... and how you can experience living at a whole new level

breadcrumbs

Home
Martedì, 01 Dic 2009
Home
Materiali
Bitumi PDF Stampa E-mail
Scritto da gruppo tellus   
Giovedì 22 Ottobre 2009 11:02

Bitumi

Anche se nel linguaggio comune termini come "bitume", "catrame" o "asfalto" sono spesso usati indifferentemente, essi hanno significato diversi. Un motivo di confusione è dovuto al fatto che, fra i diversi Paesi, esistono differenze sostanziali nel significato attribuito allo stesso termine. Per esempio, il bitume da petrolio è chiamato asphalt negli USA, mentre in Europa "asfalto" è la miscela di bitume e aggregati lapidei (conglomerato bituminoso) utilizzata per la pavimentazione stradale. In Europa con il termine bitume si indica il residuo della distillazione del petrolio.
Il bitume è costituito da una miscela d'idrocarburi a elevato peso molecolare. I rapporti percentuali fra i componenti variano, molto, in relazione al petrolio greggio di provenienza e al metodo di distillazione.
In realtà, il bitume era già noto prima dell'inizio dello sfruttamento dei giacimenti petroliferi come prodotto di origine naturale, denominato in questo caso "bitume asfaltico nativo". Era utilizzato dai Romani come legante in edilizia. Depositi di bitume nativo sono presenti in tutto il mondo, in zone con caratteristiche geologiche adeguate, nelle quali l'alta permeabilità delle formazioni rocciose ha permesso un processo di frazionamento naturale del petrolio greggio.
Il bitunie naturale è un prodotto non più utilizzato nell'industria. I processi di raffinazione del petrolio producono, oggi, bitumi di qualità idonea a tutti gli usi per i quali sono destinati, dall'impermeabilizzazione alla pavimentazione stradale.
Il bitume ottenuto come sottoprodotto della distillazione del petrolio può essere utilizzato tal quale oppure sottoposto a processi chimici e fisici che ne variano la composizione, al fine di conferirgli specifiche proprietà.
Le operazioni più comuni sono i processi di ossidazione e la miscelazione con polimeri diversi.
L'asfalto è una miscela di bitume con materiali lapidei (pietrisco, sabbia, polverino).
Il catrame, che corrisponde alla parola inglese tar, è un materiale con aspetto simile al bitume, ma del tutto diverso per origine e composizione, E, infatti, ottenuto dalla distillazione del litantrace (un carbone fossile). Questo materiale, rispetto al bitume, mostra un contenuto più elevato di idrocarburi policiclici aromatici e numerosi altri composti contenenti ossigeno, azoto e zolfo.
In molti Paesi, in passato, il catrame di carbone era spesso sostituito o mescolato al bitume a livello industriale. Tale utilizzo, ora del tutto cessato, ha diffuso l'abitudine di utilizzare indifferentemente i due termini catrame e bitume nell'uso comune.

Caratteristiche

Il petrolio greggio è composto da idrocarburi alifatici, cicloalcani, nafteni. composti aromatici e poliaromatici. Gli ultimi tre composti sono quelli più pesanti e più stabili, che si ritrovano nel prodotto di fondo della colonna di distillazione. Di conseguenza, petroli con più elevate percentuali di questi composti sono i più adatti alla produzione di bitume.
Dal punto di vista qualitativo, il bitume è costituito da due principali classi di composti: gli asfalteni e i malteni.
Gli asfalteni, presenti nel bitume dal 5 al 25% in peso, sono miscele complesse di idrocarburi, costituiti da composti aromatici con anelli condensati e da composti eteroaromatici contenenti zolfo. Sono presenti anche ammine e ammidi, composti ossigenati (chetoni, fenoli o acidi carbossilici), nichel e vanadio.
I malteni possono a loro volta essere suddivisi in due sottogruppi:

  • resine;
  • oli.
Le resine sono i composti più polari, dal punto di vista strutturale molto simili agli asfalteni. Rispetto a questi, hanno un peso molecolare minore e un rapporto carbonio alifatico/carbonio aromatico molto più elevato a causa del maggior numero di catene paraffiniche.
La frazione oleosa è costituita da anelli naftenici e aromatici collegati da lunghe catene alifatiche. Nei bitumi gli oli sono la frazione a più basso peso molecolare.
Dal punto di vista del comportamento macroscopico ognuno dei composti, in virtù delle sue caratteristiche chimiche, ricopre un ruolo diverso.
Gli asfalteni sono responsabili della consistenza, della resistenza alle sollecitazioni meccaniche e dell'adesività del bitume. Le resine conferiscono elasticità e duttilità. Gli oli danno fluidità e sono gli artefici dello scorrimento a caldo del bitume, che è fondamentale per ricoprire con efficacia, e velocemente, il materiale lapideo che forma il conglomerato bituminoso per le pavimentazioni.
Il bitume è un materiale caratterizzato da elevatissima sensibilità termica. A temperatura ambiente e fino a circa 70 °C, il comportamento è viscoelastico. Oltre questa temperatura avviene la transizione da liquido viscoelastico a fluido. La transizione vetrosa' si manifesta intorno ai -20 °C; questo valore è grossomodo costante per tutti i tipi di bitume e anche l'aggiunta di polimeri non provoca grandi variazioni.
A causa della sensibilità termica, la caratterizzazione tecnologica del bitume avviene con prove reologiche nelle quali sia assicurato un accurato controllo della temperatura.
La viscosità, definita come resistenza allo scorrimento, è determinata mediante numerosi tipi di viscosimetri, da quelli classici a efflusso capillare a quelli rotazionali.
La penetrazione è la profondità alla quale un ago standard affonda nel bitume a determinate condizioni di carico, tempo e temperatura. La prova permette di determinare la consistenza e la durezza di un bitume.
La temperatura di rammollimento (TR) indica il passaggio graduale dallo stato solido a quello liquido. Essa è determinata mediante il metodo della palla e dell'anello. Il bitume è fuso e lasciato solidificare in un anello. Su di esso si appoggia una biglia standard e si sospende il tutto su una piastrina posta a una determinata distanza da esso. Il bitume, riscaldato con una velocità costante, si deforma sempre più e, sospinto dalla biglia, tocca la piastrina. La temperatura a cui avviene il contatto è il punto di rammollimento. Più un bitume è consistente, maggiore è il valore TR. Questo deve variare fra 65 e 115 °C per i bitumi, sia soffiati sia ossidati, impiegati per l'impermeabilizzazione dei tetti.
L'indice di penetrazione (IP) fornisce un'indicazione sulla suscettibilità di un bitume al calore e si ottiene dalla combinazione dei risultati delle prove precedenti. I bitumi con un più alto punto di rammollimento possiedono un valore di IP maggiore, in altri termini una minore sensibilità alla temperatura.
Il punto di rottura Fraass corrisponde alla temperatura alla quale un film di bitume dello spessore di 0,5 mm, disposto su una piastrina metallica, presenta sulla superficie le prime screpolature per effetto di ripetute flessioni di ampiezza costante. Queste sono provocate mediante un'apparecchiatura all'interno della quale la temperatura è fatta decrescere con un gradiente di 1°C/min. Più elevato è il punto di rottura, cioè più alta è la temperatura alla quale compaiono le prime fessure, più fragile è il bitume.
La duttilità è misurata dalla lunghezza alla quale è possibile allungare il bitume prima che arrivi alla rottura. La densità, eseguita con un picnometro, è utile soprattutto per la classificazione fiscale: il bitume deve possedere una densità a 70 °C pari o superiore a 0,942.
Il saggio relativo all'infiammabilità indica se un bitume è stato inquinato con prodotti leggeri, aggiunti per migliorarne la stabilità. Si determina riscaldando il bitume, in condizioni standard, e osservando a quale temperatura si accendono i vapori.

Bitumi ossidati o soffiati

Un netto miglioramento delle proprietà del bitume si consegue mediante insufflazione di aria nel bitume fuso, a temperature superiori a 100 °C. L'ossigeno dell'aria reagisce con i composti aromatici presenti nel bitume trasformandoli in prodotti a maggior peso molecolare: si incrementa in questo modo la frazione degli asfalteni. Ciò conferisce alla struttura una maggiore robustezza, una minore sensibilità alle sollecitazioni termiche e una maggiore elasticità. Il bitume diventa più idoneo per applicazioni su tetti o per rivestimento. Sono utilizzati anche nella fabbricazione di cartoni e feltri bitumati e nella produzione di vernici al bitume.

Bitumi modificati

I bitumi sono materiali termoplastici, ossia sensibili alle variazioni di temperatura. Essi, infatti, tendono a diventare duri con il freddo e fluidi e morbidi con il caldo. Se mescolati con sostanze polimeriche come gomme naturali, stirene ecc. l'intervallo di temperatura entro il quale si possono impiegare, senza che si manifestino inconvenienti legati all'instabilità termica, è maggiore. Sono così nati i cosiddetti bitumi modificati che, oltre a una minore sensibilità termica, hanno anche maggiore resistenza all'usura e a processi d'invecchiamento. I conglomerati bituminosi modificati si impiegano per le pavimentazioni stradali che diventano drenanti e fonoassorbenti.

Conglomerato bituminoso

Sebbene il bitume sia utilizzato nell'edilizia anche per la produzione di guaine di impermeabilizzazione, la maggior parte è utilizzata in campo stradale a formare i cosiddetti conglomerati bituminosi che, stesi in strati di diverso spessore e composizione, costituiscono la pavimentazione.
La funzione primaria di una pavimentazione è di garantire una ripartizione dei carichi sul sottofondo, compatibilmente con le caratteristiche di resistenza di quest'ultimo. Per fare ciò è indispensabile che i materiali costituenti la pavimentazione abbiano rigidezza e contemporaneamente elasticità. L'ossatura del conglomerato è il materiale lapideo, per il quale il bitume funge da legante.
La produzione di conglomerati bituminosi si esegue in appositi impianti nei quali il bitume e l'aggregato sono mescolati a 150 °C circa. Il conglomerato, così preparato, è caricato su macchine stenditrici che, mantenendo la miscela a una temperatura adatta alla lavorazione, raggiungono il luogo della posa in opera. La temperatura di miscela non deve essere inferiore a 100-120 °C. La pavimentazione si può realizzare in vari spessori, da 1-2 cm fino a 15-20. Oggi si utilizzano anche moderni impianti semoventi che, riciclando la vecchia pavimentazione, consentono di ottenere nuovi manti di usura che hanno le stesse caratteristiche di quelli messi in opera con prodotti vergini, con notevole risparmio energetico e riduzione di costi.
I conglomerati bituminosi presentano una composizione e un comportamento reologico complesso. Essi sono, infatti, materiali a tre o addirittura a quattro fasi (aggregati, bitume, aria e in alcuni casi acqua), solo macroscopicamente omogenei. Le loro caratteristiche meccaniche e di durabilità dipendono pertanto dalle interazioni e dai rapporti quantitativi tra le fasi e dalle proprietà degli aggregati lapidei e del bitume.
Gli aggregati forniscono al materiale uno scheletro solido che, attraverso l'addensamento e il contatto tra i granuli, determina lo sviluppo della resistenza al taglio. In tale contesto, tanto le loro caratteristiche granulometriche e di forma quanto quelle meccaniche e chimiche rivestono un ruolo importante.
Gli aggregati sono selezionati in modo tale che i vari strati della pavimentazione siano costituiti da elementi di granulometria via via più fine e più regolare man mano che ci si avvicina alla superficie. Lo strato di usura può richiedere un trattamento superficiale che ne aumenta la ruvidità.
Poiché è fondamentale che gli aggregati non si disgreghino sotto l'azione delle sollecitazioni del traffico veicolare, esistono procedure sperimentali per la valutazione delle loro caratteristiche di resistenza all'abrasione, all'usura e alla frantumazione. La più diffusa tra queste è la prova Los Angeles nella quale un campione del materiale lapideo è sottoposto a 500/1000 cicli di rotazione in un tamburo rotante insieme a sfere metalliche di dimensioni e peso normalizzati. La perdita percentuale in peso del materiale passante a un opportuno setaccio costituisce il cosiddetto coefficiente Los Angeles.
Il legante costituisce mediamente solo il 5% della miscela. Nonostante ciò, dal bitume dipendono, in pratica, tutte le proprietà meccaniche di un conglomerato.
Le caratteristiche fondamentali di un buon bitume sono elencate di seguito.

  • Sufficiente rigidità anche alle elevate temperature di esercizio, accompagnata da una non eccessiva fragilità nel periodo invernale, o in climi molto freddi.
  • Buona adesività all'aggregato. Ciò conferisce resistenza meccanica alle sollecitazioni, giacché le caratteristiche viscoelastiche del bitume si trasmettono al conglomerato. Inoltre, rende la pavimentazione impermeabile, impedendo all'umidità di penetrare.
  • Facilità di mescolamento con l'aggregato. Il bitume legante non deve presentare eccessiva viscosità alle alte temperature altrimenti la miscelazione sarà incompleta.
  • Durabilità del conglomerato bituminoso.
Lo strato superficiale è il più sottoposto a deterioramento, non solo a causa del traffico, ma anche delle condizioni ambientali. La radiazione solare, la pioggia, l'ossidazione da parte dell'ossigeno atmosferico, sono tutti fenomeni che contribuiscono in maniera determinante all'usura della pavimentazione.
I problemi più frequenti di deterioramento sono:
  • le deformazioni permanenti con formazione di impronte;
  • la rottura a fatica con fessurazioni in direzione prevalentemente longitudinale. Uno stadio avanzato di questo tipo di deterioramento porta alla formazione di crepe in tutte le direzioni che danno luogo al distacco di pezzi di conglomerato, generando buche;
  • le fessurazioni a basse temperature in direzione trasversale alla direzione del traffico, dovute a ritiro termico.
La durabilità del conglomerato bituminoso dipende anche dall'effetto che l'umidità ha sul legame di adesione all'interfaccia aggregato-bitume.
La penetrazione di acqua all'interfaccia aggregato-bitume può avvenire mediante diffusione attraverso i film di bitume o attraverso le fessure presenti nella matrice legante. In ambedue i casi l'acqua entra in competizione con il bitume e porta all'indebolimento e di conseguenza alla perdita del legame di adesione tra aggregato e bitume. Il fenomeno, detto spogliamento, determina uno scadimento delle proprietà meccaniche del conglomerato bituminoso. Esso si manifesta sotto forma di diversi dissesti della pavimentazione.
Questi stessi deterioramenti e altri di tipo strutturale sono favoriti dal progressivo indurimento e infragilimento che il bitume subisce nel tempo, a seguito di una serie di fenomeni che ne alterano la composizione chimica e la struttura. L'insieme di tali fenomeni va sotto il nome di invecchiamento.
Le caratteristiche chimiche e fisiche del bitume possono variare nel tempo, in particolare nei primi due-tre anni dalla messa in opera. Dopo questo periodo l'invecchiamento del materiale procede in maniera più lenta. L'entità del fenomeno dipende molto dalle modalità di preparazione del conglomerato. Nella camera di miscelazione, infatti, il bitume è esposto a un flusso di aria calda (150 °C) e poi miscelato con gli aggregati. In questo processo iniziano fenomeni di volatilizzazione e ossidazione dei componenti che continuano anche dopo la messa in opera, modificando le proprietà reologiche in maniera continua, anche se con velocità ridotta.

