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Argomento:

MATERIALI DA COSTRUZIONE

Padova, 30 Settembre 2015

Relatore: geom. Oddone Zecchin

CORSO DI PREPARAZIONE ALL’ESAME DI ABILITAZIONE – SESSIONE 2015


I materiali da costruzione sono tutti i materiali naturali e artificiali, più usati

nell'edilizia e nelle grandi opere d'ingegneria civile (strade, ponti, dighe,

gallerie...). Alcuni, come le pietre, i laterizi, il legno, il vetro...., sono usati da

moltissimo tempo; altri, come il cemento e l'acciaio, sono stati introdotti

dall'uomo nell'ultimo secolo.

Negli ultimi decenni si sono diffuse anche le materie plastiche.

Le pietre e le rocce sono materie prime presenti in abbondanza sulla Terra: le

prime sono usate allo stato naturale come i marmi oppure vengono lavorati

artificialmente come i vetri.




I materiali da costruzione possono essere suddivisi nelle seguenti categorie:

1. PIETRE NATURALI:

Rocce eruttive, metamorfiche e sedimentarie

2. MATERIALI ARTIFICIALI:

Laterizi, vetri e prodotti ceramici, conglomerati…

3. MATERIALI E LEGANTI:

- AEREI: calce, gesso;

- IDRAULICI: cementi, calce idraulica

4. ALTRI MATERIALI:

Legno, metalli, plastiche ecc...




1. LE PIETRE NATURALI

Le pietre naturali sono rappresentate da vari tipi di rocce.

Per millenni hanno costituito il materiale fondamentale nelle costruzioni, oggi, le pietre sono

state sostituite da materiali artificiali: l'uso delle pietre naturali è ormai limitato ai rivestimenti e

alle pavimentazioni.

Altre rocce vengono usate per la preparazione dei laterizi e dei leganti.

Le sabbie, le ghiaie e il pietrisco sono materiali per la fabbricazione di conglomerati artificiali.

Le rocce naturali si estraggono dalle cave per mezzo di cariche esplosive o tagliandole con il

filo elicoidale.

Il valore dipende dall'aspetto, dalla lavorabilità, dalla resistenza meccanica e dalla resistenza

agli agenti atmosferici.

L'estrazione del marmo dalle cave avviene per mezzo del filo elicoidale, tagliando i blocchi

come una sega.




Rocce eruttive o ignee

Derivano dalla solidificazione dei magmi vulcanici avvenuti sia all'interno che

all'esterno della crosta terrestre.

Graniti.

Sono rocce composte da diversi colori: bianco, grigio, nero, rosa, rosso, verde.

Sono durissimi e possono essere levigati e lucidati; sono impiegati per

pavimentazioni, rivestimenti, scalinate, bordi di marciapiedi.

Porfidi.

Sono molto compatti, duri e resistenti.

Sono impiegati per pavimentazioni stradali; le varietà più pregiate sono usate

come pietra monumentale.

Basalti.

Derivano da eruzioni vulcaniche sono pesanti e di colore scuro. Vengono

adoperati come pietra da costruzione e per pavimentazioni stradali.




Rocce sedimentarie

Formate in seguito al lento deposito di sabbie, ciottoli, resti organici

cementati tra loro.

Argille.

Sono la materia prima per la fabbricazione dei mattoni, tegole, ceramiche.

Il suo componente fondamentale è il caolino, impiegato nelle ceramiche più

pregiate.

Le impurità sono costituite da ossidi di ferro che conferiscono il colore rossastro.

Calcari e marne.

Sono impiegate nella produzione delle calci idrauliche e dei cementi.




Rocce sedimentarie

Ghiaie, pietrisco, sabbie.

Costituiscono i materiali inerti più usati in edilizia per la preparazione delle malte,

del calcestruzzo, del cemento armato. Derivano da rocce che si sono disgregate

e frantumate.

Le ghiaie hanno elementi a forma arrotondata, perché sono trascinate dalle

acque correnti.

Il pietrisco e le sabbie sono formati da elementi a spigoli vivi, possono esseri

ottenuti artificialmente frantumando rocce dure e compatte.

Arenarie.

Sono delle pietre compatte di natura sedimentaria.

La pietra serena è un arenaria di colore grigio-azzurro usata nell'architettura

rinascimentale.




Rocce sedimentarie

Travertini.

