I metalli

Introduzione

Con il termine metalli si indicano una varietà di Con il termine metalli si indicano una varietà di materiali e prodotti ampiamente impiegati in materiali e prodotti ampiamente impiegati in Architettura. Tali materiali (meno antichi di altri - Architettura. Tali materiali (meno antichi di altri - quali la pietra, il legno e la terra - in quanto quali la pietra, il legno e la terra - in quanto “scoperti con i primi studi sui materiali) hanno “scoperti con i primi studi sui materiali) hanno subito una notevole evoluzione nel corso della subito una notevole evoluzione nel corso della storia sia dal punto di vista della loro storia sia dal punto di vista della loro composizione (vedi le leghe) sia dal punto di vista composizione (vedi le leghe) sia dal punto di vista funzionale; da semplici elementi di raccordo (i funzionale; da semplici elementi di raccordo (i giunti tra gli elementi lapidei e lignei), a scheletri giunti tra gli elementi lapidei e lignei), a scheletri portanti sempre più sofisticati (classe esigenziale portanti sempre più sofisticati (classe esigenziale sicurezza), a superfici di rivestimento connotanti sicurezza), a superfici di rivestimento connotanti nei modi più diversi i caratteri identificativi nei modi più diversi i caratteri identificativi dell’architettura contemporanea (classe dell’architettura contemporanea (classe esigenziale aspetto), a strati funzionali attivi nelle esigenziale aspetto), a strati funzionali attivi nelle ricerche più recenti sui materiali smart (classe ricerche più recenti sui materiali smart (classe esigenziale benessere).esigenziale benessere).

I prodotti metallici di maggiore uso sono I prodotti metallici di maggiore uso sono quelli che derivano dalla tecnica siderurgica quelli che derivano dalla tecnica siderurgica come il ferro dolce, l’acciaio e la ghisa, come il ferro dolce, l’acciaio e la ghisa, utilizzati per le loro caratteristiche di utilizzati per le loro caratteristiche di restistenza anche nelle piccole dimensioni restistenza anche nelle piccole dimensioni (elementi di collegamento e strutture (elementi di collegamento e strutture portanti).portanti).Il rame, il piombo, lo stagno e lo zinco sono Il rame, il piombo, lo stagno e lo zinco sono metalli non ferrosi usati soprattutto nei metalli non ferrosi usati soprattutto nei rivestimenti, nelle opere impiantistiche e rivestimenti, nelle opere impiantistiche e nelle finiture. Per le decorazioni si impiegano nelle finiture. Per le decorazioni si impiegano anche metalli preziosi come l’oro e l’argento, anche metalli preziosi come l’oro e l’argento, ridotti in fogli sottilissimi e fatti aderire alla ridotti in fogli sottilissimi e fatti aderire alla pietra, al legno o agli stucchi.pietra, al legno o agli stucchi.

Introduzione

Ruote in Ghisa, Acciaieria del XIX, Germania

Tetto dorato, Palazzo Secessione, Vienna, 1897

L’uso dei metalli hanno caratterizzato i periodi storici L’uso dei metalli hanno caratterizzato i periodi storici precristiani, denominati infatti con i nomi dei metalli:precristiani, denominati infatti con i nomi dei metalli:- fino al 6000 a.C., furono impiegati in forma naturale fino al 6000 a.C., furono impiegati in forma naturale pura per elementi ornamentalipura per elementi ornamentali- intorno al 4300 a.C. inizia in Europa l’età del rame (si intorno al 4300 a.C. inizia in Europa l’età del rame (si fondono per ottenere utensili)fondono per ottenere utensili)- intorno al 3500 a.C. inizia in Egitto l’età del bronzo intorno al 3500 a.C. inizia in Egitto l’età del bronzo (lega di rame e stagno)(lega di rame e stagno)- dal 1200 a.C. inizia l’impiego del ferro ma solo nel XIV dal 1200 a.C. inizia l’impiego del ferro ma solo nel XIV secolo iniziano le tecniche di affinazione ad alte secolo iniziano le tecniche di affinazione ad alte temperature che rimasero pressochè invariate fino temperature che rimasero pressochè invariate fino all’inizio dell’industrializzazione (XIX secolo); le all’inizio dell’industrializzazione (XIX secolo); le innovazioni attengono al tipo di combustibile utilizzato innovazioni attengono al tipo di combustibile utilizzato nei forni (dal legno al carbone, fine XVIII secolo); nei forni (dal legno al carbone, fine XVIII secolo); l’evoluzione della lavorazione dei metalli si concentrò l’evoluzione della lavorazione dei metalli si concentrò nelle zone di estrazione del carbone (Coalbrookdale, nelle zone di estrazione del carbone (Coalbrookdale, Gran Bretagna, 1779, primo ponte in ghisa)Gran Bretagna, 1779, primo ponte in ghisa)

