Laterizi - Dipartimento di Giurisprudenza ed Economia

UNIVERSITA’DEGLI STUDI MEDITERRANEA DI REGGIO CALABRIA
CdL SCBAA
Corso di Storia e Conservazione dei Beni Architettonici e Ambientali-Classe L-43
DASTEC
Dipartimento "Arte Scienza e Tecnica del Costruire"
Anno Accademico 2010-2011
Materiali tradizionali dell’architettura e del risparmio energetico
(8cfu)
Docente: Cherubina Modaffari
Lez.13
I materiali tradizionali e gli elementi costruttivi
Caratteristiche tecniche, impieghi, problematiche tecnologiche.
Laterizi
1
I LATERIZI
Definizione
I laterizi sono materiali da
costruzione artificiali, vari per
forma e dimensioni, ottenuti dalla
cottura di argilla opportunamente
preparata, modellata ed essiccata.
I laterizi sono tra i più antichi
materiali da costruzione “artificiali”,
il cui impiego si è affermato per
soddisfare le esigenze costruttive
delle civiltà sviluppatesi lungo aree
fluviali o lacustri, ricche di argilla.
Primi impieghi: i laterizi crudi
Gli edifici in mattoni di argilla cruda
risalgono al 14000 a.C., nella valle del
Nilo se ne trovano tracce.
L’argilla
cruda
è
attaccabile
dall’umidità, il suo stato è variabile. La
presenza di intemperie, la rende
plastica, e indurisce quando il clima è
secco.
Per questo motivo in ogni parte del
mondo
si
riscontrano
soluzioni
costruttive comparabili, che hanno lo
scopo di proteggere i manufatti in
argilla cruda dall’erosione.
Edifici tradizionali in argilla cruda, Yemen
Primi impieghi: i laterizi crudi
In MESOPOTAMIA, intorno al
4000 a.C., si assiste alla
produzione “standardizzata” di
mattoni
crudi
di
forma
rettangolare, in seguito utilizzati
insieme al bitume per realizzare
le ziqqurat, grandiosi templi
gradonati a base quadrilatera.
Famosa è quella di Ur, che
risale al 2300 a.C. circa.
Ricostruzione teorica di una ziqqurat.
Primi impieghi: i laterizi crudi
In EGITTO l’uso del
mattone
crudo,
è
prevalente per ambienti di
servizio e per i mastaba,
antichi
edifici
funebri
derivanti
dai
tumuli
dell’Alto Egitto.
Luxor, Valle dei Re.
Maestri nell’applicazione
della tecnica costruttiva dei
laterizi furono gli antichi
ROMANI.
Repertorio romano laterizi crudi.
I laterizi cotti
Alla cottura dei mattoni si arrivò
intorno al I sec. a.C.; la diffusione
di tale procedimento in Italia è da
attribuire ai coloni greci.
La tecnologia dei laterizi cotti
raggiunse la massima espressione
grazie alle maestranze romane.
Repertorio romano laterizi cotti.
I laterizi destinati alla cottura
venivano prodotti con argilla,
acqua, sabbia, paglia o pozzolana
fine in modesta quantità.
L’impasto veniva compresso a
mano in forme di legno, quindi i
mattoni venivano fatti essiccare in
zona ventilata. Infine, venivano
cotti alla temperatura di circa 800
°C.
I mattoni venivano confezionati di forma quadrata,
per facilitare il trasporto; per la posa in opera,
venivano ridotti in forma triangolare.
Evoluzione storica
Nell’ epoca romana furono compiuti passi
decisivi in direzione della produzione in
serie di manufatti in argilla.
Nel V secolo d.C., la tecnica produttiva dei
laterizi venne ripresa dai Bizantini, che ne
apprezzarono le qualità decorative e
strutturali (chiesa di S. Vitale).
Durante il Rinascimento, il Brunelleschi
rivalutò il ruolo strutturale di questo
materiale, realizzando la cupola di Santa
Maria del Fiore a Firenze, nel 1420,
concepita come una doppia calotta: quella
inferiore realizzata in muratura di conci di
pietra e quella superiore in muratura di
mattoni, posti in opera a spina di pesce, in
modo
da
costituire
un
sistema
autoportante.
