Università degli studi Mediterranea di Reggio Calabria Corso: Materiali e Tecnologie dell Architettura I LATERIZI 1 I LATERIZI INDICE DELLA COMUNICAZIONE Proprietà dei materiali Definizione La torre di Babele, Pieter Bruegel - 1563 Informazioni storiche Il ciclo di produzione Caratteristiche del Laterizio Classificazioni Applicazioni Architetture in Laterizio 2
Proprietà dei materiali Proprietà dei materiali Insieme delle caratteristiche comuni a un gruppo di materiali o tipiche di un determinato materiale, rilevanti per l'impiego pratico del medesimo. Agli effetti pratici si possono distinguere proprietà di natura fisica, chimica, meccanica, tecnologica. 3 Proprietà dei materiali Proprietà fisiche Le principali Proprietà fisiche sono: Densità (o massa volumica)=m/v Conducibilità termica Proprietà meccaniche Le proprietà meccaniche sono quelle che hanno i materiali di resistere a sollecitazioni esterne di vario genere. Durezza Conducibilità elettrica Porosità Impermeabilità Elasticità Plasticità Resilienza Temperatura di fusione Resistenza alle sollecitazioni Proprietà tecnologiche Le proprietà tecnologiche sono le attitudini che hanno i materiali a essere sottoposti a lavorazioni di vario genere. 4
I laterizi - Definizione Definizione I laterizi sono materiali da costruzione artificiali, vari per forma e dimensioni, ottenuti dalla cottura di argilla opportunamente preparata, modellata ed essiccata. Il materiale di partenza è costituito principalmente da argilla, più di un 20-30% di carbonato di calcio e un 4-6% d acqua 5 I laterizi Informazioni storiche INFORMAZIONI STORICHE 6
I laterizi Informazioni storiche Le prime testimonianze dell utilizzo del laterizio in un insediamento urbano risalgono all' VIII millennio a.c. e si riferiscono alla città di Gerico, in Giordania. Prima città dell uomo, Gerico, 7800 a.c. 7 I laterizi Informazioni storiche Nell'antico Oriente il mattone crudo, essiccato al sole, ha avuto una lunga tradizione, in modo particolare in Mesopotamia e in Egitto, dove la pietra e il legno erano o troppo costosi o molto scarsi (e dove l'acqua e il calore del sole costituivano risorse inesauribili). Ziggurat, Scavi di Ur, vista dall'alto e vista da dietro, 2300 a.c. 8
I laterizi Informazioni storiche I primi sepolcri destinati alle prime dinastie faraoniche e risalenti alla prima metà del periodo di formazione, vennero chiamate "mastabe". Esse avevano una pianta quadrangolare e il materiale di cui erano costituite era il mattone crudo. Successivamente si passò a materiali più resistenti come quelli lapidei. Mastaba, Sakkara, vista complessiva, 5000 a.c. 9 I laterizi Informazioni storiche Nell architettura greca antica le città diedero sempre maggior rilievo all'architettura religiosa, con la comparsa dei primi templi. Questi edifici avevano un portico antistante ed erano costruiti con mattoni di argilla essiccata al sole con l'aggiunta di travi in legno di sostegno per le coperture. Tempio di Perachora, modello votivo, VIII secolo a.c. 10
I laterizi Informazioni storiche Con l architettura romana si giunge ad una canonizzazione definitiva della tecnica costruttiva in laterizio. Il mattone era utilizzato per contenere, su entrambi i lati, il nucleo centrale della muratura, realizzato in conglomerato cementizio. Questo sistema (detto opus testaceum) consentiva di ridurre al minimo l'uso di casseforme in legno e di controllare accuratamente l'allineamento verticale e orizzontale della muratura. Repertorio romano laterizi crudi, II secolo a.c. I mattoni crudi romani (lateres), erano realizzati con argilla chiara o rossa, oppure con sabbione maschio, per far si che il materiale reggesse all azione degli agenti atmosferici. 11 I laterizi Informazioni storiche I laterizi crudi venivano fabbricati in autunno o in inverno, in modo che potessero asciugare lentamente, fino all estate successiva. Le maestranze greche e romane evitavano di confezionarli in estate, perché, essiccando troppo rapidamente, indurivano in superficie, restando molli all interno, cosicché, una volta messi in opera, non potevano reggere il carico della muratura stessa. Dal laterizio crudo 12
