MATERIALI STRUTTURALI PER L EDILIZIA: ACCIAIO, LATERIZIO E VETRO STRUTTURALE

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1 MATERIALI PER L EDILIZIA Prof. L. Coppola MATERIALI STRUTTURALI PER L EDILIZIA: ACCIAIO, LATERIZIO E VETRO STRUTTURALE Coffetti Denny PhD Candidate Dipartimento di Ingegneria e Scienze Applicate Università degli Studi di Bergamo

2 LATERIZI

3 MATERIALI CERAMICI PRODOTTI OTTENUTI DA MATERIE PRIME INORGANICHE NON METALLICHE, FORMATI A FREDDO E CONSOLIDATI MEDIANTE COTTURA SI DISTINGUONO IN CERAMICI TRADIZIONALI E CERAMICI AVANZATI

4 MATERIALI CERAMICI

5 Campo di applicazione Edilizia Uso domestico Industria CLASSIFICAZIONE Funzione Elementi per solai, pareti e coperture Rivestimento di pavimenti e pareti Apparecchi per servizi igienicosanitari Convogliamento di fluidi e scarichi Oggetti per tavola e cucina Oggetti ornamentali Materiali per elettronica e chimica Costruzione di forni Classe Laterizi Piastrelle Sanitari Tubi in grès Stoviglieria Ceramica artistica Porcellane tecniche Refrattari

6 LATERIZI LATERIZI PER STRUTTURE DI ELEVAZIONE E PARETI PERIMETRALI LATERIZI PER SOLAI LATERIZI PER COPERTURE LATERIZI PER PARETI INTERNE VERTICALI E COMPLETAMENTI

7 PRODUZIONE 1- ESTRAZIONE DI ARGILLA DA CAVE A CIELO APERTO L ARGILLA È UNA ROCCIA SEDIMENTARIA ESTREMAMENTE FINE COSTITUITA PRINCIPALMENTE DA ALLUMINO-SILICATI. CONTIENE ANCHE SOSTANZE ORGANICHE E OSSIDI/IDROSSIDI DI FERRO IN PICCOLE QUANTITÀ.

8 PRODUZIONE

9 PRODUZIONE 2- PREPARAZIONE DELL IMPASTO DI ARGILLA DOPO L ESTRAZIONE, L ARGILLA VIENE DEPURATA DA ROCCE E RADICI E VIENE LASCIATA STAGIONARE ALL APERTO PER FAVORIRNE LA DISGREGAZIONE. IN SEGUITO VIENE MACINATA E MISCELATA CON ALTRE MATERIE PRIME PER OTTENERE L OMOGENEITÀ RICHIESTA. VENGONO INFINE AGGIUNTI SMAGRANTI (SABBIA O FRAMMENTI DI LATERIZI) PER MIGLIORARNE LA PLASTICITÀ.

10 PRODUZIONE 3- FORMATURA IN QUESTA FASE ALL IMPASTO DI ACQUA E ARGILLA VIENE DATA LA FORMA CHE DOVRÀ AVERE IL LATERIZIO FINITO. SONO DISPONIBILI DIVERSI METODI (COLAGGIO, PRESSATURA, ) MA NORMALMENTE LA FORMATURA AVVIENE PER ESTRUSIONE.

11 PRODUZIONE 3- FORMATURA L ESTRUSIONE AVVIENE PREMENDO IL MATERIALE CONTRO UNA PIASTRA SAGOMATA DALLA QUALE FUORIESCE IL SEMILAVORATO SOTTO FORMA DI NASTRO CONTINUO CHE VIENE SUCCESSIVAMENTE SEZIONATO ATTRAVERSO FILI DI ACCIAIO.

12 PRODUZIONE

13 PRODUZIONE 4 - ESSICCAMENTO PRIMA DELLA COTTURA È NECESSARIO RIMUOVERE UNA PARTE DELL ACQUA CHE COSTITUISCE I LATERIZI PER EVITARE CHE, AD ALTE TEMPERATURE, LA RAPIDA EVAPORAZIONE DELL ACQUA PRODUCA DEFORMAZIONI O DIFETTI SUPERFICIALI.

