Materiali da costruzione

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1 I materiali da costruzione Materiali da costruzione Sono quei materiali, naturali e artificiali, più usati nell edilizia e nelle grandi opere di ingegneria civile (strade, ponti, canali; dighe, gallerie). I materiali da costruzione possono essere schematizzati come segue: PIETRE NATURALI Le pietre naturali sono rappresentate da vari tipi di rocce. Per millenni queste pietre sono state il materiale fondamentale nelle costruzioni, usate per lo più secondo le disponibilità locali. Così se a Roma si è costruito per secoli in tufo o travertino, a Firenze era molto diffuso l uso delle arenarie, a Carrara quello del marmo bianco o a Verona quello del marmo rosso e nella sicilia orientale le pietre laviche Le rocce naturali si estraggono dalle cave per mezzo di cariche esplosive o tagliandole con apposite strumentazioni. Il loro valore dipende oltre che dall aspetto, anche dalla loro lavorabilità, dalla loro resistenza meccanica e dalla resistenza agli agenti atmosferici Le rocce possono essere classificate secondo la loro origine: Rocce eruttive (o ignee, o magmatiche, o vulcaniche): derivano dalla solidificazione del magma vulcanico, avvenuta o all interno della crosta terrestre (rocce eruttive intrusive) o all esterno (rocce eruttive estrusive). Rocce sedimentarie: si sono formate in seguito al lento deposito (sedimento) di sabbie, ciottoli, resti organici cementati tra loro. Rocce metamorfiche: si sono formate in seguito a profonde trasformazioni, dovute a calore e pressione, sia della rocce eruttive sia di quelle sedimentarie Numerose e diverse sono le rocce che fanno parte delle tre categorie. Fra le

2 più diffuse nell edilizia possiamo ricordare quelle riassunte nello schema sottostante: Graniti: sono rocce composte (è possibile distinguere infatti scaglie di diverse sfumature) e possono essere di diversi colori (bianco, grigio, nero, rosa, rosso, verde ). Sono durissimi e spesso vengono lucidati. Vengono utilizzati per pavimentazioni o finiture (soglie, davanzali ). Alla luce risultano frequentemente brillanti (effetto tipico di una rocce intrusiva) Porfidi: sono rocce molto compatte, dure e resistenti all usura. Per questo motivo trovano largo impiego nelle pavimentazioni stradali. In lastre o, più spesso, in cubetti, possono essere disposti in diversi modi, così da ottenere disegni geometrici di gran pregio. Le composizioni più frequenti dei cubetti, nelle pavimentazioni stradali, prendono il nome di: A correre: disposti semplicemente uno di seguito all altro, in linee orizzontali affiancate, avendo cura di disporre i cubetti in modo tale che due file contigue non abbiano corrispondenza nella posizione dei cubetti stessi; Ad archi contrastanti: disposti in modo da ottenere archi concentrici affiancati fra loro; A coda di pavone: disposti in modo da ottenere il tipico disegno a coda, archi via via più piccoli che si riducono ad una punta; Circolare: disposti in cerchi concentrici.

3 1 - i materiali da costruzione Aula d Spesso, per arricchire ulteriormente il disegno sul manto stradale, vengono intervallati da cubetti in marmo bianco, in modo da ottenere cornici colorate alle suddette composizioni. In lastre possono essere utilizzate per ricoprire piazze o per i cordoli dei marciapiedi. Argille: sono la materia prima per la fabbricazione di mattoni, tegole e ceramiche. Uno dei componenti fondamentali delle argille è il caolino. Il loro uso come pietra intera e lavorata, quindi, è molto limitato, preferendo invece lo sbriciolamento e la cottura per successive lavorazioni Calcari: impiegati principalmente nella produzione delle calci idrauliche. Arenarie: sono pietre compatte, esteticamente molto belle. Molto diffuse nell Italia centrale, soprattutto in Toscana, fra le arenarie più note ci sono la Pietra Forte e la Pietra Serena.