Chiesa di S.Vitale
Cupola di S. Maria del
Fiore
Evoluzione storica
Nel XVIII secolo, l’invenzione di
strumenti come la trafilatrice, il forno ad
anello e in seguito il forno a tunnel,
permise la produzione su grande scala
di prodotti in argilla.
All’epoca
della
prima
rivoluzione
industriale tedesca, alla fine del XIX, in
molti luoghi il clinker utilizzato come
paramento per le murature diventò il
materiale standard per le facciate,
resistente agli agenti atmosferici.
Gli architetti moderni come Alvar Aalto e
Mies Van der Rohe, utilizzarono con
grande naturalezza il laterizio e la
ceramica.
Wright, edifici elio-laboratorio a
Racine.
Scuola, Amburgo, Germania,
1927, Fritz Schumacher
Evoluzione storica
Dalla metà del XX secolo in poi altri
progettisti come Eladio Dieste
produssero,
proseguendo
la
tradizione iberica, grandi invenzioni
architettoniche nelle quali il laterizio
costituisce una parte importante
della struttura. Nel contempo
questo materiale comunica la
sensazione di un rivestimento
leggero e ondulato.
Oggi è possibile disporre di
rivestimenti ceramici dello spessore
di pochi centimetri, che grazie alla
loro
resistenza
agli
agenti
atmosferici
sono
adatti
alla
protezione di pannelli o pavimenti
termoisolanti.
Chiesa, Atlantida, Uruguay,
1959, Eladio Dieste
Edificio di appartamenti, in
rue de Meaux, Parigi, 1991,
Renzo Piano
Evoluzione storica
Showroom di BP Studio, Firenze , 2001,
Claudio Nardi. Particolare della facciata.
Istituto indiano di amministrazione,
Ahmedabad, (India).1963.Louis I. Kahn
Parcheggio per auto, Genova, 1992,
Renzo Piano Building Workshop
fase di montaggio
Processo di produzione
Il processo produttivo dei laterizi
prevede alcune fasi
fondamentali:
- estrazione delle materie prime
- preparazione dell’impasto
- formatura
- essiccazione
- cottura
- stoccaggio
Schema del processo produttivo
Processo di produzione
La materia prima
L’argilla è un materiale a grana finissima, composto da silicato
di allumina idrato misto ad impurità minerali. Ha la proprietà di
essere plastica, cioè facilmente modellabile.
La plasticità è proporzionale alla finezza dei granuli e può
essere ridotta dalla presenza eccessiva di sabbia.
Le impurità
L’argilla contiene alcune impurità, che, durante la cottura,
potrebbero danneggiare il prodotto finito, quali:
- ossido di ferro, conferisce una colorazione rossastra dopo la
cottura; può essere dannoso nei materiali refrattari, perché può
renderli fusibili alle alte temperature;
- carbonato di calcio, è tollerato fino al 20% e sotto forma di
pulviscolo disciolto nell’impasto, se presente in quantità maggiori
può provocare disgregazioni nel prodotto finito;
- carbonato di magnesio, può causare efflorescenze sul
materiale dopo la cottura.
Caratteristiche
Le caratteristiche da cui dipendono le prestazioni del materiale vengono
determinate mediante prove di laboratorio, e sono le seguenti:
-caratteristiche fisiche: massa volumica, imbibizione, impermeabilità,
conduttività termica, uniformità;
-caratteristiche meccaniche: resistenza a compressione, resistenza a
flessione, resistenza a rottura, durezza, resistenza a fatica;
-caratteristiche tecniche: comportamento al fuoco, resistenza al gelo,
isolamento termico, isolamento acustico.
Caratteristiche fisiche
Il valore della conduttività termica risente dell’influenza reciproca delle
altre caratteristiche fisiche (massa volumica, imbibizione, impermeabilità,
uniformità), variando in funzione di:
- peso specifico;
- porosità e alveolatura;
- composizione della miscela;
- formatura;
- tenore di umidità.
Caratteristiche meccaniche
Le caratteristiche meccaniche nei laterizi hanno importanza rilevante,
soprattutto quando essi vengono utilizzati per strutture portanti.
- I laterizi hanno un’ottima resistenza a compressione, mentre
risultano scarse la resistenza a trazione e quella a flessione; esse
presentano valori differenti, a seconda che si tratti di elementi pieni o
forati.