Introduzione

Metalli ferrosi e leghe

Metallo: Metallo: ferroferroLeghe a base di ferro: Leghe a base di ferro:

- ghisa (quantità di carbonio - ghisa (quantità di carbonio maggiore maggiore o uguale al 2%)o uguale al 2%)

- acciaio (quantità di carbonio - acciaio (quantità di carbonio minore minore del 2%)del 2%)

- acciaio resistente agli agenti - acciaio resistente agli agenti atmosferici (quantità minime atmosferici (quantità minime

di di rame e rame e cromo)cromo)- acciaio legato (quantità minime - acciaio legato (quantità minime

di di nickel, cromo, vanadio, nickel, cromo, vanadio, wolframio)wolframio)

Metalli non ferrosi e leghe

Metalli: titanio, alluminio, Metalli: titanio, alluminio, zincozinco, , stagno, piombo, stagno, piombo, ramerame, argento, oro, argento, oroLeghe a base di zinco: Leghe a base di zinco:

- zinco-titanio (quantità minime di - zinco-titanio (quantità minime di titanio, rame e altri metalli)titanio, rame e altri metalli)

Leghe a base di rame: Leghe a base di rame: - bronzo (rame 80-90%, stagno 10-- bronzo (rame 80-90%, stagno 10-

20%)20%)- ottone (rame 65%, zinco 35%)- ottone (rame 65%, zinco 35%)

I materiali ferrosi

Oggi, il ferro e le sue leghe (soprattutto l’acciaio) Oggi, il ferro e le sue leghe (soprattutto l’acciaio) hanno un impiego talmente vasto che i loro hanno un impiego talmente vasto che i loro impianti di produzione caratterizzano intere città.impianti di produzione caratterizzano intere città.Il ferro è il metallo più usato al mondo. Il ferro Il ferro è il metallo più usato al mondo. Il ferro grezzo contiene circa il 4% di carbonio ed è un grezzo contiene circa il 4% di carbonio ed è un materiale fragile che si ossida rapidamente, per cui materiale fragile che si ossida rapidamente, per cui raramente viene impiegato allo stato naturale. Le raramente viene impiegato allo stato naturale. Le proprietà del ferro migliorano se si riduce la proprietà del ferro migliorano se si riduce la quantità di carbonio, e per questo che viene quantità di carbonio, e per questo che viene lavorato (anche per produrre leghe).lavorato (anche per produrre leghe).Con una % di carbonio uguale o superiore a 2 si Con una % di carbonio uguale o superiore a 2 si ottiene la ghisa (utilizzata in edilizia per giunzioni, ottiene la ghisa (utilizzata in edilizia per giunzioni, ancoraggi e canalizzazioni), con una % inferiore a 2 ancoraggi e canalizzazioni), con una % inferiore a 2 si ottiene l’acciaio colato. Attualmente esistono si ottiene l’acciaio colato. Attualmente esistono circa 2000 varietà di acciaio (a seconda della circa 2000 varietà di acciaio (a seconda della quantità di carbonio e degli altri minerali) a cui se quantità di carbonio e degli altri minerali) a cui se ne aggiungono sempre di nuove. ne aggiungono sempre di nuove.