I laterizi Informazioni storiche alla cottura dei laterizi Alla cottura dei mattoni si arrivò, probabilmente, intorno al I sec. a.c., grazie all abilità delle maestranze romane che ne definirono i metodi. I laterizi destinati alla cottura erano fabbricati con argilla impastata con acqua e spesso con sabbia, paglia o pozzolana fine in modesta quantità. L impasto compresso a mano in una forma quadrata di legno, veniva fatto essiccare all aria, infine, venivano cotti nelle fornaci alla temperatura di circa 800 C. 13 I laterizi Informazioni storiche Laterizi speciali, lavorati a cuneo per ridurre al minimo lo spessore dei letti di malta e usati per la realizzazione di archi e piattabande. Mercati Traianei, secondo la data riportata su alcuni bolli laterizi, si presume fra il 94 ed il 95 d.c. I mattoni venivano prima confezionati di forma quadrata, per una maggiore facilità di trasporto, poi, per la messa in opera, venivano ridotti in forma triangolare. 14
I laterizi Informazioni storiche La tecnica produttiva dei laterizi continuò in modo fiorente anche nel periodo Paleocristiano Bizantino e nel periodo Romanico, momenti in cui si seppero apprezzare le qualità decorative e strutturali. Mausoleo di Galla Placidia, Ravenna, V secolo d.c. Cattolica di Stilo, Stilo, RC, IX secolo d.c. Durante l epoca gotica, l uso del mattone non si adattava ai canoni costruttivi francesi, per cui l uso di tale materiale coincise soprattutto con l abbandono delle costruzioni in legno nell edilizia civile, a causa di incendi distruttivi sempre più frequenti. 15 I laterizi Informazioni storiche Nel Rinascimento, il ruolo strutturale del laterizio fu rivalutato, tra gli altri, dalla realizzazione da parte di Filippo Brunelleschi della cupola di Santa Maria del Fiore (1420), progettata da Giovanni di Lapo detto "Il Ghini" (1367), concepita come una doppia calotta: quella inferiore realizzata in muratura di conci di pietra e quella superiore in muratura di mattoni, posti in opera a spina di pesce, in modo da costituire un sistema auto-portante. Cupola di Santa Maria del fiore, Firenze, 1420 16
I laterizi Informazioni storiche Nel periodo Barocco si rivalutano le qualità estetiche del mattone, che viene impiegato per caratterizzare le nuove configurazioni delle facciate, in modo particolare negli effetti plastici del muro. Campanile di Sant Andrea delle Fratte, Roma, 1653 Esempio interessante di questo sentire è la chiesa di Sant Andrea delle Fratte a Roma di Francesco Borromini. Sant Andrea delle Fratte, Roma, 1653 17 I laterizi Informazioni storiche Con la Rivoluzione Industriale e con l invenzione del forno a fiamma continua, brevettato da Hoffmann e Licht nel 1858, la produzione dei laterizi conobbe una straordinaria evoluzione; il loro impiego si diffuse in tutti i settori dell edilizia: case, fabbriche, ponti, ecc. Forno Hoffmann, pianta e sezione, 1858 Agli inizi del XX secolo, con l affermarsi dell acciaio e del cemento armato, quali nuovi materiali da costruzione, il laterizio gradualmente perse il suo uso con funzione strutturale, per assumere la funzione di alleggerimento per i solai, di tamponamento per le pareti perimetrali e di rivestimento superiore per le coperture. 18
I laterizi Il ciclo di produzione IL CICLO DI PRODUZIONE 19 I laterizi Il ciclo di produzione La materia prima L'argilla è una sostanza naturale proveniente dal mondo minerale, che si trova in apposite cave situate a cielo aperto. Chimicamente è composta da silicati di alluminio. Cava di argilla I principali elementi contenuti nelle argille sono: Silicio, Alluminio, Titanio, Ferro, Calcio, Magnesio, Sodio, Potassio. 20
