14-At I Materiali Pietra-Legno 12-13 - Corso Architettura Tecnica

8/13/2019 14-At I Materiali Pietra-Legno 12-13 - Corso Architettura Tecnica

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Prof. Ing. Francesco Fulvi

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14-TECNOLOGIE DEI MATERIALI DA COSTRUZIONE

LA PIETRA E IL LEGNO

Corso diArchitettura Tecnicaa.a. 2011-2012

Universit degli Studi di Parma

Facolt di Ingegneria

Corso di Laurea in Ingegneria Civile e Ambientale


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Corso di Architettura Tecnicaa.a. 2012/2013 Prof. Francesco FulviTECNOLOGIE DEI MATERIALI DA COSTRUZIONE


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Tipologie dei materiali

- Pietre naturali. Lapidei:- Marmo- Travertino- Arenaria- Porfido- Ghiaia- Sabbia- Ecc..

Materiali Artificialiateriali Naturali

- Legno- Metalli:

- Ferro- Rame- Alluminio

- Pietre artificiali, Laterizi:- Mattoni- Tegole- Ceramica- Tavelloni- Ecc..

- Materiali Polimerici plastici)- Leganti:

- Cemento- Calcestruzzo- Gesso- Malta- Calce idraulica

- Vetro- Acciaio e altre leghe

- Terra cruda


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Corso di Architettura Tecnicaa.a. 2012/2013

Prof. Francesco FulviLA PIETRA

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Le PIETRE NATURALI sono rappresentate da diversi tipi di ROCCE

ROCCE

ERUTTIVE

SEDIMENTARIE

METAMORFICHE

Intrusive (graniti)Effusive (porfidi)

ArgilleCalcariTravertiniArenarie

MarmiArdesie

Le Argillesono la materia prima per la fabbricazione di mattoni, tegole eceramiche. Uno dei componenti fondamentali delle argille il caolino.


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Valori sperimentali di resistenza meccanica delle rocce


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PRODOTTIin Pietre NaturaliSono ottenuti per estrazione dalle cave e comprendono sia prodotti con

dimensioni predeterminate che prodotti ottenuti da frantumazione.

Tra i prodotti con conformazione e dimensione predeterminate (UNI 845 del1983):- il BLOCCO (squadrato o non squadrato)- la LASTRA (ha una dimensione (20-80mm) molto minore delle altre due)- il LISTELLO (lunghezza notevolmente maggiore della sezione)- il MASSELLO- il CORDOLO (massello a correre)


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Processo produttivo


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APPLICAZIONI delle Pietre Naturali per le costruzioni:- in forma di blocchi per murature portanti e murature di chiusura- in forma di masselli (blocchetti o cubetti) per pavimentazioni esterne- in forma di lastre per rivestimenti esterni verticali, rivestimenti interni verticali,

pavimentazioni interne ed esterne e manti di copertura

- in forma di elementi costruttivi per strutture ed elementi decorativi

In relazione allimpiego previsto devono essere attentamente valutate lepropriet caratteristiche del materiale di tipo fisico e meccanico.


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Corso di Architettura Tecnicaa.a. 2012/2013 Prof. Francesco FulviTECNOLOGIE DEI MATERIALI DA COSTRUZIONE


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Tipologie dei materiali

- Pietre naturali. Lapidei:- Marmo- Travertino- Arenaria- Porfido- Ghiaia- Sabbia- Ecc..

Materiali Artificialiateriali Naturali

- Legno- Metalli:

- Ferro- Rame- Alluminio

- Pietre artificiali, Laterizi:- Mattoni- Tegole- Ceramica- Tavelloni- Ecc..

- Materiali Polimerici plastici)- Leganti:

- Cemento- Calcestruzzo- Gesso- Malta- Calce idraulica

- Vetro- Acciaio e altre leghe

- Terra cruda


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Prof. Francesco FulviIL LEGNO

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Il LEGNO un materiale naturale rinnovabile di origine biologica concaratteristiche molto variabili a seconda delle specie arboree oltre che delle

condizioni climatiche e delle tecniche di coltivazione.

I processi di trasformazione del legno in materiale da costruzione noncomportano n rilevante impegno energetico, n producono inquinamento.