Principali usi del bitume

Il bitume si utilizza soprattutto per il trattamento superficiale delle strade (asfaltatura). La sua caratteristica impermeabilizzante è sfruttata anche per le coperture e per la preparazione di vernici. Il bitume si adopera anche per proteggere dalla corrosione cavi elettrici e tubazioni metalliche.
Nella costruzione di pavimentazioni per strade con traffico pesante, la miscela calda pietrisco-bitume si sparge su un pietrame fitto e compatto e si cilindra, mentre è ancora calda, per ottenere una superficie liscia. Sulle strade soggette a traffico leggero si applica un manto sottile, poco costoso, spruzzando sulla base stradale bitume fluido e ricoprendolo, senza indugio, con uno strato di graniglia che è assestato mediante leggera rullatura. I cartoni e i feltri bituminati sono formati da un supporto costituito da carta o fibre - di vetro o naturali - impregnate di bitume e da un eventuale materiale di copertura che serve ad aumentare la resistenza e la coibenza termica.
Ultimo aggiornamento Giovedì 22 Ottobre 2009 11:07
 
Le membrane PDF Stampa E-mail
Scritto da gruppo tellus   
Mercoledì 21 Ottobre 2009 10:54

Le membrane

La tecnologia delle membrane è utilizzata in tutto il mondo in edifici di ogni dimensione: come tetti fissi o retrattili di teatri all'aperto, stadi, piscine, come coperture di piazze o stand per fiere. Inizialmente, le membrane, nelle costruzioni, erano usate come protezione dalla pioggia o dal sole o per manifestazioni temporanee. La presenza sul mercato di nuovi materiali ha introdotto il loro uso anche quali coibenti termici e acustici.
Una membrana è un materiale da costruzione flessibile, stabilizzata solo sotto tensione. Per questo motivo le caratteristiche essenziali sono la resistenza a trazione e il comportamento elastico.

Tipi

Le membrane possono essere costituite di tre tipi di materiali:

  • tessuto;
  • tessuto spalmato con resine polimeriche;
  • laminato.

Tessuti

I filati utilizzati per i tessuti sono fibre di vetro o di polimeri fluorurati o. anche, di cotone ritorto. I tessuti in fibre di vetro sono incombustibili e utilizzati per membrane a uso interno. Possono essere prodotti in diversi colori e tessitura. I tessuti in PTFE (politetrafluoroetilene) presentano le migliori caratteristiche per quanto riguarda la ripiegabilità della membrana e ottima impermeabilità alla pioggia, e alta resistenza alle macchie e al sudiciume. Questi tessuti lasciano diffondere la luce senza alterarne la tonalità. Tuttavia, a causa della bassa resistenza a trazione e degli alti costi, sono utilizzati solo per costruzioni speciali.
I tessuti in cotone, trattati con ritardanti di fiamma, possono essere utilizzati per scopi temporanei sia in interni sia all'esterno. Quando le giunzioni fra i teli sono eseguite con molta cura, il rigonfiamento del cotone bagnato fa sì che la membrana sia impervia alla pioggia. Alcune membrane presentano anche ottimi valori di assorbanza acustica.

Tessuti spalmati con resine polimeriche

La membrana è composta da una struttura interna fibrosa, da uno strato superficiale di rivestimento (spalmatura) e da un rivestimento finale esterno o vernice.
Il tessuto di base, o supporto, è l'elemento che conferisce le caratteristiche meccaniche al prodotto finito. Le fibre, in forma di fili, sono assemblate grazie a un processo di tessitura continua con incrocio dei fili tra ordito e trama. La spalmatura rende il tessuto impermeabile e caratterizza la membrana per gli aspetti estetici e di resistenza agli agenti esterni e al fuoco. Il rivestimento la protegge dagli agenti atmosferici e in particolare dai raggi UV.
Il tessuto greggio, dopo una serie di pre-trattamenti, è ricoperto su ambedue le facce con PVC (cloruro di polivinile) o silicone, nel caso di tessuti in fibre di poliestere o con PTFE (politetrafluoroetilene) o silicone, nel caso di tessuti in fibre di vetro. Ambedue i tipi di membrane rispondo¬no molto bene all'utilizzo all'esterno.
I tessuti in poliestere spalmati con PVC rifiniti con una vernice a base di fluoropolimeri, accoppiano - alla bassa infiammabilità - notevole economicità, buone proprietà meccaniche e resistenza alla fessurazione quando sono ripiegati. Sono pertanto idonei a essere utilizzati per tetti retrattili. Presentano, anche, buona resistenza alla sporcizia. D'altra parte non sono indicati quando l'esposizione ai raggi UV è molto intensa o quando si è in presenza di forti variazioni della temperatura esterna.
L'altro grande gruppo di materiali rivestiti, i tessuti di fibre di vetro con PTFE, è caratterizzato da ottima durabilità e da incombustibilità. Inoltre, il basso coefficiente di adesione conferisce loro una superficie autopulente.
Un nuovo sviluppo dei tessuti in vetro prevede che il tessuto non sia spalmato con il polimero: su ambedue le facce è posto un film trasparente di PTFE. Il vantaggio risiede nell'aumento del grado di traslucidità (fino al 50%).
Le membrane tessute in vetro con PTFE e quelle poliesteri con PVC sono alternative le une alle altre in termini di resistenza meccanica. Le prime sono più costose. Il mediocre comportamento alle piegature e la maggiore tendenza all'abrasione del tessuto vetro - PTFE, rispetto al poliestere - PVC, richiede maggiore attenzione nella fabbricazione, nell'installazione e nella "vita" in genere di questo tipo di materiale.
Minore utilizzo hanno i tessuti in vetro spalmati con silicone poiché sono inadatti all'utilizzo esterno in quanto facilmente macchiabili.

Laminati

Le lamine, in genere, sono di ETFE, THV' e PVC. Questi laminati sono estrusi e calandrati allo scopo di realizzare materiali con spessore costante. In questo modo si assicura anche uniformità di trasparenza. In alternativa i film soffiati, cioè prodotti mediante taglio lungo una generatrice del polimero gonfiato come un palloncino, sono idonei per costruzione di serre in agricoltura, non raggiungendo mai un alto livello qualitativo.
I migliori risultati si ottengono con i laminati a base di fluoropolimeri, quali 1'ETFE. Questi sono utilizzati anche in due o più strati nelle costruzioni pneumatiche (pressostrutture). Rispetto ad altri materiali polimerici trasparenti o al vetro essi offrono molti vantaggi:

  • basso peso specifico (meno di 1 kg/m1);
  • riciclabilità completa;
  • alta traslucidità ai raggi UV;
  • autopulizia.
Possono essere prodotte membrane microperforate in ETFE con buone proprietà acustiche in termini di assorbimento dei suoni.
I laminati in THV, polimero questo simile all'ETFE, sono molto meno utilizzati. Infatti, pur essendo trasparenti, elastici e di facile lavorazione. sono meno resistenti allo strappo rispetto ai laminati ETFE.
I laminati in PVC sono idonei per uso interno e per piccole campate. come per esempio nelle fiere per gli stand. La loro bassa resistenza li rende inadatti all'utilizzo esterno per applicazioni permanenti. Presentano. inoltre, un notevole scorrimento viscoso (creep). La resistenza allo strappo dipende dalla temperatura di esercizio. In questi ultimi tempi, per motivi estetici, si sono diffuse lamine in reti di acciaio inossidabile.

Giunture

Dopo il taglio dei teli o dei laminati, che può essere manuale o con macchine, le superfici sono unite per cucitura, per saldatura (ad alta frequenza o termica) o con adesivi. Oggi sono in commercio macchine computerizzate in grado di cucire e saldare.

Caratteristiche

Luce

La luce massima dipende, da una parte, dai calcoli strutturali della membrana e questi valori dipendono dal raggio di curvatura, dal vento e dal peso della neve. D'altra parte, le caratteristiche meccaniche del materiale rappresentano un fattore limitante. Alla luce di quanto sopra esposto non possono essere assegnati valori esatti. In linea di massima, si va da 1,5 m per una membrana a singolo strato, sino a 50 m per speciali membrane composte di tessuti spalmati.

Resistenza alla trazione

Si determina misurando il punto di rottura di una striscia di membrana di 5 x 20 cm. I valori sono espressi in kN/5 cm. La resistenza delle membrane varia da 0,2 kN/5 cm (laminati leggeri) a 10 kN/5 cm, nel caso dei tessuti spalmati.

Resistenza allo strappo

Si determina la resistenza offerta allo strappo da un campione di membrana quadrato o trapezoidale in accordo con le norme DIN 53356 oppure DIN 53363.

Durabilità

Le membrane utilizzate per uso esterno, sia in laminati sia in tessuti spalmati, devono essere resistenti ai raggi UV e all'esposizione all'atmosfera. Nelle membrane semoventi il fattore limitante è la resistenza al logoramento meccanico e la suscettibilità del materiale ai piegamenti.
Materiali che non contengono plasticizzanti e sono costituiti solo da fluoropolimeri, come i tessuti in vetro spalmati con PTFE o laminati di ETFE, non mostrano segni di deterioramento apprezzabile, in seguito all'esposizione al sole e all'atmosfera, anche dopo 25 anni di utilizzo.
I tessuti in poliesteri spalmati con PVC hanno, invece, una vita più breve: tra 15 e 25 anni. Tali membrane offrono, d'altra parte, alta sicurezza contro il pericolo d'incendio, per il lento collasso della membrana alle alte temperature.
Nel caso di utilizzo interno, per tutti i materiali si prevede una vita più lunga.

Infiammabilità

In genere è richiesta bassa infiammabilità corrispondente alla classe B 1 DIN 4102. Molti materiali sono non combustibili, hanno cioè classe A2 DIN 4102.

Effetto autopulente

La resistenza delle membrane alla sporcizia è un fattore importante sia per l'estetica sia per i costi di pulizia. Grazie alla loro struttura molecolare e alle caratteristiche delle superfici, i fluoropolimeri sono superiori a tutti gli altri materiali.

Colore

Le membrane costituite da tessuti poliesteri spalmati con PVC offrono la più ampia varietà di colori. Invece, nel caso dei tessuti in vetro spalmati con PTFE è possibile l'utilizzo di pochi colori poiché, per l'elevata temperatura raggiunta in fase di produzione, per questi materiali si devono adoperare solo pigmenti resistenti al calore.

Trasmissione luminosa

Si tratta di una caratteristica importante delle membrane. Il passaggio della luce può influenzare il risultato finale della struttura. Altrettanto interessante è la possibilità di utilizzare membrane che non lascino passare la luce: questo consente di effettuare all'interno delle strutture allestimenti particolari per manifestazioni quali rappresentazioni teatrali, convegni o riunioni.

Acustica

Il comportamento acustico dipende oltre che dalla forma anche dalla struttura del materiale. Lamine leggere microperforate raggiungono eccellenti valori di assorbanza. Quando è richiesto un elevato isolamento acustico, è necessario disporre diversi strati di membrane a opportuna distanza tra loro.

Isolamento termico

È chiaro che, nonostante la bassa conduttività termica delle materie plastiche, materiali con spessori di 0,2-1,5 mm, non possono offrire un buon isolamento termico. La soluzione è nel disporre un doppio strato con isolante interposto che ne aumenta la resistenza, anche se si riduce al contempo la capacità d'illuminazione naturale. Alternativa, è avere più membrane separate da strati di aria.

Polimeri utilizzati

Fluoropolimeri

I polimeri fluorurati possiedono prestazioni straordinarie, compensate però dall'alto costo. La principale caratteristica di questi polimeri risiede nel fatto che gran parte dei legami chimici presenti è del tipo C-F (carboniofluoro), uno dei legami covalenti a più alta energia. Ne consegue che le molecole sono molto stabili, in grado di sopportare alti livelli di sollecitazione termica e aggressione chimica, più di quanto riescano altri polimeri.
Le caratteristiche delle membrane in fluoropolimeri possono essere così riassunte.

  • Bassa adesione. L'energia superficiale è molto bassa, quindi offrono eccellenti prestazioni contro il bagnamento e l'adesione di sostanze estranee (per esempio sporcizia).
  • Resistenza ambientale. Sono trasparenti ai raggi UV, resistenti all'ossidazione e mantengono le loro proprietà anche a temperature molto al disotto di 0°C. Inoltre, sono resistenti all'attacco di microrganismi e non biodegradabili.
  • Trasmissione della luce. Possiedono elevati valori di trasmissione della luce e un indice di rifrazione basso.
  • Resistenza al degrado. Resistono agli aggressivi chimici in un ampio intervallo di temperatura.
  • Resistenza al calore. Alcuni polimeri fluorurati resistono a una temperatura di servizio superiore a 200 °C. - Resistenza al fuoco.
  • Resistenza all'usura. Basso coefficiente di attrito e quindi bassa abrasione.
La gamma dei polimeri fluorurati è assai diversificata. Il più noto è il politetrafluoroetilene (PTFE) indicato con le denominazioni commerciali più conosciute di Teflon, Fluon, Algoflon. Altri materiali della serie, di ampio uso, sono il copolimero etilene tetrafluoroetilene (ETFE), che però è dotato di caratteristiche di resistenza termica e chimica un po' inferiori. e il THV un polimero di tetrafluoroetilene, ex afluoropropilene e vinili-denfluoruro, dotato di ottima resistenza chimica e stabilità ai raggi UV.

PVC

I polivinili costituiscono una classe di composti, a basso costo, ottenuti dalla polimerizzazione di molecole contenenti il radicale vinile. Il PVC, essendo piuttosto rigido, può essere usato per un numero esiguo di applicazioni se al materiale di base non sono aggiunte sostanze che lo rendano processabile e convertibile in prodotti finiti. In genere, il PVC è addizionato di stabilizzanti, lubrificanti, plastificanti ecc. Gli stabilizzanti sono indispensabili per evitare la degradazione del polimero durante la lavorazione o allorché è esposto all'aria. I lubrificanti sono aggiunti per facilitare la trasformazione del polimero e per ridurre l'attrito durante la lavorazione (calandratura, estrusione). I plastificanti sono aggiunti per rendere il materiale più flessibile.