- Per i laterizi da copertura e da pavimentazione vengono, inoltre,
considerate la resistenza all’urto, la resistenza all’usura, la durezza.
Caratteristiche tecniche
- I laterizi hanno un ottimo comportamento nei confronti del fuoco.
I mattoni pieni resistono a temperature molto elevate (1.100 °C).
I mattoni forati sono meno resistenti alle alte temperature, a causa
della presenza dei vuoti.
- Per quanto riguarda l’isolamento acustico sono determinanti: la
porosità della massa dell’elemento tecnico; l’alveolatura; la corretta
esecuzione dei giunti.
- Per quanto riguarda l’isolamento termico sono fattori determinanti:
la conduttività termica dell’elemento tecnico; la corretta esecuzione
dei giunti.
Classificazione
Sono molte le variabili che concorrono ad ottenere prodotti con
caratteristiche e applicazioni diverse. Convenzionalmente, si adotta una
suddivisione in base alla porosità della pasta.
- I prodotti a pasta porosa, cioè permeabile, e soggetti a maggiore usura,
sono le terrecotte, i laterizi, i refrattari, le maioliche, le terraglie.
- I prodotti a pasta compatta, impermeabili e dotati di maggiore resistenza
all’usura, sono i grès e le porcellane. La compattezza della pasta dipende
dalla temperatura di cottura e dalla composizione dell’argilla.
La produzione di laterizi si diversifica in quattro comparti principali, relativi
alle diverse destinazioni d’uso:
- laterizi per murature;
- laterizi per solai;
- laterizi per coperture;
- laterizi per pavimenti e rivestimenti.
Laterizi per murature
Sono i laterizi utilizzati nelle chiusure, nelle
murature non portanti e nelle murature
portanti. Si distinguono in:
- mattoni pieni:
laterizi pieni e i laterizi forati con percentuale
di foratura < 15%. Le dimensioni sono fissate
dalle norme UNI in cm 5,5 x 12 x 25;
- mattoni e blocchi semipieni: laterizi con
percentuale di foratura compresa tra il 15% e
il 45%; le dimensioni sono variabili;
-blocchi alleggeriti:
favoriscono l’isolamento termico grazie
all’aggiunta nell’impasto di polistirene
espanso che, durante la cottura, lascia
piccole cavità nella massa, aumentandone la
porosità;
- mattoni forati:
presentano una percentuale di foratura > del
55%; vengono utilizzati per realizzare pareti
divisorie, tamponamenti multistrato, dotati di
camere d’aria.
Laterizi per solai
- blocchi per solai, elementi utilizzati per le chiusure orizzontali in latero-cemento
armato, sono caratterizzati da rilevanti dimensioni e rapporti di foratura compresi tra il
65% e il 70%. Spesso i blocchi vengono preassemblati in stabilimento in pannelli
opportunamente armati, facili da posare;
- tavelle e tavelloni, inizialmente utilizzati per realizzare solai con
putrelle in acciaio a doppio T, vengono attualmente impiegati per
realizzare anche pareti divisorie e contropareti.
Laterizi per coperture
La produzione di elementi da copertura in
cotto è indirizzata verso due tipi fondamentali:
• coppi,
elementi dalla caratteristica forma troncoconica e sezione curva;
• tegole,
a seconda del disegno le tegole si distinguono
in:
-embrici, elementi piatti dai bordi rialzati che
vengono utilizzati in combinazione con i coppi
per la realizzazione delle cosiddette coperture
alla romana;
- marsigliesi;
- portoghesi;
- olandesi.
Vengono inoltre prodotti pezzi speciali per la
copertura della linea di colmo, elementi di
raccordo, comignoli per canne fumarie, tegole
con bocchette di aerazione.
Laterizi per rivestimenti
Facciate in materiali ceramici.
I sistemi più recenti che impiegano
piastrelle
di
ceramica
sono
esclusivamente
facciate
appese
ventilate, che presentano evidenti
vantaggi dal punto di vista fisicotecnico.
Sottostruttura
La sottostruttura delle facciate in
piastrelle di ceramica deve trasmettere
direttamente alle strutture portanti il
carico statico risultante dal peso
proprio, dalla pressione e depressione
del vento e dalle variazioni termiche di
volume e massa. Il collegamento alla
struttura portante è solitamente in
acciaio inox o in alluminio.
