9. COLLANTI E PROTEZIONI DELLE STRUTTURE METALLICHE

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1 Collegamento mediante collanti Negli ultimi anni sono stati studiati e realizzati, per le ricerche spaziali, adesivi talmente forti da sopportare enormi sollecitazioni. Questi adesivi entrano ora nell uso comune per le industrie aereonautiche, automobilistiche e anche nell edilizia. Ad esempio il metodo adottato per il salvataggio dei templi egiziani di Abu Simbel. Le grandi strutture di pietra sono state tagliate in blocchi e il sollevamento è stato fatto ancorando all interno di essi, mediante adesivi strutturali, dei perni di acciaio. 1

2 Collegamento mediante collanti Gli adesivi che possono essere impiegati per unioni di parti metalliche sono numerosissimi; vanno dai tipi acrilici, vinilici, agli epossidici e epossifenolici. Si distinguono: in base alla loro natura chimica, alla possibilità di resistere a determinate temperature al grado di resistenza alle sollecitazioni. Per l impiego nell edilizia è essenziale che il giunto effettuato con adesivo sia in grado di sopportare sforzi statici e dinamici senza deformarsi per un tempo illimitato. Un adesivo che risponde a queste caratteristiche e che quindi ha un comportamento elastico, rispettando la legge di Hooke, prende il nome di strutturale. L applicazione di questi adesivi deve essere preceduta da Collegamento mediante collanti L applicazione di questi adesivi deve essere preceduta da accurata e perfetta pulizia della superficie, con eliminazione delle impurezze e sostanze oleose; poi gli adesivi sono semplicemente applicati a mano con pennello o spatola. I tipi di giunzione sono simili a quelli per le chiodature. Nel giunto per sovrapposizione, la resistenza dell unione è proporzionale alla superficie incollata. 2

3 Collegamento mediante collanti In genere i giunti con adesivo offrono una buona resistenza alle normali sollecitazioni, a eccezione della sollecitazione detta di spellatura, che si ha quando la tensione agisce in direzione normale alla superficie di attacco. Occorre anche precisare che essendo l adesivo strutturale un materiale recente, la sperimentazione, specie nel settore edilizio, deve essere ancora completata. Si sa poco sul comportamento del giunto incollato nel tempo; l invecchiamento dell adesivo comporta senz altro una diminuzione di resistenza, ma non è ancora possibile stabilire esattamente quanto. Collegamento mediante collanti Come esempio, certamente eccezionale, dell impiego di adesivo strutturale nelle costruzioni civili, si può il ponte passerella sul canale della Lippe, presso Marl, in Germania, lungo circa 56 m e terminato nel I nodi della struttura reticolare sono stati eseguiti con colla poliestere indurita a freddo, ma, a titolo di cautela, sono stati applicati anche dei bulloni, che però non contribuiscono alla resistenza in quanto i fori sono più larghi dei bulloni stessi, con un gioco di 2 mm. Fino a che il giunto di adesivo terrà, i bulloni non interverranno per assorbire le sollecitazioni. Per ora la struttura, tenuta sotto continua sorveglianza, sembra abbia dato un risultato soddisfacente. 3

4 Protezione delle strutture metalliche I metalli in genere, e l acciaio in particolare, sono soggetti al fenomeno della corrosione, causato da agenti chimicofisici dell atmosfera. I metalli si trasformano in composti di maggiore stabilità, come ossidi, carbonati e solfuri. Nel caso dell acciaio si forma la ruggine (ossido di ferro idrato), che rappresenta il maggior pericolo delle strutture eseguite con questo materiale; infatti lo strato di ruggine tende a staccarsi facilmente dalla superficie metallica, che rimane esposta alla successiva ossidazione, e così via finché tutto il materiale non è distrutto completamente. Protezione delle strutture metalliche È pertanto indispensabile proteggere le superfici metalliche esposte all aria, specie in ambienti molto umidi, con vari mezzi protettivi. Nelle zone in prossimità del mare, o di alta concentrazione industriale, il processo di corrosione è molto più rapido e pericoloso. Prima di procedere all applicazione dei trattamenti protettivi, le superfici metalliche devono essere preparate con: la sgrassatura, per eliminare sostanze grasse, oli, sporcizia, impiegando solventi e detergenti vari; la raschiatura, per eliminare tracce di ruggine, impiegando spazzole metalliche, raschietti, tela smeriglio, mole abrasive azionate a mano o a motore; la sabbiatura, per eliminare la presenza di ruggine, proiettando contro la superficie metallica un getto di sabbia a pressione. È un metodo che dà ottimi risultati. Per strutture eseguite in officine specializzate si può applicare il metodo del decapaggio; consiste nell immersione dei pezzi in una soluzione di acido ossalico, acido solforico concentrato e acqua, alla temperatura di C, per una durata di 10 minuti. Si forma una pellicola nera che è spazzolata via, lasciando la superficie del ferro perfettamente pulita. 4