I materiali ferrosi

I procedimenti per ottenere l’acciaio ossia, I procedimenti per ottenere l’acciaio ossia, principalmente, per ridurre il carbonio nel ferro principalmente, per ridurre il carbonio nel ferro grezzo si sono evoluti nel corso della storia, dalla grezzo si sono evoluti nel corso della storia, dalla affinazione al convertitore (processo Thomas), a affinazione al convertitore (processo Thomas), a quella su suola (processo Siemens-Martin), al quella su suola (processo Siemens-Martin), al processo di produzione elettrico.processo di produzione elettrico.Lo sviluppo delle leghe di acciaio è sempre attivo Lo sviluppo delle leghe di acciaio è sempre attivo (impiegate nelle industrie automobilistica ed (impiegate nelle industrie automobilistica ed edilizia).edilizia).Gli acciai resistenti alla corrosione (tranne che a Gli acciai resistenti alla corrosione (tranne che a quella dovuta al mare o ad altra umidità salina) quella dovuta al mare o ad altra umidità salina) sono denominati acciai legati; presentano uno sono denominati acciai legati; presentano uno strato protettivo passivo e possono essere strato protettivo passivo e possono essere spazzolati, molati, trattati con acidi o sabbiati.spazzolati, molati, trattati con acidi o sabbiati.

I materiali non ferrosi

I materiali non ferrosi più utilizzati in edilizia sono : I materiali non ferrosi più utilizzati in edilizia sono : l’alluminio, il piombo, lo zinco, il rame e le leghe.l’alluminio, il piombo, lo zinco, il rame e le leghe.L’alluminio è stato scoperto solo nel XIX secolo con L’alluminio è stato scoperto solo nel XIX secolo con metodi di estrazione molto costosi. L’alluminio è metodi di estrazione molto costosi. L’alluminio è facilmente deformabile e lavorabile, ha un basso facilmente deformabile e lavorabile, ha un basso peso specifico (circa il 33% del ferro e dell’acciaio), peso specifico (circa il 33% del ferro e dell’acciaio), viene perciò impiegato principalmente quando è viene perciò impiegato principalmente quando è necessario realizzare elementi leggeri. L’alluminio necessario realizzare elementi leggeri. L’alluminio viene attaccato dalle sostanze basiche e si corrode viene attaccato dalle sostanze basiche e si corrode superficialmente all’aria, formando uno strato superficialmente all’aria, formando uno strato protettivo che lo rende duraturo (la durabilità può protettivo che lo rende duraturo (la durabilità può essere incrementata con i processi di essere incrementata con i processi di anodizzazione). In edilizia l’impiego dell’alluminio è anodizzazione). In edilizia l’impiego dell’alluminio è ampissimo, dai profili estrusi per gli infissi, alle ampissimo, dai profili estrusi per gli infissi, alle lamiere per facciate e coperture, agli elementi per lamiere per facciate e coperture, agli elementi per illuminazione, agli strati isolanti per l’acustica ed illuminazione, agli strati isolanti per l’acustica ed altro.altro.

I materiali non ferrosi

Il piombo, a differenza dell’alluminio, è un metallo Il piombo, a differenza dell’alluminio, è un metallo dal peso specifico elevato con una elevata dal peso specifico elevato con una elevata lavorabilità e una ridotta resistenza a trazione ed lavorabilità e una ridotta resistenza a trazione ed una facile attaccabilità da acidi forti, malta e una facile attaccabilità da acidi forti, malta e calcestruzzo. Come l’alluminio, a contatto con calcestruzzo. Come l’alluminio, a contatto con l’aria forma una patina di ossido che lo rende l’aria forma una patina di ossido che lo rende duraturo. La produzione di piombo è (oltre che duraturo. La produzione di piombo è (oltre che energivora come per gli altri metalli) tossica (si energivora come per gli altri metalli) tossica (si producono polveri dannose per la salute umana, da producono polveri dannose per la salute umana, da mandare in discarica). Il piombo si usa mandare in discarica). Il piombo si usa prevalentemente per rivestimenti di copertura e di prevalentemente per rivestimenti di copertura e di facciata, protezione delle condutture elettriche, facciata, protezione delle condutture elettriche, schermo per le radiazioni.schermo per le radiazioni.Lo zinco viene usato in edilizia prevalentemente in Lo zinco viene usato in edilizia prevalentemente in lega con il titanio (zinco-titanio). A contatto con lega con il titanio (zinco-titanio). A contatto con l’aria crea una patina protettiva simile a quella del l’aria crea una patina protettiva simile a quella del piombo, viene perciò impiegato per rivestimenti piombo, viene perciò impiegato per rivestimenti (anche a protezione di altri metalli quali l’acciaio) e (anche a protezione di altri metalli quali l’acciaio) e canalizzazioni. canalizzazioni.

