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I METALLI

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by

Elena Rucli

on 7 May 2015

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Transcript of I METALLI

I METALLI
Università Iuav di Venezia


DACC – Dipartimento di Architettura Costruzione Conservazione


Corso di laurea triennale in Architettura Costruzione Conservazione
Laboratorio integrato 1
Insegnamento di Elementi costruttivi

Prof. Elena Giacomello
Collaboratori alla didattica Anna Villanova e Martina Belmonte

COR-TEN
Corrosion Resistance
Tensile strenght
1969
dopo 4 anni
dopo 22 anni
dopo 40 anni
A
B
C
Al Fosforo
Resistenza > 5 - 8 volte
Applicazioni stato nudo
Effetti estetici
Sp. Max. 12,5 mm
Al Vanadio
Elevate caratteristiche in forti spessori
Resistenza > 4 volte
Applicazioni stato nudo
Sp. > 100mm
Applicazioni in costruzioni complesse
Introdotto recentemente nel mercato
Resistenza > 4 volte
Sp. < 25,5mm
Profilati Sp. Max. 19mm
Applicazione dove si richiede elevate prestazioni
L'acciaio Cor-ten
Elevata resistenza meccanica
Riduzione di spessori quindi di peso
Resistenza alla corrosione atmosferica
Riduzione di manutenzione
COR-TEN

ECONOMIA
Metalizzazione
Verniciatura
Ossidazione
Ferro, ghisa, acciaio:
lo sviluppo delle costruzioni metalliche fra Otto e Novecento
Diffusione: Francia e Inghilerra, fine XVIII secolo
Applicazione: costruzione di ponti, di coperture trasparenti in acciaio e vetro, di edifici con scheletro metallico , stazioni ferroviarie e in nord America per la costruzione dei primi grattacieli.
Storia della siderurgia
Grazie alla riscoperta del crogiolo nel 1740: Conversione della ghisa grezza in ferro, come il processo di affinatura di Henry Cort.

Nel 1820 J.B. Neilson, pensò di preriscaldare l’aria utilizzata in alcuni forni metallurgici a combustione.

Nel 1850 Sir Carl Wilhelm Siemens ideò il cosiddetto forno Siemens, che riusciva a diminuire i consumi di combustibile del 70-80% .

Il problema della produzione in massa di acciai economici fu risolto nel 1855 da Henry Bessemer, con l'introduzione del convertitore Bessemer,
Iron Bridge
Una delle prime costruzioni in ghisa fu il ponte “Iron bridge” in Inghilterra, costruito nel 1775 sul fiume Severn in Inghilterra.
Forth bridge
L'Home Insurance Building venne costruito nel 1885 a Chicago ed è un "grattacielo", categoria diffusasi a New York e Chicago a fine Ottocento.
La Tour Eiffel fu costruita per l'esposizione universale il 31 marzo 1889. Gustave Eiffel la progettò in ferro battuto eretto a forma di croce diviso in 18.038 pezzi e fissati da 2.500.000 rivetti.
Gli elementi strutturali in acciaio: travi e pilastri
Elementi metallici: laminati e profilati
Le connessioni fra elementi strutturali in acciaio
L'armatura del calcestruzzo armato
Fattori di vulnerabilità degli elementi in acciaio nelle costruzioni
L'alluminio e le sue leghe come materiali da costruzione
Elementi di facciata in alluminio
Le lamiere metalliche come elementi di tenuta all'acqua delle coperture
L'impiego del metallo nell'architettura high-tech
Richard Buckminster Fuller
Jean Prouvé
Nicholas Grimshaw
Costruzioni metalliche
Nel 1890 fu invece costruito il primo grande ponte ferroviario in acciaio a Forth vicino ad Edinburgo.
Il Crystal Palace, rappresentò il primo vero “prefabbricato” tutto in vetro ed acciaio, per ospitare l’Esposizione Universale.
Esso raggiungeva una superficie totale di 84'000 m².
Il Crystal Palace di Londra venne distrutto in un rogo il 30 novembre 1936.
Crystal Palace
Home Insurance Building
Tour Eiffel
Stazione di Milano Centrale
La stazione di Milano Centrale venne pensata da subito come centro nevralgico di spostamenti nazionali ed internazionali e terminata nel 1931.
Una struttura è un organismo composto da diverse parti strutturali atte a raccogliere e trasferire al suolo i carichi verticali e orizzontali.
PRO
CONTRO

- Isotropia
- Resistenza meccanica
- Tenacità
- Duttilità
-Leggerezza
- Fenomeni d’instabilità
- Ossidazione
- Vulnerabilità al fuoco
-Costo elevato
La struttura in acciaio è per sua stessa natura una costruzione prefabbricata.
Gli elementi portanti verticali sono di solito formati da profili chiusi.
Nelle strutture metalliche in elevazione le travi servono al collegamento dei pilastri, al sostegno dei solai, dei muri divisori e delle rampe di scale.
In un’ossatura metallica composta da travi secondarie, travi maestre e colonne, sono determinanti le caratteristiche delle connessioni trave-trave, trave-colonna e colonna fondazione.
Generalità sui materiali ferrosi e l’ottenimento della ghisa e dell’acciaio
Comunemente chiamato ferro, si tratta invece di ghisa ( 2% < C < 4% ) e acciaio (C < 2% )
Il ferro viene depurato dall’eccesso di carbonio :

