Il calcestruzzo by gaetano natale

Il calcestruzzo armato

Giuseppe Terragni, Casa del Fascio. Como, 1932-1936

La conoscenza del comportamento del calcestruzzo armato si diffonde, in architettura, a partire dalla fine dellâ&#x20AC;&#x2122;ottocento. Esso apre la strada a nuove ricerche architettoniche e tecnologiche.

Frank Lloyd Wright Casa Kaufmann, Pittsburg (1932 - 1936)

Ă Ă lvaro Siza Vieira Expo '98 Padiglione del Portogallo Le Corbusier Case Dom-ino

Primo esempio di abitazione in calcestruzzo armato. La struttura Ă¨ messa in evidenza in quanto leggermente emergente rispetto ai tompagni. Questi ultimi sono decorati con motivi floreali quasi a sottolineare il loro ruolo non strutturale.

Le Corbusier Casa Savoie, 1929

Refuge de lâ&#x20AC;&#x2122;ArmĂŠe du Salut, 1933

Auguste Perret - Casa in Rue Franklin, 1904

Villa Jeanneret, 1924

Il calcestruzzo è un impasto omogeneo di legante, acqua e inerti, che per effetto dei fenomeni di presa e di indurimento del legante raggiunge valori di compattezza e resistenza tipici dei materiali litoidi.

CALCESTRUZZO LEGANTE + ACQUA + INERTI Legante = Cemento Inerti = Ghiaia, Ghiaia Pietrisco e Sabbia

Legante + acqua = Paste, Stucchi Legante + acqua + sabbia = Malte Legante + acqua + sabbia + ghiaia = Calcestruzzi

AGGREGATI/INERTI E ACQUA PER IL CALCESTRUZZO Gli AGGREGATI/GLI INERTI Gli AGGREGATI che si usano per i CALCESTRUZZI ORDINARI sono: - GHIAIE o SABBIE alluvionali estratti da letti di fiume o cave - PIETRISCHI e SABBIE provenienti dalla frantumazione di rocce Gli aggregati gg g devono essere tra loro uniformi,, non devono essere gelivi, cioè molto porosi e soprattutto devono essere puliti; le impurità influiscono negativamente sulla resistenza del calcestruzzo, possono provocare sfioriture, rigonfiamenti e fessurazioni.

SABBIA

PIETRISCO L’ACQUA L’ACQUA deve essere sufficientemente pura e non contenere sostanze nocive (limi, argille, ) l’acqua q d’impasto p più sicura è qquella ppotabile. p humus, sali);

ACQUA Q

DOSATURA PER 1 METRO CUBO DI CALCESTRUZZO 120/180 l di acqua

300 kg di cemento

0,400 mc di sabbia

0,800 mc di ghiaia 2300 Kg/m³

TOTALE

IL CEMENTO IL CEMENTO è un LEGANTE IDRAULICO che si presenta sotto forma di una polvere fi i i finissima. E’ LEGANTE in quanto ha la capacità di legare elementi solidi inerti. E’ IDRAULICO in quanto si indurisce e si lega alle materie inerti reagendo con l’acqua. Suo componente fondamentale è il CLINKER (prodotto dalla cottura di materiali naturali) che combinato con altri componenti da vita a vari tipi di CEMENTO.

IL CLINKER è costituito da componenti chimici come:

CALCE (65%): proviene dalle Rocce Calcaree SILICE (25%): proviene da Sabbie e Argille

CLINKER ALLUMINA (4-10%) OSSIDI DI FERRO E DI MAGNESIO (1-3%)

I DIVERSI TIPI DI CEMENTO: - Portland - Portland composito - D’altoforno - Pozzolanico - Composito

Portland: macinazione di almeno il 95% di clinker con l’aggiunta di solfati di calcio Portland composito: contiene fino al 35% di un altro composito D’altoforno: miscela omogenea di clinker con loppa d’altoforno Pozzolanico: miscela di clinker e pozzolana Composito: p miscela di clinker,, loppa pp e uno o più p costituenti pozzolanici

IL CEMENTO IL CEMENTO è fornito in sacchi da 50 Kg o sfuso in appositi contenitori. Sui sacchi, di colore diverso in base al tipo di cemento, va indicata per legge - il cementificio produttore, - la classe del cemento e quindi la sua resistenza minima dopo 28 giorni. In cantiere il cemento va sempre protetto dall’umidità. I sacchi non vanno mai tenuti all all’aperto aperto ma conservati in ambienti asciutti, lasciando sempre un intercapedine fra terreno e piano di appoggio. Se sfuso il cemento va conservato in apposito Sili.

LA PRODUZIONE DEL CALCESTRUZZO Scelti in modo appropriato pp p i materiali componenti p il calcestruzzo ((Cemento e Aggregati/Inerti) gg g ) si passa alla confezione degli impasti. La confezione può essere fatta in CANTIERE o in CENTRALI DI BETONAGGIO. LA CENTRALE DI BETONAGGIO è caratterizzata da uno schema produttivo ben definito; si possono avere due soluzioni diverse. IMPIANTI ORIZZONTALI

IMPIANTI VERTICALI

LA PRODUZIONE DEL CALCESTRUZZO L’IDRATAZIONE DEL CEMENTO A contatto con l’acqua il CEMENTO SI IDRATA, reagisce con essa dando vita ad una serie di trasformazioni chimico-fisiche: fa PRESA e si INDURISCE legando fra loro gli aggregati (sabbia e ghiaia) in un un’unica unica massa compatta e resistente. LA PRESA: PRESA è un progressivo i irrigidimento i i idi t della d ll pasta di cemento (cemento ( + acqua). ) La L presa non deve incominciare subito per evitare che la pasta, irrigidendosi, perda troppo rapidamente la sua lavorabilità. L’INDURIMENTO: è il fenomeno che segue la presa. La pasta continua ad indurire nei primi giorni con notevole rapidità, attenuandosi poi gradualmente. E’ un processo che continuerà per mesi e anni, ma si considera che il cemento raggiunge la sua resistenza meccanica ottimale dopo 28 GIORNI

DOSATURA PER 1 METRO CUBO DI CALCESTRUZZO 120/180 l di acqua

300 kg di cemento

0,400 mc di sabbia

0,800 mc di ghiaia

TOTALE

2300 Kg/m続

Dosatura dei componenti per classi di resistenza e impiego del calcestruzzo

IL CALCESTRUZZO ARMATO Il calcestruzzo armato si ottiene inglobando nel calcestruzzo un’armatura metallica costituita da barre di acciaio opportunamente conformate la cui funzione è quella di assorbire gli sforzi di trazione che il calcestruzzo da solo non è in grado di sopportare.