Rivestimento in lamiera di piombo, Auditorium Parco della Musica, Roma, R. Piano, 2002

Rivestimento in lamiera di zinco-titanio, Museo di Bilbao, Frank Ghery, 1997

Rivestimento in nastri di lamiera di rame, Torre, Basilea, J. Herzog & P. De Meuron, 1999

I materiali non ferrosi

Il rame è un metallo di facile lavorabilità con Il rame è un metallo di facile lavorabilità con un’ottima capacità di trasmissione del calore e un’ottima capacità di trasmissione del calore e della corrente elettrica (usato negli impianti della corrente elettrica (usato negli impianti elettrici). Il rame è molto resistente agli attacchi elettrici). Il rame è molto resistente agli attacchi degli altri materiali (come calce e cemento) e, a degli altri materiali (come calce e cemento) e, a contatto con l’aria forma uno strato verde denso contatto con l’aria forma uno strato verde denso (sali di rame). Tale patina si forma in circa 8 anni e (sali di rame). Tale patina si forma in circa 8 anni e vira dal rosso, al marrone, al grigio al verde. La vira dal rosso, al marrone, al grigio al verde. La patina si può ottenere più velocemente con patina si può ottenere più velocemente con processi artificiali e non deve essere confusa con il processi artificiali e non deve essere confusa con il verderame che si forma con gli acidi ed è tossico. verderame che si forma con gli acidi ed è tossico. Il rame si usa per rivestimenti di facciata e di Il rame si usa per rivestimenti di facciata e di copertura, per tubazioni e canalizzazioni. copertura, per tubazioni e canalizzazioni. Le leghe più usate ottenute con il rame sono il Le leghe più usate ottenute con il rame sono il bronzo (rame e stagno o rame e alluminio/bronzo bronzo (rame e stagno o rame e alluminio/bronzo alluminio) e l’ottone (rame e zinco). alluminio) e l’ottone (rame e zinco).

Facciata in bronzo e vetro, Seagram building, New York, M.van der Rohe, 1958

Tessuto di ottone, Sinagoga dio Dresda, W.H.Lorch + Hirsch, 2001

I metalli nella storia dell’architettura

I primi impieghi dei metalli in edilizia risalgono ai I primi impieghi dei metalli in edilizia risalgono ai periodi greco e romano e non riguardano gli elementi periodi greco e romano e non riguardano gli elementi costruttivi ma gli attrezzi per costruire - sono pinze in costruttivi ma gli attrezzi per costruire - sono pinze in ferro o bronzo per maneggiare le pietre. I primi ferro o bronzo per maneggiare le pietre. I primi impieghi dei metalli nelle costruzioni risalgono al XIX impieghi dei metalli nelle costruzioni risalgono al XIX secolo, quando si cominciò a realizzare strutture secolo, quando si cominciò a realizzare strutture portanti verticali in ghisa (biblioteca di St. Genevève di portanti verticali in ghisa (biblioteca di St. Genevève di H. Labrouste, Parigi, 1850). L’impiego dell ferro a vista H. Labrouste, Parigi, 1850). L’impiego dell ferro a vista venne accettato inizialmente solo per grandi strutture venne accettato inizialmente solo per grandi strutture (ponti e stazioni) ed edifici industriali. Grazie alle sue (ponti e stazioni) ed edifici industriali. Grazie alle sue prestazioni ed alla facilità di montaggio (a secco), la prestazioni ed alla facilità di montaggio (a secco), la ghisa venne impiegata per edifici destinati alle grandi ghisa venne impiegata per edifici destinati alle grandi esposizioni (Crystal Palace di J. Paxton, Londra, 1851; esposizioni (Crystal Palace di J. Paxton, Londra, 1851; Tour Eiffel, di G. Eiffel, Parigi, 1889). Dal 1856, fu Tour Eiffel, di G. Eiffel, Parigi, 1889). Dal 1856, fu possibile ottenere acciaio liquido in gran quantità e con possibile ottenere acciaio liquido in gran quantità e con processi meno dispendiosi; l’uso del materiale si processi meno dispendiosi; l’uso del materiale si diffuse a macchia d’olio.diffuse a macchia d’olio.