14 PRODUZIONE 4 - ESSICCAMENTO L ESSICCAMENTO STORICAMENTE AVVENIVA ALL ARIA. ATTUALMENTE SI UTILIZZANO GALLERIE O CAMERE A TEMPERATURA CONTROLLATA CHE CONSENTONO UNA DISIDRATAZIONE DEL MATERIALE PER MEZZO DI GAS CALDI (NORMALMENTE SI UTILIZZANO I GAS DI SCARTO DEL FORNO DI COTTURA).

15 PRODUZIONE 4 - ESSICCAMENTO DURANTE QUESTA FASE SI OSSERVA UN FORTE RITIRO DEL MATERIALE ASSOCIATO AD UN GENERALE INDURIMENTO CHE FACILITA LA MOVIMENTAZIONE DEI PRODOTTI.

16 PRODUZIONE

17 PRODUZIONE 5 - COTTURA L ULTIMA FASE TRASFORMA LA STRUTTURA CHIMICA DEL MATERIALE, PRINCIPALMENTE PER DEGRADAZIONE TERMICA. SI OSSERVA UNA RIDUZIONE DELLA POROSITÀ E UN CONSEGUENTE SVILUPPO DELLE RESISTENZE MECCANICHE.

18 PRODUZIONE 5 - COTTURA LA COTTURA AVVIENE IN FORNI A TUNNEL CON TEMPERATURE PROSSIME A 1000 C E DURATE DEL CICLO TERMICO DELL ORDINE DELLE DECINE DI ORE. RIVOLUZIONARIO È STATO L AVVENTO DELLE FORNACI HOFFMAN A FUOCO MOBILE (METÀ 1800 E ATTUALMENTE ABBANDONATE) CHE MOLTIPLICO ESPONENZIALMENTE LA CAPACITÀ PRODUTTIVA.

19 PRODUZIONE

20 PRODUZIONE

21 LATERIZIO PER MURATURE LA NORMA UNI 8942/1 CLASSIFICA I LATERIZI PER MURATURE SECONDO TRE DIVERSI CRITERI: PERCENTUALE DI FORATURA GIACITURA IN OPERA TECNICA DI PRODUZIONE

22 LATERIZIO PER MURATURE SI DEFINISCE RAPPORTO DI FORATURA IL RAPPORTO PERCENTUALE TRA LA SOMMA DELLE AREE DEI FORI E L AREA DELLA SUPERFICIE VUOTO PER PIENO ORTOGONALE ALLA DIREZIONE DEI FORI. Somma delle aree dei fori Area della superficie v.p.p. ortogonale alla direzione dei fori

23 LATERIZIO PER MURATURE IN BASE ALLA PERCENTUALE DI FORATURA SI HANNO: MATTONI PIENI, SE F 15% MATTONI E BLOCCHI SEMIPIENI, CON F = 15% 45% MATTONI E BLOCCHI FORATI, SE F 55%

24 LATERIZIO PER MURATURE Piatto 5,5 cm Testa, Punta Costa, Lista, Fascia, Coltello

25 LATERIZIO PER MURATURE IN BASE ALLA GIACITURA IN OPERA SI HANNO: MATTONI E BLOCCHI A FORI VERTICALI, POSATI CON LA FORATURA ORTOGONALE AL PIANO DI POSA MATTONI E BLOCCHI A FORI ORIZZONTALI, POSATI CON LA FORATURA PARALLELA AL PIANO DI POSA I PRIMI POSSONO ESSERE UTILIZZATI PER REALIZZARE MURATURE PORTANTI, I SECONDI VENGONO IMPIEGATI PER LA REALIZZAZIONE DI TRAMEZZE E CAMERE D ARIA