5 Protezione delle strutture metalliche I trattamenti protettivi sono di vario tipo: le vernici; i rivestimenti metallici; i rivestimenti di sostanze plastiche; i rivestimenti di sostanze vetrose (smalti). Protezione delle strutture metalliche Le vernici, usate fin dall antichità, sono ancora oggi di larga applicazione per il costo modesto, anche se la durata è limitata e si rende necessaria una continua spesa di manutenzione. La vernice più nota come antiruggine è il minio, composto da olio di lino cotto e ossido di piombo, di un colore rosso chiaro. Ha ottime proprietà protettive ma impiega molto tempo a essiccare; è spesso sostituito da prodotti similari sintetici, di rapida essiccazione. Altre vernici antiruggine di recente produzione sono: le resine epossidiche, molto resistenti anche in ambienti aggressivi; le resine fenoliche, non molto impiegate in Italia, ma che presentano un ottima resistenza alla corrosione; le resine viniliche, particolarmente adatte per la protezione dell acciaio e per l alta resistenza alla corrosione e agli aggressivi chimici; risultano inoltre di facile manutenzione 5

6 Protezione delle strutture metalliche Il rivestimento metallico più comune è la zincatura. Per le strutture in opera, si può procedere a un rivestimento di zinco, mediante spruzzatura di polvere di zinco fuso, con un cannello a pressione. Altri rivestimenti sono a base di piombo, stagno, rame, cromo, nichel, cadmio e si ottengono con procedimento galvanico. Questi ultimi trattamenti sono adatti per pannelli, infissi e opere di arredamento. Protezione delle strutture metalliche Il rivestimento di sostanze vetrose è impiegato soprattutto per gli apparecchi igienico-sanitari, come le vasche da bagno in lamiera di acciaio rivestite di smalto. 6

7 10. RAME E PIOMBO Il rame e le sue leghe Il rame è un ottimo materiale da costruzione, specialmente per coperture; è impiegato di rado per il suo alto costo e sempre in edifici di notevole importanza architettonica. La proprietà principale del rame è la sua grande resistenza agli agenti atmosferici; essa è dovuta alla formazione di uno strato di carbonato basico di rame (il noto verderame, che conferisce la caratteristica colorazione verdastra, propria di molte cupole di chiese), in presenza di aria umida. Il verderame costituisce una pellicola aderente, che protegge il metallo dalla successiva carbonatazione. Il pericolo maggiore è invece rappresentato da fenomeni di corrosione per contatto con altri metalli, come alluminio ferro, nichel, stagno e piombo. 10. RAME E PIOMBO Il rame e le sue leghe Il rame puro ha le seguenti caratteristiche: peso di volume 8,94 kg/dm3 (89,4 kn/m3); carico di rottura a trazione N/mm2 (20 35 kg/mm2); carico di rottura a compressione 1500 N/mm2 (150 kg/mm2); allungamento 38%; modulo di elasticità N/mm2 ( kg/cm2); durezza Brinell 64; coefficiente di dilatazione termica 1, K 1 7

8 10. RAME E PIOMBO Il rame e le sue leghe Il metallo è molto duttile, malleabile, quindi lavorabile a freddo e a caldo, sia per laminazione che per trafilatura. È attaccato dall acqua marina. Oltre che per le coperture e altre opere di lattoneria, il rame è impiegato per tutti i conduttori elettrici, nonché per la produzione di tubi per impianti di riscaldamento. Essendo facilmente saldabile, i collegamenti in genere sono fatti con saldatura. 10. RAME E PIOMBO Il rame e le sue leghe Da tempi remoti sono conosciute le leghe del rame: il bronzo e l ottone. I bronzi: I bronzi presentano elevate caratteristiche meccaniche e resistenza notevole alla corrosione; sono impiegati soprattutto per pezzi di fusione, per raccorderia di tubazioni, come rubinetti, saracinesche ecc. 8

9 10. RAME E PIOMBO Il rame e le sue leghe Gli ottoni: Anche gli ottoni trovano largo impiego per le rubinetterie, per le maniglie e cerniere, per la loro facilità di lavorazione e ottima resistenza agli agenti atmosferici. 10. RAME E PIOMBO Il piombo Il piombo è impiegato sia allo stato puro che in lega con altri metalli. È facilmente deformabile a freddo ed è inattaccabile dagli acidi; per questi motivi è preferito per la costruzione di raccordi e tubazioni di scarico di apparecchi igienicosanitari. Prodotto in lastre, può essere impiegato come ottimo e durevolissimo materiale da copertura. Caratteristiche meccaniche: peso di volume 11,4 kg/dm3 (114,0 kn/m3); modulo di elasticità N/mm2 ( kg/cm2). 9