ADERENZA tra acciaio e calcestruzzo COFFICIENTE DI DILATAZIONE TERMICA simile dei due materiali

ARMATURA

ARMATURA PRINCIPALE STAFFE SPEZZONI REGGISTAFFE GG S A ARMATURA SECONDARIA

Armatura

Trave appoggiata-appoggiata

Trave incastrata

La tecnica del calcestruzzo armato Fasi per la realizzazione delle opere • • • • •

realizzazione delle casseforme pposizionamento dell’armatura metallica getto del calcestruzzo maturazione del calcestruzzo disarmo

Cassaforma in legno

CASSEFORME

Cassaforma in metallo

CASSAFORMA

Cassaforma in gomma

Cassaforma in legno per pilastro

Cassaforma in legno per trave

Cassaforma in legno per trave/pilastro ed impalcato del solaio

POSIZIONAMENTO DELL’ARMATURA

ARMATURA PRINCIPALE STAFFE SPEZZONI REGGISTAFFE ARMATURA SECONDARIA

POSIZIONAMENTO DELL’ARMATURA IN UNA TRAVE APPOGGIATA-APPOGGIATA

POSIZIONAMENTO DELL’ARMATURA IN UNA TRAVE INCASTRATA-INCASTRATA

GETTO DEL CALCESTRUZZO

COSTIPAMENTO DEL CALCESTRUZZO Lo scopo del COSTIPAMENTO, è quello di conferire all’impasto all impasto la massima densità possibile, possibile affinché si ottengano dal calcestruzzo le migliori caratteristiche di resistenza meccanica e di durabilità. La vibrazione del calcestruzzo consente il riempimento dei vuoti esistenti, il corretto avvolgimento delle armature e l’eliminazione dell’aria inglobata. La compattazione viene di solito eseguita con ll’ausilio ausilio di vibratori elettrici; è possibile anche eseguire una vibrazione manuale che, oltre ad essere più faticosa e meno efficace,, è p più costosa p perché richiede ppiù tempo p e manodopera.

DISARMO DELLE OPERE

I SOLAI IN CALCESTRUZZO ARMATO - LA LUCE DI UN SOLAIO Elemento importante per la scelta del tipo di solaio e il dimensionamento dei suoi elementi Ă¨ la luce: un termine che indica genericamente la distanza tra gli elementi di appoggio. - luce netta: distanza tra i fili interni degli elementi di appoggio - luce di calcolo: lunghezza della trave da considerarsi nelle operazioni di dimensionamento.

SOLAI DI CALCESTRUZZO ARMATO - A SOLETTA PIENA

Solette piene senza nervatura: coprono luci da 2 a 3 metri, con spessori dai 12 ai 20 cm.

Solette piene con nervatura: coprono luci l i superiori i i aii 3 metri. i

Solette piene con doppia nervatura: coprono luci ancora maggiori.

SOLAI DI CALCESTRUZZO ARMATO - MISTI (LATERO CEMENTIZI)

IL PASSAGGIO DALLE SOLETTE PIENE AI SOLAI LATERO CEMENTIZI

SOLAI DI CALCESTRUZZO ARMATO - MISTI (LATERO CEMENTIZI)

SOLAI LATERO CEMENTIZI INTERAMENTE GETTATI IN OPERA

SOLAI LATERO CEMENTIZI REALIZZATI CON ELEMENTI PREFABBRICATI (TRAVETTI O PANNELLI)

SOLAI LATERO CEMENTIZI INTERAMENTE GETTATI IN OPERA

SOLAI LATERO CEMENTIZI INTERAMENTE GETTATI IN OPERA DI COPERTURA

INTERMEDIO

SOLAI LATERO CEMENTIZI INTERAMENTE GETTATI IN OPERA LA REALIZZAZIONE

SOLAI LATERO CEMENTIZI INTERAMENTE GETTATI IN OPERA

SOLAI LATERO CEMENTIZI CON TRAVETTI PREFABBICATI IN CLS PRECOMPRESSO

SOLAI LATERO CEMENTIZI CON TRAVETTI PREFABBRICATI IN LATERO CEMENTO CON TRALICCI ELETTROSALDATI Costituiti da un traliccio elettrosaldato i cui ferri inferiori sono inglobati in una sezione di cls contenuta all’interno di una fila di fondelli di laterizio con sezione a C

SOLAI LATERO CEMENTIZI CON TRAVETTI PREFABBRICATI IN LATERO CEMENTO CON TRALICCI ELETTROSALDATI

SOLAI LATERO CEMENTIZI CON PANNELLI PREFABBRICATI IN LATERO CEMENTO Consentono di ridurre i tempi e di semplificare le operazioni di realizzazione dei solai. I pannelli sono costituiti da blocchi forati di laterizio, disposti in file accostate, in modo da poter gettare tra una fila e l’altra, una o due nervature di calcestruzzo armato. I pannelli lli sono prefabbricati f bb i i in i officina ffi i e non richiedono i hi d sostegnii provvisori i i durante d l la messa in opera. Dopo il posizionamento in opera, nelle nervature che si creano tra un pannello e l’altro viene i posizionata i i t un’armatura ’ t metallica. t lli L realizzazione La li i d l solaio del l i sii conclude l d con un getto di cls che va a riempire la nervatura fino al filo superiore dei pannelli.