I laterizi Il ciclo di produzione Le lavorazioni del materiale Ciclo di lavorazione Il processo produttivo dei laterizi prevede alcune fasi fondamentali: estrazione delle materie prime preparazione dell impasto formatura essiccazione cottura stoccaggio 21 I laterizi Il ciclo di produzione Estrazione delle materie prime L'argilla viene prelevata nelle cave preposte, dove è possibile estrarre varie tipologie di argilla (per esempio argille sabbiose ecc). Tra un prelievo e l'altro è necessario far trascorrere un anno. Processo di estrazione L'argilla sottratta viene poi accumulata sotto un capannone pronta per essere posta a lavorazione. 22
I laterizi Il ciclo di produzione Preparazione dell impasto L'argilla proveniente dalla cava è spesso un prodotto naturale ineguale e poco omogeneo. Questa materia grezza deve essere trasformata in un impasto il più possibile uniforme che garantisca un materiale finito di alto valore tecnico. Preparazione dell impasto Le varie fasi della lavorazione per arrivare ad un impasto uniforme sono le seguenti: raffinazione dell'argilla una prima e seconda volta, stoccaggio, ossia il riposo dell'argilla per una durata di 15 giorni all'interno dei silos, bagnatura, per acquistare plasticità e infine, tramite apposite macchine, impasto e degassazione. 23 I laterizi Il ciclo di produzione Formatura Può avvenire per estrusione o stampaggio. Il prodotto viene quindi tagliato nelle misure richieste, raggruppato e caricato automaticamente in apposite macchine per poi essere inviato alla successiva fase di essiccazione. Formatura del prodotto 24
I laterizi Il ciclo di produzione Essiccazione Questa operazione avviene in essiccatoi artificiali, alimentati con aria calda prodotta da una sorgente di calore. In questa fase viene stabilizzata definitivamente la configurazione dei prodotti e tolta l'acqua che era precedentemente servita per far acquistare all'argilla plasticità. Essiccazione nei tunnel essiccatoi 25 I laterizi Il ciclo di produzione Cottura La trasformazione del pezzo in laterizio stabile avviene attraverso diverse modificazioni fisiche e chimiche che subiscono i componenti minerali sotto l'effetto della temperatura. Ingresso del materiale nel forno I prodotti vengono cotti all'interno di un forno, detto a tunnel, costituito da una galleria, chiusa all'estremità da porte, entro la quale scorrono dei carrelli a ciclo continuo. All'interno del forno, la cui temperatura è di 1020/1040 gradi C, il laterizio è sottoposto a preriscaldamento - cottura - raffreddamento. 26
I laterizi Il ciclo di produzione Stoccaggio In questa fase, chiamata anche reggiatura, i laterizi vengono controllati selezionati per l'imballaggio e quindi messi a deposito, pronti per la spedizione. Fasi di stoccaggio 27 I laterizi Caratterisitche del laterizio CARATTERISTICHE DEL LATERIZIO 28
I laterizi Caratterisitche del laterizio Caratteristiche Come già introdotto in precedenza le caratteristiche da cui dipendono le prestazioni del materiale, qui nel caso specifico dei laterizi, sono le seguenti: fisiche: massa volumica, imbibizione, impermeabilità, conduttività termica, uniformità; meccaniche: resistenza a compressione, resistenza a flessione, resistenza a rottura, durezza, resistenza a fatica; tecnologiche: comportamento al fuoco, resistenza al gelo, isolamento termico, isolamento acustico. 29 I laterizi Caratterisitche del laterizio Caratteristiche fisiche Il valore della conduttività termica risente dell influenza reciproca delle altre caratteristiche fisiche (massa volumica, imbibizione, impermeabilità, uniformità), variando in funzione di: Porosità al variare delle caratteristiche fisiche peso specifico, il valore della conduttività termica diminuisce proporzionalmente ad esso; porosità e alveolatura, il valore della conduttività termica diminuisce all aumentare delle stesse; composizione della miscela, il valore della conduttività termica è basso in quelle ricche di calcare; formatura, il valore della conduttività termica diminuisce dove la tessitura interna del prodotto presenta maggiore porosità; tenore di umidità, il valore della conduttività termica diminuisce proporzionalmente ad esso. 30