4 1 - i materiali da costruzione Aula d La Pietra Forte è di colore giallo ocra, molto compatta e resistente: è stata molto utilizzata fin dal Rinascimento per la costruzione di Palazzi monumentali (si pensi al Palazzo Vecchio o Palazzo Pitti a Firenze ). La Pietra Serena, più morbida e lavorabile, di colore grigio, è stata invece impiegata, per le decorazioni dei palazzi (cornici di finestre, ornamenti, piccole sculture ) o per le pavimentazioni di marciapiedi (non carrabili, per via della loro facile usura). Travertini: sono pietre calcaree di struttura semicompatta, contenenti piccole cavità dovute alla presenza di resti fossili. Quando queste cavità sono più ampie, si ha la varietà detta Tufo, d aspetto più spugnoso e meno resistente. Il colore varia dal bianco al giallo, fino al grigio. Sono largamente usati come materiali da rivestimento perche resistono bene agli agenti atmosferici (si pensi al Colosseo, interamente rivestito in travertino e ancora oggi arrivato a noi: le parti di Colosseo mancanti non sono state distrutte dal tempo, ma dagli uomini, che utilizzarono il Colosseo come vera e propria cava di Travertino per la costruzione di opere successive ). Molto diffuso nel centro Italia e soprattutto a Roma (in travertino sono realizzati anche i cordoli di molti marciapiedi romani ) Marmi: sono pietre calcaree dagli splendidi colori e venature. Il colore varia da un bianco candido (Marmo di Carrara), al verde (Serpentino di Prato), al rosso (Rosso di Verona), al giallo (Giallo di Siena), al nero (Nero di Varenna) Utilizzati per finiture di pregio, oltre che nell arte statuaria.

5 Ardesie: pietre di colore variabile, dal grigio, al verde, al nero. Impiegate per il rivestimenti di muri o per le coperture dei tetti (al posto dei laterizi). In passato erano la materia prima per la realizzazione delle lavagne (ora realizzate principalmente con materie plastiche). MATERIALI ARTIFICIALI Per materiali artificiali si intendono materiali che non esistono in natura ma vengono prodotti dal lavoro dell uomo, I principali materiali artificiali utilizzati nell edilizia sono: Laterizi Prodotti ceramici Vetro Laterizi Con il termine laterizi si intendono essenzialmente i mattoni (in latino later significa, appunto, mattone) e le tegole. Sono materiali artificiali ottenuti per cottura dell argilla. In base all uso, i laterizi si possono classificare in: Laterizi per strutture verticali (muri) Laterizi per strutture orizzontali (solai) Laterizi per strutture oblique (tetti) Diversi e numerosissimi sono i tipi di laterizi esistenti per le diverse categorie. Quelli che seguono sono solo gli esempi principali, più diffusi, che possono essere considerati come le tipologie principali. Tutti i numerosi altre laterizi esistenti ad oggi possono essere intesi come varianti di quelli qui citati. Nelle moderne costruzioni, realizzate per lo più in cemento armato, i laterizi non hanno alcuno scopo portante, ma solo di tamponamento. In passato invece, prima dell invenzione del cemento armato, i mattoni erano utilizzati come struttura portante degli edifici. Anche i laterizi utilizzati per i tetti non hanno scopo portante ma servono solo per favorire lo scolo delle acque nelle grondaie ed evitare così che la struttura sottostante si bagni o, peggio, si formino ristagni d acqua.

6 Mattoni: le misure più frequenti di un mattone sono 12x25x5. Possono essere compatti o forati e vengono utilizzati per i tamponamenti interni degli edifici (i muri che separano le stanze all interno di un edificio). Essendo utilizzati all interno e non all esterno, hanno il solo scopo di separare le stanze, senza alcuno scopo di barriera termica. Blocchi: sono di dimensioni più grandi dei mattoni (solitamente 25x38x12) e vengono utilizzati per i tamponamenti esterni, i divisori, cioè, dello spazio interno di un edifico dall esterno. Per questo motivo, oltre a delimitare gli interni rispetto agli esterni, devono anche contribuire all isolamento termico. L isolamento termico viene realizzato per mezzo dei fori di cui sono dotati i blocchi, disposti in modo tale da non essere corrispondenti fra di loro: il freddo, attraversando la materia per conduzione (attraverso il corpo), trova nell aria contenuta nei fori un ostacolo da aggirare, rallentando quindi il raffreddamento della faccia interna del blocco stesso. I fori dei blocchi assumono anche altri due compiti importanti. Facilitano l unione di un blocco con l altro, poiché la calce che li unisce può penetrare nei fori e saldare in modo più resistente due blocchi sovrapposti; permettono di far passare dei ferri che, avvolti dalla calce, forniscono ulteriore resistenza alla struttura stessa. Pignatte: sono dei blocchi utilizzati per la costruzione dei solai. Le loro dimensioni più frequenti sono 38/50x25/30 con un altezza variabile (12, 16, 20, 26 cm ). Nel caso delle pignatte i fori servono esclusivamente per alleggerire il solaio

7 che vanno a costituire (infatti, dividendo un piano dall altro, l aspetto termico è relativo ). Sono propriamente delle strutture di alleggerimento, in quanto, anch essi come gli altri laterizi, non hanno funzione portante (demandate alle travi e ai travetti). Servono per formare lo strato che verrà poi ricoperto col cemento e rivestito di malta e piastrelle, in modo da rendere il solaio calpestabile. Le forme sono varie e servono a facilitare l unione con il cemento e l appoggio sui travetti. Sono ideali per solai resistenti a pesanti carichi.