SOLAI LATERO CEMENTIZI CON PANNELLI PREFABBRICATI IN LATERO CEMENTO

SOLAI LATERO CEMENTIZI CON PANNELLI PREFABBRICATI TIPO PREDALLES Sono costituiti da lastre di cls armato ottenute dal ggetto,, effettuato in stabilimento,, in casseforme metalliche perfettamente piane, previa disposizione di un’armatura metallica e di tralicci elettrosaldati. I tralicci servono a realizzare le nervature di irrigidimento della lastra e a creare la continuità con il getto di completamento che verrà effettuato in cantiere. Tra traliccio e traliccio sono interposti blocchi di alleggerimento in laterizio o in polistirolo espanso. I pannelli tipo predalles hanno il vantaggio di essere particolarmente leggeri e di avere una superficie di intradosso perfettamente piana, che quindi non richiede la realizzazione di intonaco.

SOLAI LATERO CEMENTIZI CON PANNELLI PREFABBRICATI TIPO PREDALLES

SOLAI DI COPERTURA – TETTI PIANI STRATI FUNZIONALI Impermeabilizzazione: - impermeabilizzazione a caldo - impermeabilizzazione a freddo - impermeabilizzazione i bili i con membrane b bituminose bit i - impermeabilizzazione con membrane sintetiche Strato di pendenza: Consente, con pendenza variabile tra lo 0,5% e il 5%, il corretto smaltimento delle acque meteoriche. Di norma realizzato con un getto di calcestruzzo normale o aggregati leggeri. S = 3÷5 cm Strato di separazione: Serve ad evitare danni dovuti ad eventuali movimenti relativi tra il supporto e lo strato di impermeabilizzazione p Strato di isolamento termico: Realizzato con pannelli termoisolanti oltre a una funzione coibente deve essere in grado di resistere ai carichi di esercizio Barriera al vapore: Protegge lo strato isolante dall’umidità proveniente dall’interno evitando la condensazione del vapore Strato portante

TIPOLOGIE TETTO CALDO Ha lo strato isolante compreso tra la barriera al vapore, posizionata sul massetto delle pendenze, pendenze e l’impermeabilizzazione. Realizzazione piuttosto semplice ma va posta molta cura al tipo di impermeabilizzante usato visto che risulta molto esposto all’irraggiamento del sole

TETTO ROVESCIO Lo strato isolante risulta posizionato i i t all di sopra dello d ll strato t t di impermeabilizzazione. Questa soluzione consente di non utilizzare la barriera al vapore, p , ma necessita di un isolante termico in grado di resistere adeguatamente all’azione dell’acqua e del freddo. A h Anche per questo t motivo ti l’isolante termico è solitamente protetto da uno strato di ghiaietto

STRATI FUNZIONALI – TETTO CALDO

I MATERIALI METALLICI I MATERIALI METALLICI sono i materiali costituiti di metalli o di loro leghe ricavati dalla lavorazione di minerali attraverso vari processi di tipo metallurgico. Sono caratterizzati da una struttura chimica cristallina compatta ed omogenea che li rende simili ad un corpo isotropo; possiedono quindi le stesse caratteristiche fisiche in ogni direzione

MATERIALI FERROSI (SIDERURGICI)

GHISE

AL CARBONIO (COMUNI)

ACCIAI

BASSOLEGATI

FERRO DOLCE

LEGATI (SPECIALI)

MATERIALI METALLICI RAME MATERIALI NON FERROSI (non contenenti ferro)

ALLUMINIO ZINCO

PIOMBO

MATERIALE ISOTROPO

MATERIALE ANISOTROPO

ACCIAIO

LEGNO

I materiali non ferrosi (bronzo, ottone, piombo) sono utilizzati sin dall’antichità per opere p e decorazioni. idrauliche, rivestimenti, coperture

Materiali Ferrosi P l’impiego Per l’i i d i materiali dei t i li ferrosi in architettura bisogna invece attendere la metà del y, 1700 qquando Abram Darby, sostituendo il carbone vegetale con quello fossile, realizza forni più efficienti che h consentono t l produzione la d i industriale del materiale.

Galleria delle macchine dell’architetto Dutert

Nel 1851 nella città di Londra si organizza la prima Esposizione Universale. A tal fine Joseph Paxton progetta il Cristal Palace il primo edificio interamente realizzato in ghisa e vetro.

Il Cristal Palace di Joseph Paxton - 1851

L’acciaio, prodotto industrialmente, induce una forte innovazione nel settore delle infrastrutture: numerosi sono i ponti e i viadotti costruiti, con questo materiale, in seguito alla rivoluzione industriale.

A conferma di ciò vi è ll’esempio esempio del primo ponte in ferro, costruito dalla fonderia di Darby e J.Wilkinson in Inghilterra, sul fiume Severn nel 1777–79 (che esiste tutt’ora ed è patrimonio dell’UNESCO)

Nonostante fosse realizzato interamente in ferro, i giunti di collegamento fra le aste denotano la tecnica della carpenteria lignea, con travetti a incastro, più che un sistema adatto alla carpenteria metallica.

