato è un materiale costituito da calcestruzzo e barre di acciaio annegate al suo interno ed opportunamente sagomate ed interconnesse fra di loro.
CEMENTO ARMATO=CALCESTRUZZO + ARMATURA IN FERRO
INTONACO
•Strato di rivestimento protettivo delle murature.
•Assume, talvolta, una funzione estetica.
Malta composta da una parte legante (indurente) che ingloba sabbia di dimensione granulometrica selezionata con diametro massimo generalmente non superiore ai 2mm.
Possono essere presenti sostanze additive (ad esempio celulosa, amido, fumo di silice ecc.) aggiunte con lo scopo di modificare le caratteristiche dell'intonaco.
La sabbia utilizzata nell'intonaco può essere calcarea o silicea, di provenienza fluviale (naturale) o derivante da macinazione.
Gli intonaci si distinguono in base al legante usato:
•intonaco a base di calce, dove l'unico legante è la calce idrata;
•intonaco calce-cemento, dove il legante è una miscela di calce idrata e cemento
portland, con prevalenza di calce;
•intonaco cemento-calce, dove il legante è una miscela di calce idrata e cemento
portland, con prevalenza di cemento;
•intonaco a base di gesso, dove il legante è esclusivamente gesso.
L'intonaco, più correttamente detto corpo d'intonaco, forma un rivestimento compatto composto di più strati, ognuno con caratteristiche e funzioni diverse, che va a coprire la muratura con spessore generalmente compreso tra 1,5 e 2cm; in casi particolari lo spessore può raggiungere anche i 10 centimetri.
tutti gli eventuali difetti di planarità e verticalità, e, dato lo spessore, di barriera protettiva nonché di struttura portante per gli strati successivi (intonaco di finitura o sistema collantepiastrella).
Nell'antichità quest'ultimo strato era solitamente realizzato con colorante, acqua e calce, mentre oggi vi sono numerose tipologie di pitture ed intonaci protettivi già rifiniti.
Oggi nella maggior parte dei cantieri edili si intonaca con le macchine intonacatrici per mezzo di un composto a secco detto premiscelato(premiscelato con acqua), che ha eliminato la faticosissima cazzuola. pompe mescolatrici (polvere di calce, cemento o gesso e addittivi)
RASATURA o RINZAFFO
Finitura con grassello di calce, o con un prodotto specifico (rasante) o intonaci rasanti a base gesso o a base cementizia, in genere usati per uniformare intonaci vecchi ad intonaci rifatti in caso di ristrutturazione dei prospetti a rappezzi o nel caso di applicazione di carta da parati o rivestimenti pregiati. Tale lavorazione prende anche il nome di "rinzaffo".
L'ultima operazione prima della tinteggiatura consiste nel consolidamento della superficie, effettuato con prodotti specifici, (fissativi), atti a compattare la superficie della parete, e dare alla
stessa la porosità ottimale per garantire la miglior adesione del prodotto finale, costituito dalla tinta scelta.
MATERIALI LEGANTI
I leganti tengono uniti i componenti granulosi (aggregati come la sabbia o la
ghiaia) di malta e calcestruzzo. Con il procedimento chimico della presa si possono controllare le diverse proprietà, ad esempio solidità, permeabilità al vapore, resistenza a compressione ed elasticità.
I leganti minerali: Gesso
La pietra di gesso, presente come tale in natura, è un legame di solfato di calcio (calce) e acqua.
Additivi e rapporto acqua/gesso influenzano solidità, lavorabilità e porosità del materiale indurito.
Il gesso non si ritira durante la lavorazione e ha un effetto positivo sul clima ambiente in quanto assorbe e rilascia umidità. La costante aggiunta di acqua scioglie il gesso, pertanto esso non risulta adatto per gli spazi con elevati livelli di umidità.Il gesso viene utilizzato come intonaco per le superfici, con diversi additivi.
Dalla materia prima si producono anche numerosi prodotti, in particolare
-lastre,
-mattoni
-elementi sagomati con caratteristiche antincendio. Infatti, in caso di calore elevato, rilasciano l’acqua trattenuta nei cristalli.
Nelle miscele di calcestruzzo l’aggiunta di gesso rallenta la velocità di presa.
Leganti anidritici: Calce
realizzati con anidrite naturale o anidrite sintetica, ottenuta attraverso processi chimici. Induriscono
nello stesso modo del gesso utilizzati per le malte per intonaco da interno, i pavimenti continui, i conci e le lastre per parete. miscele di ossidi e idrossidi di calcio, magnesio, silicio e ferro.
La calce per edilizia viene distinta in base ai diversi procedimenti di indurimento:
Calce aerea
utilizzata per le malte e come legante per i rivestimenti.
Calce Idraulica
Con l’aumento della percentuale di pozzolana nella miscela aumenta la rigidità della calce idraulica
e la sua capacità di indurire anche in presenza di acqua dopo un breve tempo di indurimento
all’aria.
Cemento
I cementi sono leganti idraulici per malta e calcestruzzo, sono composti da miscele di ossido di calcio, silicio, alluminio e ferro.
Per la produzione del cemento Portland, il tipo di cemento più comune, si procede alla cottura di una miscela di calcare e argilla al di sopra dei livello di sinterizzazione di 1450 °C.
In seguito il clinker di cemento risultante viene macinato da mulini a sfere fino all’ottenimento di una polvere fine: il cemento.
Il cemento si differenzia dagli altri leganti idraulici per la sua elevata resistenza.
Con l’aggiunta di acqua il cemento indurisce con una reazione esotermica, sia con l’esposizione all’aria che sotto l’acqua.
Questo procedimento chimico - fisico viene chiamato idratazione e inizia direttamente con il primo contatto tra l’acqua e i granuli di cemento.
Dapprima si crea la pasta di cemento, che passa lentamente dallo stato liquido o di poltiglia a quello di cemento rigido. Il calcestruzzo viene gettato in opera e compattato durante la presa e l’indurimento.
La norma DIN EN 197-1 stabilisce tempi minimi di inizio presa, che variano tra 45 e 75 minuti a seconda della classe di resistenza del cemento. L’aggiunta del 3-5% di gesso allunga il tempo di presa. L’indurimento è un processo più lungo, che si completa dopo 28 giorni con la verifica del raggiungimento del livello minimo di resistenza a compressione.
Durante il processo di indurimento si devono soddisfare le seguenti condizioni:
-acqua di impasto sufficiente per bagnatura e idratazione;
-elevata umidità dell’aria
-protezione dall’essiccazione, necessaria bagnatura parziale con acqua
-temperature superiori ai 5 °C
Le temperature elevate accelerano il processo di indurimento.
Malta
La malta è una miscela di leganti, acqua, sabbia e additivi per il miglioramento delle proprietà.
Gli elementi vengono mischiati in cantiere (malta prodotta in cantiere) o in fabbrica (malta prodotta in fabbrica). In stabilimento la composizione della malta avviene in modo più aderente alle norme rispetto al cantiere, pertanto di solito si utilizzano le malte prodotte in fabbrica.
Calcestruzzo
Miscele di cemento, granuli di roccia e acqua induriscono diventando una pietra artificiale, il calcestruzzo. Oggi si produce calcestruzzo di qualità elevata, che trova utilizzo in molteplici
campi. Dal punto di vista estetico, le possibilità vanno dalla lavorazione meccanica, alla stampa fino all’impiego di tipi di cemento particolari come ad esempio il cemento bianco.
In relazione al peso specifico degli aggregati si distingue tra calcestruzzo normale, leggero e pesante.
Gli aggregati, la miscela di cemento e gli additivi determinano le proprietà del calcestruzzo.
Di regola un metro cubo di calcestruzzo normale (calcestruzzo fresco) è composto da 2000 kg di ghiaia, 250-400 kg di cemento e 150 kg di acqua.
CASSEFORMEsuperficie (lucida, opaca, liscia, ruvida, grezza, fine …)
giochi di luce ed ombra
giunture
cromaticita’
pigmenti per la colorazione:rosso, giallo, marrone, nero - ossido di ferro
verde – ossido di cromo azzurro – cobalto + asllumini + ossido di cromo
LA MURATURA
I mattoni più comuni sono quelli classificati
come UNI 5628-65, e sono delle dimensioni di 5,5×12×25 cm.
La muratura è carattarizzata da una ordinata disposizione APPARECCHIATURA di elementi uniformi da costituire una struttura continua e resistente
LEGATURA tra filari orizzontali e strati verticali degli elementi per muratura (centrali, finali e
pilastri)
GIUNTI di collegamento riguardano l’accostamento tra materiali diversi e devono essere realizzati con materiali in grado di assorbire le differenze di comportamento sotto carico
Gli elementi sovrapponendosi creano una CORTINA compressa dal peso stesso degli elementi che la realizzano
Chiusura e suddivisione dello spazio
PARTICOLARI COSTRUTTIVI :
LE PIETRE NATURALI
Dalle origini….
Insieme all'argilla e al legno, la pietra naturale è uno dei primi materiali che l’uomo ha utilizzato per costruire. All'inizio della nostra civiltà furono realizzati in pietra oggetti d'uso comune come armi, utensili semplici e gioielli. I primi edifici in pietra naturale lavorata di cui si ha notizia sono le piramidi egizie e, i cosiddetti megaliti, tra cui i più famosi sono i cerchi di pietre di Stonehenge. Intorno al 2700 a.C. a Sakkara, in Egitto, sorse la più antica piramide a gradoni realizzata con blocchi di calcare rozzamente squadrato. Il suo costruttore, il Visir lmhotep, viene considerato
il primo architetto. In Grecia le pietre venivano allineate senza giunti di malta e utilizzate per creare elementi di fabbrica come zoccoli, colonne, architravi e fregi. I Romani svilupparono la tecnica della volta. Già nel I secolo dopo Cristo fu pertanto possibile erigere infrastrutture come gli acquedotti. In epoca gotica l'arte degli scalpellini giunse al vertice. Le linee di forza venivano raggruppate nelle volte in costoloni reticolari finemente articolati e poi scaricate sui pilastri.
…. ai nostri giorni
• Negli anni Venti del secolo scorso l'uso di sottilissime lastre di pietra per il rivestimento di parete si impose nell'architettura moderna.
• Nelle facciate attuali isolate termicamente la pietra naturale ha perso la propria funzione statica. Con la domanda di maggiore isolamento termico e di migliori caratteristiche fisico - tecniche, tutto
il peso che non costituisca isolamento termico viene ritenuto superfluo.
• L'industria ha reagito a questo stato di cose: sul mercato si trovano infatti, oggi, lastre di granito spesse 15 mm e strutture composite di pietra con rivestimento spesso 6 mm.
• La pietra naturale negli ultimi anni ha vissuto un sorprendente rinascimento, anche per la rinnovata importanza attribuita alle superfici e alle qualità sensoriali.
Impieghi
• Sistemi costruttivi
• Elementi decorativi tridimensionali
(trabeazioni colonne, capitelli …)
• Finiture superficiali
proprietà:
• Meccaniche (comportamento nei confronti delle sollecitazioni)
• Fisiche (comportamento nei confronti di fenomeni fisici, quali temperatura, luce fuoco, campi elettrici…)
• Chimiche (interazione con l’ambiente, variazione dei comportamenti con il tempo o con altri agenti)
Il materiale può essere analizzato
• A livello atomico o molecolare
• A livello microscopico (con micrsocopio)
• A livello macroscopico (ad occhio nudo)
LA PIETRA
Fenomeni di derivazione che distinguono diverse
famiglie di rocce:
• Rocce ignee –raffreddamento e solidificazione in superficie o nel sottosuolo di masse fuse provenienti generalmente dal mantello, a composizione prevalentemente silicatica
• Rocce sedimentarie – accumulo, aggregazione a compattazione di materiali trasportati in
condizioni subacquee o subaree o di materiali disciolti
Rocce metamorfiche – modificazione delle rocce preesistenti a seguito delle variazioni di condizioni di pressione e di temperatura avvenute in profondità
àClassificazione commerciale secondo normative standard
• Marmi – rocce cristalline, compatte, licidabili, da decorazione e da costruzione. Durezza 3-4 (scala di Mhos)
• Graniti – roccia fanero-cristallina, compatta licidabile, da decorazione e da costruzione. Durezza 6-7 (scala di Mhos)
• Travertini – rocce di origine sedimentaria, di natura carbonatica (principalmente carbonato di calcio e di magnesio), formatesi da una precipitazione chimica in ambiente subaereo e caratterizzate da elevata porosità; da decorazione o costruzione, alcune varietà sono lucidabili
• Pietre – rocce da costruzione e/o decorazione, di norma non lucidabile.