Poliestere

Il poliestere ha catene principali d'idrocarburi contenenti legami esteri, da cui il nome. I gruppi esteri nella catena polimerica del poliestere sono polari, l'atomo di ossigeno carbonilico ha una carica in un certo senso negativa e il carbonio ha una carica in un certo senso positiva. Le cariche positive e negative dei diversi gruppi esteri si attraggono l'una con l'altra. Questo permette ai gruppi esteri delle catene vicine di allinearsi una con l'altra in materiali cristallini. I maggiori utilizzi di queste resine richiedono che la struttura molecolare del materiale sia orientata. L'orientamento (stiro) incrementa la resistenza a trazione e riduce la permeabilità ai gas e la trasmissione di vapor acqueo.
I poliesteri più comuni sono le resine polietilentereftaliche conosciute con i nomi commerciali di Dracon, Terital. Una particolare famiglia di poliesteri sono i policarbonati, materiali trasparenti utilizzati per realizzare laminati leggeri o vetri infrangibili.
 
Il Legno PDF Stampa E-mail
Scritto da gruppo tellus   
Martedì 20 Ottobre 2009 11:04

Il legno

Il legno è sempre stato considerato un materiale deperibile con una serie di difetti (nodi, malformazioni) che rendono aleatoria una stima delle sue proprietà meccaniche; queste ultime sono influenzate dalle condizioni climatiche, in particolare dall'umidità dell'ambiente circostante. Il legno, inoltre, è un materiale anisotropo, giacché la resistenza e il modulo elastico variano a seconda che gli sforzi siano applicati parallelamente alla direzione della fibratura o in altre direzioni; è soggetto agli attacchi dei microrganismi (funghi e insetti) che possono ridurre la resistenza meccanica.

Queste perplessità, però, sono state superate da qualche tempo. Infatti, a tutti questi inconvenienti ha posto rimedio l'introduzione di norme nazionali ed europee che assegnano al legno classi di resistenza. Il costruttore, così come fa con il calcestruzzo, può utilizzare materiali a resistenza caratteristica nota.

Un'accurata esecuzione delle strutture che eviti ristagni di acqua, un trattamento preventivo del legno con sostanze efficaci nei confronti di insetti e funghi, e un minimo di manutenzione sono sufficienti ad assicurare una buona difesa contro queste insidie. Per quanto attiene l'infiammabilità, una impregnazione con ritardanti e l'applicazione alle pareti di intonaci ignifughi riduce a limiti accettabili i rischi.

Il legno presenta molti vantaggi in fase costruttiva. Esso si presta molto bene alla produzione di elementi prefabbricati facilmente trasportabili e assemblabili. Il legno lamellare, grazie alla sua resistenza meccanica, permette di ottenere elementi strutturali di notevoli dimension

i.

Il legno, infine, è in grado di soddisfare esigenze ecologiste. Infatti, gli alberi, in genere, provengono da foreste razionalmente strutturate con piani di rimboschimento.

Fonti

La fonte di approvvigionamento del legno è costituita dagli alberi. I principali tipi di alberi sono costituiti dalle conifere e dalle latifoglie. I legni ricavati dalle conifere sono definiti dolci, mentre quelli ricavati dalle latifoglie sono definiti duri. La classificazione in legni dolci e duri è tradizionale e spesso non ha riscontro con la realtà: esistono, infatti, alcune latifoglie (pioppo e balsa) i cui legni sono molto più teneri (dolci) di quelli di alcune conifere (tasso e pitch-pine).
Tra i legni frequenti alle nostre latitudini, si utilizza la quercia (chiamata anche rovere), l'abete, il pino, il larice, il faggio, il noce e il castagno.
Tra le specie esotiche, di notevole importanza sono il mogano, l'ebano e il teak.

Struttura del legno

Se si osserva la sezione trasversale di un albero, si vede al centro, più o meno sviluppato, il midollo formato da un tessuto spugnoso circondato da una massa più o meno compatta e omogenea. Questa massa è formata da tanti anelli concentrici, corrispondenti agli strati aggiuntisi annualmente durante la vita della pianta. Essi sono di spessore variabile nelle diverse specie e secondo le condizioni di vita della pianta stessa. Poiché l'accrescimento della pianta avviene verso l'esterno, la parte interna, verso il midollo, finisce per morire. Questa parte che diviene dura, compatta e più scura prende il nome di durame o massello, mentre la parte esterna più leggera e più chiara è detta alburno.
La distribuzione fra durame e alburno mentre è netta in alcune piante (pino, larice, castagno) non lo è in maniera altrettanto netta nel pioppo e nell'abete perché col tempo gli strati annuali subiscono piccole variazioni. La larghezza degli anelli dipende dalla specie legnosa, dalle condizioni climatiche del luogo ove è cresciuta la pianta ecc. Il numero totale degli anelli corrisponde all'età della pianta.
In una sezione tangenziale di un tronco di legno si distinguono le fibre, filamenti sottili, più o meno lunghi, disposti parallelamente alla lunghezza del tronco e i vasi o tubi, canali continui, sottili, anch'essi paralleli alla lunghezza del tronco. I vasi rappresentano i condotti nei quali circolano i liquidi, mentre le fibre, dalle pareti più spesse, costituiscono i tes¬suti resistenti che conferiscono al legno elasticità.
Il rapporto fra vasi e fibre varia da una specie legnosa all'alta; nei legni più duri e più compatti abbondano le fibre mentre in quelli porosi e teneri i vasi.
In una sezione radiale sono visibili i raggi midollari, un insieme nastriforme di cellule che s'irradiano dal midollo come i raggi di una ruota. La loro funzione è di immagazzinare sostanze nutritive e convogliarle orizzontalmente all'interno della pianta. Per la minore aderenza che essi offrono con i tessuti circostanti, sono punti di debolezza. Il legno ha tendenza a fessurarsi proprio in corrispondenza a tali raggi.
Il legno è costituito essenzialmente di cellulosa, di lignina e di vari composti fra cui tannini, resine, oli essenziali. La cellulosa è un polimero naturale formato dall'unione di migliaia di molecole di glucosio, unite con legami primari. Perciò la resistenza meccanica di queste catene risulta elevata. Queste molecole di cellulosa, che costituiscono il 40-60% del legno, formano cavità tubolari che consentono il passaggio delle soluzioni nutritive e dell'acqua. Tali strutture sono tenute insieme dalla lignina - anch'essa un polimero - presente in quantità intorno al 25%.
Il legno, poiché è formato da aggregati di cellule orientate lungo l'asse dell'albero e da altri gruppi di cellule orientate radialmente, è un materiale anisotropo. La maggior parte delle sue caratteristiche fisiche è diversa nelle tre direzioni strutturali: longitudinale, radiale e tangenziale.
Il contenuto di acqua è elevato. La quantità di acqua, presente nei diversi legni appena abbattuti, varia con il tipo di legno, con le condizioni nelle quali gli alberi crescono e con la stagione di abbattimento. Di solito è fra il 30 e il 70% (riferita al secco). Quando il legno è posto in ambienti asciutti e ventilati, specialmente nella stagione estiva, il tasso di umidità scende al disotto di questo valore, ma può aumentare di nuovo seguendo le condizioni igrometriche dell'ambiente. L'acqua contenuta nel legno fresco in parte si trova nell'interno delle cavità cellulari ed è detta "acqua libera". Essa è la prima ad essere eliminata con la stagionatura e l'essiccamento. Vi è, inoltre, "1'acqua d'imbibizione" delle pareti cellulari, il cui tasso può raggiungere il 25-30%. Quest'acqua è eliminata più lentamente. Essa può essere riassorbita e determina le caratteristiche di igro¬scopicità del legno.
La variazione della quantità di acqua libera non comporta variazioni nelle dimensioni del legno. Invece, le variazioni dell'acqua di imbibizione provocano contrazioni o rigonfiamento. La contrazione lineare in senso longitudinale è piccola, a causa dell'orientamento longitudinale della maggior parte degli elementi cellulari del legno.
L'acqua influenza le caratteristiche tecnologiche del legno giacché la sua eliminazione provoca ritiri ai quali possono accompagnarsi deformazioni, spaccature ecc. Poiché la distribuzione delle umidità in un legno è diversa da punto a punto, anche la sua diminuzione non avviene in ma¬niera uguale nelle varie zone del tronco e, quindi, se non eseguita con particolari accorgimenti, provoca deformazioni, fessurazioni, contorcimenti dei tronchi o dei prodotti da essi ritagliati.
Per evitare che tali deformazioni o fessurazioni si presentino in un legno già messo in opera, occorre che esso sia preventivamente stagionato. in pratica sottoposto a essiccazione. Con ciò si ottiene anche un miglioramento delle proprietà meccaniche. L'essiccazione non deve mirare alla completa eliminazione dell'acqua, perché un legno totalmente essiccato, esposto poi all'aria, assorbe dall'atmosfera nuovamente umidità, in quantità di solito pari a 10-12 % circa, che è il tenore di umidità in equilibrio con quella dell'ambiente. Il legno che si trova in queste condizioni viene anche definito secco commerciale.
La velocità con la quale un pezzo di legno essicca dipende da diversi fattori: temperatura e umidità relativa dell'ambiente, velocità di circolazione dell'aria, tenore di umidità del legno da essiccare e infine dal tipo di legno e dal suo spessore.
In pratica, il tenore di umidità posseduto da un legno in opera, in equilibrio con l'ambiente circostante, varia con le condizioni di questo.

Proprietà

Le principali caratteristiche che determinano il valore dei legnami sono elencate di seguito.

Massa volumica

È una caratteristica importante perché è in relazione con le proprietà meccaniche. Un'elevata massa volumica apparente è indice di un minore numero di cavità cellulari, di vuoti ecc. cioè di un aumento della quantità di sostanza legnosa e, quindi, comporta un aumento delle caratteristiche meccaniche. Mentre la massa volumica assoluta della sostanza legnosa è dell'ordine di 1,50-1,55, quella apparente è sempre minore di 1. Il suo valore dipende dal contenuto di umidità del legno. Per questo motivo i valori sono riferiti al secco commerciale.
Si dicono leggeri i legni con massa volumica apparente inferiore a 0,60, abbastanza pesanti quelli con valore compreso fra 0,60 e 0,80, pesanti quelli con massa volumica fra 0,80 e 0,95 e pesantissimi quelli con valore superiore a 0,95.

Comportamento al riscaldamento

Il legno secco, come gli altri materiali solidi, se riscaldato, subisce una dilatazione. Il coefficiente di dilatazione ha valore diverso a seconda se misurato parallelamente oppure no all'orientazione delle fibre. Nella direzione perpendicolare alle fibre, cioè lungo i raggi midollari, i valori sono maggiori di quelli che si riscontrano nella direzione parallela a esse. Le fibre, non essendo tenute insieme tra loro da legami atomici primari, risentono maggiormente l'azione del calore e sono allontanate le une dalle altre. I valori del coefficiente di dilatazione sono inferiori a quelli degli altri materiali strutturali: occorre però tenere presente che questa stabilità dimensionale è in gran parte annullata dalle variazioni di umidità. Se la temperatura muta di 50-70 °C l'effetto che si produce sulla variazione dimensionali è pari a quella prodotta dall'1% circa del tenore di umidità.
L'allentamento, sotto l'azione del calore, delle forze di coesione fra le fibre, conferisce al legno plasticità. Questa è sfruttata nella piegatura. I pezzi di legno da curvare sono immersi in acqua calda (70-80 °C) per parecchie ore, in modo tale che tutte le parti raggiungano la stessa temperatura. Sono sottoposti in seguito a curvatura e quindi essiccati. Per abbreviare i tempi di lavorazione, il riscaldamento si può effettuare in autoclave con vapore sotto pressione (120-140 °C).

Durezza

La durezza è un criterio di classificazione dei legni. Essi si possono suddividere in:

  • tenerissimi: abete, pioppo, betulla
    • teneri: larice, pino
  • semiduri: castagno, platano
  • duri: acero, quercia, noce, faggio
  • durissimi: guaiaco
Con la durezza varia la facilità di lavorazione e spesso la resistenza all'usura. Questa caratteristica è importante per i legni usati nella preparazione di liste o blocchetti per pavimentazioni.
La durezza si misura in base alla resistenza opposta dalle zone superfi¬ciali del legno all'azione di un penetratore, sotto carico standard. La durezza è maggiore nella parte centrale del tronco rispetto a quella periferica ed è legata al tenore di umidità.

Resistenza meccanica

La resistenza a compressione dipende dal tipo di legno, dalla massa volumica, dal tenore di umidità. Mediamente, un aumento dell' 1% di umidità comporta una perdita di circa il 4-5% della resistenza a compressione.
La resistenza è diversa se determinata parallelamente o trasversalmente alla direzione delle fibre. Analogamente alla resistenza a compressione anche quella a trazione, a flessione e al taglio presentano una dipendenza analoga dall'orientamento delle fibre e dal grado di umidità. La resistenza a trazione del legno nel senso della lunghezza delle fibre è elevata mentre notevolmente più bassa è quella nel senso normale a esse.
Le proprietà meccaniche variano con la temperatura: diminuiscono al crescere di questa ad eccezione della resilienza che aumenta al crescere della temperatura, almeno per legni con tenori piuttosto elevati di umidità.
I valori di resistenza del legno che si ricavano dalle determinazioni sperimentali hanno un ampio spettro di variazione e, pertanto, non sono molto indicativi. Come per il calcestruzzo, anche per il legno è stato introdotto il concetto di resistenza caratteristica.

Modulo elastico

I moduli elastici del legno sono influenzati negativamente dal contenuto di umidità e dalla temperatura, mentre crescono all'aumentare della massa volumica.
L'umidità deprime i valori dei moduli elastici. Questi si mantengono costanti fino a un contenuto di acqua del 7 = 8%. Al di sopra di questi valori, essi diminuiscono all'aumentare della percentuale di acqua fino a raggiungere un valore minimo, per un contenuto di umidità pari a circa il 30%. Anche la presenza di nodi e di lesioni, dovute ad attacchi da parte di microrganismi, deprime i valori delle costanti elastiche.

Comportamento viscoelastico

Il legno mostra un comportamento viscoelastico. Ciò comporta due conseguenze. La prima è quella del lento e solo parziale recupero della deformazione del materiale sottoposto a un carico continuo; la seconda è che le resistenze meccaniche del legno dipendono dalla durata del carico. I fattori ambientali giocano poi un importante ruolo: il valore della deformazione totale, così come la velocità della deformazione, aumenta all'aumentare della temperatura e del contenuto di umidità.

