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Proprietà dei materiai ed elementi costruttivi

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Corso di Laurea in Architettura Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2017/18 Prof.ssa Caterina Frettoloso [email protected]

Università degli Studi della Campania Luigi Vanvitelli Dipartimento di Architettura e Disegno Industriale

mailto:[email protected]

Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2017/18

Prof.ssa Caterina Frettoloso

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Materiali

La conoscenza dei materiali viene acquisita attraverso una serie di esami che tendono all’accertamento di caratteristiche indicative sotto l’azione di determinati eventi esterni e che vengono condotti con mezzi e modalità costanti per ogni categoria di materiale, secondo apposite normative codificate.

Materiali ed elementi costruttivi

Lo studio dei materiali si è sviluppato in modo scientifico a partire dalla seconda metà del XIX secolo e ciò ha consentito di porre le basi per definire metodi rigorosi di tipo matematico finalizzati al dimensionamento delle varie membrane.



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Classificazione dei materiali rispetto alla loro origine

Materiali ed elementi costruttivi Classificazione dei materiali



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I materiali impiegati in edilizia possono essere articolati nei seguenti gruppi:

Materiali ed elementi costruttivi

Metallici Polimerici Ceramici Compositi Lapidei

Classificazione dei materiali



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I materiali metallici sono costituiti da metalli, o da loro leghe, ricavati dalla lavorazione di minerali attraverso vari processi metallurgici. Sono caratterizzati da una struttura cristallina compatta e omogenea, che li assimila a corpi isotropi, cioè a corpi che hanno le stesse caratteristiche fisiche in ogni direzione dello spazio. I metalli sono utilizzati soprattutto sotto forma di leghe, cioè combinazione di due o di più elementi, di cui almeno uno è un metallo e dove il materiale risultante ha proprietà metalliche differenti da quelle dei relativi componenti.

Materiali ed elementi costruttivi Materiali METALLICI



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2 Materiali ed elementi costruttivi Materiali METALLICI

In relazione alla loro natura, i materiali metallici possono essere materiali ferrosi (o siderurgici) e materiali non ferrosi



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La parola polimero significa letteralmente “molte parti”; un solido polimerico può essere considerato un materiale che contiene numerose parti o unità legate chimicamente tra loro. Alcuni polimeri come la cellulosa, la gomma naturale, le resine sono di origine naturale; la stragrande maggioranza è di origine artificiale e recente. I polimeri a sviluppo unidirezionale - polimeri lineari - danno origine sia ad alcune fibre naturali (seta, lana, cotone) sia ad alcune materie plastiche usate per la produzione di fibre sintetiche (poliviniliche, poliesteri, poliammidiche).

Materiali ed elementi costruttivi Materiali POLIMERICI



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Sono materiali inorganici costituiti da elementi metallici e non metallici, legati chimicamente in rapporti costanti. I materiali ceramici vengono ottenuti tramite processi di sinterizzazione, fanno parte di questa classe i ceramici tradizionali (argille, porcellane), i ceramici avanzati (allumina, zirconia, nitruro di silicio), i vetri ed i cementi.

Hanno elevata resistenza a compressione , ma bassa resistenza a trazione Sono molto duri, rigidi ed indeformabili Impossibile sottoporli a lavorazione plastica Presentano un elevato isolamento elettrico e termico Resistenza alla corrosione Resistenza al calore

Materiali ed elementi costruttivi Materiali CERAMICI



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Sono materiali artificiali nei quali due o più componenti, di natura e caratteristiche differenti ma compatibili, sono combinati per ottenere una sostanza con particolari proprietà. La combinazione è orientata a migliorare le caratteristiche prestazionali dei singoli materiali, soprattutto in termini di resistenza meccanica e di resistenza al calore. I componenti, a differenza di quanto avviene nei composti chimici o nelle leghe, sono fisicamente separati e nettamente distinguibili con un esame microscopico a basso ingrandimento. Es: cemento armato

Materiali ed elementi costruttivi Materiali COMPOSITI



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Con il termine roccia si intende un agglomerato naturale costituito da un aggregato di uno o più minerali (in alcuni casi è prevalente un solo minerale) che rappresenta il risultato di un processo di formazione che si ripete in modo regolare e/o che si sviluppa a grande scala (corpi inorganici formati in seguito a processi spontanei).