Esistono due grandi categorie di legno:

- CONIFERE: dette anche resinose, si caratterizzano per un tessuto fibrosocostituito da due fondamentali tipi di cellule: le tracheidi con funzionestrutturale, di sostegno della pianta, e di conduzione dei succhi linfatici; e lecellule parenchimatiche, disposte a formare dei raggi midollari, raramentevisibili ad occhio nudo, con funzione di riserva nutritiva.

- LATIFOGLIE: si caratterizzano per avere raggi midollari ben visibili ad occhionudo e cellule parenchimatiche anche disposte assialmente.


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LEGNO di Conifera


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LEGNO di Latifoglie


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Sezione del tronco: a) corteccia esterna, b) cortecciainterna, c) anelli di accrescimento, d) durame, e) alburno, f)cambio, g) xilema

I fusti non sono mai perfettamente cilindrici ma risultano rastremati, convarie curvature o irregolarit di forma, anomalie strutturali e tensioni

interne sviluppatesi durante laccrescimento.


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Direzioni anatomiche fondamentali: longitudinale L, radiale R e tangenziale T

Il legno un materiale fortemente ANISOTROPO, sia per lanisotropia dellaparete cellulare, sia perch prevalentemente costituito da cellule orientate

in direzione longitudinale. Questa anisotropia riferibile alle tre direzionianatomiche fondamentali.


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Essendo il legno un materiale anisotropo, resiste in modo variabile aseconda dellangolo che la direzione della forza applicata forma con la

direzione delle sue fibre.

La RESISTENZA fortemente influenzata da:- peso specifico- percentuale di acqua contenuta- condizioni ambientali ed eventi accidentali


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La DUREZZA una caratteristica importante per stabilire le difficolt e lemodalit di lavorazione del legno, che pu essere spaccato, segato, forato,

piallato, raspato, lisciato ecc. La durezza funzione diretta del peso specificoe dellet del legno, mentre diminuisce notevolmente con laumentodellumidit.

La RESISTENZA ALLUSURA superiore nelle sezioni trasversali rispetto aquelle longitudinali e si valuta mediante prove di abrasione.


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RESISTENZA AL FUOCOdel legnoPur essendo un materiale combustibile, il legno resiste bene alle altetemperature: le sue caratteristiche meccaniche, in un primo momento,subiscono un considerevole aumento grazie alla perdita di tutta lumidit(intorno ai 100C) che determinando un ritiro del materiale contrasta ledilatazioni.Per migliorare il comportamento del legno di fronte al fuoco si pu ricorrereall ignifugazioneapplicando speciali vernici o particolari soluzioni saline ingrado di esaltare la caratteristica di lenta combustione di cui il legno naturalmente dotato.Le sostanze impiegate nellignifugazione svolgono il compito di raffreddare lacombustione e di diluire i gas combustibili uscenti dal legno.Altre sostanze, applicate per imbibizione a saturazione, riescono anche amigliorare le caratteristiche meccaniche del legno.


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Il legno un materiale IGROSCOPICOinfatti non mai totalmente privo diacqua, ma presente:- Acqua di Imbibizione: allo stato liquido allinterno delle cavit- Acqua di Saturazione: legata alle sostanze costituenti le pareti delle

cellule

I tronchi tagliati esposti allaria perdono la loro umidit e comincia cos ilprocesso di STAGIONATURA, che della massima importanza per ilsuccessivo impiego del legname (stabilizza forma e dimensione, aumentala leggerezza, aumenta la coibenza termica, incrementa la resistenzameccanica, incrementa la resistenza agli attacchi dei saprofiti).

La stagionatura prosegue fino a quando il peso dellacqua si assesta tral8% (se previsto un uso del legno per interni) e il 20% (se previsto unuso del legno per esterni) del peso complessivo del tronco.

Le variazioni del contenuto di umidit provocano ritiri e rigonfiamenti cheinfluiscono sul comportamento meccanico del legno.


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La STAGIONATURA pu essere naturale o artificiale.

STAGIONATURA NATURALEConsiste nellesporre allaria aperta, ma al riparo dalla pioggia e dal sole, illegname ridotto in tavole e disposte in modo tale da favorire la circolazionedaria tra un elemento e laltro.Richiede tempi molto lunghi, circa 12 mesi per centimetro di spessore dellatavola e per legni forti.