Sono pietre calcaree semi-compatte. Il colore varia dal giallo fino al grigio.

Sono usati come materiale da rivestimento esterno perché resistono bene agli

agenti atmosferici.

Alabastri.

Esistono due specie di alabastri.

Uno è a composizione calcarea ed è detto alabastro calcareo; il suo colore varia

dal giallo al verde al rosso, è trasparente e si può tagliare in lastre molto sottili.

L'alabastro gessoso non è adatto per le costruzioni, ma viene lavorato per

ricavarne oggetti ornamentali. È trasparente e di colore bianco latteo, ma può

essere colorato artificialmente.




Rocce sedimentarie

Ardesie.

Pietre di colore variabile dal grigio, al verde, al nero; sono impiegate per la

copertura di tetti e per rivestimento di muri.

Il valore economico dipende dall'aspetto, dalla lavorabilità, dalla resistenza meccanica e

dalla resistenza agli agenti atmosferici.

L'estrazione del marmo dalle cave avviene per mezzo del filo elicoidale, tagliando i

blocchi con una sega.




Rocce metamorfiche

Si sono formate in seguito a profonde trasformazioni sia delle rocce eruttive sia di

quelle sedimentarie.

Pozzolane.

Sono rocce vulcaniche che vengono trasformate per la produzione di cemento

pozzolanico.

Gneiss.

Hanno una composizione simile a quella dei graniti da cui derivano. Il colore è

bianco-grigiastro; si usano per coperture, per lastricare strade e come blocchi da

costruzione (beole, serizzi).




Rocce metamorfiche

Marmi

Sono pietre calcaree con struttura cristallina.

Hanno splendidi colori e venature: il loro colore varia da un bianco candido fino ai

toni più accesi del giallo, del rosso, del verde, dell'azzurro, del viola, del nero;

possono essere lucidati e levigati.

Le varietà sono numerose: il marmo bianco statuario, pregiatissimo, il bianco

comune, il botticino, il giallo di Siena, il bardiglio azzurro, il rosso di Levanto, il

verde Polcevera, il nero di Varenna e molti altri.




2. MATERIALI ARTIFICIALI

Tra i materiali artificiali vengono annoverati quelli ottenuti

artificialmente dal disfacimento delle rocce e dell'argilla comune

che viene poi sottoposta a cottura.

Classificazione

I materiali artificiali possono essere classificati in:

a) laterizi

b) prodotti ceramici

c) conglomerati

d) agglomerati




Classificazione

a) laterizi

Tra questi si possono intendere comunemente i mattoni e le tegole che

a loro volta si possono suddividere in:

Laterizi per struttura verticali: muri pieni, semipieni, forati.




Classificazione

a) laterizi

Laterizi per coperture: tegole piane o marsigliesi, embrici, coppi....




Classificazione

a) laterizi

Laterizi per pavimentazioni e rivestimenti: piastrelle.




Classificazione

a) laterizi

Laterizi speciali: per cornici, ornamentali e recinzioni.




Classificazione


Ottenuti per foggiatura di materie plastiche (argilla, caolino), con

l'aggiunta di materiali sgrassanti, di materiali fondenti, di coloranti

minerali e si suddividono in:

Ceramiche a pasta porosa

Ceramiche a pasta compatta




Classificazione


Ceramiche a pasta porosa;

Terracotte per stoviglie, maioliche, Terraglie tenere, Terraglie forti di

colore rosso, giallo, grigio-rosso, giallo-rosso, grigio, grigio-bianco,

bianco. Sono classificate anche come ceramiche a pasta tenera.




Classificazione


Ceramiche a pasta porosa.

Gli impieghi sono per la realizzazione di tubi, vasellame, pentole,

tegami, piatti, lavabi, piastrelle, servizi da tavola, ecc..




Classificazione

c) conglomerati

Tra i conglomerati rientra a pieno titolo il calcestruzzo, un conglomerato

artificiale costituito da una miscela di legante (cemento), acqua e aggreganti

fini e grossi (sabbia e ghiaia).

A volte vengono aggiunti additivi per modificare le caratteristiche fisiche o

chimiche, nonché le prestazioni, del conglomerato sia fresco sia indurito.

Nel ventunesimo secolo il legante utilizzato per confezionare calcestruzzi è il

cemento, ma in passato sono stati realizzati calcestruzzi che utilizzavano

leganti differenti come la calce aerea o idraulica.