La GALLERIA UMBERTO I di Napoli in acciaio e vetro. L’acciaio inizia a sostituire la ghisa nella costruzione di coperture a gallerie, stazioni e padiglioni di li i espositivi iti i

Il GUARANTY BUILDING a Buffalo di Sullivan è uno dei primi grattacieli nei quali il materiale metallico è esposto facendogli assumere anche un significativo ruolo figurativo

I MATERIALI FERROSI I MATERIALI FERROSI (o siderurgici) si ottengono dalla fusione in altoforno dei minerali di ferro e dalle successive lavorazioni. I genere sono costituiti In i i i di leghe l h composte quasii esclusivamente l i di FERRO e CARBONIO. CARBONIO In base agli elementi che compongono le leghe (GLI ALLIGANTI) variano le caratteristiche dei materiali ferrosi

MATERIALI FERROSI (SIDERURGICI)

GHISE

AL CARBONIO (COMUNI)

ACCIAI

BASSOLEGATI

FERRO DOLCE

LEGATI (SPECIALI)

I MATERIALI FERROSI

MATERIALI FERROSI (SIDERURGICI)

GHISE

AL CARBONIO (COMUNI)

ACCIAI

BASSOLEGATI

FERRO DOLCE

LEGATI (SPECIALI)

• GHISA: ottenuta dalla fusione in altoforno del minerale ferroso ha un contenuto (tenore) di carbonio molto elevato che varia dal 2,06% 2 06% al 4%. 4% • ACCIAIO: ottenuto dalla decarburazione parziale della ghisa. Ha un contenuto di carbonio inferiore al 2,06% e si suddividono in acciai al carbonio: contengono unicamente ferro e carbonio e sono comunemente impiegati in edilizia acciai bassolegati: contengono vari elementi di lega, in percentuale inferiore al 5% acciai legati: contengono vari elementi di lega, in percentuale superiore al 5% (acciai inossidabili) • FERRO DOLCE: ottenuto dalla decarburazione quasi totale della ghisa, con una presenza di carbonio inferiore allo 0,1%

INFLUENZA DEL CARBONIO SUGLI ACCIAI La qquantità di carbonio p presente nella lega g determina le caratteristiche del materiale ferroso Maggiore è la presenza di carbonio tanto più il materiale è duro e resistente, ma risulterà fragile, poco duttile, poco malleabile e difficilmente saldabile. In base alla quantità di carbonio avremo:

ACCIAIO EXTRADOLCE

ACCIAIO DOLCE

ACCIAIO SEMIDURO ACCIAIO DURO ACCIAIO EXTRADURO

ACCIAI AL CARBONIO La maggior parte dei prodotti ferrosi impiegati nell’edilizia è realizzata con ACCIAI AL CARBONIO che, come detto, sono costituiti esclusivamente da leghe di ferro e carbonio, quest’ultimo in percentuale variabile. Gli acciai al carbonio, in base ai loro impieghi nell’edilizia, possono essere suddivisi in due categorie:

1) ACCIAI PER CALCESTRUZZO ARMATO: costituiti da barre, fili, trefoli, impiegati per l’armatura dei getti

2) ACCIAI DA CARPENTERIA: impiegati in forma di profilati, barre, lamiere per realizzare li strutture metalliche lli h costituite i i da d elementi l i saldato, bullonati o chiodati.

ACCIAI BASSOLEGATI Sono ACCIAI BASSOLEGATI quelli in cui la lega ferro-carbonio è arricchita da altri elementi, ma in percentuale non superiore al 5%. Solitamente negli acciai bassolegati il carbonio è presente in una percentuale intorno al 0,2% Sono BASSOLEGATI due acciai, con particolari caratteristiche, spesso impiegati in edilizia.

L’ACCIAIO EX – TEN: è caratterizzato da un elevato limite di snervamento, ideale quindi per realizzare strutture leggere da sottoporre a carichi elevati

L’ACCIAIO COR-TEN: è anch’esso caratterizzato da un elevato limite di snervamento ma soprattutto ha un’elevatissima resistenza alla corrosione (5, 6 volte superiore a quella dei comuni acciai))

ACCIAI BASSOLEGATI – ACCIAIO COR-TEN Sull’acciaio COR-TEN, quando è esposto agli agenti atmosferici si forma un velo di ossido in grado di proteggerlo t l e di evitare it che h la l corrosione i sii propaghi hi in i profondità. f dità

ACCIAI LEGATI (SPECIALI) Sono ACCIAI LEGATI quelli in cui la lega ferro-carbonio è arricchita da altri elementi in percentuale superiore al 5%. 5% Tra gli acciai legati i più famosi sono gli ACCIAI INOSSIDABILI (INOX) Gli ACCIAI INOSSIDABILI sono ricchi di cromo che ossidandosi a contatto con l’atmosfera genera una patina superficiale estremamente resistente. Hanno quindi un eccellente resistenza alla corrosione inferiore solo a quella di oro, argento e platino.

DESIGNAZIONE CONVENZIONALE DELL’ACCIAIO La designazione convenzionale degli acciai è attualmente contenuta nella norma UNI EN 10027/1 Tale norma prevede che gli acciai al carbonio siano indicati • con il simbolo del metallo base (Fe) • dal valore minimo garantito del carico unitario di rottura a trazione (N/mm2) • da una delle prime 4 lettere dell’alfabeto, indicanti, in ordine crescente, il grado di insensibilità alla frattura fragile

Fe 410 C Fe = simbolo del ferro

410 = carico unitario di rottura a trazione non inferiore a 410N/mm2

C = grado di insensibilità alla frattura fragile

PRINCIPALI CARATTERISTICHE DELL’ACCIAIO L’acciaio, come detto, è un materiale isotropo a comportamento elastico-lineare. La struttura molecolare dell’acciaio è di tipo cristallino e rende il materiale resistente in tutte le direzioni L’acciaio si comporta allo stesso modo sia a trazione che a compressione L’acciaio ha un comportamento p elastico e qquindi segue g la legge gg di Hooke; Il peso specifico dell’acciaio è, approssimativamente, di 7850 kg/mc

COMPORTAMENTO MECCANICO DEL MATERIALE TENSIO ONI (CARIICHI APP PLICATI)

FASE ELASTICA al termine dell’applicazione pp del carico il materiale riprende la forma originaria

SNERVAMENTO al termine dell’applicazione pp del carico il materiale risulta deformato.