– Tenere e poco compatte - rocce sedimentarie (calcareniti, arenarie …) epiroclastiche (peperini, tufi…)
– dure e compatte – pietre a spacco naturale (quarziti, ardesie…) e vulcaniti (basalti, trachiti …)
• C’è da osservare che venuta a cessare la funzione strutturale della pietra i fattori estetici diventano dominanti
• La pietra è usata principalmente per le finiture interne (pavimentazioni e accessori) ed esterne (rivestimenti)
• È doveroso ricordare però che le pietre più tenere e meno costose (essenzialmente i tufi) continuano ad essere utilizzate (il tufo calcareo in Puglia è ancora protagonista, o in alcune
isole es. Malta)
Classificazione petrografica permette di valutare le proprietà e i possibili campi di applicazione
• Rocce magmatiche (o eruttive)à nascono direttamente dal magma fluido e si suddividono in
tre gruppi, in base al luogo della loro origine:
– Rocce plutoniche (plutoniti) o intrusive
• Chiamate plutoniche in onore dei dio degli inferi, le rocce intrusive nascono dalla cristallizzazione di magma mobile nella crosta terrestre. Il lento raffreddamento determina la struttura generalmente uniforme, senza direzione e densa. Secondo la composizione dei minerali si hanno i tipi di granito, diorite, gabbro. Quasi tutte le,rocce intrusive sono antigelive e vengono utilizzate in edilizia per via della loro elevata resistenza a compressione e all’usura. Tra le rocce intrusive più conosciute è sicuramente il granito
– Rocce effusive= Le rocce effusive si formano all’interno della crosta terrestre dalla penetrazione di magma liquido in fessurazioni rocciose. Nella loro struttura sono simili alle rocce intrusive, ma la cristallizzazione è irregolare, per via del raffreddamento più rapido, e possono inoltre contenere intrusioni di altro tipo. In questo raggruppamento si ritrovano pegmatite, aplite e lamprofiro.
– Rocce magmatiche (vulcaniti)
• A differenza delle rocce intrusive, le rocce magmatiche, come ad esempio il basalto o la riolite, sono fuoriuscite dalla crosta terrestre. Per via delle velocità di raffreddamento relativamente rapida, le rocce magmatiche sono dotate di strutture microcristalline. La parziale fusione delle rocce adiacenti può portare ad aspetti fortemente differenziati.
Ossidiana
Classificazione petrografica
granito diorite
• Rocce sedimentarie
– Le rocce sedimentarie si formano prevalentemente per disgregazione,erosione e deposito di rocce più antiche, che vengono trasportate dall’acqua o dai ghiacciai e si depositano, ovvero si sedimentano, sotto forma di detriti, ghiaia o sabbia. Spesso al loro interno si trovano fossili
animali o vegetali. La pressione esercitata dagli strati che si trovano sopra i sedimenti comprime le singole particelle, che si cementano poi attraverso i leganti (ad esempio calcite o argilla) presenti nell'acqua che circola negli spazi cavi residui. Tra questo tipo di rocce vi sono il calcare,
il calcare conchilifero e il travertino Le caratteristiche tecniche delle rocce sedimentarie variano fortemente e dipendono in modo essenziale dalle condizioni originarie (temperatura, pressione) e dal legante.
• Le rocce metamorfiche
– derivano da rocce già esistenti e vengono definite scisti cristallini effusivi (da rocce effusive) o rocce sedimentarie metamorfiche (da rocce sedimentarie). Si formano sotto una grande pressione, temperature elevate o mediante processi chimici, attraverso i quali le proprietà principali della roccia originaria si modificano, oppure nascono rocce totalmente nuove. Si riconoscono in genere per una struttura pressoché priva di spazi cavi o per le chiare caratteristiche di stratificazione. La composizione chimica,l’aspetto e le possibilità di impiego variano considerevolmente. Importanti
rocce metamorfiche sono l’ardesia, il marmo e lo gneis.
Classificazione in base all’origine=
• Elementi lapidei naturali – sono costituiti integralmente da materiale lapideo
• Elementi lapidei agglomerati – sono costituiti da frammenti lapidei naturali legati tra loro con cemento o resine
• Lunghezza
• larghezza
• spessore
• costa
• testa
• faccia
• faccia vista
• retro
• angolo
• Verso, il più agevole
• secondo, mediamente agevole
• contro o controverso, scarsamente agevole
• Blocchi
– Massa o volume squadrati senza dimensioni predominanti
• Blocco informe
• Blocco squadrato
• Blocco squadrato da telaio
• Lastre
– Semilavorato con facce parallele con spessore compreso tra 20 e 80mm
• lastre sottili
• o spesse
– In base alla finitura superficiale si distinguono:
• A piano di sega – senza lavorazioni
• A paramento lavorato – con faccia a vista trattata successivamente alla segagione
• A spacco – operazione di spacco
• Lastrame – piano naturale di cava
– In base alla conformazione perimetrale delle facce
• Lastra da telaio – semilavorato con bordi irregolari e forma rettangolare
• Lastra informe - semilavorato con contorni irregolari e facce indiffrenetemente lavorate
• Lastra rifilata (marmetta o piastrella) – semilavorato tagliato con telaio o disco diamantato con
forme misure opportune per la posa
Classificazione in base alle
terminologie e agli spessori
(UNI 8454 E UNI 9379)
– In base allo spessore
• Listello
• Massello rifilato
• Massello a correre cordolo
– In base alla forma geometrica
• Marmetta calibrata o rettificata
– Superficie grezza, a piano di cava
– A spacco, lungo i piano di sciostosità
– superficie a piano sega da telaio, dipende dall’abrasivo
utilizzato:
• con graniglia metallica – forti irregolarità
• con sabbia – irregolarità leggere
• con lame diamantate - levigate
– superficie a piano sega da tagliablocchi
• taglio con macchine a dischi diamantate – finitura levigata
– Lavorazione a urto
• lavorazione a precussione
– Superficie a spacco termico mediante sbalzi termici
• viene provocata una disgregazione superficiale con distacco di
piccoli frammenti
– Superficie da lavorazioni a rasamento
• mole abrasive di diversa granolatura
• Le potenzialità applicative, dal punto di vista tecnico, sono determinate
– dalla petrografia
• (definisce le caratteristiche e la genesi dei minerali costituenti la roccia,
permette di individuarne il comportamento in opera e durante la fase di
esercizio),
• Esame macrocroscopico – per individuare gli aspetti relativi alla struttura
(visibili ad occhio nudo: macrofessure, alterazioni…)
• Esame microscopico (analisi della tessitura (disposizione dei cristalli), fasi
mineraligiche, massa vetrosa, resti organici (fossili …), discontinuità
– dalla composizione mineralogica e chimica,
• Per valutare alcune proprità ficsico-meccaniche e definirne la lavorabilità,
prevenire le variazioni cromatiche o comparsa di macchie. Si definiscono i
possibili impieghi in specifiche condizioni ambientali (agenti inquinanti in
atmosfera)
– e dalle proprietà fisico-meccaniche.
• Scheda di identificazione tecnica per le rocce ornamentali (denominazione,
provenienza, caratteristiche fisico-meccaniche, comportamenti in opera,
dichiarazioni del produttore, caratteristiche del prodotto)
Proprietà fisiche per individuarne le prestazioni:
• Peso specifico – rapporto tra peso della roccia ridotto in polvere ed eguale
volume di acqua distillata
• Peso di volume - Per peso di volume si intende il peso specifico apparente, cioè
il peso di un decimetro cubo di roccia non frantumata.
-Per le rocce molto compatte, il peso di volume è molto vicino al peso specifico;
-per le rocce porose, il peso di volume è molto più basso del peso specifico.
-Il peso di volume è essenziale per i calcoli di stabilità.
• Coefficiente di imbibizione- Qualsiasi roccia, anche la più compatta,
immersa nell’acqua per un tempo sufficiente se ne imbeve in misura più o meno
consistente; varia in funzione della porosità della roccia ed è misurata dal coefficiente
di imbibizione.
• Porosità e Assorbimento capillare dell’acqua- proprietà che hanno le
rocce di assorbire l’acqua per capillarità; questa proprietà, chiamata anche
igroscopicità, ha grande rilevanza nella valutazione dell’impiego di una roccia.
• Bagnabilità
• permeabilità capacità della roccia di imbeversi di acqua e di lasciarsi attraversare
da essa sotto una certa pressione idrostatica. La permeabilità varia in funzione della
porosità delle rocce, ma può essere prodotta anche da fessure o “peli”, attraverso i
quali l’acqua si fa strada.
Proprietà meccaniche:
• Resistenza compressione – è misurata da carico di rottura allo schiacciamento, ricavato
da una media dei provini. La compressione, ove è possibile, va esercitata in direzione normale
al piano di giacitura di cava. La resistenza a compressione non è in rapporto assoluto con gli
altri caratteri fisici delle rocce; in genere si può riscontrare che le rocce a grana fina ed uniformi,
pesanti e di suono pieno sono le più resistenti
• Resistenza a trazione - In genere le rocce non vengono impiegate per resistere a
trazione semplice. Esse hanno una resistenza a trazione molto inferiore di quella a
compressione. Le migliori, anche in questo caso, sono quelle a grana fina e compatte.
• Resistenza a flessione - La resistenza a flessione è particolarmente importante per
blocchi o lastre impiegati come sbalzi, gradini, mensole. Ilcomportamento a flessione dipende
da molti fattori:
– natura della roccia - modulo di elasticità - giacitura di stratificazione - grado di umidità - durata ed
incremento dei carichi
• Modulo di elasticità: Per le rocce l’elasticità dipende essenzialmente dai minerali che la
costituiscono, dalla grana e dalla tessitura, dalla porosità, dall’umidità e dalla direzione della
sollecitazione rispetto alla stratificazione.
• Resistenza all’urto: la tenacità e’ la proprietà che ha la roccia di resistere agli urti o ai colpi
di martello. Se una roccia si rompe a seguito di un piccolo urto la si definisce fragile. La tenacità
di una roccia dipende dalla grana e dalla tessitura
• Resistenza a taglio - La resistenza al taglio risulta piuttosto bassa rispetto a quella a
compressione; tuttavia si può ritenere doppia rispetto a quella a trazione. Essa varia molto in
funzione delle direzione della sollecitazione rispetto alla giacitura di stratificazione della roccia.
• resistenza chimica - prove per determinare principalmente la resistenza alla salsedine
marina e agli agenti inquinanti dispersi nell’aria. Resistenza al degrado per azione dell’anidride
solforosa (ossido di zolfo SO 2
• Conduttività termica:
– La conducibilità termica è la proprietà che hanno le rocce di essere attraversate
dal calore; questa varia notevolmente in funzione del tipo di roccia (si passa da
valori molto bassi per il tufo a valori piuttosto elevati per graniti e porfidi.
– In genere le rocce hanno un coefficiente di dilatazione termica molto basso che
però può variare molto in funzione del tipo di roccia.
• Resistenza al gelo
• Resistenza al fuoco:
– è la capacità di una roccia di mantenere la propria integrità, forma e
composizione a contatto con la fiamma o in un ambiente ad altissima
temperatura. In genere sono molto resistenti al fuoco le rocce serpentinose e
talcose, lo sono discretamente le arenarie mentre i graniti si fendono e i calcari
tendono a calcinarsi.
• Conducibilità elettrica:
– Le rocce sono generalmente buoni isolanti elettrici purché siano povere di
minerali metalliferi
• Lavorabilità:
– Durezza - La lavorazione delle pietre è facilitata dall’acqua di cava, perduta la quale la
pietra diventa più tenace. La segabilità dipende essenzialmente dalla durezza della roccia.
– Spaccabilità - è resa facile da sottili strati di separazione per le rocce sedimentarie o da
“peli”, cioè piccole fratture naturali.
– Scolpibilità - è l’attitudine di una roccia ad essere lavorata con lo scalpello, la martellina ed
altri strumenti.
– Lucidabilità - è la capacità di fornire superfici lisce speculari con opportuni trattamenti: in
pratica una roccia che è in grado di esser lucidata viene chiamata comunemente marmo.
La lucidatura aumenta la tonalità del colore e la durevolezza della pietra
• Aderenza alle malte - E’ una caratteristica essenziale per una pietra da impiegare in
murature. Sono favorevoli all’aderenza l’irregolarità, la ruvidezza delle superfici e la porosità,
mentre pietre con superfici molto lisce e levigate o contenenti minerali micacei o talcosi perdono
quasi completamente la caratteristica di aderenza.
• Colore - E’ una caratteristica molto importante in funzione dell’utilizzo della roccia. Sono rocce
monocrome quelle che hanno una tinta uniforme o talmente variegata da apparire uniforme a
breve distanza. Sono policrome le rocce brecciate o venate e le puddinghe.
Bisogna tenere presente che con il tempo il colore tende a sbiadire e poi si stabilizza, perciò il
colore vero di una pietra è quello che essa presenta a distanza di anni dalla cavatura, dopo
aver raggiunto la stabilità cromatica.
• Disegno
• Grana
• Difetti - Se le rocce contengono “peli” di discontinuità si definiscono filamentose. Nella massa
rocciosa si possono riscontrare inoltre cavità oppure inclusioni terrose o di fossili. Altro difetto è
l’attraversamento della roccia da parte di venature di calcite, che possono facilitarne la rottura.
Se i difetti sono alla superficie, possono essere facilmente eliminati; per difetti occulti, esistono
metodi di indagine e accertamento, fra cui la radiografia e gli ultrasuoni.