Raramente è stato utilizzato anche il gesso per realizzare calcestruzzi "poveri".




Classificazione

c) conglomerati

Il calcestruzzo fresco viene gettato all'interno dei casseri e costipato con

vibratori, ma esistono formulazioni moderne del calcestruzzo dette

autocompattanti (SCC), fondamentali nell'architettura contemporanea in quanto

assicurano un facciavista omogeneo e uniforme, che non richiedono vibrazione

ma che si costipano per forza di gravità.

Il cemento, idratandosi con l'acqua, fa presa e indurisce conferendo alla

miscela una resistenza meccanica tale da renderla assimilabile a una roccia.

È oggi utilizzato per realizzare le parti strutturali degli edifici e delle costruzioni

in generale, ed è il materiale da costruzione più impiegato nel mondo.




Classificazione

c) conglomerati

I calcestruzzi vengono classificati secondo le loro caratteristiche:

Classi di resistenza: in base alla resistenza a compressione,

espressa come resistenza caratteristica Rck.

Classi di esposizione: con le norme UNI EN 206 – 2006 e UNI 11104:2004 hanno

introdotto 6 classi di esposizione per il calcestruzzo strutturale e 17 sottoclassi in

funzione dell'entità del degrado e della durabilità del materiale.




Classificazione

c) conglomerati

Classi di consistenza:

la consistenza deve essere determinata

mediante prove e determina la lavorabilità (slump).

(Cono di Abrams)

Classi riferite alle dimensioni massime dell’aggregato: Le dimensioni

massime dell‘aggregato sono in relazione con lo spessore del copriferro e con l‘interferro

minimo delle armature metalliche.

Se il calcestruzzo è classificato in funzione della dimensione massima dell'inerte, la

classificazione farà riferimento alla dimensione nominale più elevata della frazione di

aggregato più grossa che si indica con Dmax.


https://it.wikipedia.org/wiki/Aggregato

https://it.wikipedia.org/wiki/Interferro



Classificazione

d) agglomerati

Si tratta di materiali edili composti da materiale lapideo frammentato

meccanicamente e miscelato con una sostanza legante in modo da renderli

compatti e sagomati in lastre, piastrelle ed altri elementi architettonici.

Vengono utilizzati come sostitutivi dei marmi e dei graniti in quanto meno

costosi, più facilmente reperibili, caratteristiche estetiche e meccaniche ben

definite.




3. MATERIALI E LEGANTI

Già i Romani, ed i Fenici prima, avevano imparato

ad usare la calce come materiale da costruzione,

mescolata con la sabbia a formare la malta.

Vitruvio, nella sua opera «De architectura» ne

descrive la produzione a partire da pietre bianche,

cotte in appositi forni (le calcare) dove perdono

peso (oggi sappiamo in conseguenza della

liberazione di anidride carbonica).




3. MATERIALI E LEGANTI

Il materiale ottenuto, la calce viva, era poi spenta gettandola in

apposite vasche piene di acqua.

Inizialmente adoperata nella forma di calce aerea (che indurisce solo

se a contatto con l’aria) venne successivamente mischiata con pezzi di

argilla cotta (vasellame, mattoni ecc.) oppure a pozzolana, una sabbia

ricca di silice, che ne alterano le caratteristiche di resistenza,

impermeabilità e soprattutto ne consentono la presa anche in ambienti

non a contatto con aria (tipicamente sott'acqua).

Nascevano così le malte idrauliche, sebbene a base di calce aerea.




Si può quindi parlare di leganti:

AEREI: calce, gesso

La calce comune (calce idrata, calce viva, calce spenta, grassello di calce) e che si usa

in edilizia e in agricoltura è data dalla cottura di sabbie calcaree pure, appartiene alla

famiglia dei leganti aerei, cioè non ha la capacità di indurire sott'acqua

IDRAULICI: cementi, calce idraulica

La calce idraulica appartiene alla famiglia dei leganti idraulici, cioè alla famiglia dei

cementi. Infatti oltre ad essere chiamata calce idraulica viene comunemente detta

cemento povero.




Leganti aerei

La materia prima per la produzione della calce è il calcare, una roccia

sedimentaria ricca di carbonato di calcio (CaCO3) che viene estratta da

apposite cave, tipiche quelle delle Dolomiti. Anche il marmo e altre

rocce possono essere usate a questo scopo.