Piastrelle di facciata
Per la produzione delle piastrelle vi
sono vari metodi: pressione in stampi;
estrusione. Lo smaltimento dell’acqua
piovana può avvenire nei giunti
orizzontali con una disposizione a bordi
sovrapposti delle piastrelle o con la
creazione di un profilo gradonato.
Assonometria di una struttura di facciata,
piastrelle ceramiche su sottostruttura in
alluminio con ancoraggi a clip.
Sezione tipo verticale
Schema costruttivo di facciate a filari
orizzontali
Sezione tipo orizzontale
Laterizi per rivestimenti
Adeguamento
modulare delle altezze
nella posa in opera di
filari orizzontali
Camera di essiccazione
Schema
costruttivo di
facciate a
filari verticali
Bastonetti in
laterizio montato a
secco (armati con tubi
in acciaio zincato).
Laterizi per pavimentazioni
Possono essere messi in opera:
su un massetto e lo spessore
fino ad un paio di centimetri, con
un particolare disegno della
faccia inferiore;
"a
colla",
su
supporto
preesistente già regolare, ed
allora sono più sottili e con una
leggera rigatura della faccia di
allettamento. Quest'ultimo tipo
trova impiego particolarmente
nelle ristrutturazioni.
Pavimentazioni interne
Mattoncini
in
Cotto
Pavimentazioni esterne
per
Ciottolo antico in Cotto per Pavimentazioni esterne
Laterizi per pavimentazioni
Le pavimentazioni in mattoni sono molto comuni nei luoghi caldi. I problemi dovuti al
gelo possono essere superati dalla qualità della cottura del materiale o dall'utilizzo in
aree riparate dall'acqua.
I mattoni possono essere posati di costa, di piatto, di testa o "a spina di pesce".
Alcuni tipi di "tessitura" delle pavimentazioni in laterizio
Laterizi per pavimentazioni
I cubetti per pavimentazione in
laterizio,rappresentano una valida
alternativa ai cubetti di porfido,
grazie al loro basso coefficiente di
assorbimento idrico, e ad una
buona resistenza al gelo.
I cordoli di drenaggio permettono
di convogliare e allontanare le
acque drenate dall’asfalto verso i
pozzetti di raccolta. L’altissima
resistenza a compressione del
materiale con cui sono fatti e la
sezione ad arco del canale li
rendono atti a sopportare una
carrabilità anche pesante.
Cubetti in laterizio per pavimentazioni esterne.
Cordoli drenanti in laterizio.
Muratura portante
La muratura portante è destinata a realizzare
le parti strutturali dell’edificio sostenendo i
carichi che le provengono dai muri
soprastanti e da travi e solai.
Gli elementi in laterizio che la costituiscono
devono essere, unitamente alle malte
leganti,
capaci di sopportare i carichi
gravanti. Per questo vengono utilizzati
mattoni pieni (rapporto di foratura < 15%), o
blocchi con un rapporto tra vuoti e area lorda
< del 45%.
Gli elementi forati, purchè la loro
percentuale di foratura sia inferiore al
55%, sono utilizzabili per la
realizzazione di strutture portanti;
Muratura portante
•
•
Murature portanti o strutturali per zone
sismiche
In zona sismica, tuttavia, (“Norme tecniche per
le costruzioni in zone sismiche”, Decreto del
Ministero LL.PP. del 16 gennaio 1996) devono
essere impiegati esclusivamente elementi pieni
o semipieni per i quali sia garantita una
resistenza caratteristica ai carichi verticali
rispettivamente di 70 e di 50 Kg/cm². Per gli
elementi semipieni è richiesta anche una
resistenza caratteristica di 15 Kg/cm² ai carichi
orizzontali, nel piano della muratura.
Schemi strutturali generalmente utilizzati in edifici a
muratura portante.
Muratura portante
La muratura armata è una muratura portante rinforzata mediante barre metalliche e getti integrativi di
conglomerato.
L’armatura resiste alle sollecitazioni di trazione, sollecitazioni alle quali la muratura semplice non è in grado
di resistere, ed aumenta la duttilità strutturale.
La muratura armata è più duttile di una muratura normale: ha maggiore capacità di deformazione, e questo
consente di assorbire meglio le sollecitazioni sismiche attraverso la dissipazione di energia.