• Manufatti da lastre
– Lastre
– listelli
• Manufatti a casellario
– Per pavimenti o rivestimento
– Forme geometriche ed elementi dimensionati secondo il progetto
– Pre-posa in laboratorio
• Manufatti a spacco e a sfaldo
– ottenuti per spaccatura
• Manufatti conglomerati e ricomposti
– costituiti da granulati, graniglie e polveri provenienti dalle frantumazioni degli scarti di
lavorazione miscelati con ghiaie, sabbie e cemento resine e additivi coloranti
• Manufatti laminati
– prodotti in laboratorio con incollaggio di elementi lapidei
• Manufatti alleggeriti
– marmo sottile
– derivano da un ciclo tecnologico
– notevole leggerezza
– prestazioni finali migliorate
– Materiale incollato su supporto alveolare o fibre di vetro o reti di acciaio …
Tipologie di prodotto
• lastre
– a casellario
– A elementi non regolari
– A elementi regolari
– A intarsio
– A mosaico
– a seminato
• Cubetti
– elementi ad archi
contrastanti
– A file parallele
– A ventaglio
– A cerchi concentrici
• Brillantezza e/o rugosità
• Carica cromatica
• A superficie liscia
– Lucidatura
– Levigatura (specularità)
• A superficie rustica
– Fiammatura
– A incisioni puntiformi
• Bocciardatura
• Spuntatura
• sabbiatura
– a incisioni lineari
• Rigatura
• gradinatura
• Lavorazioni a rilievo
– Superfici a spacco
– A piano-sega
• Da telaio
• Da disco
• Da filo
• Brillantezza e/o rugosità
• Carica cromatica
• A superficie liscia
– Lucidatura
– Levigatura (specularità)
• A superficie rustica
– Fiammatura
– A incisioni puntiformi
• Boccardatura
• Spuntatura
• sabbiatura
– a incisioni lineari
• Rigatura
• gradinatura
• Lavorazioni a rilievo
– Superfici a spacco
– A piano-sega
• Da telaio
• Da disco
• Da filo
• Brillantezza e/o rugosità
• Carica cromatica
• A superficie liscia
– Lucidatura
– Levigatura (specularità)
• A superficie rustica
– Fiammatura
– A incisioni puntiformi
• Boccardatura
• Spuntatura
• sabbiatura
– a incisioni lineari
• Rigatura
• gradinatura
• Lavorazioni a rilievo
– Superfici a spacco
– A piano-sega
• Da telaio
• Da disco
• Da filo
Lavorazioni delle lastre
Lavorazioni delle coste
• Eseguite sul perimetro delle lastre per valorizzare il profilo e per
evidenziare le connessioni
• Complanari
• Sul piano
• Ad angolo
IL LEGNO
un materiale che respira
caratteristiche e proprieta’
• problematiche ambientali
– realizzazione in condizioni favorevoli all’ambiente (respira)
– reperibilità e possibilità di lavorazione senza eccessivo impiego di energia da combustibili fossili
– numerosi tipi di legno con aspetti caratteristici esteriori molto vari colore, venatura, tatto, profuma
• sicurezza e funzionalita’
– rapporto vantaggioso tra peso e resistenza (portata)
– ampio spettro di valori di densita’ e resistenza
– resistenza termica e capacita’ di isolamento termico relativamente buona
– diversi metodi di collegamento
– scelta di molti semilavorati di legno massiccio e di prodotti a base di legno con varie possibilità di impiego
– elasticita’ (capacità di vibrare, risonanza)
– facilità di lavorazione
– economicità
– ottimo aspetto estetico
Composizione del fusto:
• Corteccia – protezione
• Libro – linfa e fibre lunghe
• Cambio – anelli di accrescimento
• Parte legnosa àalburno per passaggio linfa
àDurame zona scura e compatta con cellule morte
• Midollo - Cellule spugnose
Classificazione (in relazione all’umidità presente):
• Legno fresco - 30% di umidità in più rispetto al legno completamente secco
• Legno stagionato all’aria – 15 % umidità residua
• Legno stagionato mercantile (umidità stabilita tra committente e fornitore)
• Legno essiccato artificialmente con aria calda
• Legno vaporizzato
• Legno lisciviato- privo di sostanze contenute nelle cavità cellulari, tramite immersione in acqua o vaporizzazione
COMPONENTI PRINCIPALI
• cellulosa 40-50% (polimero) - polisaccaride (nei tessuti più giovani)
• emicellulose 20-30% (composti zuccherini)
• lignina 20-30% (abbondante negli strati più vecchi)
• sostanze minerali
• acqua (dal 15 al 40%)
• tannino (composti organici vegetali, amorfi e cristallini)
• gomme
• resine
Crescita e struttura
• la cellulosa è la componente strutturale di tutte le sostanze vegetali; la sua resistenza e la
sua rigidità sono le proprietà che permettono di esporre alla luce solare le foglie e le parti verdi,
in modo che la fotosintesi possa aver luogo e diventare il punto di partenza di tutte le forme di vita
• la cellulosa è un esempio di produzione standardizzata da parte della natura: le piante sono diverse per forma e funzione, ma la molecola di cellulosa è uguale per tutte
• le piante più evolute possiedono delle cellule cave, allungate, a forma di fuso, le cui pareti sono
costituite in gran parte di cellulosa. questi cavi sono le fibre che sopportano il carico e che forniscono la resistenza
• La struttura molecolare della cellulosa nel legno è parzialmente cristallina (evita la penetrazione dell’acqua) e parzialmente amorfa (la cellulosa non ha possibilità di difendere i suoi gruppi ossidrilici dall’acqua e quindi dall’umidità)
• REGIONI CRISTALLINE (evita la penetrazione dell’acqua) Le catene di cellulosa depositate sulla parete cellulare sono disposte longitudinalmente, in direzione della lunghezza della cellula o fibra
• Queste catene di cellulosa sono molecole semplici filiformi e formano filamenti o fibrille
• Questi filamenti sottili si dispongono a forma di spirale avvolti attorno all’asse della cellula
• Questa forma elicoidale permette l’allungamento della fibra sotto sforzo (carico assiale)
• REGIONE AMORFA (la cellulosa non cristallina) – non possiede nessun meccanismo per proteggere i suoi gruppi ossidrilici dall’umidità, dato che molti di essi non sono strettamente legati ai propri vicini, quindi ogni gruppo ossidrilico viene immediatamente circondato da ogni
molecola d’acqua disponibile.
• Questo fa diminuire la loro attrazione reciproca, quindi le forze che tengono insieme lateralmente la parete cellulare diminuiscono e la cellula si gonfia Queste fibrille localmente sono molto ordinate
al punto da raggiungere una struttura cristallina. Le catene sono disposte parallelamente le une alle altre SI legano fra loro per mezzo di legami ad idrogeno, formando fibrille.
TRAZIONE E COMPRESSIONE
ABETE
•COMPRESSIONE 280 / 350 Kg/mc (molto bassa: si comporta in modo apposto alla ghisa)
•TRAZIONE1200 Kg/cmq deformazione elastica (a parità di peso la resistenza a trazione è
equivalente a quella di acciaio da 20.000Kg/cmq , una resistenza 4/5 volte maggiore di quella degli acciai)
• caratteristiche biologiche
– struttura porosa non omogenea e anisotropa
– conifere
• struttura semplice: un solo tipo di cellula che scorre nel senso della lunghezza del tronco
• (conduzione di acqua, sostanze e resistenza meccanica)
– latifoglie
• struttura complessa: in base alla disposizione delle diverse cellule si differenziano aspetto e anatomia del legno consentendone una classificazione
– la direzione delle fibre e la disposizione degli anelli di accrescimento individuano le proprietà meccaniche del legno
Proprietà fisiche:
• Massa volumica è il rapporto tra la massa in kg ed il volume in dm
• Colore – giallo (gelso), rossastro (larice, legni tropicalòi, tasso), bruno (noce, castagno, quercia), nero (ebano)
• Odore
• Disegno – lucentezza, grana, venatura – taglio (longitudinale, radiale,trasversale)
• Ritiro e dilatazione – perdita o assorbimento di umidità
• Potere isolante - Isolamento termico
• Proprietà meccaniche – resistenza a trazione, compressione,flessione
COLORE DEL LEGNO
• giallo miele abete
• grigio pietra quercia
• nero ramato quercia castagna
• nero vellutato ebano
• rosso chiaro ciliegio
• bianco eburneo pero
Proprietà meccaniche:
• Resistenza alla compressione
• Resistenza alla trazione – due/tre volte superiore rispetto alla compressione
• Resistenza alla flessione – le fibre si accorciano in compressione, si allungano nella trazione,
si incurvano al centro
• elasticità
• durezza – resistenza alla penetrazione di un corpo esterno
Le maggiori differenze fra legni diversi sono dovute alla loro densità diverse:
• BALSA densità compresa fra 80 e 160 Kg/mc PS=0,8 /0,16
• ABETE densità 480 Kg/mc PS=0,45
• QUERCIA densità 800Kg/mc PS=0,70
• GUAIACO densità compresa fra 1120 e 1280 Kg/mc PS=1,120 / 1,280
• DENSITA’ SENZA VUOTI 1,450 Kg/mc (molto simile a quella dello zucchero, il cui peso specifico è 1.5)
• IL PESO SPECIFICO è INFLUENZATO DA:
– UMIDITà DEL LEGNO CHE A SUA VOLTA CAUSA:
• RIGONFIAMENTO IN CASO DI ASSORBIMENTO
• RITIRO IN CASO DI EMISSIONE
– ASSORBIMENTO CAPILLARE DI ACQUA NELLE CAVITà CELLULARI
• IL LEGNO COSTANTEMENTE INUMIDITO DA ACQUA CORRENTE è SOGGETTO A
FORMAZIONE DI FUNGHI E MARCISCE
Proprietà tecnologiche:
• fendibilità – il legno si spacca nel senso delle fibre con un utensile cuneiforme
• Flessibilità o curvabilità – capacità di curvarsi e mantenere la curvatura (prima dell’essiccamento, con riscaldamento a vapore , oppure immersione in acqua calda)
• tagliabilità – incisioni da utensili (sega, pialla, scalpello), in base all’orientamento delle fibre
• lucidabilità – aspetto speculare (legni duri)
In sintesi:
• SCORRIMENTO (flex della trave) dovuto alle regioni amorfe
• UMIDITA’ rigonfiamento ed essicamento dal 5 al 10 % 10cm meglio tavole strette perché meno percentuale di rigonfiamento)
• CALORE permette il piegamento – l’umidità non mi fa spaccare il legno
• STAGIONATURA NATURALE O GRANDI FORNI
– Tavole 5cm spessore 1 anno-7anni
– Controllo – giorni o settimane
• PROLIFERAZIONE DEI FUNGHI ventilazione per mantenere umidità bassa
• PS 1,4
• LEGNO FRESCO GALLEGGIA perché CONTIENE ARIA affonda quando diviene saturo di acqua
LAVORAZIONI
– abbattimento
– fluitazione
– scortecciatura
– segatura
– stagionatura all’aperto
•gli anelli di accrescimento vengono formati da tessuti meno spessi e piu’ porosi
•sezioni con aspetti diversi individuano caratteristiche diverse: ampiezza degli anelli,colore, inclusioni forniscono dati e la storia dell’albero
MATERIALI DERIVATI DAL LEGNO
sfogliati
aste
listelli
lana di legno
trucioli
fibre
altre materie prime fibrose contenti cellulosa di legno
+
incollaggio
giunzione
iniezione a caldo con indurimento dell’adesivo
=pannello (elemento di grande superficie a forma di pannello)
àisotropia estesa sul piano del pannello, proprieta’ derivate dal legno massiccio migliorate
• Legno compensato (3-6 mm) e multistrato
(>8mm)
• Legno impiallicciato
• Legno migliorato fogli sottili con resine sintetiche per
migliorare le proprità meccaniche
• Paniforti - Compensati con listelli
• Pannelli di fibre di legno costruiti con materiale di
scarto (soffici o compressi)
• Tamburati simili ai paniforti ma con intelaiatura intrecciata
• truciolati
• Rattan – particolare legno ricavato dalla parte interna di piante tropicali in forma di canne ricoperte da spessa corteccia. Giunco, mnao, batang, …. Ogni canna viene selezionata singolarmente per la particolare struttura che presenta, con le inevitabili irregolarità e sfumature
• Midollino - si ottiene trafilando l’interno delle canne di giunco in tante canne sottili fino anche a 2mm di diametro
ZONE A RISCHIO
• PASSAGGIO TERRA-ARIA
• PASSAGGIO ACQUA-ARIA
• ZONA SOGGETTA A SPRUZZI D’ACQUA
• FUGHE DI COSTRUZIONI APERTE
• FESSURE ALL’APERTO
• ELEMENTI COSTRUTTIVI POCO VENTILATI
• PUNTI DI COLLEGAMENTO E DI CONTATTO DI ELEMENTI COSTRUTTIVI
• MONTANTE INFERIORE DI FINESTRE
• ESTREMITA’ DI TRAVI MURATE NEL CASO DI PARETI SENZA SUFFICIENTI
PROTEZIONI CONTRO L’ACQUA E L’UMIDITA
• UNIONI IN METALLO/LEGNO
• PILASTRI ANNEGATI NEL CALCESTRUZZO
I METALLI
ACCIAI
Classificazione degli acciai al carbonio
Acciai comuni
C < 2.11 %
• Riscaldamento a temperature elevate
• Extradolci C<1.15% (fili, chiodi, catene, lamiere,
tubi, viti, bulloni)
• Dolci 0.15%<C<0.25%(profilati vari, rotaie,
tubi, lamiere, barre per c.a.)
• Riscaldamento a temperature meno elevate
• Semiduri 0.25%<C<0.40% (filo per cavi,
rotaie, utensili agricoli, barre per c.a.)