Tipi di segagione: per quartieri ataglio ortogonale, per quartieri atagli paralleli, a tagli paralleli.


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STAGIONATURA ARTIFICIALEIl legname introdotto in apposite celle di essiccamento in cui possibile

intervenire su temperatura, umidit relativa e ventilazione in modo da ottenereil livello igroscopico ideale.Si realizza attraverso tre fasi:- il preriscaldamento in atmosfera satura di vapore, onde evitare formazione dispaccature;- lessiccamento vero e proprio per ottenere il livello di umidit richiesto;- il condizionamento per riequilibrare la differenza di umidit tra gli strati

interni e superficiali del legno.

Accatastamento a boule per lastagionatura di legni pregiati.


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Da un punto di vista TECNOLOGICO bisogna fare attenzione a:

Imperfezioni di struttura:- nodi- fusto incurvato- fusto cavernoso- fusto contorto- eccentrit del midollo- Ecc..Danni provocati da vento, neve, errori nel taglio, trasporto, stagionatura:- spacchi radiali, dovuti al gelo- fenditure longitudinali, che spesso si verificano dopo la riduzione in tavole, a causa

di tensioni interne (i cretti)- deformazioni, dovute al ritiro durante la stagionaturaAlterazioni prodotte da animali e funghi:- cavernosit prodotte da parassiti (larve di insetti)- marciume bianco e rosso, dovuto a funghi che attaccano il legno quando

mantenuto in luoghi molto umidi- tarlatura, da parte di insetti silofagi (il pi comune il capricorno della casa, poi il

tarlo, formiche, vespe del legno e termiti)


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Imperfezioni di struttura


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Imperfezioni di struttura


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La DEFORMABILITAdel legno in funzione del rapporto fra il ritiro radiale equello tangenziale, che assumono valori diversi per le varie essenze:

- deformabilit bassa (circa 1,4-1,5) il noce, il mogano ed il castagno- deformabilit normale (1,6-2) il douglas, il teak, lacero e lolmo- deformabilit elevata (compresa fra 2 e 3) il larice, il faggio, il pioppo,

labete, il leccio, ecc..

Gli effetti combinati dei vari RITIRIche subisce il legno possono portare su unatavola a deformazioni complessive che, qualora eccessive, la rendono

inutilizzabile. Il ritiro si sviluppa secondo direzioni preferenziali: irrilevante insenso assiale, sensibile in senso radiale notevole in senso tangenziale.In conseguenza del ritiro, i pezzi subiscono una deformazione:- imbarcamento- arcuatura- falcatura- svergolamento


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Pu essere attaccato ad opera di FUNGHIe INSETTIxilofagi.Questi ultimi sono pericolosi perch, sia nella fase adulta che larvale, scavanovere e proprie gallerie, spesso non rilevabili dallesterno.I funghi, attaccando le cellule, provocano marciume e carie del tessutolegnoso, soprattutto se in presenza di un alto tenore di umidit.

I principali strumenti di protezione dagli attacchi esterni sono:- trattamenti superficiali (consistono nella spalmatura di sostanze destinate

ad essere assorbite dagli strati superficiali del legno oppure atte acostituire una pellicola protettiva superficiale. Hanno durata limitata neltempo.)

- trattamenti per imbibizione (consistono nel fare permeare, fino agli stratiprofondi, sostanze che oltre ad impedire lattacco degli agenti saprofitimigliorano le qualit meccaniche del legno).