CEDIMENTO il materiale dopo p un apparente pp recupero, collassa

DEFORMAZIONI (SPOSTAMENTI SUBITI)

IL CICLO DI PRODUZIONE DELL’ACCIAIO Il minerale ferroso estratto dai giacimenti viene avviato alla fusione in ALTOFORNO, un grande contenitore verticale, interamente rivestito in materiale refrattario, in cui la temperatura aumenta dall’alto verso il basso fino a raggiungere i 1900°C Il MINERALE, mescolato a sostanze in ggrado di facilitarne la fusione e sciogliere le impurità (che diventano loppa) è inserito nella parte alta dell’altoforno, alternativamente al CARBONE COKE

Un altoforno può produrre diverse migliaia tonnellate di ghisa al giorno. giorno

IL CICLO DI PRODUZIONE DELL’ACCIAIO Il minerale ferroso in questo modo fonde, fonde privato man mano di ossigeno e trasformato in GHISA GREZZA. La GHISA GREZZA, GREZZA fluida, fluida viene raccolta nel CROGIOLO, alla base del forno. Qui avviene la separazione tra la GHISA GREZZA e la LOPPA (impurità). Quest’ultima, più leggera galleggia sopra la ghisa e viene estratta da un’ apposita bocca. A questo punto si estrae la GHISA che per essere trasformata in ACCIAIO deve essere avviata alla l lavorazione i di CONVERSIONE

IL CICLO DI PRODUZIONE DELL’ACCIAIO LA CONVERSIONE della ghisa in acciaio avviene tramite due operazioni: • LA DECARBURAZIONE: si riduce il contenuto di carbonio presente nella ghisa fino a raggiungere il tenore (quantità di carbonio) corrispondente all all’acciaio acciaio che si vuole produrre. produrre Questo processo può avvenire in diversi tipi di impianti (convertitore, convertitore a ossigeno, forno a riverbero Martin-Siemens, forno elettrico ecc….) • LA COLATA: l’acciaio ottenuto allo stato liquido è colato in appositi recipienti in cui avviene il raffreddamento e la formatura Con questo procedimento si ottengono i cosiddetti PRODOTTI INTERMEDI che a seconda della loro forma prendono il nome di:

BRAMME: di sezione rettangolare

BLUMME/BILLETTE: di sezione quadrata

IL CICLO DI PRODUZIONE DELL’ACCIAIO BRAMME

LA LAVORAZIONE DELL’ACCIAIO Tutti i prodotti di acciaio si ricavano, ricavano attraverso lavorazioni diverse, dalle BRAMME o dalle BILLETTE Le lavorazioni più comuni sono: • LAMINAZIONE • TRAFILATURA • ESTRUSIONE • STAMPAGGIO • PIEGATURA • FUCINATURA

BLUMME/BILLETTE

LA LAVORAZIONE DELL’ACCIAIO LAMINAZIONE E’ il processo maggiormente impiegato per produrre componenti destinati all’edilizia. Consiste nel far passare il materiale grezzo attraverso un laminatoio costituito da una serie di coppie di cilindri, posti a distanze sempre più ravvicinate, e rotanti in senso opposto, che ne determinano la riduzione di spessore ed il conseguente aumento di lunghezza e larghezza. Laminazione a Caldo: è il sistema più diffuso con cui si producono tutti i così detti profilati. L’acciaio viene riscaldato a 1300 C°, per aumentarne la plasticità e quindi la lavorabilità, e passato nel laminatoio da cui ne esce ad una temperatura non inferiore agli 800 C° Laminazione a Freddo: è un sistema poco impiegato. Genera un notevole incrudimento (deformazione della struttura cristallina) del materiale a causa d ll deformazione della d f i d i granii cristallini. dei i t lli i

LA LAVORAZIONE DELL’ACCIAIO TRAFILATURA (a freddo) Consiste nel far passare il materiale attraverso una trafila costituita da una serie di fori svasati di dimensioni man mano decrescenti, in modo da diminuirne o modificarne la sezione fino a quella desiderata. E’ un lavorazione solitamente eseguita a freddo facilitando il passaggio nella trafila con appositi lubrificanti.

LA LAVORAZIONE DELL’ACCIAIO ESTRUSIONE (a caldo) E’ un sistema molto poco impiegato per l’acciaio, molto simile alla trafilatura. Avviene a caldo con il materiale riscaldato a 1100 C°. STAMPAGGIO Vengono impiegati appositi stampi, in cui viene introdotto il materiale in lavorazione per conferirgli attraverso l’azione di una pressa la forma desiderata. PIEGATURA Si basa sull sull’impiego impiego di punzoni e matrici che consentono di piegare a spigolo i prodotti di acciaio. acciaio E’ un lavorazione molto usata per la realizzazione di lamiere.

FUCINATURA E’ il procedimento più antico. Il materiale rovente è battuto con un maglio (oggi idraulico) per ottenere oggetti di forma complessa

PRODOTTI DI ACCIAIO I PROFILATI I prodotti finiti di acciaio LAMINATI A CALDO sono detti PROFILATI e sono i più caratteristici componenti delle costruzioni con struttura in acciaio. Possono essere prodotti in svariate sezioni e dimensioni per ottimizzarne l’impiego.

PRODOTTI DI ACCIAIO Il costo elevato dell’acciaio ha fatto si che i pproduttori ricercassero conformazioni dei pprofilati in ggrado di sfruttarne al massimo le caratteristiche La sezione ad I detta anche a DOPPIO T è quella che meglio risponde a questo scopo. Questa, infatti, fornisce a parità di sezione il più elevato momento di inerzia e, quindi, la maggior RESISTENZA A FLESSIONE. La trave a I era gia largamente impiegata alla fine dell dell’800 800, nella conformazione detta IPN conosciuta anche con il nome di NORMALPROFILO. Era caratterizzata dall’inclinazione della faccia interna delle ali che ne rendeva complessa la bullonatura.