Con la muratura armata è possibile superare i limiti di altezza ammessi per le costruzioni in muratura
ordinaria, fino ad un massimo di 25 metri in zona3 (nella stessa zona l'altezza consentita per la muratura
ordinaria è di 16 metri).
Muratura non portante
Le murature non portanti, o
di
tamponamento,
sono
murature inserite in un telaio
strutturale, generalmente in
cemento armato, ed hanno
lo scopo di costituire la
separazione tra l’ambiente
interno e l’esterno.
Devono essere capaci di un
buon isolamento termico e
costituire
una
buona
protezione nelle condizioni
atmosferiche
avverse.
Devono inoltre essere autoportanti,
per
modeste
altezze, e di peso contenuto.
Il
tamponamento
sarà
realizzato a doppia parete,
quando si dovrà ottenere un
forte isolamento termico, e a
parete semplice, ma con
blocchi
ad
isolamento
calcolato, nei casi più
frequenti.
Esempio di murature: muratura monostrato (a); muratura a doppio strato (b); muratura mista
(c).
Strutture orizzontali
Per le strutture orizzontali, che sono
in genere soggette a sollecitazione
di flessione, vengono utilizzati
laterizi
leggeri
quali:
tavelle,
tavelloni e pignatte.
Le tavelle ed i tavelloni
sono
elementi che hanno una dimensione
fissa, ossia larghezza di cm 25,
mentre la lunghezza e lo spessore
variano in rapporto tra di loro.
Le tavelle hanno lunghezze variabili
fino a 140 cm e spessori variabili da
6 a 8 cm, sono utilizzate
prevalentemente
per
ottenere
orizzontamenti
non
portanti
(controsoffitti); i tavelloni, invece,
sono
utilizzati
per
realizzare
orizzontamenti anche portanti.
Strutture orizzontali
La posa in opera di questo tipo di
sottotetto consiste in un sistema di
incastri
maschio-femmina
che
garantisce rapidità e facilità di
montaggio riducendo i tempi di
esecuzione e quindi i costi.
Per la posa è necessario assestare le
tavelle sui travetti accostandole dal lato
corto e avendo cura di fare aderire
perfettamente i due lati lunghi.
Tavella Sottotetto
Strutture orizzontali
Il
“laterizio
lamellare”
decisamente
innovativo, per affiancare all’eccellente
resistenza a compressione del laterizio
un’analoga prestazione per quanto riguarda
il comportamento a trazione. I moderni
collanti ad elevata resistenza consentono
infatti di accoppiare ai prodotti ceramici
materiali che resistono a trazione, come le
fibre (di vetro, al carbonio,ecc.), in modo da
ottenere un “composito” stratificato che
possa resistere a tutti gli sforzi.
Si concretizzano in oggetti e proposte di
applicazione:
panchine;
cordoli
di
coronamento delle murature; solai armati;
architravi di grande luce; elementi
prefabbricati per la realizzazione di
strutture controterra,ecc.
Tavelloni lamellari
Chiusure orizzontali
Le pignatte sono laterizi forati di forma parallelepipeda, dotati di alette inferiori,
impiegati per la realizzazione dei solai; si distinguono in tre tipi (UNI 5631/65):
- tipo A, o volterrana, il più leggero, e con sola funzione di riempimento.
- tipo B, rinforzato con scanalatura.
- tipo C, rinforzato liscio.
I tipi rinforzati hanno funzione portante in quanto è loro affidato l’assorbimento
dello sforzo di compressione e per tale motivo hanno la parte superiore (in genere
pari ad 1/5 dell’altezza) con una percentuale di foratura non superiore al 50%.
Sequenza operativa del getto di un solaio latero-cementizio gettato in opera
L’onere maggiore, nella realizzazione di un solaio totalmente gettato in opera è la
carpenteria, cioè la costruzione di un impalcato ligneo provvisorio.