Materiali ed elementi costruttivi Materiali LAPIDEI

in base alle proprietà fisico-meccaniche rocce coerenti, compatte, incoerenti, sciolte;

in base alla composizione rocce monomineraliche, polimineraliche;

in base all'origine rocce endogene cioè formatesi all'interno della Terra, rocce esogene cioè formatesi sulla superficie terrestre)

in base alla genesi rocce magmatiche o ignee (formatesi per cristallizzazione di un magma): granito, porfido; rocce sedimentarie (formatesi in seguito al deposito di materiale proveniente dalla degradazione di altre rocce) travertini, tufi, argille; rocce metamorfiche (formatesi in seguito alla trasformazione di altre rocce sotto l'azione di agenti esterni quali pressione e temperatura): marmi, ardesie.

Le rocce possono essere classificate secondo vari sistemi:



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2 Materiali ed elementi costruttivi Materiali LAPIDEI

Con il termine durezza si intende la resistenza di una roccia ad essere incisa, logorata, segata; da non confondere con la tenacità che rappresenta la capacità di resistere alla rottura per urto.



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2 Materiali ed elementi costruttivi Proprietà dei materiali

I materiali non forniscono prestazioni ma hanno proprietà e caratteristiche che devono essere conosciute dall'architetto per una scelta appropriata in relazione alla soluzione costruttiva progettata e allo specifico problema da risolvere.

Nuova Galleria Nazionale di Berlino, 1962-68 - Mies Van Der Rohe



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2 Materiali ed elementi costruttivi Proprietà dei materiali

Proprieta’ chimico-strutturali

Proprieta’ fisiche

La temperatura di fusione La massa volumica Il calore specifico La dilatazione termica Calore latente di fusione Conduttività Termica

Proprieta’ tecnologiche

La fusibilità La saldabilità La truciolabilità La plasticità La malleabilità La duttilità L’estrudibilità L’imbutibilità La piegabilità

Proprieta’ meccaniche

Forze statiche Forze dinamiche Forze periodiche Forze concentrate Forze di attrito radente Forze di attrito volvente Tipi di sollecitazioni

Si riferiscono alle caratteristiche generali dei materiali in relazione agli agenti esterni, quali il calore, la gravità, l’elettricità, ecc.

Riguardano l’attitudine dei materiali a subire le varie lavorazioni tecnologiche attraverso le quali vengono prodotti i pezzi meccanici.

Riguardano la capacità dei materiali di resistere all’azione di forze o sollecitazioni esterne a cui i materiali vengono sottoposti durante il loro impiego.

Riguardano la composizione chimica e la loro struttura interna

Tipo di reticolo e celle



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2 Materiali ed elementi costruttivi Scelta dei materiali

Il progetto deve prevedere, in relazione alla scelta dei materiali, decisioni che hanno ricadute su:

Significatività estetica (caratteristiche superficiali dei materiali)

Qualità tecnologica (caratteristiche fisico – meccaniche )

Compatibilità costruttiva (lavorabilità, sicurezza per gli operatori, reperibilità)

Qualità nell’uso (durabilità, riparabilità e sostituibilità)

Eco – sostenibilità (in fase di approvvigionamento, trasformazione, dismissione)



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2 Materiali ed elementi costruttivi Scelta dei materiali_ SIGNIFICATIVITÀ ESTETICA

L’aspetto esteriore di un materiale è strettamente legato al colore, alla capacità di assorbire o riflettere la luce, caratteristiche che dipendono dal tipo di finitura superficiale e, pertanto, dai processi di lavorazione che incidono sulla rugosità, opacità, ecc.



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2 Materiali ed elementi costruttivi Scelta dei materiali_ QUALITÀ TECNOLOGICA

Concorrono a definire la qualità tecnologica di un materiale le proprietà fisiche e quelle meccaniche (descrivono il comportamento del materiale rispetto all’azione di forze esterne statiche o dinamiche).

densità (peso specifico, descrive il rapporto tra la massa del materiale e il volume occupato)

compattezza (dipende dalla omogeneità interna, ed è indicativa della resistenza meccanica del materiale)

proprietà termiche (descrivono il comportamento del materiale sottoposto a variazioni di temperatura)

permeabilità (la capacità di lasciarsi attraversare da un fluido, è funzione della porosità)



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Densità (peso specifico, descrive il rapporto tra la massa del materiale e il volume occupato)

E’ funzione della compattezza del materiale ossia della presenza di vuoti al suo interno.

I materiali leggeri sono porosi; ma hanno scarsa resistenza meccanica.

I materiali pesanti sono adatti alla realizzazione di strutture portanti.



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Permeabilità, è la proprietà di consentire il passaggio di fluidi o gas, senza alterare la propria struttura.

Si definiscono permeabili i materiali che permettono il passaggio di cospicue quantità di liquido, mentre sono impermeabili quei materiali attraverso i quali il flusso di liquido è trascurabile.