• Duri 0.40%<C<0.65% (sfere, molle, scalpelli,
seghe, filo per cavi, utensili vari)
• Extraduri C>0.65% (utensili da tornio, punzoni,
frese, acciaio per cemento armato precompresso)
elementi per conferire caratteristiche particolari
• Debolmente legati=Poca aggiunta di altri elementi
• Fortemente legati=Aggiunta elevata di altri elementi
FOSFORO (P)
ZOLFO (S)
AZOTO (N)
MANGANESE (Mn)
SILICIO (Si)
CROMO (Cr)
Nichel (nI)
Molibdeno (Mo)
…..
Gli acciai al carbonio
Dosando in maniera adeguata la composizione chimica e con appropriato trattamento termico è possibile determinare le proprietà dell’acciaio in base all’impiego.
Si distingue, per esempio, tra:
• In passato Ferro battuto (forno a cupola con minerale di ferro su uno strato di carbone di
legna - blumo da battere per eliminare le numerose scorie) Acciaio a pacchetto (pacchetto di strati alternati di ferro dolce e ghisa fatti rammollire e poi martellati insieme per sladarli e far diffondere il carbonio dalla ghisa al ferro dolce, in modo da ottenere la percentuale di carbonio desiderata – si ripete il processo per cerare barre resistenti composte da centinaia o migliaia di strati sottilissimi – produzione artigianale)
• Acciaio da costruzione
• Acciaio per c.a.
• Acciaio temprato
• Acciaio inossidabile (anticorrosione)
• Acciaio refrattario
• Acciaio da utensili
La ruggine (ossido di ferro idrato)
• I metalli in genere sono soggetti al fenomeno della corrosione, causato da agenti chimico-fisici dell’atmosfera.
• L’aria è composta per circa il 21% di ossigeno, per il 78% di azoto e per il rimanente 1% essenzialmente di vapore acqueo e di anidride carbonica.
• Acciaio al carbonio 98% Fe
• Tutti i metalli reagiscono con l’ossigeno e l’acqua formando uno strato di ossido. Si forma uno strato di ossido di ferro idrato, strato poroso che permette la penetrazione di ossigeno e acqua ossidando la superficie sottostante,producendo la ruggine(ossido di ferro idrato - essendo poroso permette all’ossigeno e all’acqua di penetrare e ossidare la superficie sottostante, producendo la ruggine). Nel caso in cui un comune acciaio al carbonio è protetto da uno spesso strato di nichel e da uno strato più sottile di cromo, necessita una particolare attenzione affinchè questi due strati
non vengano danneggiati, per evitare che l’acciaio sottostante venga aggredito dalla ruggine.
• La ruggine (ossido di ferro idrato) rappresenta il maggior pericolo delle strutture eseguite con questo materiale; essa infatti, tende a staccarsi dalla superficie metallica che rimane esposta alla successiva ossidazione, e così finchè tutto il materiale non viene distrutto completamente.
Protezione delle strutture metalliche
• E’ necessario quindi proteggere le superfici metalliche esposte all’aria,specie in ambienti molto umidi, con vari mezzi protettivi:
1. Vernici
2. Rivestimenti metallici
3. Rivestimenti di sostanze plastiche
4. Rivestimenti di sostanze vetrose (smalti)
acciaio inossidabile che cos’è esattamente?
L’acciaio inossidabile gioca un ruolo da protagonista e un uso sempre crescente nella vita di tutti i giorni: in una forma o nell’altra è sempre visibile. Tuttavia, pur esistendo una certa familiarità con questo metallo, non sempre si è a conoscenza di cosa sia esattamente.
Molte sono le applicazioni dell’acciaio inox nei nostri progetti; esse vanno dal design di una maniglia per porta, ad un utensile, ad una facciata o una struttura completa di un edificio, dimostrando la versatilità di impiego di questo materiale.
• Non è un unico materiale: è un gruppo di acciai resistenti alla corrosione
• Tutti gli acciai contengono l’elemento-chiave che permette loro di resistere alla corrosione: il CROMO (Cr), 10.5%<Cr<30%
• Maggiore è la quantità di cromo contenuto, maggiore sarà la resistenza
• Alcuni acciai contengono anche il NICHEL (Ni) per incrementare la capacità di resistenza
• Altri acciai contengono altri elementi che sviluppano caratteristiche per alte prestazioni
Resistenza alla corrosione
•con il nome acciaio inossidabile, si definisce un gruppo di acciai che hanno la caratteristica comune di resistere alla corrosione.- il cromo e nichel non arrugginiscono
•più di 100 diverse composizioni di acciaio con diverse prestazioni. La radice comune di tutte è comunque la capacità di resistenza alla corrosione.
•Il cromo ed il nichel sono parte integrante dell’acciaio inossidabile; Il cromo contenuto nell’acciaio inossidabile, infatti, permette la formazione di una robusta pellicola superficiale di ossido di cromo, aderente, invisibile e resistente alla corrosione. Se questa pellicola passiva venisse danneggiata, in presenza di ossigeno essa si riformerebbe automaticamente.
Perché l’acciaio inossidabile è inossidabile?
• Il cromo contenuto nell’acciaio permette la formazione di una robusta pellicola superficiale di ossido di cromo, aderente, invisibile e resistente alla corrosione.
• Se questa pellicola passiva venisse danneggiata, si riformerebbe automaticamente in presenza di ossigeno
L’albero dell’acciaio inossidabile
• Esistono oltre 100 acciai inossidabili diversi
• Acciai inossidabili Fe, 10.5% < Cr < 30%
Caratteristiche fondamentali dell’acciaio inossidabile
•Resistenza alla corrosione – l’acciaio manterrà la propria resistenza meccanica nel tempo; ciò ne rende un materiale affidabile dall’aspetto inalterato
•Non richiede verniciature o protezione ma soltanto una pulitura periodica per rimuovere la sporcizia atmosferica
•La superficie non porosa non permette l’annidarsi dei batteri (utilizzo in condizioni di igiene rigorosa)
•Gli austenitici resistono a temperature superiori ai 1100°C
Acciaio inossidabile: versatile ed economico
• Adatto alla soluzione di molti problemi
• Lo sviluppo delle tecnologie produttive ne riduce i costi di lavorazione
• Competitivo nel tempo rispetto ad altre soluzioni
Cenni storici
• Circa 80 anni fa in Gran Bretagna e in Germania si svilupparono gli acciai resistenti alla corrosione.
• Aggiunta del cromo nei primi decenni del secolo scorso
• Aggiunta del nichel per migliorare le caratteristiche di fabbricazione
• Composizione definitiva (anni 20’) 18% di cromo e 8% di nichel
• Segue la produzione su larga scala. Negli anni 30’ e maggiormente dopo la seconda guerra mondiale l’acciaio inossidabile si espande notevolmente.
• Necessità di materiali che rispondano a criteri di lunga durata e assenza di manutenzione.
Le proprietà degli acciai
Tra le più importanti:
1. TENACITA’ (caratteristica di resistere agli urti)
2. RESILENZA (misura la tenacità, l’energia assorbita da provino nella fase di rottura)
3. DEFORMAZIONE PLASTICA (deformazione oltre il limite elastico)
4. RESISTENZA ALLA CORROSIONE (capacità di resistere alle
reazioni chimiche che modificano il materiale in maniera negativa)
Come nasce l’acciaio inossidabile
• CARICAMENTO DEL FORNO
• FUSIONE
• COLATA
• CONVERTITORE ARGON-OSSIGENO (insufflati per ridurre la quantità di carbonio)
• FORNO ELETTRICO AD ARCO
• COLATA CONTINUA
• TRATTAMENTO TERMICO
• LAMINAZIONE A CALDO
• AVVOLGIMENTO IN ROTOLI
• ROTOLI A CALDO
• FORMAZIONE DEI ROTOLI
• RICOTTURA A DECAPAGGIO
• RETTIFICA DEI NASTRI
• LAMINATOIO SENDZIMIR
• RICOTTURA E DECAPAGGIO O RICOTTURA IN BIANCO
• LAMINAZIONE PASSAGGIO PELLE
• TAGLIO
• NASTRI LARGHI, LAMIERE FINITE
particolarità fondamentali degli acciai inossidabili
resistenza
durezza
facile lavorabilità
duttilità
Gli acciai inossidabili possono essere sottoposti ai normali processi di lavorazione:
profilatura a rulli,
piegatura,
taglio con cesoia o a ghigliottina,
foratura,
punzonatura
saldatura.
Caratteristiche assunte tramite i processi di lavorazione
Gli acciai inossidabili possono “incrudire”: possono cioè aumentare la resistenza meccanica per mezzo della deformazione plastica, ottenibile attraverso:
•laminazione a freddo
•forgiatura
•trafilatura o imbutitura
In particolare sono gli acciai austenitici che incrudiscono, richiedendo, per un’operazione come la piegatura,circa il 50% di forza in più rispetto agli acciai al carbonio di pari spessore.
Gli acciai austenitici sono soggetti ,inoltre, al fenomeno del ritorno elastico e per compensare devono essere sovrapiegati di circa 5°.
Gli acciai inossidabili danno inoltre ottime prestazioni a temperature estreme, condizioni in cui la maggior parte dei metalli subisce una perdita di resistenza mentre gli acciai inossidabili la conservano quasi completamente senza oltretutto produrre scaglie.
Alcuni acciai “austenitici” possono essere usati a temperature superiori ai 1100 °C. Questo materiale si comporta altrettanto bene anche all’altro estremo della scala, mantenendo le proprie
qualità a temperature fino a -200°C senza compromettere la sua resistenza e durata nel tempo.
Gli acciai al carbonio
Le caratteristiche di resistenza di un acciaio possono essere accentuate o modificate, mantenendo la stessa percentuale di carbonio e degli altri elementi,con processi di lavorazione:
• La TEMPRA – si ottiene con riscaldamento a circa 900°C seguito da rapidoraffreddamento, provocato da bagno di acqua o olio. L’acciaio temprato acquista maggiore durezza e resistenza, tanto maggiore quanto più è elevata la percentuale di carbonio.
• La RICOTTURA – consiste nel riscaldamento dell’acciaio, lasciandolo poi raffreddare lentamente. Con questo sistema si riduce la durezza e si ottiene un acciaio di più facile lavorabilità.
• Il RINVENIMENTO – si attua dopo la tempra, riscaldando l’acciaio a circa 600° C e poi facendo seguire un lento raffreddamento; con questo processo si perde una parte della resistenza acquistata con la tempra, ma si aumenta la tenacità dell’acciaio e la sua lavorabilità
Classificazione degli acciai da costruzione
Gli acciai si distinguono rispetto a:
• COMPOSIZIONE - contenuto di carbonio
• METODO DI PRODUZIONE – laminati, trafilati, profilati
• FORMA – lamiere, piatti, tondi lisci, tondi nervati, sagomati, tubi
PROCESSI DI LAVORAZIONE
Acciaio laminato
Consiste nel far passare il pezzo di acciaio,ottenuto dalla colata, fra due grossi cilindri paralleli rotanti in senso opposto (laminatoio) in modo da ridurne lo spessore.
I cilindri diminuiscono lentamente la loro distanza, in modo da assottigliare il pezzo gradualmente.
Le lamiere possono essere laminate per ottenere particolari profili, che ne aumentano la resistenza a flessione (nervate, grecate,ondulate, utilizzate per per coperture, solai,serramenti, grondaie, …)
Acciai profilati
• LAMINATI A CALDO
I più comuni sono i normali profili a T, a doppia T (IPE o HE), ad L, a Z e a C. Le sezioni di questi
profilati possono avere gli spigoli arrotondati oppure gli spigoli vivi.
•LAMINATI A FREDDO
Sono solo di piccoli spessori. In genere sono ricavati da lamiere, opportunamente sagomate.
Le forme sono ad U, L, C, Z, e Ω.
Lamiere di acciaio:Notevole spessore (da 3 a 50 mm) Laminazione a caldo
Minore spessore (inferiore a 3mm) Laminazione a freddo
Le lamiere sottili sono spesso impiegate per coperture, pannelli per prefabbricazione, rivestimenti
TRATTAMENTI DI PROTEZIONE
•Stagnatura
•Piombatura
•Plastificazione
•Smaltatura
•Verniciatura
•Zincatura fosfatizzazione
Acciaio trafilatoàConsiste nel far passare, mediante trazione, fili, barre o tubi di una data sezione attraverso una sezione più piccola. Attraverso la trafilatura a freddo si ottiene il ferro tondo da c.a., il filo per funi metalliche, il ferro per il c.a. precompresso L’operazione è effettuata a freddo e
comporta l’allungamento del pezzo,che viene stirato. Aumenta la resistenza per effetto della
deformazione plastica.
Il rapporto fra sezione di entrata e di uscita della trafila non può essere elevato per evitare una forte deformazione plastica con difetti di screpolazioni e fessurazioni.
I Tubi
• SENZA SALDATURAàRicavati da un unico massello. Indicati per travi a traliccio, colonne, reti di distribuzione per liquidi, gas e vapori, impianti di riscaldamento.