I laterizi Caratterisitche del laterizio Caratteristiche meccaniche Le caratteristiche meccaniche nei laterizi hanno importanza rilevante, soprattutto quando essi vengono utilizzati per strutture portanti (murature e solai). Nei laterizi è ottima la resistenza a compressione, mentre sono scarse la resistenza a trazione e quella a flessione; esse presentano valori differenti, a seconda che si tratti di elementi pieni o forati. Prova di compressione La resistenza a compressione negli elementi da muro forati può essere determinata in direzione dei fori o perpendicolare ad essi. Per questi laterizi vengono anche considerate la resistenza a trazione e la resistenza a flessione. Per i laterizi da copertura e da pavimentazione vengono inoltre considerate la resistenza all urto, la resistenza all usura, la durezza. 31 I laterizi Caratterisitche del laterizio Caratteristiche tecnologiche Fattori determinanti per la resistenza al gelo sono: il contenuto di carbonati e di quarzo in quanto, durante la cottura, essi tendono a fondere la massa e contribuiscono a rendere più compatto l impasto; la porosità e, quindi, la permeabilità all acqua. il diametro ammissibile dei pori è minore di 1,8 mm. Proprietà tecnologiche del laterizio Per quanto riguarda l isolamento acustico e l isolamento termico, per ottenere vantaggi, sono determinanti: la porosità dell elemento tecnico; l alveolatura; la soluzione tecnica adottata; la corretta esecuzione dei giunti. la conduttività termica dell elemento tecnico. 32
I laterizi Classificazioni CLASSIFICAZIONI PER FORMA E DIMENSIONI -Mattone forato: 5/8/10 cm. -Mattone semipieno: percentuale di foratura 15%- 45%. -Mattone pieno: dimensioni 5,5x12x25. - Tavellone: mattone forato di forma allungata; dimensioni: 160x25x8 -Tegola: per coperture 33 I laterizi Classificazioni CLASSIFICAZIONI PER POROSITA E DESTINAZIONE D USO In base alla porosità della pasta; la compattezza della pasta dipende dalla temperatura di cottura e dalla composizione dell argilla: I prodotti a pasta porosa, cioè permeabile, e soggetti a maggiore usura, sono le terracotte, i laterizi, i refrattari, le maioliche, le terraglie. I prodotti a pasta compatta, impermeabili e dotati di maggiore resistenza all usura, sono i gres e le porcellane. In base alla destinazione d uso: laterizi per murature laterizi per solai laterizi per coperture laterizi per pavimenti e rivestimenti prodotti ceramici per tubazioni ed apparecchi sanitari 34
I laterizi Classificazioni Destinazioni d uso Laterizi per murature; sono quelli utilizzati nelle chiusure e nelle partizioni verticali non portanti e nelle murature portanti, tra i più importanti si distinguono: mattoni pieni: laterizi con percentuale di foratura < 15%, utilizzati per strutture portanti; le dimensioni sono fissate dalle norme UNI in 5,5 x 12 x 25 cm; mattoni e blocchi semipieni: laterizi con percentuale di foratura, tra il 15% e il 45%, utilizzati per la realizzazione di murature portanti; le dimensioni fanno riferimento al modulo definito dalle norme UNI; 35 I laterizi Classificazioni Destinazioni d uso Laterizi per murature mattoni forati: laterizi con percentuale di foratura > del 55%; generalmente, vengono utilizzati per realizzare pareti divisorie, e di tamponamento multistrato, dotati di camere d aria. 36