La terra stessa, a seconda della tessitura che la caratterizza, ha una certa permeabilità. Nel momento in cui viene ricoperta, totalmente o parzialmente, da qualche materiale, è quest'ultimo che si assume la capacità di lasciar passare l'acqua.



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La Conducibilità termica ossia la quantità di calore che attraversa un materiale nell’unità di tempo per effetto di una differenza di temperatura, si esprime attraverso il coefficiente λ (più è piccolo il valore più il materiale è adatto per realizzare strati isolanti). E’ influenzato dalla densità del materiale e dalla presenza di vuoti.



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Dilatabilità termica (proprietà di aumentare le proprie dimensioni con l’aumento della temperatura), ogni materiale è caratterizzato da un proprio coefficiente di dilatazione termica.

La conoscenza del coefficiente di dilatazione lineare delle sostanze solide è molto importante in ingegneria civile e nell'industria, per prevedere le reazioni dei vari materiali agli aumenti di temperatura.

Nelle costruzioni edili l'uso di materiali con differenti coefficienti di dilatazione termica può causare rilevanti tensioni strutturali. È quindi necessario predisporre opportuni accorgimenti tecnici (ad es. giunti di dilatazione).



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L’acciaio grazie alla sua elevata resistenza meccanica consente di realizzare strutture portanti di dimensione minore rispetto a tutti gli altri materiali. Ma in ragione della sua elevata dilatabilità termica è particolarmente vulnerabile al fuoco.



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Resistenza alle sollecitazioni prodotte dai carichi (fondamentali per la scelta ed il dimensionamento dei materiali strutturali)

Le forze applicate ai materiali possono essere di tipo diverso e i materiali, a loro volta, hanno una diversa capacità di resistere ai vari tipi di forze.

Le forze infatti possono variare per il tempo di applicazione, per il punto o la superficie di applicazione, per la direzione che assumono rispetto al corpo stesso, ecc.

la resistenza alla deformazione la resistenza a fatica la resistenza all’usura la resistenza all’urto la durezza

Es: Le forze applicate in zone ristrette o puntiformi, vengono dette forze concentrate. La capacità dei materiali di contrastare queste forze è detta durezza.



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Le forze statiche applicate all’esterno dei corpi vengono dette carichi e generano nel suo interno un insieme di sollecitazione che tendono a deformarlo.

I principali tipi di sollecitazioni sono:

Trazione Compressione Torsione Flessione Taglio

Es: Un corpo è sollecitato a trazione quando due forze di uguale intensità sono dirette lungo l’asse geometrico del corpo e tendono ad allungarlo.



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2 Materiali ed elementi costruttivi Scelta dei materiali_ COMPATIBILITÀ COSTRUTTIVA

La lavorabilità è l'attitudine di un materiale ad essere ridotto alle dimensioni ed alle forme volute ed a subire trattamenti superficiali di varia natura.

Le pietre tenere come il tufo sono facilmente lavorabili.

Le pietre dure come il granito possono essere tagliate solo con dischi diamantati.



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2 Materiali ed elementi costruttivi Scelta dei materiali_ QUALITÀ NELL’USO

L’affidabilità è la probabilità che un materiale si comporti effettivamente nel tempo secondo le previsioni. Pertanto l'affidabilità deve essere intesa in stretto rapporto con la funzione a cui il materiale è destinato: non dipende quindi solo dalle caratteristiche ma anche dalle modalità d’impiego.



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2 Materiali ed elementi costruttivi Scelta dei materiali_ SOSTENIBILITÀ

In un approccio edilizio sostenibile i materiali devono essere valutati in maniera completa.

Questo significa considerare sia le conseguenze ambientali collegate con l’approvvigionamento, il trasporto e la manifattura sia gli effetti sulla salute degli abitanti e sul tipo di emissioni di sostanze nocive da parte dei materiali da costruzione.



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2 Materiali ed elementi costruttivi

L'importanza di una trasformazione “ecologica” della produzione edilizia è stata presa in considerazione da tempo anche dall’ Unione Europea, prima con la direttiva 89/106 sulla qualità dei materiali da costruzione, e successivamente con l’emanazione del Regolamento del Parlamento e del Consiglio CE 1980/2000 per la certificazione della eco-compatibilitá dei prodotti di qualsiasi genere e, quindi, anche di quelli edilizi (ecolabel) .

È in vigore dal 19 febbraio 2010 il Regolamento (CE) n. 66/2010 del Parlamento europeo e del Consiglio del 25 novembre 2009 relativo al marchio di qualità ecologica dell'Unione europea (Ecolabel UE) - pubblicato sulla GUUE L 27 del 30-1-10 - che abroga il Reg. 1980/2000.