biblioteca di St. Geneviève biblioteca di St. Geneviève di H. Labrouste, Parigi, di H. Labrouste, Parigi, 18501850

Crystal Palace di J. Paxton, Crystal Palace di J. Paxton, Londra, 1851Londra, 1851

Museo (ex gare) D’Orsay, Parigi.Museo (ex gare) D’Orsay, Parigi.

Palm House, Palm House, Londra, 1844Londra, 1844

Le prestazioni dell’acciaio e lo sviluppo Le prestazioni dell’acciaio e lo sviluppo economico dei paesi americani portarono alla economico dei paesi americani portarono alla nascita del grattacielo, che si diffuse nascita del grattacielo, che si diffuse rapidamente, dai primi edifici di Chicago e rapidamente, dai primi edifici di Chicago e New York di 10-15 piani (1890), all’Empire New York di 10-15 piani (1890), all’Empire State Building di 103 piani (1931, è ancora State Building di 103 piani (1931, è ancora oggi uno degli edifici più alti del mondo).oggi uno degli edifici più alti del mondo).L’acciaio si diffonde dunque come materiale L’acciaio si diffonde dunque come materiale costituente gli scheletri portanti e, dal costituente gli scheletri portanti e, dal momento che è fortemente legato all’uso del momento che è fortemente legato all’uso del vetro, si identifica prevalentemente anche vetro, si identifica prevalentemente anche come l’ossatura di organismi edilizi come l’ossatura di organismi edilizi trasparenti.trasparenti.

I metalli nella storia dell’architettura

Oggi, in edilizia si fa un uso smisurato Oggi, in edilizia si fa un uso smisurato dell’acciaio, dalle strutture portanti dell’acciaio, dalle strutture portanti integralmente in acciaio, alle armature per il integralmente in acciaio, alle armature per il calcestruzzo, ai rivestimenti degli involucri calcestruzzo, ai rivestimenti degli involucri edilizi. edilizi. L’acciaio ha ampliato “il suo modo di L’acciaio ha ampliato “il suo modo di manifestarsi in architettura”: oggi, definisce manifestarsi in architettura”: oggi, definisce non solo le ossature degli edifici ma anche la non solo le ossature degli edifici ma anche la loro pelle (pertanto non è più soltanto il loro pelle (pertanto non è più soltanto il materiale degli edifici trasparenti ma materiale degli edifici trasparenti ma definisce soluzioni opache e semiopache).definisce soluzioni opache e semiopache).Il materiale ha assunto nuovi ruoli e ne Il materiale ha assunto nuovi ruoli e ne assume sempre di nuovi, da quello assume sempre di nuovi, da quello eminentemente strutturale, a quello di eminentemente strutturale, a quello di finitura, a quello di strato funzionale finitura, a quello di strato funzionale intermediointermedio

I metalli nell’architettura contemporanea

Auditorium, Brandeburgo, R. Becker, 2006

Stazione, Kiel, Groesser Kreienbaum Arkitekten, 2006

Biblioteca, Galway, M. O Laoire Architects, 2003

Concert Hall, Los Angeles, F. O. Ghery, 2003

Kunstmuseum, Linz, Weber Hofer Partner AG, 2003

Edificio “Les Bons Enfants”, Parigi, 2005, F. Soler, F. Druot & M. Desvigne

Centro culturale, Lille, 2004, Nox/Lars Spruybroek

Elektro Graf, Dornbirn, 2003, Baumschlager-Eberie Ziviltechniker GmbH

Sudwestmetall, Heilbron, 2004, D. Dreiner Architekt

Tivoli Concert Hall, Copenhagen, 2005, 3XN Architects