• CON SALDATURAàRicavati da lamiere curvate e saldate. Adatti per strutture di carpenteria leggera,ringhiere, cancellate, …
Acciai inossidabili – finiture di acciaieria
metodo di produzione finitura caratteristiche e applicazioni laminato a caldo leggermente ruvida con riflettività molto bassa scopi non decorativi applicazioni strutturali sistemi di supporto non visibili laminato a freddo trattamento termico decapaggio aspetto opaco e bassa riflettività
esigenze industriali applicazioni con scarse esigenze estetiche laminato a freddo trattamento termico
decapaggio leggera laminazione finale aspetto grigio lattiginoso base per successive finiture più lucide oppure spazzolate laminato a freddo trattamento termico in atmosfera controllata
laminazione a freddo alta riflettività facile puliza utilizzata per la bassa possibilità di
contaminazione
Trattamenti superficiali nei metalli
• processi di stampa industriale
– Stampa a tampone
– Cubic printing
– Stampaggio a caldo (3d)
– Decorazione in stampo (3d)
– Serigrafia
• Metallizzazione da fase vapore
• Elettrodeposizione (materiali placcati)
• Deposizione chimica
• Anodizzazione protegge l’alluminio aumentando Al 2 O 3
• Lucidatura meccanica
• Elettropulitura
• Lucidatura chimica
• Verniciatura a solvente
• Verniciatura a base acquosa
• Elettroverniciatura
• Verniciatura a polvere
• Vernicaitura a smalto
• Incisione (per decorazioni con acidi)
• Texturizzazione
Collegamenti degli elementi metalliciàPer ottenere strutture metalliche complesse, occorre collegare i vari elementi metallici con opportune tecniche tradizionali.
• GIUNZIONI MECCANICHE
Unioni a caldo
Con saldature:
Saldatura a ultrasuoni
Saldatura a fascio di potenza Brasatura forte e dolce
Saldatura a cannello/saldatura ad arco(elettrodo, a filo)
Saldatura mig (metal inert gas)
Saldatura tig (elettrodo di tungsteno)
Saldatura a resistenza
Saldatura a resistenza
Saldatura ad attriti
• INCOLLAGGIO=adesivi (resine epossidiche, acriliche e poliuretaniche). La scelta dell’adesivo più appropriato dipende da numerosi fattori fra cui il materiale da unire all’acciaio, le condizioni ambientali di esposizione del manufatto, ed il tipo di carico da sopportare. Un pre-trattamento dell’acciaio, come lo sgrassaggio, l’uso di abrasivi o l’applicazione di primer chimici, potrebbe essere utile per favorire l’adesione delle parti.
• SALDATURA=L’acciaio è facilmente saldabile, sia con normale acciaio al carbonio sia con altri acciai inossidabili purchè siano tenuti presenti i coefficienti di dilatazione termica e la conduttività termica dei materiali da unire.
• La rivettatura è una tecnica di giunzione fra lamiere che prevede l'utilizzo di rivetti.
• Il rivetto, o ribattino, è un giunto meccanico non smontabile, che serve alla giunzione di due, o più, lamiere, in particolare metalliche. Si usa anche per la giunzione di compositi, tra i quali non è possibile realizzare saldature ma solo giunzioni meccaniche o incollaggi. È un giunto non smontabile, ovvero l'accoppiamento meccanico è definitivo e può essere disassemblato solo distruggendo il rivetto stesso.
• I giunti rivettati sono realizzati in lamiere metalliche dove il rivetto subisce solo sforzi di taglio. Prima di essere istallato il rivetto è costituito da un cilindro metallico con una testa da un lato. Il rivetto è inserito in un foro realizzato precedentemente con un trapano, e quindi l'estremità senza testa viene ribadita, ovvero deformata plasticamente a formare la controtesta. I fori in cui
inserire il rivetto devono essere di diametro calibrato, maggiore del diametro del gambo del rivetto non deformato, che si espanderà fino a riempire tutto il foro all'atto della realizzazione della controtesta. L'area libera deve essere di diametro di circa una volta e mezzo il foro, per permettere la corretta formazione della controtesta. Il foro deve essere eseguito a un angolo di 90° nelle lamiere. Per prevenire disallineamenti o l'allontanamento tra le lamiere durante l'esecuzione del foro queste devono essere opportunamente bloccate insieme. Se le lamiere dovessero allontanarsi dei trucioli metallici potrebbero infilarsi nello spazio vuoto che si verrebbe a creare tra loro. Se le lamiere dovessero scorrere tra loro il foro sarebbe non allineato e non sarebbe possibile l'inserimento del rivetto.
• Le controteste possono essere formate a freddo o caldo, con vibratori o presse pneumatiche. Spesso è preferibile formare le teste per pressatura, per evitare di danneggiare le lamiere nell'intorno del foro. La forma della controtesta è determinata dalla forma della coppa metallica dell'utensile di pressatura.
• I rivetti possono essere utilizzati per giunzioni a fila singola, doppia, tripla, a catena o a zig zag. La zona in cui avviene la rivettatura può essere rinforzata da piastre, dette doubler, per preservare l'integrità delle lamiere giuntate. Il carico è distribuito tra i rivetti per cui moltiplicandone il numero si riduce la sollecitazione a cui sono sottoposti, ma i rivetti di estremità sono sempre
i più sollecitati.
• I rivetti sono forniti in una varietà di dimensioni e materiali. Una delle caratteristiche peculiari è la forma della testa che può essere piatta, a bottone, semisferica, o in altre geometrie. Per applicazioni aeronautiche si utilizza, sulla faccia esterna dell'aeromobile, la cosiddetta testa svasata. Infatti la superficie esterna dell'aeromobile deve essere il più liscia possibile, per
preservare le caratteristiche aerodinamiche. È necessario quindi ricavare, oltre al foro, una depressione concentrica, la svasatura, per l'alloggiamento della testa del rivetto. I pannelli alari sono solitamente rivettati con rivettatrici automatiche che formano una o entrambe le teste del rivetto. La controtesta è sporgente, in quanto situata all'interno della struttura.
• La saldatura è un collegamento di parti solide che realizza la continuità del materiale fra le parti che vengono unite. La saldatura, in genere,presuppone la fusione delle parti che vengono unite, a differenza della brasatura, in cui viene fuso unicamente il materiale d' apporto. Con la
saldatura viene garantita quindi anche la continuità delle caratteristiche del materiale delle parti così unite.
• Da quanto sopra consegue che la saldatura è un collegamento permanente che si differenza anche da altri collegamenti permanenti (es. chiodatura o incollatura) che non realizzano la continuità metallica.
• La caratteristica principale della saldatura è di creare strutture monolitiche,cioè strutture che non presentano discontinuità di caratteristiche in presenza dei giunti. Questa particolarità della saldatura è di notevole importanza sia quando è richiesta una resistenza meccanica uniforme sia
quando è richiesta una resistenza uniforme ad aggressioni esterne (per esempio a corrosione).
Finiture di acciaieria
Lucidatura meccanica e spazzolatura
Uso di materiali abrasivi che incidono la superficie dell’acciaio fino a una certa profondità. Si ottengono finiture unidirezionali a seconda della superficie inox originale, del tipo e della trama dei nastri abrasivi e delle spazzole,nonché della natura del procedimento di lucidatura usato.
Le finiture meccaniche possono essere eseguite con lubrificazione (smerigli con lato oliato) o a secco (nastro con graniglia o spazzole di fibra), dando origine, rispettivamente, a finiture di particolare lucentezza e bassa rugosità, oppure ad effetto satinato. Le finiture lubrificate sono più lisce ed è più facile mantenere l’uniformità rispetto alle finiture a secco.
Finiture decorate
Le finiture decorate sono ottenute per stampaggio o per laminazione mediante rulli con disegni a rilievo. Questo permette inoltre di irrigidire efficacemente la lamiera permettendo rivestimenti più sottili con un conseguente risparmio di costi e una generale riduzione di peso.
La lamina così lavorata risulta particolarmente adatta per ampie superfici piane, come nel caso dei pannelli per rivestimento, poiché le distorsioni ottiche conosciute come “effetto latta” vengono notevolmente ridotte. I laminati decorati possono avere il disegno da un solo lato e l’altro liscio, oppure con entrambi i lati decorati, dove il disegno rimane impresso anche sul lato rovescio.
Pallinatura
La pallinatura produce superfici uniformi, non direzionali, a bassa riflettività, che offrono un piacevole contrasto con le superfici molto lucide. I materiali usati per effettuare la pallinatura comprendono graniglie di acciaio inossidabile, grani di ceramica, ossidi di alluminio, frammenti di gusci di noce e di vetro, ciascuno dei quali contribuisce ad ampliare la gamma delle finiture superficiali disponibili. In nessun caso devono essere utilizzati pallini di ferro o di acciaio al carbonio, che potrebbero seriamente contaminare la superficie inox; bisogna fare particolare attenzione nell’utilizzare la sabbia affinchè non contenga materiali ferrosi contaminati.
La superficie degli acciai inossidabili austenitici subirà un processo di indurimento durante la pallinatura. L’operazione, peraltro, può provocare o diminuire tensioni presenti nella lamiera o nel manufatto. In alcuni casi, la pallinatura si rende necessaria su entrambe le facce per eguagliare le tensioni.
Elettrolucidatura
Questo procedimento elettrochimico è utilizzabile sia per le lamiere sia per i componenti con forme complesse. Serve a migliorare la superficie del materiale eliminando le difformità e le irregolarità del suo profilo, rendendola più liscia e aumentandone la riflettività. Il grado di levigatezza e di riflettività derivanti da questo processo dipendono dalla rugosità del materiale iniziale, tuttavia non sarà mai possibile raggiungere una ricettività a specchio pari a quella ottenibile con i procedimenti di lucidatura meccanica. Una superficie più liscia aumenta la resistenza alla corrosione, offrendo meno possibilità di ritenzione di particelle contaminanti ed è anche più facile da pulire e da mantenere.
Finiture colorate-Colorazione elettrolitica
Attraverso un processo chimico, durante l’immersione del materiale in una soluzione acida, la pellicola di ossido di cromo della superficie dell’acciaio inossidabile, può assumere una colorazione che viene poi fissata con un processo elettrolitico.
In base al tempo di immersione si forma una pellicola superficiale e attraverso il fenomeno fisico prodotto dall’interferenza con la luce, cioè la sovrapposizione della luce in arrivo e di quella riflessa, si producono intensi effetti di colore. La gamma specifica dei colori che la pellicola va man mano assumendo sono: bronzo, oro, rosso, porpora e verde, corrispondenti al suo aumento di spessore da 0.02 fino 0.36 µm.
L’acciaio inossidabile austenitico è particolarmente adatto per questo trattamento.
A differenza delle tradizionali superfici verniciate, questo procedimento crea colorazioni permanenti che non richiedono manutenzioni, tuttavia bisogna evitare che queste superfici vengano in qualche modo danneggiate dato che non possono essere facilmente riparate.
L’acciaio inox colorato con questo sistema non può essere saldato senza compromettere la superficie colorata.
La pulizia deve essere seguita con particolare cura senza l’utilizzo di elementi abrasivi o detergenti contenenti cloro poichè danneggerebbero la superficie in modo permanente.
Finiture colorate-Superfici elettrocolorate e decorate
Imprimendo un motivo sull’acciaio inossidabile prima dell’applicazione chimica del colore, si possono creare disegni. Inoltre attraverso una levigatura sui rilievi del disegno, che farebbe apparire l’acciaio nel suo colore grigio originale, è possibile ottenere la doppia colorazione, lasciando le parti colorate nelle zone più profonde meno soggette a possibili danni.
Finiture decorative
Le tecnologie e i processi moderni forniscono i mezzi per creare vari disegni ed effetti sul pannello in acciaio. Il procedimento comprende: fotoincisione, acquaforte,pallinatura, colorazione, decorazione, levigatura, lucidatura.
L’acciaio inossidabile nell’ambiente domestico
• Lamette da barba
• Montature d’occhiali, casse di orologi e cinturini, servizi da thè e caffè
• Oliere
• Posateria
• Lavelli e scolapiatti
• Utensili per cucina
• Oggetti per cucinare
• Vasellame
• Attrezzi per giardinaggio
• Cestelli per lavatrici
• Forni
L’acciaio inossidabile nelle industrie
• Rivestimenti, architravi, pannelli, coperture, serramenti ….
• Serbatoi, contenitori a pressione, tubature per le industrie di trasformazione, raffinerie di petrolio…
• Serbatoi per navi, veicoli per trasporto, componenti motori, marmitte…
• Gasdotti, oleodotti, impianti nucleari …..
ALLUMINIO
• Nonostante l'alluminio sia il 3° elemento in ordine d'abbondanza sulla crosta terrestre, (8.1%), è molto raro in forma libera ed era una volta considerato un metallo prezioso, con un valore superiore a quello dell’oro. È quindi relativamente nuovo come metallo industriale e la sua produzione, in quantità commerciali, avviene da poco più di 100 anni.
• Quando venne scoperto l'alluminio era estremamente difficile da separare dalle rocce di cui faceva parte, e poiché si trovava solo legato in qualche composto era il più difficile da ottenere,nonostante fosse uno dei più abbondanti elementi disponibili sulla terra.
Cenni storici
• Gli antichi greci e romani usavano l'allume che era prodotto dalla lavorazione della alunite, un solfato d'alluminio che si trova in natura.
L'allume era fondamentale nell'industria tessile come fissatore per colori,per le stampe su pergamena, per la concia delle pelli, la produzione del vetro e, come emostatico, per curare le ferite.
Nel 1761 Guyton de Morveau propose di chiamare l'alluminio base,allumina.
• Il metallo fu idenditficato per la prima volta da H.DAvy, nell'allume KAl(SO4)2*12H2O, però non riuscì ad isolarlo, propose pertanto il nome alumium (dal Latino alumen, alum, sale amaro), poi modificato in aluminium, quindi in alluminio.