26 LATERIZIO PER MURATURE Fori verticali Fori orizzontali

27 LATERIZIO PER MURATURE

28 LATERIZIO PER MURATURE IN BASE ALLA TECNICA DI PRODUZIONE SI HANNO: ELEMENTI ESTRUSI, LA QUASI TOTALITÀ ELEMENTI PRESSATI, OTTENUTI MEDIANTE PRESSATURA IN APPOSITI STAMPI ELEMENTI FORMATI A MANO, USATI SOLO NEL RESTAURO DEI MONUMENTI ELEMENTI «TIPO» A MANO, REALIZZATI INDUSTRIALMENTE, RIPRODUCONO LE TECNICHE TRADIZIONALI PER I MATTONI FACCIA A VISTA

29 LATERIZIO PER MURATURE LE DIMENSIONI E LE DENOMINAZIONI DEI LATERIZI PER MURATURA DISPONIBILI SUL MERCATO SONO MOLTEPLICI E SPESSO VARIANO DA PRODUTTORE A PRODUTTORE. OLTRE AL MATTONE UNI (5,5X12X25) TROVIAMO:

30 LATERIZIO PER MURATURE MATTONE A 6 FORI O FORATO: 8 X 15 X 30 LEGGERO MA CON UNA BUONA RESISTENZA MECCANICA, È USATO PER LE TRAMEZZE O PER LE PARETI ESTERNE A CASSA VUOTA.

31 LATERIZIO PER MURATURE MATTONE A 8 FORI O SCATOLA: 8 X 24 X 24 MOLTO LEGGERO E SCARSAMENTE RESISTENTE, È IL PIÙ USATO PER LE TRAMEZZE INTERNE. LE SUE DIMENSIONI GARANTISCONO UN ALTO RENDIMENTO DI POSA.

32 LATERIZIO PER MURATURE MATTONE A 4 FORI O FORATINO: 8 X 15 X 24 LEGGERO, È MOLTO DIFFUSO PER LE TRAMEZZE INTERNE, SPECIE NEL NORD ITALIA.

33 LATERIZIO PER MURATURE MULTIFORI O BLOCCHETTO: DIM. VARIABILI SEMIPIENO, È UTILIZZATO PER MURATURE ESTERNE FACCIA A VISTA (PORTANTI O NON PORTANTI) CARATTERIZZATE DA UNA DISCRETA LEGGEREZZA.

34 LATERIZIO PER MURATURE MATTONE DOPPIO UNI: 15 X 12 X 25 IMPIEGATO PER MURATURE PORTANTI E DI TAMPONAMENTO.

35 LATERIZIO PER MURATURE BLOCCHI: DIM. VARIABILI IMPIEGATO PER MURATURE PORTANTI E DI TAMPONAMENTO, UNISCE ELEVATE RESISTENZE CON BUONE PRESTAZIONI TERMOISOLANTI.

36 BLOCCHI PER MURATURE I BLOCCHI PER MURATURE SONO REALIZZATI CON ACCORGIMENTI CHE RENDONO PIÙ FACILE, ECONOMICA, EFFICIENTE LA COSTRUZIONE DELLE MURATURE.

37 BLOCCHI PER MURATURE SCANALATURE E RIGATURE: MIGLIORANO L ADERENZA MALTA-LATERIZIO, FACILITANO L ALLINEAMENTO BLOCCO-BLOCCO, OSTACOLANO IL PASSAGGIO DI CALORE INTERROMPENDO LA CONTINUITÀ DEL GIUNTO DI MALTA.

38 BLOCCHI PER MURATURE SFALSAMENTO DEI SETTI: MIGLIORANO L ISOLAMENTO TERMICO «ALLUNGANDO» IL PERCORSO PREFERENZIALE DEL CALORE DALL INTERNO DEL FABBRICATO VERSO L ESTERNO.

39 BLOCCHI PER MURATURE FORI CENTRALI MAGGIORATI: FAVORISCONO L AFFERRABILITÀ CON UNA SOLA MANO DA PARTE DELL OPERATORE. QUESTO VELOCIZZA MOLTO LE OPERAZIONI DI POSA IN OPERA.