Il materiale, grossolanamente frantumato con diametro dei frammenti

nell'ordine dei centimetri o anche di un paio di decimetri, è introdotto in

appositi forni o fornaci dove viene riscaldato gradualmente a 800-

1000°C per poi uscire dal fondo della fornace nell'arco di una decina di

ore. In questa fase avviene una reazione chimica (reazione di

calcinazione) che porta alla liberazione di anidride carbonica e alla produzione dell‘ossido di calcio o calce viva.

CaCO3 → CaO + CO2


https://it.wikipedia.org/wiki/Ossido



Leganti aerei

Dopo la cottura i frammenti di pietra riducono il loro peso di circa il 40%

a causa degli atomi di carbonio e ossigeno perduti, ed assumono una

consistenza porosa. Inoltre il comune colore grigio del calcare viene

perso e le pietre diventano per lo più bianche.

Esse costituiscono la calce viva che commercializzata così com'è

oppure ridotta in polvere, deve essere conservata in recipienti

perfettamente ermetici, poiché è molto igroscopica.




Leganti aerei

Per ottenere la calce idrata, o calce spenta, il materiale deve subire la reazione

di spegnimento:

CaO + H2O → Ca(OH)2 associata a due effetti macroscopici evidenti: un

violento rilascio di calore e la disgregazione della pietra per l'effetto espansivo

della trasformazione da ossido ad idrossido di calcio.

Lo spegnimento può essere condotto in due maniere differenti, per aspersione

o per immersione.

Nel primo caso si ricorre ad un impianto di spegnimento relativamente

complesso che prevede: una prima frantumazione dell'ossido in pietre di

dimensione millimetrica, il trasferimento dei frammenti su un nastro

trasportatore su cui avviene il vero e proprio spegnimento, mediante

spruzzatori che distribuiscono l'acqua su tutta la sezione in modo da bagnare

uniformemente le pietre, che si frantumano ulteriormente per la reazione. Dopo

la reazione si ottiene una polvere fine detta appunto calce idrata in polvere che

viene suddivisa in base alla finezza.




Leganti aerei

È infatti possibile commercializzare la calce idrata in due forme diverse come

fiore di calce, di maggiore pregio e costo con specifiche tecniche restrittive

descritte da una specifica norma UNI, o come calce da costruzione, di minor

pregio e finezza.

Lo spegnimento per immersione avviene invece quando le zolle di calce viva

vengono gettate in una vasca piena d'acqua. In genere questo tipo di

spegnimento avviene in due passaggi, con una prima vasca di spegnimento e il

successivo passaggio nelle vasche di stagionatura, dentro le quali si ha la

formazione della pasta detta "grassello di calce". Nelle vasche di stagionatura è

essenziale la presenza di un film d'acqua di qualche centimetro sopra la massa

plastica che garantisce che l'idrossido di calcio non reagirà con l'anidride

carbonica dell'aria. Un altro metodo di produzione del grassello prevede di

ottenere la pasta per successiva idratazione della calce idrata in polvere

ottenuta dall'impianto di spegnimento per aspersione. Questa metodologia di

produzione porta ad un grassello di qualità inferiore rispetto a quello ottenibile

per immersione e lunga stagionatura. La sospensione bianca che "galleggia"

sopra il grassello è a volte venduta come latte di calce. Padova, 30 Settembre 2015



Leganti idraulici

La calce idraulica è preparata a partire da roccia calcarea impura, che presenta

un certo tenore, dal 6 al 22%, di argille o altri alluminosilicati idrati.

Il nome deriva dal fatto che, a differenza della calce normale, è in grado di fare

indurimento anche non a contatto con l'aria.

La calce idraulica è un legante a base di idrossido di calcio che può far presa

anche se immersa in acqua.

Nell'antichità venivano usati calcari marnosi, cioè contenenti quantità intorno al

25% di argilla, cotti in forni che potevano arrivare ed una temperatura massima

di circa 1000 °C.

Il prodotto ottenuto in cottura dalla fusione del calcare con l'argilla fu chiamato

dai romani calce idraulica, perché era un legante che aveva come caratteristica

la possibilità di indurire sia all'aria aperta che sott'acqua (idro).