Caratteristiche intrinseche

  • Importante è la fibra, in base alla quale si hanno legnami a fibra grossa o corta e fina. I primi (quercia, olmo) nella rottura si scheggiano, i secondi (faggio) invece non si scheggiano.
  • Il volume e la regolarità del tronco, elemento questo che ha molta importanza per i legnami da costruzione.

Difetti

Il legno può presentare vari difetti che ne riducono la resistenza. I principali, raggruppati secondo la causa di origine, sono elencati di seguito.

  • Difetti dovuti ad agenti atmosferici (vento e gelo). Provocano sfaldature interne dovute alla precoce morte di gruppi di tessuto
    • .
  • Difetti dovuti ad agenti patogeni (funghi e insetti). I funghi provocano il disfacimento di gruppi di cellule, mentre gli insetti scavano "gallerie" all'interno della massa legnosa, intaccandone la resistenza.
  • Difetti dovuti ai rami. I rami, aventi un andamento diverso dell'asse principale del fusto, presentano gruppi di tessuti diversamente orientati. Si creano i nodi, particolarmente dannosi, che provocano distorsioni del legno in opera. I nodi possono, in alcuni casi, costituire un pregio. Il diverso e irregolare andamento di alcuni gruppi di tessuti forma suggestivi disegni ampiamente sfruttati a scopo decorativo.
  • Difetti insiti nella crescita. In conseguenza del distacco di anelli annuali dai contigui, si generano screpolature circolari, dette cipollature.
  • Difetti dovuti a una cattiva stagionatura. Le tavole possono imbarcarsi, curvarsi o svergolarsi.

Classificazione e usi

Per quanto attiene i legnami utilizzati in edilizia, essi sono classificati secondo gli usi.

Legni duri

  • Legno di quercia. È di lunga durata e si trova in commercio in grandi dimensioni per la rilevante mole dell'albero dal quale si ottiene. Si adopera in ambienti umidi. Presenta ritiri marcati. Si utilizza per pali e travi.
  • Legno di castagno. Può sostituire il legno di quercia in ambienti umidi. Si tarla facilmente. Leggero, abbastanza elastico.
  • Legno di olmo. È incorruttibile nell'acqua.
  • Legno di noce. È poco usato in lavorazioni di carpenteria, mentre è assai diffuso in lavori di ebanisteria e di falegnameria.
  • Legno di faggio e frassino. Essendo legnami che si alterano facilmente se esposti all'azione degli agenti atmosferici, sono poco usati in carpenteria. Sono invece utilizzati per scale e per rivestimenti di interni. Si presta ad essere facilmente curvato.

    • Legni resinosi

  • Legno di abete bianco. Ha basso prezzo e lunga durata; se adoperato in luoghi asciutti è assai resistente. È molto utilizzato nelle costruzioni, sia sotto forma di travature sia nella fabbricazione di pannelli.
  • Legno di abete rosso. Apparentemente simile al precedente, è però meno pregiato poiché presenta un accrescimento più irregolare, con conseguente riduzione delle caratteristiche meccaniche, maggior cipollatura e minore durabilità.
  • Legno di larice. Le caratteristiche essenziali sono la durevolezza, le buone caratteristiche meccaniche e il suo aspetto particolarmente gradevole. Per questo è di largo uso. La sua durata supera quella dell'abete. È utilizzato nelle costruzioni sotto forma di grosse travi e tavole. È adatto per serramenti di finestre. Sotto forma di tavolette è utilizzato per coperture di tetti: il calore solare fa essudare la resina che così ricopre le tavolette di una patina protettrice. Varianti esotiche si hanno nei larici rossi americani, detti pith-pine, che presentano alta resistenza meccanica, scarsa nodosità e ottima durabilità a causa dell'elevato contenuto di resine che lo rendono anche inattaccabile da parte dei tarli.
  • Legno di pino. Come tutti i resinosi e di alto fusto è assai impiegato nelle costruzioni. Utilizzato per segati da falegnameria e infissi, è meno apprezzato in campo strutturale, data l'elevata nodosità, la frequente presenza di tasche di resina e fibratura deviata. Ha caratteristiche variabili a seconda che si ricavi al Nord (pino silvestre) e allora è molto resistente, o in latitudini medie (pino calabrese) e allora è molto adatto per resistere in luoghi asciutti o (pino marittimo) adatto in vicinanza del mare.
    • Legno di cipresso. Adattissimo per le costruzioni essendo molto duro e compatto. Però è di lento sviluppo e, pertanto, la sua disponibilità è scarsa.
  • Legno di eucalipto. È pregevole quanto la quercia ed essendo duro e tenace è adatto a essere utilizzato in edilizia. Tuttavia è facilmente tarlabile.

    • Legni bianchi teneri

  • Legno di pioppo. Idoneo per lavori di falegnameria e sotto forma di tavole per cassoni. Tenero, è facile da sfibrare.
  • Legno di ippocastano. Per le sue grandi dimensioni è usato per ossature di volte.
  • Legno di betulla. Ha il pregio di avere grande elasticità. È adatto per la costruzione di tramezzi e ossature di tetti.
  • Legno di ontano. È ricercato per impiego in costruzioni in presenza di acqua o di elevata umidità.

    • Legni fini

    • Legno di pero, melo, ciliegio, sambuco, mogano, ebano, palissandro, teak. Sono legnami di pregio per bellezza del tessuto e finezza di fibre. ma non sono utilizzabili in edilizia perché hanno dimensioni modeste.

    Colore

    Il colore del legno varia da specie a specie di pianta. Inoltre, nella stessa specie, è soggetto all'influenza degli agenti atmosferici, dell'ambiente. dell'età della pianta ed è diverso nell'alburno e nel massello.

    Durabilità

    Il legno può mantenere, in condizioni ambientali favorevoli, le sue caratteristiche meccaniche ed estetiche per molto tempo. Se esposto alle intemperie e non opportunamente protetto, la sua colorazione si altera fino ad assumere un colore grigiastro. L'applicazione di uno strato protettivo (vernici, pitture) aumenta la resistenza nei confronti dell'ambiente circostante, ma non lo impermeabilizza completamente. Pitture e vernici possono in ogni modo essere veicoli di sostanze capaci di difendere il legno dalle aggressioni di organismi viventi.
    I principali nemici del legno sono i funghi e alcuni tipi di insetti che, nutrendosi di cellulosa, portano a un disfacimento della struttura del materiale. A parità di condizioni, le varie specie arboree presentano una differente sensibilità a queste aggressioni.
    I funghi si sviluppano solamente in particolari condizioni, cioè quando il contenuto di acqua nel legno si aggira intorno al 20% e le temperature tra 15 e 20 °C. Di conseguenza, le travi nelle costruzioni sono di solito attaccate nella zona incastrata nella muratura, dove più è facile il contatto con l'umidità. Contro i funghi, come pure contro gli insetti, l'unica difesa è il trattamento preventivo con apposite sostanze. Le sostanze impregnanti capaci di difendere il legno dagli attacchi degli organismi viventi si possono dividere in due categorie. La prima è costituita da creosoto, pentaclorofenolo, composti metallorganici solubilizzati in veicoli oleosi; la seconda è costituita da soluzioni acquose contenenti sali di cromo, zinco, arsenico. Questi agenti protettivi possono essere applicati sotto pressione in autoclave. Un trattamento simile assicura una difesa completa del manufatto, ma è costoso e difficilmente effettuabile su oggetti di grosse dimensioni, per cui i preservanti vengono molto spesso applicati mediante pennellatura, spruzzo o aggiunti alle vernici e alle colle, ottenendo, naturalmente, una protezione solo parziale.
    Il legno è infiammabile. A temperature superiori ai 200 °C cominciano a innescarsi processi di combustione. Si forma sul legno uno strato di materiale carbonizzato, mentre la pirolisi libera gas. L'alta coibenza del legno abbassa di molto la temperatura immediatamente dietro il fronte di combustione, per cui strutture non completamente combuste possono mantenere buone caratteristiche meccaniche dopo la cessazione dell'incendio. Il legno può essere trattato con sostanze ignifughe o in ogni caso capaci di ridurre la velocità del processo di combustione. Questo trattamento è imposto da norme di legge nel caso di pavimenti di corridoi, di pareti interne di sale di riunione ecc.
    Le sostanze ignifughe sono sali solubili in acqua (fosfati di ammonio, cloruro di zinco, acido borico, tetraborato di sodio) e possono essere applicate mediante impregnazione sotto vuoto. Questo trattamento diminuisce la resistenza meccanica del legno intorno al 10%.

    Lavorazione del legno

    È preferibile procedere all'abbattimento delle piante nel periodo invernale perché, essendo latente ogni vita vegetativa, fusto e rami sono meno umidi e contengono una minore quantità di succhi, suscettibili di alterazioni. Quindi, i legni sono di più facile conservabilità.
    I tronchi di albero, liberati dai rami, possono essere sottoposti a una squadratura grossolana, a mano coll'ascia (squadratura mercantile) o possono essere lavorati più accuratamente ritagliandoli con la sega, per ottenere legname squadrato, a spigoli viti.
    Poiché nella corteccia molti insetti depongono le proprie uova o creano il proprio nido, la parte più esterna va scartata perché sede di alterazioni che possono poi propagarsi anche alle altre zone.
    Per molti usi i tronchi vanno poi ridotti in tavole. Ciò si realizza con seghe meccaniche. I vari legni sono posti in commercio suddivisi in caegorie in funzione della presenza di difetti. Il legname di la categoria è quello sano, privo di alterazioni prodotte da microrganismi, privo o quasi di nodi, con fibre ad andamento regolare. Quelli di 2a e 3a comprendono legni nei quali è tollerato un numero di difetti crescente e di entità via via maggiore.

    Semilavorati derivati dal legno

    Per ridurre gli effetti della anisotropia e della eterogeneità delle proprietà fisiche e meccaniche del legno, derivante dalla struttura e distribuzione delle fibre, e per valorizzare non solo le parti migliori dei fusti ma anche gli scarti o i sottoprodotti delle diverse lavorazioni si sono sviluppati vari tipi di prodotti.
    Si possono ottenere elementi strutturali mediante il legno lamellare e pannelli economici e di grandi dimensioni possono essere prodotti mediante l'incollaggio di fibre di legno.

    Legno lamellare

    Questa tecnologia consiste nella sovrapposizione di tavole (o lamelle) di modesto spessore (circa 30 mm), che sono disposte secondo la direzione parallela delle fibre, giuntate di testa, disposte a pacchi e tra loro incollate a formare travi o elementi strutturali compositi con dimensioni, sezione e caratteristiche geometriche svincolate dalla geometria iniziale del tronco. Utilizzando particolari presse è possibile ottenere elementi strutturali di qualsiasi forma, con i quali creare grandi coperture, anche impiegando pezzi di lunghezza contenuta, trasportabili e assemblabili con facilità. La possibilità di coprire luci notevoli permette di utilizzare il legno in un campo prima destinato solo all'acciaio e al calcestruzzo armato: il legno lamellare consente di ottenere luci ampie con pesi assai contenuti avendo un rapporto tra peso e resistenza meccanica molto favorevole.
    Ciò che differenzia il legno massiccio dal legno lamellare è la notevole diminuzione della dispersione della resistenza meccanica, dovuta all'omogeneità del legno lamellare rispetto al legno massiccio. Inoltre, la resistenza meccanica del lamellare è superiore a quella del legno massiccio da cui proviene, grazie alla scelta delle tavole, alle eliminazioni dei difetti e all'uso di collanti sintetici a elevata resistenza e durabilità.
    Il legno lamellare è ancora legno e di questo mantiene tutti i pregi, ma è anche un prodotto industriale che supera i difetti propri del legno massello.
    Le principali caratteristiche delle strutture di legno lamellare si possono riassumere nel modo seguente.

    • Leggerezza: la sua massa volumica apparente è intorno a 500 kg/m3. Se comparato alle strutture in calcestruzzo (2000-2500 kg/m3) o alle strutture di acciaio (7800 kg/m3) si nota una considerevole differenza che si traduce in ricadute positive, specie per le strutture di notevole luce.
    • Economicità: il legno lamellare consente un risparmio per la costruzione delle strutture di base (fondazioni, pilastri).
    • Resistenza agli agenti atmosferici: alta capacità di resistere agli agenti chimici aggressivi. Il legno è uno tra i materiali più duraturi e meno attaccabili dagli inquinanti presenti nell'atmosfera.
    • Resistenza meccanica: il legno lamellare presenta un ottimo comportamento ai carichi e un'elevata capacità di assorbire gli urti.
    • Curvabile: durante l'incollaggio, le lamelle possono essere curvate con un raggio di curvatura minimo.
    • Materiale naturale e risorsa rinnovabile a basso contenuto di energia di produzione: la coltivazione della materia prima aiuta a ridurre l'effetto serra.
    • Resistenza al fuoco: l'utilizzo di vernici impregnanti e protettive, blocca almeno in parte la decomposizione del legno e ritarda il formarsi di gas nocivi.
    Le caratteristiche tecniche del prodotto finito dipendono dal materiale di base. Le lamelle sono ricavate da legni di conifere. In Europa si utilizza quasi esclusivamente l'abete rosso.
    Il legname in tavole è messo nelle celle di essiccazione e portato al grado di umidità necessario alla lavorazione. Dopo essiccazione, le lamelle sono lasciate stagionare per qualche giorno al fine di uniformare il tasso di umidità fra periferia e centro delle lamelle. Le tavole sono poi piallate. La piallatura consente di ottenere superfici lisce, requisito molto importante in fase di incollaggio. Questo tipo di operazione, insieme alla calibratura attraverso la quale si ottengono tavole di spessore costante, evita l'instaurarsi di tensioni che possono dare luogo alla formazione di cretti durante la pressatura. Per realizzare elementi strutturali di lunghezza maggiore della singola tavola sono necessari giunzioni di testa. Le giunzioni trasversali fra le varie lamelle sono effettuate con giunti detti a pettine o a dita, e sono sfalsate al fine di non indebolire una stessa sezione trasversale o una zona dell'elemento strutturale.
    Le colle e le operazioni di incollaggio costituiscono una fra le operazioni più importanti e delicate dal punto di vista operativo. La resistenza di adesione del collante deve essere almeno eguale alla resistenza del legno, in modo tale che i piani di incollaggio non siano piani preferenziali di rot¬tura. In genere, le colle più usate sono a base di resorcina-formaldeide, perché resistenti all'aggressione degli agenti atmosferici, in particolare in climi caldo-umidi.
    Per realizzare l'incollaggio fra le lamelle è necessario sottoporre l'elemento strutturale a una pressione il più possibile uniforme. Tale operazione si effettuata con apposite presse (martinetti). Le travi così realizzate restano sotto pressa per un periodo di 12 ore o più, secondo il tipo di colla, la temperatura e la forma della trave. E possibile ottenere durante la pres¬satura, con appositi stampi metallici, archi o costoloni curvi.
    Rimosse dalla pressa, il manufatto è fatto passare all'interno di una pialla fissa in modo da dare all'elemento lo spessore finito e rendere uniformi e lisce le superfici laterali. Sono poi eseguiti i fori e i tagli necessari per l'assemblaggio di elementi metallici.
    L'ultima operazione, in ordine di tempo, consiste nell'applicazione di prodotti impregnanti, sostanze con funzione di preservare il legno da insetti, funghi, umidità e contenenti eventualmente un pigmento.