40 BLOCCHI PER MURATURE PIANI A FRATTURA PRESTABILITA ALCUNI TIPI DI LATERIZIO SONO DOTATI DI LINEE DI MINOR RESISTENZA LUNGO LE QUALI È FACILE ROMPERLI CON UN COLPO DI CAZZUOLA O MARTELLO, OTTENENDO COSÌ PARTI DI DIMENSIONI MINORI.

41 LATERIZI A MASSA ALVEOLATA O ALLEGGERITI LATERIZI OTTENUTI IMPASTANDO L ARGILLA CON SFERETTE DI POLISTIRENE O LEGNO DI POCHI MILLIMETRI DI DIAMETRO CHE REALIZZANO UNA STRUTTURA CON POROSITÀ DIFFUSA E NON CONNESSA. QUESTI LATERIZI HANNO UNA MINOR MASSA VOLUMICA, MAGGIOR RESISTENZA TERMICA MA MINOR RESISTENZA MECCANICA. NORMALMENTE SI REALIZZANO BLOCCHI A MASSA ALVEOLATA DI DIMENSIONI DIFFERENTI, ANCHE CON L AGGIUNTA DI MATERIALE ISOLANTE NEI FORI.

42 LATERIZI A MASSA ALVEOLATA O ALLEGGERITI

43 LATERIZI FACCIA A VISTA QUESTI LATERIZI, SOLITAMENTE IN FORMA DI MATTONI PIENI O SEMIPIENI, DEVONO GARANTIRE UNA BUONA RESISTENZA MECCANICA ABBINATA AD ELEVATI STANDARD ESTETICI GARANTITI NEL TEMPO. SI REALIZZANO CORREZIONI CROMATICHE (COLORAZIONI BRUNE, ROSSE, VERDI) E FINITURE SUPERFICIALI (MATTONE LISCIO, SABBIATO FINE, SABBIATO GROSSO, RUGOSO, )

44 LATERIZI FACCIA A VISTA

45 PROPRIETÀ DEI LATERIZI PER MURATURE MASSA VOLUMICA APPARENTE: RAPPORTO TRA LA MASSA DELL ELEMENTO ESSICCATO E IL SUO VOLUME VUOTO PER PIENO KG/M 3 PER GLI ALVEOLATI KG/M 3 PER I FORATI E I SEMIPIENI KG/M 3 PER I PIENI

46 PROPRIETÀ DEI LATERIZI PER MURATURE RESISTENZA A COMPRESSIONE: DETERMINATA SUL SOLO MATTONE O BLOCCO IN DIREZIONE PARALLELA ALLA DIREZIONE DI POSA. 3 6 MPA PER I FORATI 8 15 MPA PER I BLOCCHI 20 MPA PER I MATTONI PIENI

47 PROPRIETÀ DEI LATERIZI PER MURATURE ATTENZIONE! LA RESISTENZA DI UNA MURATURA È MOLTO DIVERSA DALLA RESISTENZA A COMPRESSIONE DEL LATERIZIO. LE MURATURE INFATTI SONO COMPOSTE DA DUE ELEMENTI: LATERIZIO E MALTA. HA POCO SENSO QUINDI VALUTARE LA RESISTENZA DEL SOLO LATERIZIO, È MOLTO PIÙ SENSATO VALUTARE LA RESISTENZA DELLA MURATURA.

48 PROPRIETÀ DEI LATERIZI PER MURATURE CONDUCIBILITÀ TERMICA: RAPPORTO TRA IL FLUSSO DI CALORE (QUANTITÀ DI CALORE TRASMESSA NEL TEMPO) E IL GRADIENTE DI TEMPERATURA CHE PROVOCA QUEL PASSAGGIO. È ESPRESSA IN W/M K IN PRIMA APPROSSIMAZIONE È DIRETTAMENTE PROPORZIONALE ALLA MASSA VOLUMICA DEL LATERIZIO: MATERIALE MOLTO DENSO => ELEVATA CONDUCIBILITÀ => BASSO GRADO DI ISOLAMENTO

49 PROPRIETÀ DEI LATERIZI PER MURATURE 0,04 W/M K PER IL POLISTIRENE 0,15-0,20 W/M K PER IL LEGNO 0,25-0,30 W/M K PER GLI ALVEOLATI 0,60 0,70 W/M K PER I MATTONI PIENI 2,3 W/M K PER IL CALCESTRUZZO

50 PROPRIETÀ DEI LATERIZI PER MURATURE GELIVITÀ, ASSORBIMENTO DI ACQUA CAPILLARE E COEFFICIENTE DI IMBIBIZIONE: PROVA INDISPENSABILE PER MURATURE ESTERNE FACCIA A VISTA, POCO SIGNIFICATIVA NEGLI ALTRI CASI.