8 Tavelle/Tavelloni: fra loro si differenziano unicamente per la loro lunghezza. Infatti se la larghezza è solitamente sempre da 25 cm e l altezza è da 6/10 cm, la lunghezza può variare dai 50 cm (tavelle) fino ai 2 metri (tavelloni). Il ridotto spessore rispetto alle pignatte, li rende ideali nel caso in cui è necessario realizzare solai di spessore minimo (ad esempio per problemi di altezze). Per lo stesso motivo, però, i solai realizzati in tavelle o tavelloni, non possono sopportare carichi eccessivi. Come per le pignatte, il solaio viene completato con un getto di cemento, calce e la successiva posa delle piastrelle. Coppo: è una tegola dalla forma ricurva, utilizzata fin dai tempi dei Romani. Da solo può essere utilizzato con una disposizione definita coppo coppo, cioè file di coppi in posizioni concave convesse, in modo tale che il coppo poggiato sul dorso assume il compito di canaletta per lo scolo delle acque, mentre il coppo poggiato sopra, a coprire, assume il compito di protezione, permettendo lo scorrere dell acqua piovana sul coppo sottostante. Solitamente lungo cm, è largo cm, con un forma svasata che favorisce l assemblaggio con i coppi sottostanti: infatti i coppi vengono poggiati l uno sull altro, appena sovrapposti. Embrice: è una tegola piatta, sempre utilizzata in abbinamento al coppo, nella disposizione definita, appunto, coppo embrice, funge da canaletta di scolo (al posto del coppo poggiato sul dorso nel caso del coppo coppo). Questa copertura viene anche chiamata alla romana o fiorentina.

9 Portoghese/Olandese: di più recente fabbricazione, queste due tegole derivano dall unione, in un unico pezzo, di un coppo e un embrice, in modo da rendere più facile e veloce la posa. Quindi, se la produzione di una tegola del genere risulta più costosa di quella di un coppo o di un embrice, la posa risulta più rapida e, quindi, meno costosa. La differenza fra la tegola portoghese e quella olandese sta nella ondulatura del coppo: più accentuata nella Portoghese (che risulta leggermente più alta), più lieve nella Olandese (più bassa). Marsigliese: tegola piana, rettangolare, con delle tipiche nervature (una sorta di due coppi, poco concavi, affiancati). Vengono fissati a incastro o con perni. Esistono inoltre numerosi pezzi speciali di finitura (basi per comignoli, pezzi di colmo, tegole ferma neve, etc

10 Prodotti ceramici I prodotti ceramici sono ottenuti per foggiatura (modellazione) di materie plastiche naturali (argilla e caolino), con l aggiunta di materiali sgrassanti, di materiali fondenti e di coloranti minerali: tutte queste materie vengono impastate con acqua e successivamente cotte. Anche i laterizi sono, di fatto, prodotti ceramici. Tuttavia per prodotto ceramico si intende quella che viene comunemente chiamata ceramica. La prima fase della produzione è la macinazione dell argilla, del calcio e del quarzo, nelle dosi desiderate. Quindi si passa all impasto delle sostanze macinate con acqua. La fase della formatura serve per dare forma all impasto plastico. Durante l essiccamento i pezzi formati vengono fatti asciugare fino a perdere completamente l acqua che contengono. Solo successivamente è possibile passare alla cottura, la fase più delicata. Il rivestimento è la fase successiva e può avvenire o con vetrina (che conferisce un rivestimento trasparente) o con smalti (rivestimento opaco): dopo di che avviene la ricottura del materiale (per questo si parla di biscotto ). L ultima fase è, infine, quella eventuale della decorazione. Le ceramiche si suddividono in due categorie: Ceramiche a pasta porosa Ceramiche a pasta compatta Le ceramiche a pasta porosa vengono cotte a basse temperature, massimo 1000 C: in questo modo all interno del prodotto si formano micro bolle d aria, che rendono la ceramica, appunto, porosa. Sono economiche e meno pregiate. In pasta porosa vengono prodotte le terracotte, pentole e tegami, la maioliche, lavabi, vasi