    Compensati

    Sono lastre di legno, per lo più di spessore sottile, ottenute sfogliando un tronco in lamine sottili. Queste sono disposte le une sopra le altre, di solito in numero dispari, con le fibre a 90°. Fra un foglio e l'altro si interpone un collante e si pone sotto pressa.
    Nei pannelli di compensato, essendo costituiti da strati incollati di materiale a fibre incrociate, gli effetti del ritiro e le differenze, legate alla anisotropia strutturale del legno, si riducono compensandosi reciprocamente. I compensati possono sopportare curvature notevoli senza apprezzabile perdita delle caratteristiche meccaniche. Inoltre, con i compensati è possibile ottenere pannelli di dimensioni relativamente grandi con caratteristiche simili in tutti i punti.
    I vari strati occorrenti per formare i compensati si ricavano dai tronchi per tranciatura o per sfogliatura. La prima si applica per i legni più duri. Per gli spessori maggiori si opera con una lama tagliente che lavora come il ferro di una larga pialla. La sfogliatura si applica a legni teneri e consiste nel far ruotare il tronco sull'asse principale contro una lama appoggiata lungo una generatrice, ritagliando così, con continuità, un sottile foglio di legno (simile a un grande temperalapis).
    I compensati sono usati per le loro doti di leggerezza, stabilità dimensionale, economia. I tipi più ricorrenti sono quelli a tre strati con spessore totale di 3-4 mm. Sono fabbricati anche pannelli a molti fogli, dello spessore fino a 20 mm. Il numero degli strati è di solito dispari per potere avere su entrambe le facce esterne, che risultano da fogli ugualmente orientati, proprietà analoghe.
    Sui pannelli di compensato oltre a determinare umidità, massa volumica, resistenza a trazione, si esegue una prova di separazione forzata delle lamine per stabilirne la resistenza alla separazione e la prova di incurvamento che determina la flessibilità del compensato.

    Paniforte

    Il prodotto si ottiene utilizzando le parti di legno di minore pregio perché di piccole dimensioni, ritagliate sotto forma di tanti listelli. Questi sono poi incollati disponendoli con le fibre incrociate e racchiudendoli fra due fogli di compensato. Si ottengono lastre costruite a forma di sandwich anche di grandi dimensioni, di spessori fino a 50 mm senza giunti, con le fibre disposte in tutte le direzioni, e quindi poco sensibili al ritiro. Il paniforte non ha tendenza a deformarsi ed è in grado di sopportare variazioni anche forti e brusche di temperatura e umidità. Spesso i paniforti sono sostituiti con pannelli tamburati, formati da due fogli di compensato mantenuti a distanza di 2-4 cm da un traliccio di listelli isolati (in pratica non da un piano continuo di listelli) o da strisce disposte nelle diverse direzioni. Pur conservando gran parte dei pregi dei paniforti, sono più leggeri e più economici. Si producono anche tipi nei quali la faccia in vista di uno dei fogli di compensato è di legno più pregiato.

    Pannelli di fibre

    Di spessore modesto, risultano dall'essiccazione e dalla compressione a caldo di un feltro di fibre prodotte per sfibratura del legno o di altri materiali come per esempio i residuati della canna da zucchero.
    Il legno è sfibrato dopo soggiorno in acqua, a temperatura elevata, con procedimenti diversi. Le fibre poi, addizionate di collanti, impermeabilizzanti e coloranti, sono sagomate in fogli a formare feltri che, dopo essiccazione, sono posti sotto presse a piani riscaldati.
    In funzione delle condizioni di preparazione (pressione e temperatura raggiunta nella formatura del feltro) si distinguono diversi prodotti:

    • pannelli non compressi: porosi, isolanti di massa volumica di circa 250-400 kg/m3 e con spessori fra 5 e 20 mm destinati all'isolamento termoacustico;
    • pannelli compressi: secondo il grado di compressione si raggiungono masse volumiche variabili da 450 fino a 850 kg/ml; sono destinati a diversi impieghi nelle costruzioni prefabbricate e nell'arredamento;
    • pannelli agglomerati: sono costituiti da cascami e schegge di legni teneri compressi e agglomerati mediante aggiunta di polimeri termoindurenti che, sotto l'azione del calore, cementano fra loro le varie particelle; questi pannelli sono utilizzati come materiali isolanti o per lavori ove si richiedono materiali leggeri e resistenti.

    Laminati composti legno-metallo

    Rivestendo fogli di compensato con laminati metallici (acciaio, alluminio ecc.), dello spessore di 0,2-1 mm circa, fissati con un collante, si ottengono materiali compositi nei quali sono sfruttate le proprietà positive dei singoli componenti. Essi accoppiano leggerezza a elevate caratteristiche meccaniche. Nonostante il ridotto spessore del metallo, si ottengono lamiati dotati di rigidità e resistenza alla flessione paragonabili a quella di lamiere metalliche più spesse e quindi più pesanti. Si usano per pareti e pannelli.

    Legni impregnati di polimeri

    Se si imbeve un legno di un polimero termoindurente in uno stadio intermedio della sua formazione, per esempio quando è ancora solubile e poi si fa avvenire la reticolazione della resina, si otterrà alla fine un legno permeato di polimero termoindurente, insolubile, insensibile all'umidità, inalterabile. In pratica il legno acquista in parte le proprietà del polimero ed è caratterizzato da una notevole stabilità dimensionale. Inoltre esso ha maggiore durezza, elevata resistenza all'usura, inattaccabilità da parte di microrganismi. Si possono in questo modo valorizzare legni di qualità scadente.
    Ultimo aggiornamento Martedì 20 Ottobre 2009 11:08
     
    I Lapidei PDF Stampa E-mail
    Scritto da gruppo tellus   
    Venerdì 16 Ottobre 2009 10:54

    I lapidei

    Le pietre sono state impiegate come materiali da costruzione fin dai tempi antichi per le loro eccezionali qualità. Infatti, per resistenza, durabilità e varietà di aspetto e colorazione, esse potevano essere utilizzate sia per la costruzione di edifici sia per la preparazione di ornamenti. Oggi l'impiego della pietra per strutture primarie è stato quasi del tutto abbandonato perché antieconomico; sono utilizzate prevalentemente nelle opere di restauro. Inoltre, la pietra, grazie a moderne tecniche di taglio, che permettono di ottenere lastre sempre più sottili, è usata nell'edilizia per rivestimenti, con scopi protettivi e ornamentali.

    Le rocce

    Le pietre provengono dalle rocce. Per roccia s'intende qualsiasi materiale che costituisce la crosta terrestre. Da un punto di vista chimico le rocce sono miscele di più minerali e hanno composizione variabile e proprietà differenti. Le rocce sono, in genere, costituite da un numero limitato di specie minerali. In alcune ne è presente uno minerale.

    Classificazione delle rocce

    Le rocce possono essere classificate secondo vari criteri:

    • in base alle proprietà fisico-meccaniche: rocce coerenti, compatte, incoerenti, sciolte;
    • in base alla composizione: rocce monomineraliche, polimineraliche:
    • in base all'origine: rocce endogene ossia formatesi all'interno della Terra, rocce esogene cioè formatesi sulla superficie terrestre;
    • in base alla genesi: rocce magmatiche o ignee (di origine lavica); rocce sedimentarie(formatesi in seguito al deposito di materiali provenienti dalla degradazione di altre rocce e compattati da forti pressioni); rocce metamorfiche (dovute alla trasformazione di rocce magmatiche e sedimentarie in conseguenza di temperature e pressioni elevate).

    La classificazione commerciale, di seguito riportata, considera invece criteri diversi quali, per esempio, la lucidabilità, la lavorabilità ecc.

    • Graniti - rocce di natura silicatica, di elevata resistenza meccanica. Lucidabili (granito, diorite, gabbro, sienite; porfido).
    • Pietre - rocce compatte o porose. Non lucidabili (trachite, conglomerato, arenaria, argilla, tufo, calcare tenero, dolomia, quarzite).
    • Marmi - rocce compatte di natura carbonatica. Lucidabili (marmo, calcare compatto).
    • Tracertini - rocce ricche di cavità, compatte. Lucidabili (travertino).

    Caratteristiche delle rocce utilizzate in edilizia

    La maggioranza delle rocce che affiorano sulla superficie terrestre può fornire pietra da costruzione. Affinché una roccia possa fornire materiale di pregio, deve presentare alcune caratteristiche basilari.
    Il valore estetico di una roccia ornamentale è riconducibile al colore, alla tessitura (disegno) e alla grana del materiale.

    Il colore di una roccia deriva innanzi tutto dalla composizione mineralogica e dalla presenza di sostanze pigmentanti in forma diffusa o di pelicola che avvolge i singoli individui cristallini (rocce allocromatiche). Il colore può essere uniforme (rocce sedimentarie), punteggiato (rocce magmatiche), variegato (marmi) o plurimo (brecce). Il colore originale di un materiale lapideo utilizzato in esterno solo in rari casi è stabile nel tempo. Le fasi pigmentanti risentono, infatti, delle azioni che le solubilizzano, ossidano, idratano.

    Forma, dimensione, modi di aggregazione dei costituenti minerali determinano la tessitura e la struttura dei lapidei. La tessitura riguarda la disposizione dei componenti e la loro trama. La struttura è data dalla forma, dalle dimensioni e dai rapporti dei componenti. Le rocce devono essere compatte e in esse non devono essere presenti componenti argillosi. Inoltre, non devono essere ricche di componenti scitosi

    .

    Altri fattori da considerare sono la lavorabilità, la lucidabilità e la durabilità.
    Le pietre tenere (rocce sedimentarie porose, rocce prive di quarzo e silicati) sono spaccate, segate o perforate più rapidamente e con minori costi rispetto alle pietre dure (rocce magmatiche, rocce metamorfiche, rocce con quarzo e silicati).

    A causa delle diverse durezze dei minerali presenti la lucidabilità non è realizzabile come ad esempio per le arenarie. Al contrario, è ottenibile in rocce compatte e tessitura omogenea (rocce magmatiche, calcari compatti, marmi).

    La durabilità è in funzione dell'impiego cui una pietra è destinata. Una roccia resistente all'usura (roccia metamorfica scistosa) è adatta alle pavimentazioni. Una roccia resistente alla compressione (roccia magmatica) è adatta alla fabbricazione di colonne e pilastri. Una roccia resistente al deterioramento da parte degli agenti atmosferici e con caratteri cromatici stabili (rocce magmatiche, rocce sedimentarie compatte) è idonea all'impiego per rivestimenti in esterno.

    Requisiti

    Le caratteristiche più importanti da prendere in considerazione per utilizzare una pietra come materiale da costruzione sono elencate di seguito.

    Massa volumica apparente (o peso per unità di volume)

    Quando la pietra è utilizzata in funzione ornamentale, la conoscenza dei valori delle masse aggiunte è necessaria per un corretto calcolo della struttura. Una classificazione commerciale secondo questo parametro divide i materiali in 5 categorie.

    Porosità

    La porosità influenza le proprietà meccaniche e la capacità di assorbire liquidi e gas da parte del materiale, con conseguenze negative sulla durabilità. La determinazione della porosità è fondamentale per giudicare la resistenza meccanica effettiva dei manufatti, poiché le cavità possono diventare siti di innesco della frattura.

    Coefficiente d'imbibizione

    È il rapporto percentuale tra massa secca e massa dopo l'immersione in acqua. Indica quanto un materiale all'apparenza compatto, immerso in acqua, ne assorbe fino a saturazione. Fornisce indicazioni sulla compattezza e durevolezza in caso di contatto prolungato con acque meteoriche e terreni umidi.
    L'acqua e le sostanze in essa disciolte sono tra i principali fattori di degrado a causa d'interazioni chimiche (alterazione, corrosione ecc.) ed effetti meccanici, conseguenti, per esempio alla dilatazione dell'acqua che ghiaccia.

    Assorbimento capillare

    Rappresenta la capacità del materiale di assorbire acqua per capillarità.

    Permeabilità all'acqua

    È l'attitudine di una roccia a lasciarsi attraversare dall'acqua sotto un gradiente di pressione. Questa caratteristica non è solo funzione della porosità, ma richiede anche continuità fra i pori. Materiali come le pomici, con vuoti isolati, sono poco permeabili. Sono da considerare non permeabili le rocce come i graniti, le dioriti, le sieniti e le rocce sedimentarie e metamorfiche compatte.

    Permeabilità all'aria e ai gas

    Questa proprietà è in relazione alla porosità e ha importanza non trascurabile nell'utilizzo dei lapidei come rivestimento in edilizia. Infatti, da essa può dipendere il benessere e l'igienicità degli ambienti interni essendo il ricambio dell'aria umida interna con quella esterna il fattore condizionante. Tutte le rocce compatte sono impermeabili all'aria e ai gas. Per questo motivo quando sono impiegate per rivestimenti esterni si deve utilizzare la tecnologia delle pareti ventilate in cui lo strato di rivestimento è distanziato di alcuni centimetri dalla parete da ricoprire.

    Gelività

    La gelività è dipendente dalla dimensione e dalla distribuzione dei pori, dalla resistenza meccanica del materiale e dal suo modulo elastico.

    Resistenza a compressione

    La resistenza, anche se in misura differente, è correlata alla grana, alla tessitura, alla natura petrografica e anche alla direzione di applicazione dello sforzo perché, in molti casi, esistono nel materiale piani preferenziali di sfaldatura.