Per questa ragione dal 1956 è stata sostituita con profilati con la sigla IPE che, realizzati con tecnica di più p complessa, p laminazione presentano le facce delle ali tra loro perfettamente parallele. IPE

IPN - NORMALPROFILO

PRODOTTI DI ACCIAIO

LEMBO COMPRESSO

ASSE NEUTRO

LEMBO TESO TRAVE IN CALCESTRUZZO

TRAVE IN ACCIAIO

PRODOTTI DI ACCIAIO Sia i profilati IPN che i profilati IPE sono conformati in modo da fornire la massima resistenza quando sono impiegate come TRAVI. TRAVI Quindi con carichi paralleli al piano dell’anima. dell’anima Sono invece poco adatti ad essere impiegati come PILASTRI. Per questa ragione sono stati realizzati i profilati detti HE, negli spessori A,B e M, in grado di reagire più efficacemente ffi t aii fenomeni f i di instabilità i t bilità laterale l t l dovuta d t all CARICO DI PUNTA. PUNTA

PRODOTTI DI ACCIAIO

PROFILATO HE

PROFILATO IPE

PILASTRO IN ACCIAIO TRAVE IN ACCIAIO

PRODOTTI DI ACCIAIO LE LAMIERE (s>3mm) Sono lamiere i prodotti siderurgici a superficie piana o lavorata, lavorata ottenuti per laminazione, laminazione di spessore superiore a 3 mm. Possono essere prodotte il larghezza fino a 3 m e spessore fino a 40 mm ed impiegate come piastre di fondazione, elementi di giunzione eccâ&#x20AC;Ś. Tra le lamiere a superficie lavorata vanno ricordate le LAMIERE STRIATE e le LAMIERE BUGNATE, usate soprattutto per realizzare pavimentazioni antiscivolo.

Lamiere striate: ottenute per laminazione a caldo presentano su una faccia una sagomatura a forma di losanghe

Lamiere bugnate: presentano su una faccia una serie di tacche disposte in rilievo

PRODOTTI DI ACCIAIO LE LAMIERE GRECATE (s<3mm) D i Derivano d ll lavorazione dalla l i di lamiere l i sottili, ili con spessore inferiore i f i aii 3 mm, edd hanno h l sezione la i caratterizzata da nervature di forma trapezia dette GRECHE. A definirne la resistenza sono lo spessore e soprattutto il profilo della sezione. A parità di spessore, più le greche sono alte e tra loro vicine tanto è maggiore il momento di inerzia e quindi la resistenza della lamiera agli sforzi di flessione La superficie della lamiera subisce solitamente il trattamento di zincatura per consentirne l’uso anche esposto alle intemperie. IMPIEGHI PRINCIPALI • Manti di copertura • Solai • Pareti esterne

LE TECNICHE DI UNIONE TRA I METALLI La connessione tra gli elementi metallici (travi, pilastri, piastre, ecc….) può avvenire mediate

CHIODATURA (RIVETTARURA)

SALDATURA

BULLONATURA

LE TECNICHE DI UNIONE TRA I METALLI CHIODATURA C i Consiste nell’introduzione, ll’i d i i fori in f i precedentemente d praticati i i negli li elementi l i da d unire, i di cilindri ili d i metallici (chiodi), provvisti da un loro estremo di una testa, da sottoporre a ribaditura in modo da impedirne lo sfilamento

Unione per chiodatura di profilati HE

Le norme per la progettazione ed esecuzione delle unioni chiodate per strutture in acciaio sono prescritte nel D.M. 9-1-1996 Sono indicati, tipo e diametro dei chiodi, interasse e distanza tra i chiodi.

LE TECNICHE DI UNIONE TRA I METALLI RIVETTATURA E’ una tecnica i di unione i usata esclusivamente l i per connettere lamiere l i di acciaio i i con spessore sottile. il Il rivetto, di alluminio, rame o acciaio dolce viene deformato a freddo mediante uno speciale attrezzo detto rivettatrice.

LE TECNICHE DI UNIONE TRA I METALLI SALDATURA E’ una tecnica i che h realizza li l’ i l’unione tra elementi l i metallici lli i mediante di l’ i l’azione d l calore del l con o senza l’apporto di materiale. E’ una tecnica di unione in grado di fornire collegamenti efficacissimi, a condizione che sia realizzata da operatori esperti e secondo regole precise. Le tecniche più comuni di saldatura sono: La saldatura per fusione, la saldatura a pressione, la brasatura LA SALDATURA PER FUSIONE, la più impiegata in edilizia, si ottiene portando a temperatura di fusione i lembi delle parti da unire ed aggiungendo tra essi il metallo di apporto allo stato fuso realizzando così i cordoni di saldatura.

LE TECNICHE DI UNIONE TRA I METALLI BULLONATURA E’ decisamente d i l tecnica la i attualmente l più iù impiegata i i nella ll realizzazione li i di unione i i strutture in in i acciaio. A differenza di saldatura e chiodatura, la bullonatura non realizza collegamenti definitivi, ma consente la successiva separazione delle parti assemblate. Elemento di collegamento è il BULLONE costituito di una VITE e di un DADO che viene avvitato all’estremità filettata della vite.

L’unione avviene praticando nei pezzi da unire un foro di di diametro t leggermente l t maggiore i a quello del gambo della vita

LE TECNICHE DI UNIONE TRA I METALLI Bullonatura – Connessione Trave/Pilastro A i Anima T Trave – Ala Al Pil Pilastro t

LE TECNICHE DI UNIONE TRA I METALLI Bullonatura – Connessione Trave/Pilastro

Anima Trave – Ala Pilastro

LE TECNICHE DI UNIONE TRA I METALLI Bullonatura – Connessione Trave/Pilastro Ali Trave T – Anima A i Pil Pilastro t

LE TECNICHE DI UNIONE TRA I METALLI Bullonatura – Connessione Trave/Pilastro

Ali Trave – Anima Pilastro

LE TECNICHE DI UNIONE TRA I METALLI Bullonatura – Connessione Trave/Pilastro

LE TECNICHE DI UNIONE TRA I METALLI Bullonatura – Connessione Pilastro/Pilastro

LE TECNICHE DI UNIONE TRA I METALLI Bullonatura – Connessione Travi principali/Travi secondarie