Scelta dei materiali_ SOSTENIBILITÀ



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Cosa significa utilizzare piastrelle e materiali certificati Ecolabel?

o Ridurre l'impatto ambientale nella fase di estrazione delle materie prime.

o Risparmiare energia riciclando l'acqua durante il processo produttivo.

o Limitare le emissioni di agenti inquinanti nell'atmosfera.

o Limitare l'inquinamento delle acque utilizzate nel processo produttivo.

o Realizzare prodotti a bassa emissione di agenti inquinanti pericolosi (ad es. piombo e cadmio).

o Informare i consumatori circa la conformità del prodotto all'Ecolabel.

o Fornire raccomandazioni circa l'utilizzo, la posa e la manutenzione del prodotto.

o Realizzare un sistema di gestione dei rifiuti: raccolta differenziata, recupero degli scarti produttivi.




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Il nuovo regolamento Cpr 305/11/Ue per la commercializzazione dei prodotti da costruzione – Construction Production Regulation, entrato in vigore dal 1° luglio 2013, sostituisce la direttiva 89/106 del Consiglio europeo.

La marcatura Ce non attesterà più solo la conformità dei materiali da costruzione a una specifica tecnica, ma con l'obbligatorietà della DoP il produttore dovrà dichiarare anche le specifiche prestazioni dei propri prodotti che potranno essere immessi sul mercato solo se accompagnati dalla DoP in forma cartacea o elettronica.

Un'altra significativa novità è l'introduzione del 7° requisito di base delle opere da costruzione ovvero l'uso sostenibile delle risorse naturali: bisogna garantire che nella produzione, utilizzo e smaltimento del prodotto ci sia il minor impatto ambientale possibile.




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Gli edifici e l’ambiente costruito utilizzano la metà dei materiali estratti dalla crosta terrestre e producono ogni anno 450 milioni di tonnellate di rifiuti da costruzione e da demolizione.

In riferimento agli aspetti della sostenibilità ambientale si individuano i seguenti obiettivi:

Riduzione del consumo di risorse

Riduzione della nocività ed emissività

Riduzione dei rifiuti non riutilizzabili




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Riduzione del consumo di risorse

L’eco-compatibilità di un materiale viene valutata attraverso un’attenta analisi di tutte le fasi del suo ciclo di vita secondo una consolidata procedura riconosciuta e normata a livello internazionale definito Life Cycle Assessment (LCA) che definisce l’ecobilancio.

Un ecobilancio analizza tutti gli impatti ambientali provocati da un prodotto in tutto il suo ciclo di vita. Costituisce un aiuto per capire in modo pratico e con l'aiuto delle cifre l'approccio ai prodotti dal punto di vista del loro ciclo di vita in relazione alle loro conseguenze ecologiche. Questo metodo esamina tutti i danni ambientali importanti, dall'estrazione della materia prima alla produzione, il consumo e lo smaltimento di un prodotto. L'analisi relativa ad un ecobilancio, dallo sviluppo fino allo smaltimento di un prodotto, aiuta ad effettuare ottimizzazioni ecologiche mirate cioè là dove i vantaggi per l'ambiente sono maggiori o dove il rapporto tra costi economici e vantaggi ecologici è più favorevole.



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Riduzione della nocività ed emissività

Assenza di emissioni nocive

Igroscopicità e traspirabilità

Antistaticità e ridotta conducibilità elettrica

Buona resistenza al fuoco ed assenza di fumi tossici in caso d’incendio

Assenza di radioattività

Produzione non nociva per i lavoratori

Stabilità nel tempo

Requisiti di biocompatibilità dei materiali



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Riduzione dei rifiuti non riutilizzabili

Riciclaggio di materiali e componenti: vengono trasformati dalla loro originale funzione per l’impiego in altri settori produttivi (es. frantumazione di parabrezza per la produzione di pannelli in fibra di vetro)

Riuso di materiali: reimpiego con la stessa funzione (es. reimpiego di vecchie tegole o mattoni non danneggiati da demolizione)

Recupero di componenti: porzioni riutilizzabili per ottenere prodotti uguali o paragonabili a quelli di partenza (es. parti di serramenti utilizzati per produrne di nuovi)



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Big Dig House a Boston



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2 Materiali ed elementi costruttivi Scelta dei materiali_ ECOSOSTENIBILITÀ

RECYHOUSE è un’esperienza Pilota realizzata in Belgio a Limelette dal CSTC con fondi UE nell’ambito del programma LIFE -DG Environment, utilizzando materiali riciclati provenienti da altre attività e settori industriali extra edilizi.

http://www.recyhouse.be/index.cfm?ctg=house



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Kengo Kuma sfida freddo e consumi con la casa in plastica riciclata



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Superuse Studios – Lab Transval

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