    Resistenza all'urto

    Un'elevata resistenza a una sollecitazione dinamica (urto) costituisce un fattore importante in impieghi, quali pavimenti e gradinate, in cui gli urti accidentali sono frequenti. Il migliore comportamento è assicurato dalla grana fine e omogenea. Cavità e discontinuità sono fattori peggiorativi.
    La resistenza all'urto è misurata in modo indiretto determinandone la tenacità. La prova si esegue per caduta di una sfera di acciaio del peso di 1 kg su una lastra di 20 x 20 x 3 cm poggiata su un letto di sabbia dello spessore di 10 cm. Il valore è espresso dall'altezza (in cm) di caduta della sfera che provoca la rottura della lastra.
    Una classificazione in ordine decrescente di tenacità, dei lapidei d'impiego più diffuso, è la seguente: basalti > porfidi > dioriti > graniti > arenarie a cemento siliceo > calcari compatti e marmi saccaroidi > arenarie a cemento non siliceo.

    Usura per attrito radente

    Nei materiali impiegati in rivestimenti di esterni, ma anche in pavimentazioni d'interni, la resistenza al logoramento delle superfici, da parte di agenti abrasivi è un fattore fondamentale. Per valutare tale resistenza s'impiega il tribometro di Amsler. Esso è costituito da un disco di ghisa ricoperto da particelle fini di materiale abrasivo (carborundum) ruotante con velocità periferica di 1 m/s. Il disco è tenuto in contatto con il campione in prova per mezzo di una pressione standard. Il numero dei giri deve essere tale da corrispondere a un percorso di 1 km dell'abrasivo sul campione. Il risultato della prova è rappresentato dallo spessore di campione abraso, espresso in millimetri.
    L'usura delle rocce aumenta passando da quelle eruttive (con elevato contenuto di silice), alle scistose e alle sedimentarie.
    I valori tipici sono abrasioni minori di 1 mm per i migliori materiali mentre per quelli intermedi i valori si collocano nel range 1-5 mm. Consumi oltre i 5 mm indicano scarsa idoneità del materiale ad applicazioni con prevedibile usura meccanica.

    Coefficiente di dilatazione termica

    Nelle rocce costituite da diverse fasi mineralogiche, i costituenti con differente coefficiente di dilatazione possono generare lesioni dapprima microscopiche e limitate alla superficie, poi più estese e interessanti l'intera massa. Un fenomeno simile avviene nei marmi, pur essendo questi costituiti da grani di sola calcite, poiché questo materiale presenta valori del coefficiente di dilatazione termica differenti nelle diverse direzioni cristallografiche.
    Nell'accoppiamento con altri materiali strutturali, come i laterizi o il calcestruzzo, è opportuno prevedere adeguati giunti di dilatazione per evitare distacchi o rotture dei rivestimenti.
    La determinazione del coefficiente si esegue mediante prove condotte in camera climatica nel campo di temperature comprese fra -5 e +40 °C.

    Attitudine alla lavorazione (lavorabilità)

    La lavorabilità di un materiale lapideo può essere descritta in termini di:

    • spaccabilità:
    • perforabilità;
    • segabilità.

    Spaccabilità
    E' la proprietà delle rocce a rompersi secondo superfici piane sotto l'azione di utensili a percussione (mazze, cunei, martelli pneumatici ecc.). La spaccabilità è facile in materiali sfaldabili (rocce scistose) e meno regolare in materiali non sfaldabili.
    Per indicare i diversi piani di più facile spaccabilità si utilizzano in "gergo" vari termini. I più usati sono il verso (superficie di più facile suddivisibilità), il contro (superficie ortogonale al verso ma con la sua stessa direzione) e il secondo (superficie ortogonale alle altre due). Per il contro e il secondo la spaccabilità è di più difficile attuazione rispetto al verso.

    Perforabilità
    I costi di abbattimento in cava sono influenzati dai tempi richiesti per la perforazione della roccia e dal consumo degli utensili impiegati (fioretti). La perforabilità di un materiale può essere espressa in termini di velocità di avanzamento dei fioretti. In funzione della durezza della roccia, essa può variare da alcuni cm/minuto a oltre un metro/minuto.

    Segabilità
    La segabilità è l'attitudine a lasciarsi segare. E funzione della mineralogia, della struttura e tessitura della roccia. Questa proprietà riveste importanza ai fini dei costi per la produzione dei manufatti.
    Agli effetti della segabilità si distinguono:

    • rocce durissime (gabbri, basalti, graniti);
    • rocce dure (serpentini, calcari compatti, marmi);
    • rocce semidure (calcari teneri, marne);
    • rocce tenere (tufi, gessi, calcari poco litificati).

    Lavorazione della pietra da costruzione

    Due sono i metodi principali di coltivazione di una cava: a cielo aperto o in galleria. Nel primo caso la cava si estende e si approfondisce, asportando tutto il materiale e sconvolgendo la morfologia del territorio interessato. Nel secondo, la cava nel suo sviluppo segue un determinato livello o strato e lascia quasi integra la morfologia del territorio.

    Il materiale lapideo è cavato in blocchi con sistemi diversi secondo la natura e la giacitura della roccia. Il ciclo produttivo è articolato in due fasi distinte:

    • estrazione dal giacimento di blocchi di grossa dimensione, dove le principali tecnologie impiegate sono: taglio con esplosivo; azione di cunei meccanici o idraulici; perforazione continua; impiego di agenti chimici espansivi; taglio con acqua ad alta pressione; taglio con filo diamantato o con tagliatrici a nastro; taglio con fiamma.
    • suddivisione per taglio dei grossi blocchi in elementi di piccola dimensione (blocchi) o in lastre e successiva rifinitura. Per la trasformazione dei blocchi si procede con seghe a disco diamantato o con telai multilama ottenendo pezzi o lastre grezze di diverso spessore. I pezzi ottenuti mediante divisione sono in seguito sbozzati e rifiniti sia per la forma sia per l'aspetto superficiale.

    La lavorazione delle facce dei conci per muratura deve essere perfetta sulle superfici di appoggio; le superfici laterali sono invece rifinite solo per un ristretto bordo, il resto è lasciato grezzo.
    I graniti, i marmi o alcuni calcari, come ultima operazione, possono essere lucidati (pulimento) con un nastro continuo attraverso l'azione abrasiva di appropriate sostanze. Secondo il grado di pulimento si distinguono: l'arrotatura (con pezzi di arenaria), la levigatura (con la pomice), la lucidatura (con limatura di piombo). La superficie lavorata si definisce pelle (pelle grossolana, mezzana, liscia, levigata, lucidata).

    Prodotti

    In relazione alla natura geologica e petrografica dei materiali lapidei si possono ottenere diversi tipi di manufatti: blocchi, lastre ecc.
    Blocchi di grandi dimensioni si ricavano da graniti o rocce magmatiche, da rocce sedimentarie in stratificazione massiccia (alcuni calcari), da rocce metamorfiche prive di scistosità e venature (quasi tutti i marmi). Sono adatti per fusti di colonne, architravi, statuaria.
    Blocchi di piccole dimensioni si ricavano da rocce sedimentarie (calcari, dolomie, arenarie, tufi). Sono adatti alla preparazione di conci per muratura.
    Blocchi di piccole dimensioni adatti alla preparazione di elementi decorativi, si ottengono da rocce sedimentarie tenere (calcari teneri, pietra di Lecce).
    Lastre di vario spessore si ricavano da rocce sedimentarie a stratificazione sottile (calcari, calcari marnosi). Sono adatte alle murature e alle coperture dei tetti.
    Lastre di grande estensione, molto resistenti all'usura e alla flessione, si ricavano da rocce metamorfiche di natura silicea con elevata scistosità (gneiss, serpentiniti). Sono adatte alle pavimentazioni esterne e alle coperture. Lastre ricavate per segagione, da rocce compatte di diversa natura (graniti, calcari, marmi), sono adatte al rivestimento di pareti e pavimentazioni interne.
    Secondo le caratteristiche fisico-meccaniche, il colore e la tessitura della roccia, si preparano i prodotti destinati ai diversi utilizzi.

    Arenarie

    Rocce clastiche costituite da sabbia riunita da cemento calcareo, siliceo o gessoso. Le arenarie formano un discreto materiale da costruzione e sono usate per lastricati.

    Basalti

    Rocce vulcaniche, nere, pesanti. Sono utilizzati come materiale da selciato: i "sampietrini" caratteristici della pavimentazione di Roma, sono appunto basalti dei colli laziali.

    Calcari

    Rocce abbondanti sulla crosta terrestre. Sono costituite da calcite (carbonato di calcio), facilmente attaccabile dagli acidi e di scarsa durezza: 3 della scala di Mohs. Si presenta in struttura microcristallina, microcristallina compatta, granulare, saccaroide, concrezionata, stalattitica. All'accumulo di spoglie di organismi a scheletro calcareo, organismi per lo più marini, sono dovuti i calcari fossiliferi o calcari zoogenici.
    I caratteri fisici dei calcari variano con la struttura. I cristallini sono più coerenti e duri, i calcari zoogeni sono i più teneri.
    I travertini sono depositi lasciati dall'evaporazione di acqua ricca di carbonati.
    Particolari calcari sono i marmi. Tecnicamente si chiama marmo qualunque calcare granulare o compatto avente una struttura tale da renderlo suscettibile di bella pulitura e di essere pertanto usato in architettura. I marmi si presentano in colorazioni diverse: dal bianco al rosa con venature grigie.

    Dioriti

    Rocce intrusive con struttura granitoide. Il colore varia dal verde al grigio. Sono utilizzati sotto forma di lastre a scopo ornamentale.

    Gabbri

    Rocce intrusive variamente colorate. Alcune varietà sono utilizzate quale materiale ornamentale.

    Gneiss

    Gli gneiss si distinguono dai graniti per la struttura scistosa dovuta a pagliette di mica e alla forma sub-lenticolare di granuli di quarzo. In alcuni gneiss, che presentano un graduale passaggio al granito, la struttura scistosa è poco evidente. Queste rocce sono utilizzate in blocchi o in lastre.

    Graniti

    Rocce granulari di notevole durezza. La struttura della roccia è a granuli intimamente mescolati. Si hanno varietà di granito bianco e granito roseo. I graniti per la durezza, la resistenza, la caratteristica di prendere un bel pulimento, e il bell'aspetto, sono impiegati come materiali ornamentali e per pavimenti.

    Porfidi

    Rocce ignee a struttura porfiroide, ossia con una massa a struttura finemente granulare, compatta e omogenea, in cui si trovano sparsi grossi cristalli. Il porfido va annoverato tra le rocce più dure: durezza 6 Mohs. Secondo il componente feldspatico che prevale, i porfidi si dividono in:

    • porfido granitico, di colore variabile;
      • porfido sienitico, costituito da una massa rosso-bruna o verde-giallastra:
    • porfido dioritico, con massa di colore verde-bruno;
    • porfido ortosico o non quarzifero, con massa variabile dal grigio al rosso.

    Quarziti

    Costituiti in prevalenza di quarzo granulare, di rilevante durezza e compattezza. Sono di colore vario, ma predomina il bianco. È utilizzato per latricati.

    Scisti cristallini

    Rocce metamorfiche, stratificate, caratterizzate dalla loro divisibilità in falde sottili.

    Sieniti

    Rocce intrusive. La struttura è granulare. Hanno caratteristiche simili ai graniti. Il colore varia da bruno-violaceo a grigio.

    Trachiti

    Rocce effusive. Il colore è bianco, grigiastro, rossiccio. Il nome indica la loro caratteristica più evidente: la ruvidezza.

    Tufi vulcanici

    Rocce piroclastiche risultanti da cementazione di frammenti provenienti da eruzioni vulcaniche.

    Alterazioni dei lapidei e interventi conservativi

    I meccanismi di alterazione dei materiali lapidei sono diversi e spesso concomitanti, anche se spetta all'acqua il ruolo più importante nei processi di degrado. Il potere solvente e la capacità di esercitare rilevanti azioni fisiche in corrispondenza di cambiamenti di stato sono le principali cause di quest'azione.

    Cristallizzazione salina

    La presenza di acqua all'interno di un materiale poroso, oltre ai fenomeni di degrado prodotti dalla sua solidificazione, può dare origine a tutta una serie d'inconvenienti associati alla presenza di componenti salini veicolati dall'acqua stessa. I sali, infatti, tenderanno a cristallizzare quando l'umidità relativa dell'aria, a contatto con il materiale, scenderà sotto la tensione di vapore delle soluzioni contenenti i sali. Questi, quindi, potranno cristallizzare sulla superficie, ovvero a differenti profondità, in relazione alla successione dei processi di evaporazione e di rifornimento della soluione attraverso i pori capillari.
    In condizioni di bassa ventilazione il rifornimento di acqua alla superficie genera cristallizzazione superficiale in forma di efflorescenze. L'effetto sul materiale è di natura estetica. Quando invece si ha una notevole velocità di evaporazione, il fronte umido è localizzato sotto la superficie e i sali cristallizzano nei pori situati in piani più o meno distanti dalla superficie. Gli aumenti di volume, talvolta molto rilevanti, associati alla formazione dei cristalli, producono sollecitazioni meccaniche in grado di deteriorare materiali lapidei anche molto resistenti. In definitiva, su tutti i materiali lapidei, una volta esposti agli agenti atmosferici, si manifestano fenomeni di alterazione. Tali fenomeni sono stati classificati dalla Commissione NORMAL (NORmative MAteriali Lapidei).

    Consolidanti e protettivi

    Un materiale lapideo esposto all'atmosfera si degrada attraverso un processo che procede dall'esterno verso l'interno in modo progressivo. Nella maggior parte dei casi il deterioramento si accompagna alla formazione di croste nere superficiali dure e poco porose, sotto le quali il materiale è decoeso e molto poroso. Le zone interne sono, in genere, meglio conservate e hanno una porosità contenuta rispetto agli strati degradati sovrastanti.
    Per contenere e arrestare il processo di disgregazione del lapideo, si puè ricorrere all'impiego di prodotti consolidanti. Il consolidamento deve migliorare la resistenza meccanica del materiale lapideo e modificare la sua struttura interna. In tal modo si rende più difficile l'accesso di acqua e di soluzioni acide e saline.
    Nel caso in cui il prodotto consolidante ha anche caratteristiche di idrorepellenza, il trattamento ha pure funzione protettiva. In questo caso, infatti, il prodotto riduce la penetrazione nel materiale dell'acqua con diminuzione della probabilità di innesco di processi di degrado connessi alla sua presenza.
    Prima della scelta del prodotto consolidante da utilizzare, occorre effettuare una serie di operazioni conoscitive di fondamentale importanza:

    • indagine chimico-fisica e mineralogico-petrografica al fine di indi~ duare la natura della pietra su cui occorre intervenire e le cause del suo deterioramento;
    • corretta scelta della tecnica di pulitura da adottare;
    • eventuali incollaggi e stuccature preventive;
    • eventuale protezione.
    Nel restauro conservativo dei materiali lapidei il miglior consolidante è quel prodotto che, oltre a migliorare le caratteristiche meccaniche del materiale, riesce a penetrare in profondità consentendo la coesione tra le parti alterate del manufatto e l'adesione di quelle parti degradate al substrato sano.
    La profondità di penetrazione del prodotto dipende:
    • dalla porosità del materiale;
    • dal tipo di prodotto consolidante;
    • dal solvente impiegato;
    • dalla modalità di applicazione.