10 L alluminio e le sue leghe Un importanza sempre maggiore rivestono le cosiddette leghe leggere, quelle cioè che hanno un peso di volume inferiore a 3 kg/dm3: in pratica tutte quelle a base di alluminio. Questo metallo possiede notevoli caratteristiche fisiche e meccaniche, ma ha il difetto di avere un carico specifico (dato dal rapporto fra il carico ammissibile oppure il carico di rottura e il peso specifico di un materiale) inferiore a quello dell acciaio, per cui è poco conveniente il suo impiego nel campo strutturale L alluminio e le sue leghe L alluminio è un metallo molto leggero (peso unitario 2,7 kg/dm3; 27,0 kn/m3) con una bassa temperatura di fusione (circa 660 C); molto duttile, malleabile, può essere laminato con facilità o estruso. Con l estrusione il metallo, alla temperatura di C, è compresso contro una matrice opportunamente forata ed è costretto a passare attraverso i fori. Si ricavano in questo modo fili, tubi e profilati di varia forma che trovano largo impiego per la costruzione di infissi di porte e finestre. 10

11 L alluminio e le sue leghe L alluminio si ossida all aria, ma lo strato di ossido protegge il metallo da successiva ossidazione e il fenomeno della corrosione si arresta; resiste anche agli acidi organici, mentre è facilmente attaccabile dalle sostanze alcaline e dall acqua marina. Un difetto notevole è la difficoltà di saldatura, per cui le giunzioni devono essere fatte con altri metodi. Le caratteristiche meccaniche dell alluminio sono: carico di rottura a trazione 150 N/mm2 (15 kg/mm2); carico di snervamento 130 N/mm2 (13 kg/mm2); allungamento percentuale 8%; modulo di elasticità N/mm2 ( kg/cm2); durezza Brinell 40; coefficiente di dilatazione termica 0, Le leghe a base di alluminio Duralluminio. contiene, oltre all Alluminio (94%) e al rame (5%), altri elementi in piccola percentuale: magnesio 0,43 2% silicio 0,12 1% manganese 0,45 1,5% Questi elementi aggiuntivi conferiscono alla lega particolari caratteristiche di resistenza; tuttavia il duralluminio ha un grave inconveniente: poiché l Al e il Cu hanno un comportamento elettrochimico diverso, in presenza di acqua di mare o di acqua con sali la lega subisce una rapida «corrosione elettrochimica». Il peso specifico del duralluminio è di 2,8 kg/dm3, con un modulo elastico di N/mm2 ( kg/cm2) e un allungamento a rottura intorno al 20%; la resistenza alla trazione raggiunge i 450 N/mm2 (4500 kg/cm2). 11

12 Le leghe a base di alluminio Anticorodal. Contiene, oltre all alluminio, i seguenti metalli: magnesio 0,6 0,8% silicio 0,9 1,15% manganese 0,6 0,8% ferro, impurità 0,3% Aluman. È una lega con discreta resistenza meccanica e una buona resistenza alla corrosione. È usata per la produzione di lamiere e nastri. Peraluman. La lega contiene il 3,5% di magnesio e lo 0,3% di manganese; di ottima resistenza, può essere impiegata in parti strutturali mediamente sollecitate. Caratteristiche principali: carico di rottura a trazione N/mm2 (22 30 kg/mm2); allungamento 25%; durezza Brinell 65-90; modulo elastico ~ N/mm2 ( kg/cm2). Le leghe a base di alluminio Silumin. La lega contiene Al 88% e Si 12%; è usata solo per getti (pistoni, carters ecc.) poiché non permette lavorazioni di tipo plastico; il silicio presente nella lega ne fa aumentare la resistenza meccanica, a scapito però della tenacità. Per evitare l eccessiva fragilità della lega si aggiunge una piccolissima percentuale di sodio quale elemento modificatore. Caratteristiche principali: carico di rottura a trazione 200 N/mm2 (20 kg/mm2); allungamento 3 10%; modulo elastico ~ N/mm2 ( kg/cm2). Ergal. Lega composta da alluminio e zinco in proporzioni variabili; lo zinco può rimanere in soluzione solida nell alluminio fino a un tenore dell 84%, ma per evitare un eccessiva fragilità si limita lo zinco al 10 12%. La lega ha una elevatissima resistenza a trazione. Caratteristiche principali: carico di rottura a trazione N/mm2 (60 70 kg/mm2); allungamento 12 16%; modulo elastico ~ N/mm2 ( kg/cm2). 12

13 Protezione delle leghe di alluminio Gli elementi di alluminio o di lega di alluminio sono protetti da un rivestimento di pochi micron di spessore, ottenuto per ossidazione anodica in bagno elettrolitico. Dopo l ossidazione gli elementi possono essere colorati per immersione in soluzioni coloranti; la colorazione è stabile e inalterabile nel tempo. La torre San Vincenzo, già grattacielo SIP o torre Telecom Italia, è un grattacielo di Genova che ha ospitato gli uffici della SIP e, quindi, della Telecom Italia. Costruito negli anni sessanta su disegno di Melchiorre Bega, Piero Gambacciani e Attilio Viziano, si innalza nella zona di San Vincenzo, di fronte alla stazione di Genova Brignole. [1] Oggi il grattacielo, ristrutturato nei primi anni 2000, è sede di associazioni e imprese. Dal 2005 ospita la sede genovese di Confindustria, che occupa tre piani dell'edificio. 13