- Età del ferro : martellamento
- 1709 : A. Darby introduce il Carbon Coke
- 1784 : H. Cort introduce il puddellaggio
- 1800 : H. Bessemer inventa il convertitore Bessemer
forno
Convertitore Bessemer Martin-Siemens
Oggi : Gli altiforni
La laminazione
Definizione:
“Procedimento mediante il quale materiali metallici o più in generale, materiali plastici, vengono deformati per ottenere laminati e profilati”
Tipi
A caldo
A freddo
Sfrutta la proprietà di malleabilità dei materiali
Lo strumento della laminazione è il laminatoio
Il laminatoio
Formanti :
- Forni di riscaldo

- Treni di laminazione
- Gabbie di laminazione (Duo, quarto, sesto)
- Organi di trasmissione
- Equipaggiamento elettrico

- Dispositivi accessori
Prodotti della laminazione
Possibili difetti

Strutturali
Superficiali
Ondulazioni al bordo
Cricche a cerniera al centro
Cricche al bordo
Di laminazione
I laminati
Definizione:
Sono laminati tutti i semilavorati ottenuti da un processo di laminazione.
Possono essere
L. a caldo
- Spessore compreso tra 1,5 e 50 mm
- Larghezza maggiore di 2000 millimetri
L. a freddo
-Spessore compreso tra 0,3 e 2,99 millimetri
-Larghezza minore di 1800 mm
L. piani rivestiti
-Zincati/ prerivestiti/ preriverniciati/ plastificati
-Proprietà vantaggiose
-Lamiera di spessore compreso tra 0,3 a 1,5 mm
I profilati
Definizione:
Una trave o una barra metallica ottenuta al laminatoio, caratterizzata dalla forma della sua sezione trasversale.
Forma e dimensioni variano:
- Profili angolari
- P. a T
- P. a doppio T
- Profili tubolari
- P. a freddo
- P. a U
Sistemi di costruzione
DIFFERENZIALE
: -Bullonatura
-Chiodatura
-Collegamento con perni
-Inchiavettamento

INTEGRANTE:
-Saldatura
-Incollatura

INTEGRALE:
-Colata
-Laminazione
-Fucinatura
-Lavorazione con asportazione di trucioli
Chiodatura
SISTEMA DI COSTRUZIONE INTEGRALE
Colata
Aderenza
Consente il trasferimento degli sforzi di trazione dalle barre di armatura al calcestruzzo circostante
Barra in acciaio con aderenza migliorata.
Barra in acciaio liscia.
La flessione
Sezione di una trave in calcestruzzo armato.
Il taglio
Armatura a taglio composta da armatura minima ed ed eventualmente da ferri piegati a 45°.
Il copriferro
- Garantisce una buona aderenza tra calcestruzzo e acciaio;

- Protegge efficacemente l’armatura dalla corrosione e ne migliora la resistenza al fuoco.
I pilastri

Armatura longitudinale
: assorbe gli sforzi di compressione.


Staffe trasversali
: garantiscono il corretto posizionamento dell’armatura longitudinale in fase d’opera, esercitano un’azione di contenimento trasversale ; limita la fessurazione longitudinale nel caso di tensioni elevate.
Vulnerabilità al fuoco
L’incendio è un’ azione eccezionale

Questi modelli di calcolo:
- riscaldamento di un elemento di acciaio;
- decadimento delle caratteristiche meccaniche dell’acciaio raggiunto dopo un tempo “ t “ di esposizione;
- verifica della stabilità dell’elemento sottoposto alle azioni di progetto.
Sistema di rinforzo : metodi di rivestimento
Vulnerabilità ai terremoti
Le strutture non reagiscono nella stessa maniera alle scosse sismiche.


“Vulnerabilità” definita in maniera generale come fosse il livello di perdita di valore per un sistema quando è sottomesso a un avvenimento dannoso.
Forma dell’edificio
Semplice

Complessa

Uso di giunti sismici
Sistema di rinforzo
Rinforzi triangolari
Vulnerabilità alla corrosione
Sistema di rinforzo
Zincatura
Materiali speciali anticorrossivi:
-Acciai patinabili
-Acciai inossidabili
Principali proprietà
Basso peso specifico
Resistenza alla corrosione
Conducibilità termica e elettrica
Plasticità
Duttibilità e malleabilità
Basso potere radiante
Processi di produzione
Chimico
Elettrolitico
Leghe di alluminio
Trattamenti
Indurimento per precipitazione
Solubilizzazione
Overheating
Tempra
Invecchiamento
Precipitazione
Imperfezioni