51 REQUISITI PER PRODOTTI DESTINATI A ELEMENTI STRUTTURALI LA NORMATIVA ATTUALMENTE IN VIGORE (NTC ), PRESCRIVE DELLE CARATTERISTICHE GEOMETRICHE E DI RESISTENZA AGLI ELEMENTI IN LATERIZIO PER MURATURE PORTANTI.

52 REQUISITI PER PRODOTTI DESTINATI A ELEMENTI STRUTTURALI Tipo di elemento Foratura F [%] Area media della sezione normale di un foro [cm 2 ] Distanza dei fori dal perimetro esterno [cm] Pieno 15% < 9 cm 2 >1 cm al netto della rigatura < 12 cm Semipieno % 2 >1,5 cm per elementi lisci >1,3 per elementi % < 15 cm Forato 2 rigati da paramento Distanza tra due fori contigui [cm] 0,8 cm ± 10%

53 REQUISITI PER PRODOTTI DESTINATI A ELEMENTI STRUTTURALI Tipo di elemento Pieno Semipieno Forato Resistenza caratteristica a compressione f bk [MPa] 7 MPa 5 MPa in direzione dei carichi verticali 1,5 MPa in direzione ortogonale ai carichi verticali e nel piano della muratura Non ammesso Verticale Nel piano Ortogonale

54 MURATURE

55 MURATURE LE MURATURE SONO COMPOSTE DA DUE ELEMENTI: - BLOCCHI O MATTONI IN LATERIZIO - GIUNTI DI MALTA IN ALCUNE SITUAZIONI IL GIUNTO DI MALTA È SOSTITUITO DA UNO STRATO DI COLLA. QUESTO GARANTISCE PRESTAZIONI SUPERIORI MA RICHIEDE DEI LATERIZI RETTIFICATI E CALIBRATI.

56 MALTE PER MURATURA LE PROPRIETÀ PIÙ IMPORTANTI DELLE MALTE PER MURATURA SONO LA RESISTENZA MECCANICA E LA LAVORABILITÀ. LA NORMATIVA INDIVIDUA DIVERSE CLASSI DI MALTE DEFINITE IN BASE ALLA RESISTENZA MECCANICA (MALTE A PRESTAZIONE GARANTITA) E IN BASE ALLA COMPOSIZIONE (MALTE A COMPOSIZIONE PRESCRITTA).

57 MALTE PER MURATURA Classe M 2,5 M 5 M 10 M 15 M 20 M d Resistenza media a compressione [MPa] 2,5 MPa 5 MPa 10 MPa 15 MPa 20 MPa d MPa d È UNA RESISTENZA A COMPRESSIONE MAGGIORE DI 25 MPA DICHIARATA DAL PRODUTTORE. NON SONO AMMESSE MALTE CON RESISTENZA INFERIORE A 2,5 MPA

58 MALTE PER MURATURA Classe Tipo di malta Cemento Calce aerea Calce idraulica Sabbia Pozzolana M 2,5 Idraulica M 2,5 Pozzolanica M 2,5 Bastarda M 5 Bastarda M 8 Cementizia M 12 Cementizia

59 MALTE PER MURATURA LA SCELTA DELLA TIPOLOGIA DI MALTA PER MURATURA È STRETTAMENTE LEGATA ALLA TIPOLOGIA DI LATERIZIO UTILIZZATO: AVREBBE POCO SENSO (E SAREBBE ANTIECONOMICO) UTILIZZARE UNA MALTA AD ALTA RESISTENZA CON UN LATERIZIO DI SCARSE PRESTAZIONI MECCANICHE E VICEVERSA.