Leganti idraulici

I tempi di cottura vanno dalle 36 ore circa a 1000 °C della calce idraulica

naturale ai 45 minuti circa a 1450 °C per il cemento. Le quantità di argilla

invece vanno dal 20-22% per la calce idraulica ai 25-27% per il cemento. Oggi

si possono ottenere calci idrauliche naturali anche dalla cottura di calcari silicei

anziché argillosi, sicuramente questo metodo è molto più rapido ed economico,

consente di ottenere un prezzo di mercato più abbordabile ma ha anche dei

contro. In particolare ha l'handicap della silice contenuta nella sabbia silicea

usata al posto dei calcari marnosi in cottura, e che quindi troveremo nel

prodotto finito. La presenza di quest'ultima obbliga ad uno smaltimento come

rifiuto pericoloso o speciale del materiale e ad una protezione minuziosa dei

lavoratori esposti. Si può comunque venire a conoscenza delle protezioni

individuali da usare durante il contatto attraverso le schede dei prodotti.




4. ALTRI MATERIALI

Questo categoria di materiali rappresenta probabilmente quello più ampia e

quella soggetta ad essere costantemente ampliata

grazie all’evoluzione dei materiali di provenienza artificiale e chimica.

In questa categoria vengono classificati il:

a) Legno

b) Metalli

c) Plastiche

d) Prodotti Chimici




4. ALTRI MATERIALI

a) Legno

Il legno nelle costruzioni ha sempre rappresentato un materiale di fondamentale

importanza in quanto è facilmente lavorabile e si presta a vari impieghi:

- Pilastri e Travi con funzioni strutturali, in legno massello o lamellare;




4. ALTRI MATERIALI

a) Legno

- Tavole per armature, formazione di piani, rivestimenti, pavimenti, ecc.




4. ALTRI MATERIALI

a) Legno

- Arredamenti e serramenti




4. ALTRI MATERIALI

a) Legno

- Isolamenti termici e acustici




4. ALTRI MATERIALI

b) Metallo

Come il legno anche il metallo nelle costruzioni ha sempre rappresentato un

materiale di fondamentale importanza, non tanto per la sua facilità di lavorazione, ma

per la resistenza che permette di dare alle costruzioni.

- Ferro per le costruzioni




4. ALTRI MATERIALI

b) Metallo

- Arredamenti e serramenti




4. ALTRI MATERIALI

b) Metallo

- Opere di finitura degli edifici




4. ALTRI MATERIALI

c) Plastiche

- Tubazioni e condotte, pozzetti ecc.




4. ALTRI MATERIALI

c) Plastiche

- Materiali isolanti




4. ALTRI MATERIALI

d) Prodotti chimici

L’entrata dei prodotti chimici nel mondo dell’edilizia rappresenta

sicuramente un fattore di rilevante importanza in quanto hanno consentito

l’esecuzione di lavorazioni altrimenti impossibili o comunque facilitato

l’attività.

Generalmente i prodotti chimici utilizzati in edilizia sono associati ad

agenti chimici pericolosi che possono provocare gravi patologie se non

vengono correttamente utilizzati.

La normativa prevede che vengano adeguatamente classificati ai fini

della valutazione dei rischi prevista dal D.Lgs. 81/2008.




4. ALTRI MATERIALI

d) Prodotti chimici

un breve elenco di sostanze e prodotti chimici che si utilizzano in

edilizia può essere così rappresentato:

• adesivi (adesivi per pavimenti, adesivi per pareti e soffitti);

• additivi per calcestruzzi e malte cementizie: acceleranti, aeranti,

plasticizzanti, ritardanti;

• detergenti per murature: antialghe, antimuffa, svernicianti, detergenti

per prodotti grassi (catrami, asfalto, ecc.);

• trattamenti protettivi e decorativi delle murature: prodotti e

membrane impermeabilizzanti, prodotti antimuffa;

• trattamenti protettivi e decorativi dei metalli: primer, pitture

antiruggine, mani di fondo;




4. ALTRI MATERIALI

d) Prodotti chimici

• trattamenti protettivi e decorativi del legno: mani di finitura e mani

di fondo, prodotti svernicianti primer, vernici per interni ed esterni;

• trattamenti di finitura per pavimenti: membrane impermeabilizzanti,

vernici a finire, induritori, spiananti, turapori e trattamenti antipolvere;

• trattamenti delle casserature: pitture per casseforme, disarmanti,

ritardanti superficiali;

• intonaci: a base di resine, a base di silicati;

• isolanti a base di schiume;

• solventi.


GRAZIE PER L’ATTENZIONE

geom. Oddone Zecchin


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