    Caratteristiche del consolidante

    Un prodotto consolidante, impiegabile in interventi di tipo conservativo, deve rispondere a una serie di requisiti fondamentali.

    • Compatibilità. Il prodotto deve essere compatibile dal punto di vista fisico e chimico con la pietra su cui è applicato. Il suo coefficiente di dilatazione termica e la sua conducibilità termica devono essere simili a quelli della pietra sana. A livello chimico il prodotto non deve innescare alcun tipo di reazione con il supporto trattato.
    • Penetrazione. Il consolidante deve penetrare il più possibile in profondità ed essere assorbito uniformemente dalla pietra.
    • Permeabilità. Il prodotto non deve occludere completamente i pori della pietra ma riportare la porosità del materiale ai livelli caratteristici del supporto non degradato.
    • Durabilità. Il consolidante non deve reagire con i sali di neoformazione accumulatisi, con il tempo, sia all'interno sia all'esterno della pietra stessa. Deve, inoltre, resistere agli attacchi atmosferici (pioggia, raggi ultravioletti, vento ecc.), agli agenti inquinanti e mantenersi inalterato nel tempo.
    • Reversibilità. Una sostanza consolidante può essere considerata reversibile se è solubile in un solvente che, pur portandola in soluzione, non intacchi il materiale lapideo originale.

    Il mercato offre un'ampia gamma di prodotti. Essi sono suddivisibili in due grandi famiglie.

    Consolidanti inorganici

    Caratteristica comune a tutti i consolidanti inorganici è la formazione di precipitati insolubili all'interno del materiale lapideo trattato. I prodotti inorganici hanno una notevole affinità con i materiali lapidei per quanto attiene le caratteristiche fisiche. Inoltre, si caratterizzano per una durata nel tempo, in generale, superiore alle sostanze organiche. L'applicazione prevede la precipitazione, all'interno dei capillari del materiale lapideo, di un nuovo composto, poco solubile, per la reazione del consolidante con un componente del lapideo stesso o con l'anidride carbonica o con l'acqua. Tale composto penetra nelle cavità e nei pori riducendo i vuoti.
    Appartengono alla categoria dei consolidanti inorganici:

    • l'idrossido di bario o barite;
    • i silicati alcalini;
    • la calce e bicarbonato di calcio;
    • l'alluminato di potassio.

    Tra i principali inconvenienti connessi all'impiego di questi composti occorre ricordare:

    • la scarsa resistenza agli stress meccanici;
    • la scarsa efficacia in presenza di elevate e diffuse decoesioni;
    • la scarsa penetrazione in profondità.

    Consolidanti organici

    Questi prodotti esplicano la loro azione attraverso un elevato potere adesivo in grado di "saldare" tra loro i granuli del materiale lapideo.
    Nella maggior parte dei casi i consolidanti organici sono anche dotati di proprietà idrorepellenti e, quindi, protettive nei confronti della superficie trattata. I prodotti di questo genere sono polimeri sia termoplastici sia termoindurenti.

    • Le resione termoplastiche presentano una struttura lineare che garantisce loro flessibilità e solubilità in appropriati solventi. Il che garantisce una parziale reversibilità dell'intervento di consolidamento a fronte, però, di un ridotto potere adesivo;
    • Le resine termoindurenti sono polimeri a struttura reticolare con un buon potere adesivo, ma scarsa flessibilità e ridotte proprietà meccaniche.
    Tutti i consolidanti organici presentano una limitata resistenza chimica che provoca, nel tempo, un deterioramento del polimero. Il fenomeno si concentra, in particolare, nelle zone superficiali dove alcuni polimeri tendono a ingiallire conferendo, al materiale lapideo, una colorazione diversa da quella originaria. Queste resine si caratterizzano, di frequente, per una notevole dilatazione termica rispetto a quella del materiale lapideo, differenza che può causare la formazione di fratture nel substrato.
     
    I vetri PDF Stampa E-mail
    Scritto da gruppo tellus   
    Venerdì 09 Ottobre 2009 11:10

    I vetri

    I vetri tradizionali, costituiti da ossidi inorganici, tra i quali predomina la silice (SiO2), sono materiali amorfi ottenuti per progressivo irrigidimento di un liquido che non è stato in grado di cristallizzare durante il raffreddamento.

    I liquidi vetrogeni, capaci di dar luogo a vetri in condizioni normali di raffreddamento, sono caratterizzati da un'elevata viscosità in prossimità del loro punto di fusione. Per esempio, a 1720 °C la silice fusa ha una viscosità di circa 106 Pa • s contro i 10-3 dell'acqua a temperatura ambiente. Tale viscosità è dovuta all'aggregazione delle molecole, in prossimità della temperatura di solidificazione, che formano catene ed intrecci dai movimenti più lenti. Ciò impedisce la organizzazione in disposizione ordinata, caratteristica della struttura cristallina. Si ottiene un materiale amorfo che permane tale, a temperatura ambiente, pressoché indefinitamente, benché non sia in equilibrio termodinamico.

    Le sostanze che hanno la capacità di raffreddarsi senza cristallizzare sono relativamente rare: la più comune tra esse è la silice. I vetri silicatici sono i più diffusi.

    Produzione

    Miscela

    I vetri utilizzati in edilizia, in genere, sono costituiti da silicati. La silice stessa può costituire un buon vetro (vetro di quarzo) ma le applicazioni sono limitate per l'alto punto di fusione che ne rende costosa la produzione.
    Per abbassare la temperatura di fusione della silice (introdotta come sabbia silicea), si aggiunge Na2O (modificatore di reticolo) sotto forma di carbonato o solfato di sodio. Allo stato fuso questi "modificatori" riescono a aprire i legami -Si-O- formando legami ionici. In questo modo si raggiunge l'effetto desiderato, ma il vetro ottenuto non ha resistenza chimica ed è solubile anche nell'acqua. Per ovviare a questo inconveniente si aggiunge al vetro anche CaO, sotto forma di calcare, che stabilizza i legami ionici impartendo insolubilità. Si ottiene così un vetro, i cui componenti fondamentali sono SiO2, CaO e Na zO, che si impiega per la fabbricazione della maggior parte degli articoli di uso comune, come le lastre per finestre. Oltre a queste sostanze, nel vetro comune sono presenti anche altri ossidi (per esempio di alluminio e di magnesio) che ne favoriscono l'affinazione e la decolorazione.
    Fusione. La miscela delle materie prime, con eventuale aggiunta di rottami di vetro, dopo macinazione, è portata a fusione. Durante la fusione si verifica l'eliminazione dell'acqua presente nei componenti di partenza e la dissociazione dei carbonati e dei solfati. I forni (detti bacini) per la fusione del vetro possono essere a funzionamento continuo o intermittente. Questi ultimi funzionano come grandi crogioli. Quelli a funzionamento continuo sono divisi in due sezioni (di fusione e di affinazione) collegate da uno stretto passaggio a gola. Il vetro, allo stato fuso, passa quindi attraverso la gola nella sezione di affinazione.
    Affinaggio o raffinazione: in questa fase la massa fusa è liberata dalle bollicine di gas presenti, originate dalla decomposizione dei carbonati e dei solfati, le quali darebbero origine a difetti nei manufatti ottenuti. L'affinazione è realizzata aggiungendo alla massa fusa piccole quantità di agenti affinanti. Questi facilitano l'operazione o perché fanno aumentare il volume delle bolle, e ne provocano l'espulsione, o perché fanno diminuire la solubilità dei gas nel vetro fuso. In questa fase, eventualmente, si opera la decolorazione del vetro provvedendo all'ossidazione dei sali di ferro.
    Condizionamento: la massa fusa è raffreddata gradualmente fino alla temperatura di "lavorazione" e formatura dei manufatti.
    Formatura: è eseguita con modalità diverse, quando il vetro fuso si trova ad una temperatura alla quale la viscosità è tale che il manufatto conservi la forma impartita, senza alterazioni.
    Ricottura: il manufatto prodotto è riscaldato per eliminare le tensioni che si sono generate durante la formatura per irregolarità di raffreddamento. Queste tensioni renderebbero difficili le operazioni di finitura come, per esempio, il taglio.
    Raffreddamento: segue un lento raffreddamento fino ad una temperatura inferiore di circa 50 °C a quella di ricottura. L'oggetto di vetro è mantenuto a questa temperatura sino al raggiungimento dell'uniformità termica in ogni punto. Infine, è raffreddato a temperatura ambiente. La temperatura e la velocità di raffreddamento sono funzione della composizione del vetro e del suo spessore.

    Principali tipi di vetro

    In base alla composizione, si distinguono diversi tipi di vetri.

    • Il vetro di silice (99,5% SiOz) si ottiene per fusione di quarzo purissimo a temperature superiori ai 2000 °C. È un vetro costoso, ma dotato di proprietà eccezionali. Ha un bassissimo coefficiente di dilatazione termica e quindi una straordinaria resistenza agli sbalzi di temperatura. È utilizzato per la produzione di strumenti ottici, isolanti elettrici ed elementi elettrici riscaldanti.
    • Il vetro al 96% di silice, o vetro Vycor, è un vetro alternativo al vetro di silice. Anch'esso è costoso ed è impiegato quando è richiesta resistenza alle alte temperature (900 °C) e agli sbalzi termici.
    • Il vetro sodico-calcico è il vetro di gran lunga più prodotto in quanto di basso costo, facile fabbricazione e lavorazione, buona resistenza alla devetrificazione e stabilità all'acqua. Questo tipo di vetro può essere incolore oppure colorato per la presenza di piccole percentuali di sali di ferro, come nel caso dei vetri per bottiglie. Si impiega, tra l'altro, per finestre e vetrate. Questi vetri sono poco resistenti al calore e agli sbalzi termici e la durabilità è solo discreta, ma può essere migliorata con l'introduzione di piccole quantità di allumina.
    • I vetri contenenti piombo hanno un alto indice di rifrazione che conferisce loro una particolare brillantezza.
    • Nei vetri borosilicati, noti anche col nome commerciale di vetri Pyrex, la quasi totale eliminazione degli alcali e la contemporanea introduzione di anidride borica, porta a un prodotto con eccellenti doti di resistenza agli sbalzi termici. Trova utilizzo nella stoviglieria resistente al calore.

    Lastre

    Le lastre sono impiegate, normalmente, così come sono state prodotte senza ulteriori lavorazioni. Si possono raggruppare in tre tipi fondamentali: i vetri tirati, i vetri colati e i vetri float.
    Il vetro tirato è ottenuto per sollevamento meccanico, dalla massa fusa, di un velo di vetro di plasticità tale da poter essere innalzato evitando restringimenti laterali. Il vetro, ridotto a forma di nastro continuo, è poi fatto passare attraverso dei rulli. Poiché questo vetro presenta una non perfetta planarità e parallelismo delle superfici, tale sistema di produzione ha visto ridursi la sua diffusione ed è stato soppiantato da una tecnologia più avanzata (vetro float). I vetri tirati, in relazione al loro spessore, sono noti come vetro semplice, semidoppio, mezzocristallo e vetroforte.
    Il vetro colato è ottenuto per colata e successiva laminazione. In questa categoria sono inclusi vetri ornamentali, retinati, armati con fili di acciaio.
    Il vetro float o vetro cristallo. Il vetro, in uscita dal forno fusorio, è laminato tra rulli ed entra in un tunnel ove "galleggia" sulla superficie di un bagno di stagno fuso. Il nastro di vetro, di cui è possibile regolare lo ;pessore, assume forma perfettamente piana in quanto la superficie inferiore è a contatto col metallo fuso e quella superiore è spianata mediante pulitura a fuoco. Tale tecnica permette di ottenere una lastra perfettamente piana e uniforme, di elevata qualità.
    I prodotti, qualunque sia la tecnica di fabbricazione, sono sottoposti a un processo detto di finitura. La finitura può essere:

    • meccanica: pulitura, molatura, smerigliatura, intaglio;
    • chimica: opacizzazione ottenuta tramite acido fluoridrico;
    • termica: tempra.

    Deformazione e frattura

    Le lastre e gli altri manufatti presentano deformazioni solo nel campo elastico e hanno bassa resistenza a trazione. Presentano cioè bassa tenacità. Per questo motivo si dicono fragili.' Notevole è l'influenza della composizione sulla resistenza: così sostituendo parte della silice con anidride borica si ottiene un aumento della resistenza a trazione. Risultato analogo si ha in un vetro sodico-calcico aumentando la percentuale di ossido di calcio o con l'introduzione di ossido di bario o di piombo.

    Metodi di indurimento

    Le caratteristiche meccaniche del vetro possono essere variate mediante un'operazione di tempra che consiste nel brusco, omogeneo, raffreddamento del manufatto partendo da una temperatura di poco inferiore a quella di rammollimento.

    Questo brusco raffreddamento porta a una rapida solidificazione delle zone superficiali con conseguente contrazione. Le zone centrali si raffreddano con un certo ritardo rispetto a quelle superficiali. Quando solidificano tendono a loro volta a contrarsi, ma incontrano l'opposizione delle zone esterne già raffreddate. Mentre sulla parte esterna raffreddata bruscamente si sviluppano sforzi di compressione, al centro si hanno sforzi di tensione. La distribuzione delle tensioni residue in una sezione di lastra temprata è rappresentabile con una parabola. In un vetro così temprato il carico di rottura a trazione è più elevato perché le tensioni applicate, prima di provocare la rottura, devono vincere le tensioni di compressione localizzati in corrispondenza delle zone superficiali. La resistenza del vetro a compressione è già notevole, mentre in tal modo è incrementata la resistenza a flessione. Questa può raggiungere 200-280 MPa per lastre temperate contro i 20-40 MPa per lastre normali. Nel caso in cui la sollecitazione si dovesse estendere fino a raggiungere l'interno, cioè quando il carico è molto elevato, la frattura si propaga velocemente con produzione di piccoli frammenti.

    La tempra su oggetti di piccole dimensioni si effettua immergendoli in olio. Per le lastre si preferisce usare aria compressa opportunamente inviata sulla superficie da raffreddare. Naturalmente, i manufatti in vetro temprato devono essere foggiati e portati a misura prima della tempra, così le lastre devono essere ritagliate e rifinite prima del trattamento. L'effetto della tempra si perde se il vetro è riscaldato al di sopra di circa 400 °C.