Chiusure orizzontali
Le alternative tecniche sono i solai con travetti prefabbricati in cemento armato o
cemento armato precompresso. I travetti a traliccio sono quelli più in uso e sono
composti da una piccola struttura reticolare spaziale con discrete capacità
autoportanti. A seconda dell’utilizzazione vengono realizzati tralicci di diverse altezze
e armature. Oltre a un’armatura di base, già inserita nell’elemento, aggiunti altri ferri
d’armatura da posizionare immediatamente prima del getto.
solaio latero-cementizio con travetti prefabbricati in calcestruzzo precompresso
solaio latero-cementizio con travetti prefabbricati a traliccio
Coperture
Gli elementi più importanti nella
realizzazione di una copertura sono la
struttura portante e il manto di copertura.
- La progettazione di una copertura inizia
dalla tecnologia impiegata per la
realizzazione del piano inclinato della
falda, che dipende dalla destinazione
d’uso, da motivi economici, estetici, dai
materiali impiegati e dalla manodopera.
- I manti di copertura più ricorrenti
sono quelli di tipo discontinuo a
piccoli elementi, realizzati dalla
sovrapposizione di tegole e coppi, la
cui
impermeabilità
è
legata
all’inclinazione
e
alla
sovrapposizione degli elementi.
Il degrado
In presenza di alcuni fenomeni i laterizi
sono soggetti a degrado:
- nel caso di presenza di umidità
ascendente si formano efflorescenze e
distacco degli intonaci;
- l’umidità da condensazione interna invece
è un fenomeno dovuto al raffreddamento
del vapore acqueo all’interno dei materiali
costituenti la chiusura esterna.
- l’umidità da pioggia e vento è un caso
particolare di umidità da condensazione e si
ha soprattutto quando i giunti sono
degradati e le pareti sono molto permeabili.
Evoluzione dei materiali tradizionali nel progetto: l’involucro in argilla
z
Progetti
Cappella per la benedizione, Batschuns, Austria, 2001. Arch. Marte, Weiler.
36
Evoluzione dei materiali tradizionali nel progetto: l’involucro in laterizio
z
Progetti
Casa unifamiliare, Ealing/Londra, 2001, Arch. Burd Haward Marston
Facciata in
piastrelle di
materiale ceramico
di piccolo formato
applicate a una
struttura di legno
37
Evoluzione dei materiali tradizionali nel progetto: l’involucro in laterizio
z
Progetti
Grattacielo fieristico, Hannover, Germania, 1999, Arch. Herzog & partner
• Sistema di facciate in mattoni appese e ventilate su sottostruttura di alluminio.
• Piastrelle di facciata con scanalature orizzontali: bloccaggio dell’acqua di percolatura.
38
Evoluzione dei materiali tradizionali nel progetto: l’involucro in laterizio
z
Progetti
Grattacielo fieristico, Hannover, Germania, 1999, Arch. Herzog & partner
39
Evoluzione dei materiali tradizionali nel progetto: l’involucro in laterizio
z
Progetti
Daimier Benz/Debis C1, Potsdamer Platz, Berlino, 1998, Arch. Renzo Piano Building Workshop.
• Facciata sviluppata come parte di un progetto di ricerca dell’UE
• Primo tipo di facciata con rivestimento a tenuta d’acqua in piastrelle di materiale ceramico applicato a una parete esterna ad
alto livello di isolamento con finestre standard.
• Secondo tipo di facciata costruito in modo analogo, ma con più uno strato esterno di lamelle di vetro per la protezione da
vento, pioggia e rumori antitraffico.
• Elementi in ceramica estrusa di notevole lunghezza.
• Lesene verticali con interposti elementi tubolari a sezione quadrata orizzontali con tubolare in acciaio antirottura incorporato.
40
Evoluzione dei materiali tradizionali nel progetto: l’involucro in laterizio
z
Progetti
Daimier Benz/Debis C1, Potsdamer Platz, Berlino, 1998, Arch. Renzo Piano Building Workshop.
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Riferimenti bibliografici
• Hegger Ausch-Schwelk Fuchs
materiali,Torino 2006, Utet
RosenKranz,
Atlante
dei
• A.A.V.V., Atlante delle facciate,Torino 2006, Utet
• A.A.V.V., Atlante delle murature,Torino 1998, Utet
• Negro A., Tecnologia dei materiali da costruzione , Torino 86,
ed. Libreria Cortina (in particolare: capp. 1,2,3,4)
• Maura G., Materiali per l'edilizia ,
particolare capp. I, II, III)
Roma 1988, ed. DEI (in
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