I laterizi Classificazioni Destinazioni d uso Laterizi per murature prodotti e sistemi per murature armate (in base al decreto del Ministero dei LL. PP. Del 24/01/1986): sono laterizi, con cui è possibile realizzare differenti soluzioni tecniche: mattoni che funzionano da casseforma a perdere collaborante con il getto in cls, opportunamente armato, blocchi armati (armatura diffusa), muratura portante intelaiata da cordoli verticali e orizzontali in c.a. (armatura concentrata). 37 I laterizi Classificazioni Destinazioni d uso Laterizi per solai; pignatte e volterrane: sono blocchi in laterizio di particolare forma e dimensione. Le facce dei blocchi devono essere leggermente rigate per facilitare l'aderenza al calcestruzzo. tavelle e tavelloni: sono tipi di laterizi forati che hanno lunghezza molto più grande rispetto allo spessore. Secondo le UNI le tavelle hanno uno spessore di 3 e 4 cm, la base costante di 25 cm e la lunghezza variabile da 50 a 100 cm. 38
I laterizi Classificazioni Destinazioni d uso Laterizi per coperture; I laterizi da copertura devono essere resistenti al gelo e impermeabili all'acqua e quindi è bene siano sottoposti a prove prestabilite. coppi: elementi in laterizio dalla caratteristica forma tronco-conica e sezione curva; tegole: elementi in laterizio piano che a seconda della forma si distinguono in: embrici, elementi piatti dai bordi rialzati a geometria trapezoidale che utilizzati in combinazione con i coppi realizzano le cosiddette coperture alla romana ; marsigliesi; portoghesi; olandesi. 39 I laterizi Classificazioni Destinazioni d uso Laterizi per pavimenti e rivestimenti; questi laterizi sono prodotti per il rivestimento a secco di facciate e per le pavimentazioni di esterni. Si tratta di elementi di concezione simile a quella delle tegole per quanto riguarda i requisiti di prestazione. 40
I laterizi Classificazioni Destinazioni d uso Prodotti ceramici per tubazioni ed apparecchi sanitari 41 I laterizi Applicazioni APPLICAZIONI 42
I laterizi Applicazioni Tipi di Applicazione Muratura portante; è destinata a realizzare le parti strutturali dell edificio sostenendo i carichi che le provengono dai muri soprastanti e da travi e solai. Muri portanti interni e muri portanti perimetrali: I muri portanti interni assumono notevole importanza per la capacità di resistere ai carichi, I muri perimetrali sono sostanziali per l efficienza nell isolamento termico, acustico e nella difesa dalle intemperie. 43 I laterizi Applicazioni Applicazioni Murature di tamponamento; sono murature non portanti inserite in un telaio strutturale che hanno il prevalente scopo di costituire separazione tra l ambiente abitato e l esterno. Murature di tramezzo; sono murature non portanti dette anche partizioni interne, di spessore generalmente non superiore ai 12 cm circa che hanno il semplice scopo di suddividere gli spazi interni dell edificio. 44
I laterizi Applicazioni Applicazioni Orizzontamenti e coperture 45 I laterizi Applicazioni Applicazioni L organismo edilizio 46
I laterizi Architetture in laterizio ARCHITETTURE IN LATERIZIO 47 I laterizi Architetture in laterizio Sarabhai house ad Ahmedabad in India 1956 Le Corbusier 48
I laterizi Architetture in laterizio Sarabhai house ad Ahmedabad in India 1956 Le Corbusier 49 I laterizi Architetture in laterizio Indian Institute of Management ad Ahmedabad in India 1962-74 - Louis Kahn Principi fondamentali della poetica di Kahn la costruzione della forma a partire dalla natura dei materiali l architettura concepita come organismo il rispetto del processo costruttivo in sé il luogo le connessioni 50
I laterizi Architetture in laterizio Indian Institute of Management ad Ahmedabad in India 1962-74 - Louis Kahn la costruzione della forma a partire dalla natura dei materiali Una rosa vuole essere una rosa e un ampia apertura nel muro di mattoni vuole essere un arco L.I.Kahn 51 I laterizi Architetture in laterizio Indian Institute of Management ad Ahmedabad in India 1962-74 - Louis Kahn 52
Grazie per l attenzione I LATERIZI Proprietà dei materiali Definizione Informazioni storiche Il ciclo di produzione Caratteristiche del Laterizio Classificazioni Applicazioni Architetture in Laterizio FINE 53