    Si può sottoporre il vetro a una tempra per via chimica la quale, come quella per via termica, crea uno stato di precompressione nelle zone esterne. Si sfrutta la capacità che ha il vetro di scambiare i suoi ioni con altri di diametro maggiore. Per esempio, si immerge il vetro sodico-calcico in un bagno fuso di KzSO4. Si produce uno scambio fra ioni K+ del bagno e ioni Na+del vetro. Poiché il diametro di K+ è maggiore di quello di Na+, raffreddando il manufatto, le zone interne si contraggono creando superficialmente una forte azione di compressione.

    Caratteristiche e proprietà

    Difetti

    I difetti del vetro possono originarsi per cause diverse: insufficiente omogeneizzazione delle materie prime, temperatura di fusione troppo bassa, presenza di impurezze o insufficiente permanenza della massa nella fase di fusione e di omogeneizzazione. Tali difetti possono essere distinti in tre gruppi.

    • Soffiature: sono dovute a bollicine gassose non eliminate dalla massa fusa.
    • Corde: sono zone con differente composizione o diverso trattamento termico.
    • Cristalli: derivano da insufficiente miscelazione delle materie prime o dalla presenza di sostanze che agiscono da germi di cristallizzazione.

    Proprietà meccaniche

    A temperatura ambiente il vetro si comporta come un materiale elastico e come tale soddisfa la legge di Hooke. Il modulo elastico E dei vetri è compreso tra 60 GPa (vetri al piombo e borosilicati) e 90 GPa (vetri alluminosilicati). Nei vetri comuni da lastre E vale circa 70 GPa.
    La durezza (resistenza alla scalfittura) del vetro normale è dell'ordine di 7 nella scala di Mohs, mentre la resistenza all'abrasione dipende soprattutto dalla struttura superficiale ed è meno quantificabile.
    La resistenza meccanica di un vetro diminuisce nel tempo a causa di un particolare fenomeno detto "fatica statica". Si può così avere la rottura di un manufatto anche dopo un tempo molto lungo di applicazione della sollecitazione. La fatica statica è dovuta alla diffusione del vapor di acqua. contenuto nell'aria, verso l'apice delle microfessure sempre presenti in superficie. Allorché una molecola di acqua arriva all'apice, rompe il legame tra due tetraedri di silice [Si04]4- contigui, dando origine a due distinti tetraedri. L'attacco, all'inizio lentissimo, procede con forte accelerazione fino alla rottura finale.

    Proprietà termiche

    I vetri sono cattivi conduttori del calore. La conducibilità termica non è molto diversa da vetro a vetro: per un vetro sodico-calcico vale 8 x 10-' J/sm °C e aumenta con la temperatura.
    Essendo il vetro un cattivo conduttore di calore, uno sbalzo termico provoca in esso, alla superficie e all'interno, tensioni meccaniche di segno opposto (trazione-compressione) tanto più rilevanti quanto maggiore è il suo coefficiente di dilatazione. Si ha rottura se esse superano la resistenza meccanica, in particolare a trazione, del vetro. Vetri resistenti agli sbalzi termici sono, oltre al vetro di silice (che ha la massima resistenza), gli alluminosilicatici e i borosilicati. Un indice della resistenza agli sbalzi termici è la massima temperatura alla quale il vetro può essere riscaldato pima di essere immerso in acqua a 0°C, senza fratturarsi. Essa vale all'incirca 50 °C per un vetro sodico-calcico, 150 °C per un borosilicatico e 1000 °C per il vetro di silice.

    Proprietà chimiche

    La resistenza chimica (durabilità) del vetro nei confronti degli agenti atmosferici e della maggior parte dei reagenti chimici è in genere eccellente. L'unico reattivo che attacca i vetri è l'acido fluoridrico che aggredisce il reticolo silicico.

    Proprietà ottiche

    La più importante proprietà dei vetri, che ne determina la maggior parte delle applicazioni, è la trasparenza alla luce, cioè la capacità di trasmettere le radiazioni visibili.
    Per essere trasparente e incolore il vetro dev'essere omogeneo e avere un basso assorbimento nei confronti di tutte le lunghezze d'onda della luce.
    L'opacizzazione di un vetro si consegue introducendo sostanze finemente disperse, che sono insolubili nel vetro fuso o che tali diventano nel corso del raffreddamento. Quando una radiazione luminosa arriva in corrispondenza di particelle con indice di rifrazione diverso da quello della matrice (in quanto di composizione diversa), sarà dispersa e il vetro perderà la trasparenza, diventando opaco. Il caso più comune si ha con i vetri al fluoro, in cui l'opacità è dovuta alla presenza nel vetro di microcristalli di CaFz o di NaF. Altri componenti opacizzanti sono TiOz, Zr02 o SnO2.
    La presenza nel vetro di ioni dei metalli di transizione (Te, Co, Ni, Cu, V, Cr, Mn) dà luogo ad assorbimento selettivo nei confronti di determinate lunghezze d'onda: in tal caso si otterrà un vetro colorato, del colore complementare a quello corrispondente alla radiazione assorbita.
    Un'altra importante proprietà dei vetri è la loro rifrazione della luce, la quale entrando dall'aria (o da un altro mezzo) nel vetro cambia la sua direzione di propagazione. Si definisce indice di rifrazione n il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto (o, meno rigorosamente ma con errore piccolissimo, nell'aria) e la velocità della luce nel materiale considerato. Per un vetro comune n = 1,51.
    L'indice di rifrazione non è uguale per tutte le radiazioni dello spettro luminoso, ma cresce con la frequenza: ciò dà luogo alla dispersione di un fascio di luce che attraversa un prisma di vetro nei suoi colori fondamentali.

    Le tipologie

    Oltre al vetro comune, usato per scopi generici, negli ultimi anni scienza e tecnologia hanno portato alla realizzazione di prodotti vetrari dotati di caratteristiche innovative. I miglioramenti più notevoli interessano:

    • il campo dei risparmi energetici;
    • il campo del comfort visivo, acustico e termico;
    • il campo della sicurezza.

    Vetri per l'isolamento termico

    Il vetro, utilizzato per garantire l'illuminazione naturale all'interno dei locali, dal punto di vista dell'isolamento termico è assai meno efficace delle murature o del legno.
    Allo scopo di realizzare il controllo solare, attenuando gli effetti di un'irradiazione troppo forte, o di migliorare l'isolamento termico delle vetrate, sono stati messi a punto rivestimenti particolari e tecniche diverse. I rivestimenti adottati, a seconda della loro natura, consentono di ridurre i costi del condizionamento estivo o del riscaldamento invernale, o ambedue insieme.
    Inoltre, per il comfort visivo sono importanti anche altri parametri, quali la trasmittanza delle radiazioni visibili, il colore e la sua resa cromatica.

    Vetrate

    Nell'impiego delle vetrate in edilizia un aspetto fondamentale da considerare è la sicurezza. Le possibili azioni agenti sulle lastre possono essere di vario genere:

    • carichi dinamici (vento, pressione della folla);
    • carichi statici (peso proprio, neve);
    • carichi accidentali (grandine, vibrazioni, azioni sismiche);
    • urto da corpo molle (di persone, animali);
    • urto da corpo duro (sasso, arnese da scasso);
    • urto da proiettile (armi da fuoco).
    Il carico del vento e quello della neve sono tra le sollecitazioni più frequenti e prevedibili. Determinanti, ai fini della resistenza, sono l'area e lo spessore della lastra. Lo spessore delle lastre in funzione delle loro dimensioni, dell'azione del vento e del carico della neve è regolato dalla norma UNI 7143.
    Un secondo requisito fondamentale per i vetri, impiegati sia all'esterno sia all'interno, è quello della resistenza all'urto, soprattutto se la loro eventuale rottura può comportare pericolo per l'incolumità delle persone.

    Vetri armati (o retinati)

    Questi vetri contengono incorporata una rete metallica: si ottiene per colata e laminazione continua di vetro fuso nel quale è immersa un'armatura costituita da fili metallici cromati formanti una rete. L'armatura non migliora, anzi peggiora, la resistenza meccanica della lastra. In effetti, è molto difficile realizzare un perfetto accoppiamento tra vetro e metallo senza soluzione di continuità e senza sviluppo di bolle nel momento della formatura. Tuttavia, in caso di rottura della lastra, l'armatura trattiene le schegge e limita i danni alle persone.
    Il vetro retinato, per la sua struttura, è atto anche a ritardare la propagazione delle fiamme in caso d'incendio. Infatti, anche se il vetro rammollisce per effetto dell'alta temperatura o si rompe investito dalle fiamme, la presenza della rete metallica lo trattiene offrendo una barriera temporanea alla propagazione dell'incendio.

    Vetri stratificati

    Gli stratificati sono i vetri di sicurezza di maggior impiego. Sono costituiti dall'unione, per riscaldamento e pressaggio in autoclave, di almeno due lastre di vetro con interposto uno strato di materiale trasparente. Lo strato interposto, di spessore inferiore al millimetro, è costituito da un foglio di materiale plastico che deve presentare buona trasparenza ed elevato allungamento prima della lacerazione. Il materiale ottimale è il polivinilbutirrale (PVB).
    Una vetrata in stratificato ha una resistenza meccanica che non è molto diversa da quella di una lastra di vetro semplice di uguale spessore. Per contro, la pellicola di PVB conferisce al vetro un'eccezionale resistenza agli urti, che può essere incrementata creando una vetrata multipla, cioè aumentando il numero di lastre tra le quali è inserito un foglio di plastica.
    Il vetro stratificato, grazie alla sua elevata resistenza, assorbe l'energia d'impatto e rimane nella sua posizione originaria impedendo la penetrazione dei corpi contundenti. Inoltre, la rottura è localizzata e le schegge di vetro formatisi rimangono aderenti alla plastica, annullandone la pericolosità. L'inserimento del foglio di plastica non diminuisce le altre proprietà del vetro, in particolare la trasparenza. Al contrario, alcune proprietà come quelle di isolamento termico e acustico sono migliorate.

    Vetri antivandalismo e anticrimine

    Questi vetri sono in grado di resistere ad azioni vandaliche occasionali (lancio di pietre, uso di bastoni, martelli) o ritardare l'attacco intenzionale effettuato con mazze di ferro. Essi sono dei multistrati, cioè stratificati multipli il cui spessore e numero di strati intermedi (in PVB e policarbonato) è maggiore quanto maggiore è la resistenza cercata.

    Vetri antiproiettili

    Questi vetri sono in grado di resistere all'energia d'urto di un proiettile e garantire la protezione delle persone sia dal passaggio del proiettile sia dal ferimento dovuto alle schegge di vetro che possono staccarsi. In questi casi si utilizzano poche lastre di vetro ma di elevato spessore e fogli di PVB di spessore modesto. La struttura stratificata conferisce al prodotto composito la capacità di assorbire l'energia cinetica d'impatto del proiettile.

    Vetri diversi

    Secondo l'aspetto, le proprietà e l'uso, si possono distinguere i seguenti tipi di vetro.
    Cristallo: è un vetro contenente un'elevata percentuale (20-35%) di ossido di piombo in sostituzione dell'ossido di calcio contenuto nei vetri comuni. Il piombo conferisce al vetro un elevato indice di rifrazione e una notevole elasticità e, quindi, risulta brillante e in grado di risuonare. Nell'uso comune è indicato come cristallo o vetro di Boemia.
    Si indicano impropriamente con il nome di cristallo anche lastre di vetro di buona qualità le cui superfici sono sottoposte a levigatura su entrambe le facce, e con il nome di mezzi cristalli quelle levigate su una faccia sola. Vetro antico: è un tipo di vetro soffiato in cui si inseriscono volutamente difetti per dare l'impressione di materiale antico.
    Vetro cellulare: contiene numerosi piccoli pori non comunicanti e, per questo, è utilizzato come isolante termico e acustico3. Ha bassa densità. elevata stabilità chimica e buone prestazioni meccaniche.
    Vetroceramica: si produce da vetri instabili come quelli a base di silicato di litio. Dopo formatura, il vetro è raffreddato lentamente, in presenza di agenti nucleanti, per ottenere una completa devetrificazione. I materiali ottenuti presentano valori bassissimi di dilatazione termica.
    Vetro corrugato: è un vetro stampato su una faccia, con sporgenze e rientranze. Ha notevole potere diffondente della luce. Si utilizza per pannelli di porte, librerie ecc.
    Vetro di Falconnier: dotato di notevole robustezza, è adatto per aperture in opere murarie e per lavori simili.
    Vetri fotocromatici: per azione degli alogenuri di argento in essi contenuti, questi assumono colorazione grigia quando sono esposti alla luce solare. In questo modo funzionano da filtro, soprattutto per le radiazioni infrarosse. La colorazione grigia, conferita dall'argento metallico prodotto dalle particelle di alogenuro, diminuisce con lo scemare della luce solare. I vetri fotocromatici sono utilizzati per le vetrate di edifici e per le vetrine dei negozi.
    Vetro ghiacciato: caratterizzato da disegni in rilievo simili a cristallizzazioni di ghiaccio, si ottiene facendo solidificare colla distesa su vetro opaco.
    Vetro olofano: è usato per diffusori di luce.
    Vetro organico o sintetico: con questo termine sono indicati prodotti a base di resine sintetiche metacriliche che, in molti casi, sostituiscono il vetro comune.
    Vetro in perle: vetro composto da piccole sfere ottenute per fusione di un filo di vetro. Il filo, investito da una corrente di gas caldo, si suddivide in piccoli spezzoni che, mantenuti in ambiente turbolento ad alta temperatura, assumono forma sferoidale. Un'altra tecnica di lavorazione è quella che consiste nel far cadere il vetro fuso su di un piatto rotante ad alta velocità. Le piccole sfere sono utilizzate per vernici riflettenti e catarifrangenti.
    Vetro schiuma: utilizzato in edilizia per l'isolamento termico e quello acustico, ha una struttura cellulare impermeabile all'acqua. Si ottiene mescolando polvere di carbone a quella di vetro e portando il tutto a temperatura di sinterizzazione.
    Vetro smerigliato: è traslucido e poco trasparente, in quanto la sua superficie è stata sottoposta, durante la lavorazione, all'azione meccanica di un getto di sabbia finissimo, oppure perché esposto a sali corrosivi.
     
    Altri articoli...
    << Inizio < Prec. 1 2 3 4 5 6 Succ. > Fine >>

    Pagina 2 di 6

    Main Menu

    Articoli

    Cambia Lingua

    English Arabic Chinese (Traditional) French German Italian Japanese Portuguese Russian Spanish

    Sponsored Links