LE TECNICHE DI UNIONE TRA I METALLI

LE TECNICHE DI UNIONE TRA I METALLI Bullonatura – Connessione Trave – Setto in Calcestruzzo Armato

LE TECNICHE DI UNIONE TRA I METALLI

LE TECNICHE DI UNIONE TRA I METALLI Bullonatura – Connessione Pilastro – Plinto di Fondazione in Cls

REALIZZAZIONE DI UNA CARPENTERIA METTALLICA

IMPALCATO METALLICO

REALIZZAZIONE DI UNA CARPENTERIA METTALLICA

SOLAI IN ACCIAO E LAMIERA GRECATA CON SOLETTA COLLABORANTE IN CLS I solai realizzati con l’impiego della lamiera grecata, caratterizzati da un peso proprio estremamente basso, sono essenzialmente di due tipi: - Solai di lamiera grecata senza soletta collaborate in cls (solai a secco) - Solai di lamiera grecata con soletta collaborante in cls In entrambe i casi la lamiera grecata poggia su profilati di acciaio (solitamente travi IPE) ed è fissata nelle zone di contatto mediante fissaggio a sparo, saldatura ecc ……

SOLAI IN ACCIAO E LAMIERA GRECATA CON SOLETTA COLLABORANTE IN CLS

Solai di lamiera grecata senza soletta collaborate in cls (solai a secco)

Solai di lamiera grecata con soletta collaborate in cls

SOLAI IN ACCIAO E LAMIERA GRECATA CON SOLETTA COLLABORANTE IN CLS Nei solai realizzati con soletta di cls collaborante la lamiera grecata svolge contemporaneamente la f i funzione di casseratura t a perdere d per il contenimento t i t del d l getto tt e di armatura t metallica t lli della d ll sezione i di cls ad essa associata. Per questa seconda funzione è fondamentale che la lamiera sia di adeguato spessore ed abbia una g tale aderenza viene inserita una rete sufficiente aderenza al calcestruzzo. Per migliorare elettrosaldata, inglobata nel getto e saldata per punti sulla lamiera, oppure si utilizzano lamiere con particolari bugnature.

SOLAI IN ACCIAO E LAMIERA GRECATA CON SOLETTA COLLABORANTE IN CLS La lamiera grecata può essere anche usata come semplice casseratura a perdere senza funzione collaborante al getto. getto In tal caso non è necessario saldare ad essa la rete elettrosaldata, elettrosaldata ma occorre dotare il getto di un’armatura metallica, realizzata con barre di acciaio.

SOLAI IN ACCIAO E LAMIERA GRECATA CON SOLETTA COLLABORANTE IN CLS

SOLUZIONI DI CHIUSURA

SOLUZIONI DI CHIUSURA – POSSIBILE POSIZIONAMENTO DELLE CHIUSURE

SOLUZIONI DI CHIUSURA PANNELLI STRATIFICATI

LEGENDA: 1.Rivestimento interno 2.Camera d’aria 3.Profilo d’aggancio alle solette 4.Pannello di protezione interpiano 5.Staffa in acciaio zincato 6.Struttura a tenuta d’aria 7.Morsetti 8.Isolante rigido 9 Profilo per il fissaggio dei pannelli 9.Profilo 10.Camera ventilata 11.Pannello di rivestimento esterno

SOLUZIONI DI CHIUSURA

NOMENCLATURA

Controparete in blocchi Controsoffitto in cartongesso Copertina in lamierino Getto G tt di completamento in cls Isolante (sp. 40-60 mm) Massetto form form. pendenza Membrana bit i bituminosa impermeabile Montante

SOLUZIONI DI CHIUSURA

SOLUZIONI DI CHIUSURA – FINITURA ESTERNA ELEMENTI IN LATERIZIO

SOLUZIONI DI CHIUSURA – FINITURA ESTERNA

ELEMENTI IN LATERIZIO

SOLUZIONI DI CHIUSURA – FINITURA ESTERNA

ELEMENTI IN LATERIZIO

Renzo Piano BW

Rue de Meaux , Parigi (1987)

Renzo Piano BW

Ampliamento IRCAM, Parigi (1988)

Renzo Piano BW

Colombiadi, Genova (1992)

Renzo Piano BW

Banca Popolare, Lodi (2001)

Renzo Piano BW

Postdamer Platz, Berlino (1996)

Banca Popolare, Lodi (2001)

SOLUZIONI DI CHIUSURA – FINITURA ESTERNA PANNELLI METALLICI

SOLUZIONI DI CHIUSURA – FINITURA ESTERNA PANNELLI COMPOSITI

Magney House, Maruya (1984)

Glenn Murcutt

SOLUZIONI DI CHIUSURA – FINITURA ESTERNA PANNELLI IN LEGNO

SOLUZIONI DI CHIUSURA – FINITURA ESTERNA PANNELLI CERAMICI

LEGENDA:1.Rivestimento interno 2.Camera d’aria 3.Profilo d’aggancio e allineamento alle soletten 4.Pannello di protezione p 5.Staffa in acciaio interpiano zincato 6.Struttura a tenuta d’aria 7.Morsetti 8.Isolante rigido 9.Profilo variabile per il fissaggio dei pannelli 10 Camera ventilata 10.Camera 11.Pannello di rivestimento esterno in materiale metallico, lapideo, ceramico, ecc.