• Il primo scienziato ad isolare, in forma impura, il metallo fu H.C. Oersted sfruttando la reazione tra l'amalgama di potassio ed AlCl3; Friedrich Wöhler è generalmente accreditato per aver isolato l'alluminio in forma massiva, nel 1827, migliorando il metodo di H.C. Oersted.
Henri Sainte-Claire Deville introdusse il metodo di riduzione diretta del metallo, per via elettrolitica a partire da NaAlCl4 fuso, processo studiato in modo indipendente pure da Bunsen.
• L'invenzione del processo Hall-Heroult nel 1886, ovvero elettrolisi di allumina disciolta in criolite NaAlF4, rese economica l'estrazione dell'alluminio dai minerali, ed è comunemente in uso in tutto il mondo.
Alluminio
L'alluminio si trova principalmente nei minerali di bauxite
- resistenza all'ossidazione,
- morbidezza,
- leggerezza.
Le proprietà salienti dell'alluminio sono:
• Basso peso specifico, pari a circa un terzo di quello dell'acciaio o delle leghe di Rame
• Elevata resistenza alla corrosione
• Alta conducibilità termica ed elettrica
• Atossicità
• Elevata plasticità
• Eccellente duttilità e malleabilità
• Basso potere radiante
• Ottima saldabilità (a gas, ad arco elettrico, per resistenza)
le peculiarità in comune per tutte sono:
• Bassa temperatura di fusione compresa tra i 510 ed i 650°C
• Basso peso specifico, compreso tra 2,66 e 2,85 gr/cm3
• Elevatissima conducibilità elettrica e termica
• Contenuto di alluminio maggiore del 95%
• Gran parte degli elementi metallici sono solubili nell'alluminio, tuttavia rame
(Cu), silicio (Si), magnesio (Mg), zinco (Zn), manganese (Mn) sono i leganti utilizzati per l'alluminio a costituire le leghe madri; accanto ad essi si possono impiegare elementi che migliorano alcuni aspetti prestazionali delle leghe, conosciuti come correttivi. Si trovano aggiunte, per scopi particolari,piccole percentuali di nichel, titanio, zirconio, cromo, bismuto, piombo,cadmio, scandio ed anche stagno e ferro
Riciclaggio dell’alluminio
• Il recupero di questo metallo dai rifiuti è diventato una parte importante dell'industria dell'alluminio. Il riciclaggio dell'alluminio non è una novità, è una pratica comune fin dai primi del 1900. Era comunque un'attività a basso profilo fino ai primi anni 60’ quando il riciclaggio dell'alluminio delle lattine pose questa pratica sotto l'attenzione pubblica.
• Le fonti per il riciclaggio:
– automobili
– Serramenti
– Elettrodomestici
– contenitori
– … altri prodotti
• Il riciclaggio è molto conveniente: produrre un chilo di alluminio pronto all'uso a partire da scarti costa meno di 1 kWh, contro i 13-14 circa della produzione dal minerale.
I processi di formatura dell’allumnio – la produzione
L'alluminio grezzo viene lavorato tramite diversi processi di produzione industriale
Componenti strutturali fatti in alluminio sono vitali per l'industria aerospaziale e molto importanti in altri campi dei trasporti e delle costruzioni nei quali leggerezza, durata e resistenza sono necessarie.
APPLICAZIONI DEL MATERIALE
Una delle prime applicazioni dell’acciaio inossidabile fu il rivestimento con pannelli della cuspide del Crysler bulding del 1930 a New York
Dal 1930 ad oggi sono stati proposti differenti usi dell’acciaio in edilizia: molte strutture portanti sono lasciate a vista e si presentano sotto forma di strutture reticolari con risultati strutturali ed estetici voluti in fase di progettazione; altre invece, manifestano virtuosismi strutturali
evidenziando il materiale utilizzato altre ancora, come le tensostrutture, per esempio, lasciano il materiale ben visibile: cavi, giunti, pilastri sottolineano le qualità strutturali dell’acciaio
E’ evidente l’utilizzo dell’acciaio inossidabile anche nelle facciate degli edifici realizzate
con il vetro strutturale: questo, ad esempio, è sempre supportato da giunti in acciaio, elementi stampati che alla loro funzione primaria di connessione del vetro, associano anche il valore ornamentale della facciata dell’edificio.
Spesso, infatti, l’acciaio inossidabile è associato ad altri materiali, sia limitandosi all’applicazione degli elementi di connessione sia manifestandosi come protagonista.
L’industria edilizia propone oggi soluzioni di facciate rivestite con pannelli in acciaio dalle diverse finiture finalizzate ad ottenere effetti particolari che evidenziano e caratterizzano l’edificio.
In alcuni casi sono stati realizzati anche elementi di schermatura del sole e della luce in acciaio inossidabile. Le coperture degli edifici realizzati in acciaio inossidabile sono spesso trattati con
pannelli in lamiera piana o sagomata che poggiano su telai, oppure in pannelli autoportanti rivestiti con lamine.
Elementi di collegamento come scale e passerelle o piccole strutture come pensiline e gallerie,
costituiscono gli esempi più diffusi e popolari realizzati in acciaio inossidabile. L’acciaio inossidabile è molto diffuso nell’arredo urbano dove risulta chiaramente indispensabile per le sue caratteristiche di resistenza, essendo i manufattti esposti a notevoli aggressioni inquinanti e forti agenti atmosferici
IL VETRO
Produzione fino alla fine del XIX sec e inizio XX procedimento per vetro piano mediante
soffiaggio di cilindri=procedimento per vetro piano mediante
soffiaggio di sfera
Una panoramica storica
Invetriatura – procedimento utilizzato per rivestire e proteggere il vasellame d’argilla (reperti ritrovati in mesopotamia fine V sec. a.C. + egitto IV sec. a.C.
Silicio, calce, carbonato di sodio, potassa, ossidi di metallo a temperature elevate possono essere trasformati in una massa vetrosa
Produzione del vetro – (sepolcri re egizi 3500 a.C.) perle +anelli e piccole figure utilizzando le conchiglie come stampi, piccoli bicchieri, vasi (nucleo di sabbia argillosa con asta , immersione nella massa di fusione, roteazioni nel piatto con asta, raffreddamento ed eliminazione del nucleo)
Antica ricetta: 60 parti di sabbia, 180 parti di cenere di piante marine, 5 parti di creta. Biblioteca di tavole di terracotta del re assiro Assurbanipal (668-626 a.C.)
Canna da vetro per soffiatura – artigiani siriani 200a.C.: canna + bolo di vetro fuso + soffiaggio = oggetto con pareti sottili
Elemento architettonico – ville di pompei, ercolano, terme romane: lastre 30*50cm, spessore 3-6cm, telaio di bronzo - lastre verde azzurrino e scarsamente trasparenti – la pasta viscosa veniva fusa su una piastra con bordi, cosparsa di sabbia e separata da ganci di ferro
INDUSTRIALIZZAZIONE
• Tra il XV ed il XVII sec. Il primato della produzione passò a venezia: purezza e trasparenza= aggiunta di ceneri di una pianta litorale + manganese ed arsenico come decoloranti
• 1687 Bernard Perrot - vetro colato: il contenuto della vasca di fusione veniva versato su una piastra di rame levigata e preriscaldata e steso con un rullo di metallo a formare una lastra. Lo spessore della lastra era determinato dall’altezza delle bande sopraelevate laterali. La lastra, piana,
veniva infine lavorata con sabbia e acqua (abrasione) e lucidata con una pasta di ossido di ferro
• Rapidità, minore forza lavoro, qualità migliore, riduzione dei costi
• 1919 invenzione del procedimento di colata continua tra rulli di laminatoi: la massa vetrosa fluida in uscita dal crogiolo veniva trasformata in un nastro di vetro ancora caldo tagliato in tavole nei forni di ricottura. Lastre fino a 3*6m.spessori da 0.6 a 20mm.
• Vetro mattone – pezzi pieno lavorati su stampi
Proprietà E Composizione
• Fluido solidificato
• Molecole completamente disordinate senza reticoli cristallini
• Materiale trasparente
• Non ha punto di fusione, ma in caso di riscaldamento passa dallo stato solido a quello plastico-viscoso e poi a quello fluido.
• Materiale isotropo – caratteristiche indipendenti dalla direzione
• Composto da un reticolo spazialmente irregolare di silicio e ossigeno SiO 4
• Durante le eruzioni vulcaniche è possibile la formazione di vetro naturale (ossidiana) – il vetro si forma a causa dell’elevato riscaldamento della terra e viene espulso durante le eruzioni.
• Per la produzione del vetro colorato si aggiungono additivi nella massa vetrificabile, che non modificano la rigidità meccanica
silice SiO2 69-74%
calce CaO 5-12%
Ossido di sodio Na2O 12-16%
magnesio MgO 0-6%
alluminia Al2O3 0-3%
Ossido di boro Vetro borosilicatico 7-15%
Classificazione in base alla composizione
• Vetri sodico calcici – sono i più comuni (finestre , bottiglie, lampadine, contenitori, tubi)
– Soda 13-17% NaO, Calce 5-10% CaO, Vetrificante 70-75% SiO2
– Basso punto di fusione
– Facilmente soffiabili e stampabili economici
– Trasparenti da verde a marrone
• Vetri al borosilicato – quando la calce è sostituita da borace B2O3 (pyrex) (attrezzatura da
laboratorio)
– Punto di fusione + elevato
– Difficile lavorazione
– Minore coeff. Di espansione termica
– Resistenza agli shock termici
• Vetri di silice (involucri per lampade ad alta temperatura) vetri al quarzo
– Elevata trasparenza
– Solo silice pura SiO2
– Elevatissima temperatura di fusione
– Lavorazione difficile
– Migliore resistenza ad alte temperature
• Vetro al piombo – notevole brillantezza, elevato indice di rifrazione per la luce, bassa temp. di
rammollimento (cristalli)
• Vetroceramici (pirofile da cucina per elevate resistenze al calore, rivestimenti per fornelli…)
– hanno cristallizzato,
– viene data la forma allo stato vetroso con vari metodi di formatura e raffreddati
resistenza
• Resistenza agli acidi e soluzioni alcaline
• Superficie sufficientemente dura con proprietà antigraffio (scala di Mohs tra 6 e 7)
• Oggetti appuntiti e duri, come piccoli granelli di sabbia nell’acqua di lavaggio in caso di pulizia non adeguata, possoni rigare la superficie
• Se una pellicola d’acqua resta per lungo tempo su una superficie di vetro, si formano lisciviazioni. – il legame tra silicio e ossigeno in acqua è più forte che quello ai depositi nelle cavità reticolari del
vetro, cosicchè si forma rapidamente una soluzione alcalina con la pellicola d’acqua
• Permanendo l’acqua ed aumentando la concentrazione alcalina,viene attaccato il reticolo acido rimasto corrodendo la superficie vetrosa
• Le lisciviazioni vengono anche causate dal contatto tra vetro e intonaco minerale, calcestruzzo o detersivi estremamente alcalini
Produzione con procedimento float
• La miscela vetrificabile viscosa viene colata su un bagno piano di stagno fuso, dove galleggia
• Grazie alle tensioni superficiali, e alle differenze di viscosità della massa e del bagno di stagno, il vetro fluido assume la forma di lastre spesse 6mm
• All’ingresso del forno il bagno ha una temp. Di 1000°C, all’uscita di 600°C.
• Reffreddamento lento con procedimento controllato
• Taglio in assenza di tensioni
Produzione vetro tirato
• Per vetri molto sottili
• Superfici con leggere ondulazioni, dovute alla tiratura, perpendicolari alla direzione di tiratura, percepibili anche nell’immagine riflessa
Produzione vetro colato o ornamentale
• A seconda della conformazione dei rulli si possono avere facce piane, una piana e una decorata, o due decorate
• Non consente una visione chiara, in quanto i vetri colati sono traslucidi
• Se si inserisce una rete metallica nella massa vetrosa fluida otteniamo un vetro retinato ornamentale
TRATTAMENTI SUPERFICIALI
• Smaltatura – uno strato di ceramica colorata, precedentemente sovrapposto, viene fuso sul vetro durante il processo termico di tempra o indurimento
• Satinatura – faccia resa opaca da acidi: superficie ruvida, diminuzione della trasparenza, possibilità di creare motivi e figure
• Sabbiatura – lavorazione con getto di sabbia – superficie molto ruvida
TRATTAMENTI TERMICI
• Vetro curvato – le lastre vengono scaldate al di là del punto di rammollimento, dallo stato solido allo stato “morbido” (640°C). Il vetro pastoso viene fatto aderire allo stampo di supporto e nuovamente ricotto.
Attenzione alle tolleranze!!!
• Lastra curva + rigida
• Vetro di sicurezza – lastra riscaldata fino al rammollimento (640°C). Improvviso raffreddamento con getti d’aria freddi – le sup. esterne si raffreddano prima del nucleo – insorgono forti compressioni sulle superf. Che rendono il vetro + resistente. Il vetro temprato, in caso di sollecitazione, è in grado di assorbire forze di trazione superiori rispetto al vetro ricotto. La
rottura si verifica con disgregazione di piccoli frammenti smussati. (5*5cm). Il vetro temprato non può subire successive lavorazioni come il taglio o la perforazione.