11 Le ceramiche a pasta compatta, invece, vengono cotte ad alte temperature, tali da fondere completamente l impasto facendo evaporare l aria che si forma all interno delle bolle: in questo modo la pasta acquisisce maggiore compatezza. Sono di qualità pregiata e, quindi, più costose. In pasta compatta si producono i grès per apparecchi sanitari, i grès porcellanati (di qualità ancora superiore), le porcellane (per oggetti di ornamenti). Riassumendo in uno schema possiamo così sintetizzare: Vetro Il vetro è una massa amorfa (senza forma), omogenea, trasparente, impermeabile, resistente alla maggior parte delle sostanze chimiche, dura, fragile, elettricamente isolante. In particolare la trasparenza è la proprietà maggiormente caratterizzante e quella per cui il vetro è un materiale insostituibile nell edilizia. Le materie prime usate per la sua fabbricazione sono la silice (tipo di roccia molto compatta), la soda (una specie di sale cristallino) o la potassa (carbonato di potassio, usato ad esempio nei saponi), la calce (pietra cotta). Vengono inoltre aggiunte sostanze che conferiscono al vetro determinate caratteristiche, come un alta resistenza, durezza, trasparenza e lucentezza: ossido di piombo, ossido di zinco, acido borico, allumina Le materie prime vengono macinate e miscelate quindi portate a fusione dentro particolari forni. Per la sua particolare struttura il vetro non passa direttamente dallo stato solido dei suoi componenti allo stato liquido, ma con il calore diventa pastoso, lasciandosi così foggiare facilmente. La formatura dipende dai prodotti che si vogliono ottenere. Il metodo attualmente più usato per ottenere il vetro piano è quello del float glass (vetro galleggiante): dopo la fusione il materiale viene versato in una vasca piena di stagno fuso. Il vetro si allarga sulla superficie del metallo e forma una lastra perfettamente piana e uniforme. La lastra, poi, è fatta passare in un forno di ricottura, quindi è raffreddata e infine viene tagliata automaticamente.

12 Per ottenere il vetro cavo si utilizzano macchine automatiche che utilizzano un processo di soffiatura. Aria calda, a forte pressione viene immessa all interno della forma dentro la quale è stata immessa una certa quantità di vetro allo stato plastico. Per effetto della pressione dell aria la sostanza plastica viene schiacciata contro la forma rimanendo così cava all interno. I vetri si possono classificare secondo il loro impiego come nello schema seguente:

13 MATERIALI LEGANTI I leganti da costruzione sono quei materiali che, impastati con acqua e sabbia, formano delle masse semifluide (malte), impiegate per legare tra loro i vari materiali da costruzione (pietre naturali o laterizi) tra i quali vengono interposti. Le malte hanno la caratteristica di indurire lentamente (far presa) formando una sostanza dura e resistente come una pietra. I materiali leganti si differenziano in Aerei : possono far presa solo all aria Idraulici: possono far presa anche sott acqua Sono materiali leganti aerei: Il gesso Ottenuta dalla lavorazione della pietra da gesso, viene utilizzato per intonaci e rivestimenti murari. Dal gesso si possono ottenere anche la scagliola (ideale per lavori di incisione) e lo stucco (ottimo per lavorazioni in bassorilievo). La calce aerea Ottenuta dalla lavorazione della pietra da calce, viene utilizzata sotto forma di malta per legare pietre e mattoni. Sono materiali leganti idraulici:

14 La calce idraulica E un legante idraulico in quanto, al contrario della calce aerea, è capace di resistere dopo l indurimento anche all azione dell acqua. Ottenuta dalla lavorazione di argilla e calcari, trova impiego nella costruzione delle fondamenta, per gli intonaci, sia interni che esterni, e in sostituzione della calce aerea laddove necessario. I cementi Ottenuti per cottura di calcari e argille in particolari forni rotanti, vengono sempre utilizzati in abbinamento ad altri materiali, sotto forma di malta cementizia o calcestruzzo. Sono utilizzati per la costruzione della maggior parte delle strutture portanti dei moderni edifici, per lo più abbinati a tondini di acciaio (cemento armato) Il cemento armato

15 L unione della malta cementizia con delle armature in ferro prende il nome di cemento armato. Il principio di utilizzo del cemento armato si basa sul fatto che il cemento, da solo, è molto resistente alla compressione ma scarsamente resistente alla trazione. Caratteristiche esattamente inverse a quelle del ferro, più resistente alla trazione che alla compressione. I due materiali quindi, insieme, migliorano le caratteristiche di resistenza degli edifici. In cemento armato infatti è possibile costruire sia le strutture portanti verticali (i pilastri) sia le strutture portanti orizzontali e oblique (le travi). Per la colata della malta cementizia (che andrà ad inglobare i ferri) si utilizzano delle casseformi (in legno i in ferro) che vengono poi smontate una volta che la malta si sarà essiccata. Un particolare tipo di manufatto è poi il cemento armato precompresso (c.a.p.). Nel calcestruzzo vengono inglobati tondini di acciaio in tensione: durante l essiccamento, il rilascio dei tondini dalla loro tensione comprimerà il calcestruzzo ad essi attaccato. Il calcestruzzo è così sottoposto ad una compressione preventiva che compenserà gli sforzi di trazione durante il funzionamento della struttura.

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