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Il legname da costruzione viene classificatoin 3 categorie in base a:- presenza di cipollature e lesioni- presenza di tasche di resina- deviazione delle fibre rispetto allasse- diametro dei nodi e frequenza su una data superficie- presenza di smussi per le sezioni a spigolo vivo- spessore degli anelli


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TIPOLOGIEdi utilizzo del Legno:- LEGNO MASSICCIO (legname rotondo, tondame, squadrato, segato)- LEGNO LAMELLARE INCOLLATO (permette elementi di grandi dimensioni,

anche curvilinei grazie allincollaggio di lamelle di legno con fibraturadecorrente in direzioni parallele)

- MICROLAMELLARI e altri composti strutturali a base di sfogliati di legno- LEGNO COMPENSATO (per uso in ambiente secco, in ambiente umido, in

ambiente esterno)

- PANNELLI A BASE DI LEGNO (pannelli di particelle, di fibre, di scaglieorientate)


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Processo produttivo del Legno LAMELLARE


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Propriet meccaniche a confronto

Resistenza a compressione

Resistenza a flessione

Resistenza a trazione

Resistenza a taglio

Modulo di elasticit


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I PANNELLIdi legno vengono prodotti secondo tre distinti principi:- il principio della compensazioneche permette di impedire comportamentisfavorevoli unendo tra loro parti di legno con tendenze opposte in modo che

queste contrastandosi si annullino. Esempi: compensato, paniforte, ecc..

- il principio della sfibraturao della disgregazione a cui seguelagglomeramento del materiale per ottenere un prodotto che, anche se nonomogeneo, isotropo. Esempi: pannelli di lana di legno, pannelli di fibre,

pannelli di scaglie

- il principio del miglioramentoche sottoponendo il legno allimbibizione diparticolari sostanze o a trattamenti meccanici permette di ottenere prodotti dimigliore compattezza e resistenza. Esempi: legni impregnati, legnimetallizzati, i legni pressati o laminati


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PANIFORTEE fatto di un sandwich di due fogli di pioppo

contenenti listelli di abete incollati. E molto rigido eabbastanza leggero.

COMPENSATOE fatto di pi strati DFOGLIATI e DERULLATI di legnoincollati tra loro a 90 in modo incrociato al fine diottenere un pannello elastico, resistente con le forze di

tensione interne alle fibre di legno compensate .

OSB (Oriented Strand Board)E fatto di scaglie di essenze resinose in tre stratiincollati e incrociati con prevalenza di una direzionedelle fibre. La resina di incollaggio contribuisce alcompattamento delle fibre. Ha una elasticit superiore

al truciolato e inferiore al compensato.


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LEGNI IMPREGNATISi ottengono per imbibizione di resine sintetiche con azione protettiva nei

confronti del fuoco e degli agenti saprofiti che provocano saturazione delleporosit rendendo il legno compatto e insensibile alle variazioni di umidit.

LEGNI METALLIZZATISi ottengono per imbibizione di metalli.

LEGNI PRESSATI O LAMINATI

Si ottengono per laminazione cio per compressione del legno. Il volumesi riduce a favore della resistenza meccanica.


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APPLICAZIONI del Legno per le costruzioni:- Legno massiccio per opere strutturali- Legno lamellare incollato come elemento strutturale per coperture, per

produzione di infissi

- Legno strutturale composito per elementi strutturali primari (travi, pilastri,portali) o secondari (elementi portanti per pareti, solai, coperture)

- Legno compensato per sistemi strutturali a pareti portanti o comecomponente di elementi strutturali compositi

- Pannelli a base di legno per numerosi campi di applicazione in base allanatura e alla propriet

- Ecc..


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Struttura puntuale con pannelli di tamponamento


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Struttura diffusa-nervata: ballon frame


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Struttura diffusa-nervata: platform frame


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Struttura a setti con elementi bidimensionali portanti o trilitici


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Sistemi continui massivi: blockbau


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Struttura a setti massivi: tipo X-Lam


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Struttura a setti massivi: tipo X-Lam


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COLLEGAMENTI a tutto legno

per accostamento

per accostamento

per sovrapposizionedi sezioni dimezzarecon chiodatura

per sovrapposizione

di sezioni dimezzarecon giunto a dente

per sovrapposizionedi sezioni dimezzarecon giunto a coda dirondine

a intaglio

a intaglio

a forcella con chiodatura

a tenone e mortasaper sovrapposizionedi sezioni dimezzarecon giunto a dente

IL LEGNO


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$)

COLLEGAMENTI con connessioni metalliche

tasselli inserititra gli elementi

connettori apiastrepreforate odentate

connettori agambocilindrico

tasselli inserititra gli elementi

connettori apiastrepreforate odentate

connettori agambocilindrico

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