• Vetro indurito - = ma raffreddamento lento – rotture radiali da bordo a bordo. Rispetto al vetro float risulta + resistente a flessione. Non è considerato un vetro di sicurezza
• Tempra chimica – scambi di ioni durante l’immersione in una soluzione chimica bollente, mettendo in compressione la superf. della lastra. Con l’immersione si temprano anche i bordi della lastra
STRATIFICAZIONI
• Vetro stratificato – pannello composto da almeno due lastre e uno strato intermedio con o senza caratteristiche di sicurezza. Come strati intermedi si possono impiegare materiali termoplastici o altri legami inorganici o organici (isolamento acustico o scopi ornamentali)
• I pannelli devono resistere all’umidità e alle radiazioni solari che non devono modificare le proprietà meccaniche, caratteristiche ottiche
• La pellicola viene posta tra le lastre e pressata in autocalve con azione del calore e della pressione
• Vetri antivandalismi, anticrimine, antiproiettile
• Vetrocamera – almeno due lastre separate ai bordi da un distanziatore –guarnizione di tenuta + sigillante
• I sistemi di tenuta devono impedire l’ingresso di umidità e scambi gassosi
• Vetro stampato
Si tratta di un vetro in lastre, bianco o colorato, colato e laminato, avente una o entrambe le facce impresse con disegni o motivi ornamentali. Si ottiene un vetro traslucido, semitrasparente, che non lascia passare gli sguardi poiché distorce i dettagli degli oggetti, ma non ostacola la radiazione luminosa.
• Produzione
Le irregolarità sono ottenute tramite rulli metallici che praticano delle incisioni sulla superficie secondo un disegno predefinito. A seconda della quantità delle irregolarità prodotte, il vetro presenta una particolare brillantezza quando è colpito dalla luce.
Il vetro stampato è un comune elemento decorativo architettonico sulle facciate e negli interni ed è inoltre possibile la sua lavorarazione per renderlo isolante, di sicurezza o stratificato. Alcune delle incisioni prodotte,comunque, a causa della loro profondità, possono rendere impossibile la tempra delle lastre di vetro così trattate.
• Vetro piano traslucido ottenuto per laminazione tra due cilindri che imprimono un motivo in rilievo su una o ambedue le facce
• SGG U-GLAS ®
E' una barra di vetro traslucido profilato a forma di U. E’ un vetro strutturale autoportante col quale è possibile vetrate grandi superfici piane o curve vincolando le barre alle sole strutture perimetrali del vano stesso. SGG U-GLAS ® , prodotto nel tipo normale e armato viene utilizzato per la realizzazione di pareti verticali esterne o interne, tamponamento di vani scala, finestrature continue,
coperture, tettoie e sheds, ecc.
CARTA E CARTONE
Sostenibilità ambientale
• Poco costoso
• Riciclato e riclibabile
• Se incenerito non produce fumi nocivi
• Non è emissivo
• Facilmente reperibile
• Leggero
• Trasportabile
• Movimentabile agilmente
• Prodotto utilizzando una risorsa primaria
rinnovabile
Prodotti in carta e cartone
• eco design – tutela
dell’ambiente
• Sostenibilità
economica
• Estro creativo
• marchio Ecolabel
• completamente riciclabile, a basso costo, basso impatto ambientale
• risparmio di risorse ed energia poiché quando la carta di fibra riciclata non ha più la consistenza indispensabile per produrre altra carta, può essere utilizzata come combustibile
• processo che va dal reperimento delle risorse naturali alla loro utilizzazione e, infine, alla loro
dismissione, tendenzialmente posposta nel più lungo tempo possibile dissolvendo in sempre
nuovi e differenti usi le risorse impiegate e già trasformate.
scatole non solo scatole
rifiuto cellulosico nuova risorsa per infiniti nuovi oggetti
• Non più materia di cui ci vogliamo disfare
• fibre utilizzabili per nuovi oggetti
– sedie, mobili, lampade o oggetti artistici, oggetti ottenuti semplicemente piegando un foglio.
Scompaiono evolvendosi in nuove scatole o giornali.
– trasformazione sorprendente a cui le aziende del settore sono abituate ma che offre elementi
stimolanti per gli studenti ed i designer che si accostano per la prima volta al cartone e alla
carta.
DESTINO USA E GETTA.
• La carta ed il cartone sono materiali considerati comunemente effimeri, poco durevoli
• adatti ad utilizzi che non necessitano di requisiti di resistenza nel tempo e solidità
• il cartone è quasi sempre identificato con il mondo degli imballaggi, con le innumerevoli tipologie di scatole che contengono, proteggono e, in alcuni casi, pubblicizzano i prodotti, grandi e piccoli, che si acquistano quotidianamente
• Raramente si pensa al cartone come ad un materiale per costruire e realizzare oggetti d'uso destinati a durare nel tempo
• I designer possono contribuire a rallentare il degrado dell'ambiente
• Una volta che un certo modello di progettazione più sano dal punto di vista ambientale penetra nel mercato, i suoi effetti benefici si moltiplicano
I prodotti cartari si possono suddividere in 6 grandi categorie:
1) carta da stampa:giornali e guide telefoniche, depliant, volumi pubblicitari,per rotocalco, carte
speciali (carte geografiche, carta moneta e per assegni)
2) carta da scrivere e per ufficio:carta per buste, carta per quaderni, carta per disegno, carta per fotocopie,carta per fax, carta carbone e autocopiante
3) carte da imballaggio:crespata e per sacchetti, carta per alimenti, carta pergamena vegetale, carta
uso pergamena, carte catramate, siliconate, accoppiate con plastica
4) cartoni e cartoncini:cartoni a un getto, cartoni a più strati, cartoni ondulati, carta da onda, cartoni pressati, cartonlegno
5) articoli igienico-sanitari:carta igienica, fazzoletti, tovaglioli e tovaglie, asciugamani,carte per uso medico
6) carta per uso industriale e varie:carta per cavi elettrici e condensatori, ecc.,carta per laminato plastico, carta per sigarette,carta per fotografia, carta da filtro, carta adesiva, carta decorativa,
carta da parati
L'allestimento delle carte in rotolo avviene servendosi di macchine chiamate "bobinatrici", le quali provvedono a ricavare, partendo dal rotolo a tutta altezza di macchina continua, dei rotoli di altezza inferiore.
fogli di dimensione voluta la carta avvolta in rotolo.
La Produzione della Carta
Sono lontani i tempi della fabbricazione della carta con materie prime costituite da stracci di lino, canapa e cotone: i tessuti, liberati dalle impurità manualmente, erano lavati e passati in appositi macchinari che li sminuzzavano in acqua per realizzare una poltiglia liquida il più possibile omogenea, filtrata attraverso una tela, poi compattata, stesa messa ad asciugare:
Oggi il processo è meccanizzato impiegando fibre a base di cellulosa ottenute dagli alberi
La Produzione della Carta
I prodotti di base per la fabbricazione della carta sono d'origine vegetale:
• piante conifere e latifoglie
• resti di piante annuali (in particolare graminacee)
• residui di fibre tessili dette linters
• residui di fibre lunghe
• prodotti di recupero come: carta, cartoni e stracci che subiscono trattamenti
diversi (disinchiostrazione, sgrassagio, decolorazione) in funzione del loro stato.
PRODOTTO BASE: CELLULOSA
• scortecciatura; il legno viene spezzettato a tronchetti e quindi sminuzzato;
• in seguito i minuzzoli vengono cotti in una soluzione acquosa detta“liscivio” a temperatura e pressione elevata in particolari bollitori; e
• durante questa fase il legno viene disintegrato: la lignina, infatti, viene attaccata dalla soluzione e si isolano le cellulose ancora grezze.
• A questa segue un’operazione detta assortimento, in cui la cellulosa viene passata attraverso una serie di filtri di lavaggio;
• estratto il liscivio esausto la cellulosa è mescolata con liscivio nuovo.
• Finita la serie di liscivi, la cellulosa viene lavata, raccolta in tini e dispersa in acqua, e quindi passata attraverso i vagli che fermano le impurità ed i residui di minuzzolo lasciando così passare solo le fibre.
• La cellulosa dopo questa fase si può considerare pronta: è cellulosa naturale, in altre parole cellulosa grezza, caratterizzata da un colore brunastro.
• A questo punto è necessario eliminare il più possibile la colorazione brunastra della cellulosa nel caso si debba usare per carte bianche.
• L’imbianchimento può essere fatto con vari sistemi, ma il tipo più diffuso è il trattamento con il cloro o coi suoi derivati
• la cellulosa viene ripetutamente lavata per togliere le tracce di prodotti chimici impiegati nell’imbianchimento.
• A questo punto se è la cartiera stessa che ha eseguito il trattamento, la cellulosa passa direttamente alla raffinazione,
• altrimenti viene disidratata ed essiccata, tagliata in fogli e confezionata in balle.
pastalegno
• il trattamento è analogo a quello utilizzato per la cellulosa ma non possono essere utilizzati il cloro ed i suoi derivati
materiali di recupero
• cartaccia
– disinchiostrata, decolorata e spazzolata,
– in seguito a questi trattamenti si considera pronta per l’impasto
• lo stesso trattamento è riservato per il cartone
• stracci
– estrazione della polvere e dei materiali estranei quali possono essere bottoni o cerniere,
– trattamenti chimici per togliere i residui grassi
– vengono tagliati a strisce e sfibrati
– la pasta subirà anch’essa trattamenti d’imbianchimento analoghi a quelli subiti dalla cellulosa.
impasto e proprietà
pasta di cellulosa + pastalegno + cariche e collanti + coloranti
• Se la carta venisse fatta solo di cellulosa non sarebbe utilizzabile per scrivere e stampare e avrebbe un aspetto pressoché traslucido, non uniforme;
• per conferirle un aspetto opaco e permettere quindi la scrittura e la stampa, nell’impasto della carta vanno messe delle sostanze d'origine minerale o sintetica che le conferiscono l'aspetto caratteristico, accentuando anche: il grado di bianco,di sofficità e di consistenza.
• per poter utilizzare la carta per la stampa e la scrittura è necessario trattarla in modo da evitare che l’inchiostro spanda,e per conferirle questa proprietà è necessario aggiungere delle colle nell’impasto.
L’inquinamento ambientale
• Smaltimento dei rifiuti solidi;
– I rifiuti solidi di cartiera provengono soprattutto dallo spappolatore e sono particolarmente abbondanti nelle fabbriche che usano solo macero, o altre percentuali di esso, nell’impasto.
• Tutela delle acque dall’inquinamento;
– Le acque di cartiera possono contenere una certa quantità di fibre e fibrille di cellulosa,che renderanno meno pure le acque, dopo un cero tempo. Buona parte dell’acqua utilizzata viene reintrodotta nel ciclo produttivo. I fanghi (fibre cellulosiche di scarto)possono essere usati come compost o essiccati e trasformato in combustibile.
• Inquinamento da rumori industriali.
– La Comunità Economica Europea (CEE) fin dal 1986 ha fissato con proprie direttive i limiti di rumorosità ambientale, ivi compresi gli ambienti di lavoro (CEE 188/86), invitando gli stati membri ad emanare in modo conforme le relative leggi in materia. (Disegno di legge-Luglio 1988: legge quadro in materia di tutela dell’ambiente dall’inquinamento acustico)
cartone ondulato
Le motivazioni che hanno spinto gli utilizzatori di imballaggi ad orientarsi sempre di più verso l’utilizzazione della carta e del cartone, si possono far coincidere come quelli che sono i
requisiti ai quali tali imballaggi devono rispondere; è risaputo che ogni prodotto ha bisogno di un’imballo particolare, il quale a grandi linee deve servire per protezione, trasporto e
comunicazione, e che l’imballo ottimale è quello che, trovato il giusto equilibrio fra materiale impiegato e risultati ottenuti,risponde contemporaneamente ai criteri di economicità e di
efficacia.
Si può quindi affermare che il cartone ondulato è il materiale più adatto a raggiungere questi obiettivi.
RICICLO
• La più importante caratteristica del cartone ondulato, è che il materiale con il quale viene prodotto, è rinnovabile e riciclabile al 100%.
• Il materiale recuperato, cioè il macero, ritorna nel ciclo produttivo del cartone ondulato per ben sette volte nel suo ciclo di vita, e rappresenta in Italia l’80% della materia prima impiegata nella sua produzione.
– È necessario arricchire le fibre del materiale di recupero che hanno perso con l’uso parte della loro originaria resistenza, con nuove fibre vergini per ripristinare le prestazioni e mantenere
uno standard di qualità costante.
Elementi costituenti
• Il sistema per ottenere il cartone ondulato, è quello di accoppiare tramite collante, tre o più strati di carta ad alcuni dei quali è stata data precedentemente una forma ondulata.
• Ad operazione finita, avremo quindi un materiale rigido composito utilizzabile in un’ampia gamma legata soprattutto all’imballaggio
Impieghi del cartone ondulato
• Il primo impiego di carta ondulata, priva di copertine, si ha negli Stati Uniti nel 1871; questa veniva adoperata in sostituzione della paglia e dei trucioli, come protezione di materiali fragili
quali bottiglie.
• Nel 1874 si cominciò ad accoppiare la carta ondulata ad un foglio teso, ottenendo un prodotto che tutt’oggi viene utilizzato per avvolgere e quindi proteggere oggetti di forma strana (questo prodotto è chiamato canneté).
• Solo un’anno dopo si ebbe l’intuizione di aggiungere un’altra copertina, ottenendo così un prodotto particolarmente rigido, dal quale potevano essere ricavati dei contenitori.