SOLUZIONI DI CHIUSURA – FINITURA ESTERNA PANNELLI CERAMICI

Steven Holl

Pavillion, Amsterdam (2001)

LE CONTROVENTATURE CLASSIFICAZIONE DELLE STRUTTURE A TELAIO:

a) telai a nodi rigidi

c) telai con pareti di taglio, costituite da lastre rigide collegate allâ&#x20AC;&#x2122;ossatura

b) telaio a nodi articolati e irrigidimenti a maglia reticolare

d) telai a nuclei irrigidenti realizzati con piĂš pareti di taglio o con maglie reticolari

LE CONTROVENTATURE

Telai e controventamento: a) Telaio a nodi articolati b) Telai stabili per presenza di aste di controventamento c) Telaio stabili per presenza di pannelli rigidi di controventamento d) Telaio con nodi rigidi

e) Sistema tridimensionale a due telai verticali rigidi per ciascuna delle due direzioni principali a collegati rigidamente agli altri nel piano orizzontale

LE CONTROVENTATURE

SISTEMI DI CONTROVENTAMENTO

Controventamento in acciaio

I controventi sono elementi che irrigidiscono la struttura per mezzo di collegamenti ll ti inseriti i iti neii tre t piani i i ortogonali, cioĂ¨ nel piano orizzontale e nei piani verticali trasversali e o g tud a e. longitudinale. I tipi di controventamento comunemente usati sono:

piĂš

- Controventi costituiti in acciaio - Controventamenti costituiti dalle pareti in calcestruzzo amato (vano ascensore, vano scala, solai)

Controventamento con nuclei rigidi

LE CONTROVENTATURE

TRAVI RETICOLARI Si definisce struttura reticolare un insieme di aste rettilinee incernierate collegate le une alle altre mediante nodi in modo da formare una struttura portante stabile, stabile piana oppure spaziale . LA TRAVE RETICOLARE è un sistema reticolare, formante un’unica membratura, nel quale una dimensione (la lunghezza) è largamente preponderante rispetto all’altra. Fra le diverse aste che compongono la struttura si distinguono i CORRENTI, costituiti dalle aste essenzialmente orientate nella direzione della dimensione maggiore della trave reticolare, e le DIAGONALI e MONTANTI, costituiti da aste orientate obliquamente o trasversalmente a tale direzione. direzione

Se i carichi sono costituiti unicamente da forze concentrate SUI NODI, ogni asta risulterà soggetta a solo SFORZO NORMALE, essendo quest’ultima l’unica caratteristica di sollecitazione compatibile con ll’equilibrio equilibrio dei singoli elementi costitutivi isolati dal complesso strutturale e con le prestazioni statiche dei vincoli. La generica asta tesa si definisce comunemente come TIRANTE, quella compressa come PUNTONE. PUNTONE Ciò permette un significativo risparmio di materiale rispetto alle travi a parete piena.

TRAVI RETICOLARI COME SI E’ GIUNTI ALLA TRAVE RETICOLARE Si considerino un arco a tre cerniere, costituito da due corpi rigidi rappresentabili come travi collegate da cerniere puntuali. Supponiamo che in corrispondenza della cerniera interna agisca un carico concentrato, P.

Si verifica che il carico agente in sommità viene trasmesso alle due cerniere a terra dalle due aste mediante sole forze di COMPRESSIONE. I altre In lt parole, l le l due d aste t sono sollecitate ll it t solo l da d SFORZI NORMALI. NORMALI Questo elementare modello di struttura a traliccio piana, di frequente impiego nelle prime applicazioni di copertura p realizzati in materiale ligneo, g , è chiaramente ispirata p al pprincipio p statico della triangolazione. g Se inseriamo una CATENA LIGNEA a collegamento dei due appoggi si ottiene la cosiddetta CAPRIATA SEMPLICE A DUE SPIOVENTI.

TRAVI RETICOLARI Tuttavia, l’impossibilità di coprire, mediante tale schema semplice, GRANDI LUCI ha condotto via via all’inserimento all inserimento di ulteriori elementi strutturali al fine di PARZIALIZZARNE LA LUCE LIBERA, LIBERA fino ad ottenere elementi sempre più complessi quali ad esempio LA CAPRIATA TIPO POLONCEAU.

LA CAPRIATA TIPO POLONCEAU Una simile struttura è denominata anche come STRUTTURA RETICOLARE. L’evoluzione di sistemi costruttivi basati su elementi reticolari ha portato al passaggio dalla trave ad anima piena alla trave reticolare.

TRAVI RETICOLARI Si fa così gradualmente strada la tendenza a realizzare composizioni del reticolo mediante una successione di elementi triangolari accostati, accostati come per lo schema WARREN. WARREN Il vantaggio di questo schema sta nel fatto che permette di concentrare il materiale secondo le linee di massima concentrazione degli sforzi.

TRAVATURA WARREN TRAVATURA RETICOLARE SENZA MONTANTI Se pperò, dovendo coprire p grosse luci, l’altezza necessaria pper raggiungere g gg g determinati livelli di rigidezza g è troppo estesa, nella trave WARREN si raggiungono eccessive lunghezze degli elementi che possono provocare nelle aste compresse dei fenomeni di instabilità. Per tali motivi, si affermano altri tipi di travature reticolari, quali i tipi PRATT E HOWE, illustrati nella seguente figura.

TRAVI RETICOLARI LA GEOMETRIA – PERCHE’ IL TRIANGOLO ? La struttura reticolare quadrata formata da quattro aste evidentemente non è stabile. Al contrario tre aste che formano un triangolo costituiscono una struttura stabile. Il triangolo è quindi la forma più semplice di struttura reticolare di cui costituisce pertanto anche la cellula base per formare un sistema rigido che non può essere deformato dall’applicazione di forze esterne senza la deformazione di uno o più, degli elementi che lo compongono.

TRAVI RETICOLARI - TIPOLOGIE

TRAVI RETICOLARI – CONNESSIONE TRAVE - PILASTRO

TRAVI RETICOLARI

BIBLIOGRAFIA DI RIFERIMENTO

• C. Amerio, G. Canavesio, Tecniche ed elementi costruttivi, Ed. SEI, Torino 1999 C Amerio, Amerio G. G Canavesio, Canavesio Materiali per ll’edilizia edilizia, Ed. Ed SEI, SEI Torino 2000 • C. • AA. VV., Atlante dell’acciaio, UTET - (D322) • AA. VV., Atlante delle strutture reticolari, UTET - (D368)