Tensioni residue
Effetto Baushinger
Tipologie strutturali

-colore bianco-argento
-alta riflettanza
-resistenza all'ossidazione
Tenuta all’acqua
La principale funzione di una copertura è di proteggere l’edificio da freddo e caldo, renderlo impermeabile agli agenti atmosferici quali pioggia, neve, grandine, e proteggerlo dal vento.
Tenuta all’acqua, come garantirla
Copertura piana
Copertura a falde
I tetti piani sono caratterizzati da una pendenza minima, sufficiente per assicurare lo scorrimento dell’acqua fino agli scarichi.
L’acqua precipitata sulla superficie si muove verso il basso per gravità. L’acqua può risalire grazie alla capillarità.
Metalli utilizzati
metallo pesante ma relativamente deformabile, malleabile e resistente alla corrosione.
Auditorium parco della musica, Roma, Renzo Piano.
metallo pesante ma con buona resistenza meccanica, resistente alla corrosione ma se a contatto con altri metalli può provocare un effetto elettrolitico.
Nuova aerostazione dell'aeroporto Marco Polo, Venezia, Mar Lombardi
buone proprietà meccaniche e piuttosto leggero, se a contatto con altri metalli può provocare un effetto elettrolitico.

Sheraton Milan Malpensa airport hotel & conference centre, Milano, King Rosselli architetti
Resistenza meccanica
Le coperture sono soggette a carichi di neve, ghiaccio e accumulo di grandine oltre che di vento e delle persone (in caso di manutenzione). Deve essere assicurato un sistema sicuro di trasferimento dei carichi gravanti sul tetto, dalla copertura alla struttura.
Occorre valutare anche gli eventi che possono determinare condizioni particolari di carico inusuale come la formazione di accumuli di ghiaccio o di neve o grandine.

Livello formale
Centre Pompidou, Renzo Piano e Richard Rogers, Parigi, 1977
Ripetizione modulare
Schizzo Centre Pompidou
Livello strutturale
Chiesa del Giubileo, Richard Meier, Roma, 2003
Nodo strutturale Centre Pompidou
Gerberette, Centre Pompidou
Dymaxion philosophy
Dymaxion House
Dymaxion Car
Cupola geodetica
La Biosfera di Montreal, in padiglione americano all'Expo 1967
Bruciata 1967
Biosphére Environment Museum, riaperta 1990
Triangoli
Forma esagonale
I nodi di Fuller
Nodi usati nel progetto di Fuller
Nodi usati nella ricostruzione
DROP CITY 1965-1970
Eden Project

Cornovaglia, 2001
Necessità Costruttive
- Leggerezza della struttura
- Sostenere grandi luci senza sostegni intermedi
- Elementi facilmente trasportabili e componib
Cupola Geodetica di derivazione fulleriana, leggera e che sostiene luci fino 9 m senza la presenza di supporti intermedi
La struttura è totalmente autoportante, anche se a supporto sono state costruite fondazioni in c.a.
Struttura a vista in acciaio Space Frame costituita da pannelli esagonali e pentagonali con nodi appositamente sviluppati
Gabbia di profilati tubolari connessi fra loro tramite nodi rigidi: pochi elementi di dimensioni più elevate
Padiglione Britannico
Expo Sivigilia, 1992
Necessità Progettuali:
-Pubblicizzare i nuovi materiali made in England
-Leggerezza dell'edificio
-Contrastare la temperatura
La struttura portante è lasciata a vista
È realizzata da telai in acciaio con interasse di 7,20 m costituiti da due pilastri con giunzioni a perno, che reggono travi reticolari di tipo Warren.
Nella facciata
Nord
e
Sud
sono presenti traversi e cavi d'acciaio su cui è teso un tessuto di poliestere che protegge dal calore.
Nel prospetto
Ovest
, ovvero la facciata più esposta ai raggi durante la giornata, è costituita da container d'acciaio riempiti d' acqua.
Ad
Est
, è stata realizzato una cortina d'acqua che scorre lungo il vetro della facciata e mitiga il calore.
L'energia che serve al pompaggio di questa, deriva dai pannelli solari posti sulle vele in copertura, che creano giochi d'ombra e accumulano energia
Il pensiero
Utilità
Comodità
Funzionalità

Materiali

Prefabbricazione
leggerezza
economicità
semplicità
Valorizzazione aspetti tecnici-costruttivi
Qualità
Innovazione
Velocità di realizzazione
Modularità
Precisione
Ripetitività

Casa del Popolo
Clichy, 1935-38
standardizzazione degli elementi componenti
Industrializzazione
Alluminio
Acciaio
Bullonatura
Saldatura
Incollatura
Mono-piano
Coperture piane
Coperture spaziali
Ponti
Caratteristiche estetiche
Fogli
Pannelli
Pannelli forati
Pannelli sandwich
Facciate e coperture
Elementi applicati
Piombo
Rame
Zinco
Edifici mobili e aerotrasportati
Accelerazione
Nomadismo
Leggerezza
Riempimento totale
Paretine di protezione
Alterazione del materiale base causata da un’aggressione chimica o elettrochimica della superficie esposta.


Due tipi di possibili modalità di aggressione:
-ossidazione chimica
-corrosione elettrochimica
Sistema di costruzione differenziale
Sistema di costruzione integrante
Sistema di costruzione differenziale
Sistema di costruzione integrante
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