60 MALTE PER MURATURA LA LAVORABILITÀ DI QUESTE MALTE DEVE ESSERE TALE DA CONSENTIRE UNA FACILE POSA DEL GIUNTO DI MALTA. UN CONGLOMERATO ECCESSIVAMENTE ASCIUTTO O TROPPO FLUIDO NON AVREBBE LA CAPACITÀ DI RESTARE ADESO AL SUPPORTO IN FASE PLASTICA E TENDEREBBE A STACCARSI (ASCIUTTA) O A COLARE VERSO IL BASSO (FLUIDA).

61 COMPORTAMENTO MECCANICO DELLE MURATURE DAL PUNTO DI VISTA MECCANICO, UNA MURATURA È CARATTERIZZATA DALLE SEGUENTI PROPRIETÀ: DISOMOGENEITÀ, DOVUTA AL FATTO CHE GLI ELEMENTI RESISTENTI (I LATERIZI) E LA MALTA HANNO SOLITAMENTE DELLE CARATTERISTICHE MECCANICHE MOLTO DIFFERENTI. INOLTRE, L INTERFACCIA TRA I DUE ELEMENTI (OVVERO IL GIUNTO DI MALTA) HA UN RUOLO FONDAMENTALE NELLA DETERMINAZIONE DELLA RESISTENZA.

62 COMPORTAMENTO MECCANICO DELLE MURATURE ANISOTROPIA, DOVUTA ALLA FORMA E ALLE PROPORZIONI DEGLI ELEMENTI RESISTENTI ED AL MODO CON CUI ESSI VENGONO DISPOSTI.

63 COMPORTAMENTO MECCANICO DELLE MURATURE ASIMMETRIA DI COMPORTAMENTO MECCANICO, DOVUTA AL FATTO CHE, SIA IL LATERIZIO CHE LA MALTA, HANNO UNA DIVERSA RESISTENZA A TRAZIONE E A COMPRESSIONE.

64 COMPORTAMENTO MECCANICO DELLE MURATURE

65 COMPORTAMENTO MECCANICO DELLE MURATURE ESISTONO NUMEROSI CODICI DI CALCOLO CHE CONSENTONO DI CALCOLARE IN MODO ACCURATO LE RESISTENZE (COMPRESSIONE NEL PIANO, COMPRESSIONE FUORI PIANO, TRAZIONE, TAGLIO, ) DI UNA MURATURA. PER AVERE UNA RAPIDA STIMA DELLA RESISTENZA A COMPRESSIONE DI UNA MURATURA È POSSIBILE UTILIZZARE LE TABELLE PRESENTI SULLE NTC 08.

66 COMPORTAMENTO MECCANICO DELLE MURATURE LA TABELLA CONSENTE DI CALCOLARE IL VALORE DELLA RESISTENZA CARATTERISTICA A COMPRESSIONE NOTA LA CLASSE DELLA MALTA E LA RESISTENZA CARATTERISTICA DEL LATERIZIO.

67 COMPORTAMENTO MECCANICO DELLE MURATURE QUESTA TABELLA È VALIDA SOLAMENTE PER MURATURE CON GIUNTI ORIZZONTALI E VERTICALI RIEMPITI DI MALTA E DI SPESSORE COMPRESO TRA 0,5 CM E 1,5 CM.

68 COMPORTAMENTO MECCANICO DELLE MURATURE SULLA BASE DELLA TIPOLOGIA E RESISTENZA CARATTERISTICA A COMPRESSIONE DELL ELEMENTO RESISTENTE E DELLA CLASSE DI MALTA È POSSIBILE STIMARE ANCHE LA RESISTENZA A TAGLIO DELLA MURATURA.

69 COMPORTAMENTO MECCANICO DELLE MURATURE PER QUANTO RIGUARDA IL MODULO DI ELASTICITÀ DELLA MURATURA, IN ASSENZA DI PROVE SPERIMENTALI, È POSSIBILE ASSUMERE UN VALORE PARI A E = 1000 f k