• Da allora l’impiego del cartone ondulato ha conosciuto una vastissima diffusione, infatti si possono ottenere contenitori leggeri, facili da maneggiare, rigidi ma allo stesso tempo capaci
di assorbire urti (grazie all’azione ammortizzante degli strati ondulati), che possono essere coperti, riempiti, richiusi e spostati meccanicamente.
CONFORMAZIONE DEL CARTONE ONDULATO
Nella sua struttura più semplice, il cartone ondulato è costituito da due superfici piane o tese distanziate tra di loro da una superficie di carta ondulata, alla quale sono state unite mediante collatura. Avremo in tal caso un cartone ad onda semplice o ad una sola onda, più correttamente detto un cartone semplice. Per ottenere una composizione più composita, fermo restando le due superfici piane esterne, all’interno si aggiungerà un’ulteriore onda divisa dalla già esistente
superficie ondulata, da una terza superficie piana, detta foglio teso.
Si avrà in questo caso, un cartone denominato a doppia onda o più correttamente, anche se impropriamente detto triplo; dovuto appunto dalla presenza di tre superfici piane.
Le carte utilizzate per le superfici vengono chiamate copertine; avremo quindi una copertina esterna ed una copertina interna, identificabili dalla posizione che esse assumono nell’imballaggio.
Le carte ondulate che servono da distanziatori tra le due copertine, sono chiamate ondulazioni o onde. Infine le carte piane intermedie, che hanno il compito, nel cartone a più onde, di collegare e stesse, sono denominate fogli tesi
Struttura Delle Ondulazioni
• consente di sfruttare al meglio le caratteristiche di resistenza proprie delle carte impiegate.
• ogni ondulazione assume il ruolo di una nervatura o effetto colonna e ciascuna di esse dovrà dare il proprio apporto alla resistenza complessiva del prodotto.
• La caratteristica forma delle ondulazioni, assicura una certa elasticità che consente di ammortizzare i colpi ricevuti e di agire come cuscinetto fra la sorgente dell’urto ed il prodotto contenuto.
PRESTAZIONI
• resistenza all’accatastamento o alla compressione verticale
– Il contributo offerto dalle ondulazioni a tale caratteristica, spesso essenziale, è sicuramente notevole ed appare evidente se si considera che ogni ondulazione agisce come un pilastro e che sono tante le ondulazioni, e quindi i pilastri collegati tra loro dalle due copertine, a conferire al tutto la resistenza richiesta
- Onda alta (A);
– Determina un cartone con spessore superiore a 4,5 mm. Lo spessore del cartone influisce direttamente sulla resistenza alla compressione verticale degli imballaggi, così come ne accresce il potere ammortizzante. Minore, rispetto ad altri tipi di onda, risulta invece la resistenza alla compressione in piano.
– Stampabilità non eccessiva, in quanto il passo dell’onda non facilita una perfetta planarità alla
copertina.
- Onda media (C);
- Determina un cartone con spessore compreso tra 3,5 e 4,4 millimetri. Questo tipo di onda, di uso
relativamente recente, si è rapidamente diffuso ed il suo impiego è ormai generalizzato, in quanto
rappresenta un’ottimo compromesso tra il consumo di carta (prezzo) e la qualità delle prestazioni
(resistenza).
- Offre una stampabilità migliore, a parità di grammatura della copertina e garantisce una buona
resistenza sia alla compressione in piano che a quella verticale, in quanto subisce, nel corso delle normali operazioni di trasformazione, imballo e spedizione,uno stress minore di quello cui è sottoposto il cartone in onda “A”.
- Onda bassa (B);
- Determina un cartone con spessore compreso tra i 2,5 e 3,4 millimetri. Il numero di onde contenuto in un metro lineare, assicura una buona resistenza alla compressione in piano ed una buona stampabilità. Il suo ridotto spessore non favorisce la resistenza alla compressione verticale.
- Microonda (E);
- Determina un cartone con spessore inferiore a mm. 2.5. Minimo il suo utilizzo nell’imballaggio tradizionale,anche se sta trovando impiego nel cartone minitriplo,ottenuto dall’accoppiamento di una onda “E” con una onda “B”.
- Eccellente stampabilità grazie alla planarità della copertina, determinata dall’alto numero di onde
contenute in un metro lineare.
- Detto materiale è concorrenziale con il cartoncino compatto nella produzione di astucci o similari, ove viene largamente utilizzato.
Cartone e carta in edilizia
• Carte da parati
• Carte catramate
• Cartongesso
• Sistemi di isolamento a base di fibre di cellulosa riciclate
in granuli, fogli, espansi
• Laminato – carta kraft – strati di carta (min.3) impreganti con resina fenolica, sopra il quale viene posto un foglio decorativo impregnato di resina melaminica che gli conferisce elevata durezza superficiale – la pressatura a caldo conferisce monoliticità ai vari strati
• Casseri – strato interno con sottile strato di plastica (sottile e leggera da non compromettere la riciclabilità) e carta resistente all’umidità.
LE MATERIE PLASTICHE
VANTAGGI DELL' UTILIZZO DELLE MATERIE PLASTICHE
• La grande varietà di materie plastiche disponibili che le rendono adatte per innumerevoli applicazioni
• Il basso costo e la facilità di lavorazione delle materie plastiche
• Il basso impatto energetico della produzione e della lavorazione rispetto ad altri materiali per esempio ai metalli e al vetro
• La leggerezza dei manufatti e la grande libertà che offrono nel design industriale
• Infine la possibilità di riutilizzarla tramite il riciclo (vantaggio questo comune anche ad altri materiali)
CENNI STORICI
• 1906 Baekeland FENOLO + FORMALDEIDE= BAKELITE
resina inizialmente liquida o vischiosa che poteva essere indurita al calore diventando solido insolubile che non fonde
Sostanza dura e fragile:
- ingrediente per lacche
- isolante nell’industria elettrica
- adesivo per compensato
• Aggiunta di fibre + FIBRE prima dell’indurimento =tenacità + resistenza
Mescola di resina parzialmente indurita con fibre di cellulosa corte (segatura)=polvere asciutta da
introdurre in uno stampo di acciaio riscaldata dove si ammorbidisce e, quando si esercita una
pressione con la pressa idraulica, scorre, riempiendo gli interstizi dello stampo e indurendosi irreversibilmente.
• 1916 pomello della leva del cambio delle Rolls Royce
• Peso ridotto, basso costo e risparmio di mano d’opera – bruttezza e fragilità del prodotto
(fibre corte)
MATERIE PLASTICHE = POLIMERI
• È un prodotto artificiale con struttura macromolecolare che in determinate condizioni di temperatura e di pressione assume una consistenza plastica
• Prodotto organico o semiorganico, prodotto, cioè da elementi naturali (carbonio C,Ossigeno O, azoto N, idrogeno H…cloro Cl, fluoro F, zolfo S… silicio Si, boro B) che tramite procedimenti chimici prendono il nome di POLIMERI (materiali polimerici e polimerizzazione). Le molecole di partenza prendono invece il nome di MONOMERI
• Polimerizzazione per addizione – quando molti monomeri si uniscono per formare catene molecolari filiformi
• Polimerizzazione per condensazione – quando si formano delle macromolecole lineari utilizzando una reazione chimica tra monomeri che presuppone l’eliminazione delle molecole più semplici (per es. l’acqua)
• Tali processi chimici generano RESINE mai utilizzate da sole. Occorre aggiungere additivi complementari (stabilizzanti, antiossidanti, coloranti, lubrificanti) + cariche (fibre di vetro o farina di legno) al fine di conferire proprietà di durezza, resistenza e stabilità
MATERIALI SU MISURA
• Grande varietà ( affermazione in tutti i settori della vita umana)
• Comportamento complesso per struttura chimica e morfologica, per composizione possibilità di modifica (elasticità, scorrimento, comportamenti all’invecchiamento, cristallinità del manufatto, anisotropia, formazioni di incrinature per tensioni interne…)
• Diversi processi e diverse tecnologie di produzione
• Possibilità di riciclaggio (termoplastici)
• Stretta relazione tra progettazione di manufatti e realizzabilità del materiale e tecnologia di produzione
• Costi di produzione dei prodotti–costi del materiale
• Esigenze ecologiche – scelta e risparmio del materiale
CLASSIFICAZIONE
• TERMOPLASTICHE possono essere riscaldate e formate un numero illimitato di volte, a condizione che la temperatura di riscaldamento sia inferiore a quella del deterioramento del materiale. Si possono saldare e incollare bene. (molecole filiformi prive di legami trasversali)
• TERMOINDURENTI una volta raffreddate e indurite non possono essere riscaldate e formate perché l’azione del calore causerebbe delle reazioni chimiche che provocherebbero l’indurimento del materiale (macromolecole reticolate nelle tre dimensioni)
RESINE TERMOPLASTICHE
RESINE TERMOINDURENTI
ELASTOMERI
POSSIBILI APPLICAZIONI DEL POLIURETANO
Tra le applicazioni degli elastomeri di poliuretano, troviamo:
- pannelli di rivestimento
-pannelli isolanti
- applicazioni superficiali sperimentali ed innovative
● Articoli tecnici
● Finte pelli, (l'alcantara è prodotto con fibre di poliuretano)
● Adesivi
● Tubazioni, guarnizioni
● Scarponi da sci
● Ruote per pattini e per carrelli
● Elastomeri per il consolidamento delle coste
● Adesivi
● Valvole cardiache e cuore artificiale.
applicazione questa resa possibile dalla elevata bio compatibilità del poliuretano che è costituito fondamentalmente da 4 tipi di atomi: carbonio, ossigeno, idrogeno ed azoto che sono in definitiva gli stessi componenti delle cellule del corpo umano.
UTILIZZO DEI POLIURETANI ESPANSI
I poliuretani espansi si suddividono in due categorie:
1. Poliuretani espansi flessibili
2. Poliuretani espansi rigidi
1a) Poliuretani flessibili a bassa densità da 30 a 100 kg/metro cubo.
Utilizzati per le imbottiture delle poltrone, dei divani dei sedili per automobili degli indumenti e delle calzature sportive (scarpetta interna degli scarponi da sci)
1b) Poliuretani flessibili ad alta densità da 200 a 750 kg/metro cubo.
Utilizzati per interni di autovetture, ammortizzatori di mezzi di trasporto,suole e sottopiedi per calzature
2a) poliuretani rigidi a bassa densità impiegati in edilizia come isolanti termici ed acustici nell'industria del freddo (celle frigorifere frigoriferi industriali e domestici)
2b) poliuretani rigidi ad alta densità utilizzate per la produzione di particolari nell'industria del mobile, della calzatura ed in altri settori dove può sostituire il legno, riempitivi per tavole da surf e di pale per impianti eolici
COME E' POSSIBILE PRODURRE ARTICOLI COSI' DIVERSI TRA LORO CON UN UNICO MATERIALE?
Le risposte a questa domanda sono fondamentalmente due:
● La varietà di tecnologie e di macchine disponibili per la produzione e l'applicazione dei poliuretani
● L'ampia gamma di materie prime utilizzabili per produrre poliuretani
PROPRIETA’
• Leggerezza (PS tra 0.9 Kg/dmc e 2.2 Kg/dmc)
• Facilità di lavorazione
• Ottime capacità di isolamento sia termico che elettrico
• Resistenza alla corrosione
• Ottima resistenza agli urti
• Attaccabilità da parte dei solventi (termoplastiche) ed acidi (termoindurenti)
• Scarsa resistenza alle temperature elevate
• Riciclaggio
• Valutazioni tossicologiche (direttive per le sostanze ammesse per articoli di prima necessità)
BIOCOMPATIBILITA’ (medicina)
• Comportamenti reologici (scorrevolezza)
• Comportamenti alla solidificazione
• Comportamenti all’estrazione
• Comportamenti alla degradazione (non visibile)
• Comportamenti al ritiro e tolleranze (RL ritiro di lavorazione, PS post-ritiro, distorsioni)
• Comportamenti meccanici
• Comportamenti all’urto
• Comportamento ottico (trasparenti, translucide, opache) + brillanza e riflessione (componenti,
sup. dello stampo, temperatura)
PROCEDIMENTI DI LAVORAZIONE
• STAMPAGGIO E FORMATURA A CALDO (da fogli) recipienti, imballaggi e contenitori
• STAMPAGGIO A INIEZIONE (mat. granulare)
• STAMPAGGIO PER SOFFIATURA (mat. granulare) oggetti cavi come bottiglie,flaconi recipienti
• POST-TRATTAMENTI DI MANUFATTI STAMPATI E SEMILAVORATI
– Formatura a freddo e caldo
– Imbutitura
– Termoformatura (formatura con stiramento)
MATERIALI COMPOSITI
• COMBINAZIONE TRIDIMENSIONALE DI ALMENO DUE MATERIALI TRA
LORO CHIMICAMENTE DIFFERENTI
• PRESTAZIONI SUPERIORI AI MATERIALI DI PARTENZA
• COSTITUENTI LEGANTE O MATRICE ceramiche,metalliche, plastiche
RINFORZO granulari o polveri, fibre o fili
• Classificazione:
• Polveri da stampaggio
• Laminati a base di fibra organica (kevlar)
• Materiali a base di fibre di vetro
• Materiali a base di fibre di carbonio
CARATTERISTICHE
• Alta resistenza e basso peso
• Resistenza alla corrosione e agenti chimici
• Isolamento termico ed elettrico
• durata
Fonte: http://www.ganino.com/games/poliziadistato.it/pack012/stuff04/materiali%20dispense.docx
Sito web da visitare: http://www.ganino.com/
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