I materiali per l’edilizia: classificazioni ed esempi

I materiali, in questo caso in relazione alle applicazioni edilizie, sono dei componenti finalizzati alla costruzione di oggetti e manufatti.

Possiedono proprietà meccaniche, che si riferiscono ai comportamenti in seguito alle applicazioni di forze e proprietà fisiche che invece fanno riferimento ai comportamenti rispetto a temperatura, campi elettrici, luce e fuoco.

Un’altra categoria di proprietà sono quelle chimico-fisiche in relazione all’ambiente in cui essi operano.

Esistono inoltre proprietà che si possono definire intrinseche al materiale (quindi indipendenti dal campo d’azione) come ad esempio la densità, ovvero il rapporto massa-volume del corpo.

Altre proprietà intrinseche sono la stabilità chimica e la temperatura di fusione (in base ai legami chimici la cui forza determina la temperatura di fusione), la rigidità ( la capacità del materiale di deformarsi sotto l’azione di un campo di forze) e le proprietà elettriche (conducibilità).

Un materiale è costituito da massa, ovvero un’aggregato di atomi che può presentarsi in diversi stati sulla base del tipo dei legami molecolari. Solitamente si fa collimare il concetto di materiale con elementi solidi poichè genericamente si considera che un materiale possa mantenere la propria forma originale anche quando viene sottoposto a forze che tendono a deformarlo.

I solidi possono essere di tipo cristallino, ovvero caratterizzati da una struttura atomica ordinata, amorfi che invece posseggono una struttura atomica disordinata (simile a quella dei liquidi) oppure con una struttura ibrida denominata semicristallina.

Il legno è tipicamente un materiale anisotropo.

Il legno è tipicamente un materiale anisotropo.

Esistono inoltre materiali con strutture molto complesse caratterizzate dalla presenza di fasi solide e liquide come i gel.

Materiali con strutture e proprietà simili in tutte le direzioni (valutate ad esempio su campione) possono essere considerati materiali isotropi, mentre materiali che hanno sviluppi di concezione strutturale, proprietà e comportamenti variabili sulla base delle diverse direzioni di definizione sono denominati anisotropi.

I materiali possono essere classificati secondo tre grandi classi: metalli, polimeri e materiali ceramici.

TIPOLOGIE DI MATERIALE

I materiali metallici si costituiscono come sostanze composte da elementi puri o elementi composti che definiscono metalli puri o leghe, che spesso contengono materiali non metallici come il carbonio e l’ossigeno (l’acciaio ad esempio è una lega ferro-carbonio).

Solitamente i materiali si trovano a temperatura ambiente allo stato solido cristallino e possono essere individuati per caratteristiche in metalli e leghe ferrose( come l’acciaio e le ghise) e materiali e leghe non ferrosi come rame e alluminio.

I materiali metallici sono dotati generalmente di elevata resistenza meccanica, una predisposizione spinta alla deformazione a caldo e a freddo, sono ottimi conduttori elettrici e sono dotati di elevato peso specifico.

I materiali polimerici invece sono composti particolari a base di atomi di carbonio; tra i più conosciuti possiamo citare il polietilene (resina termoplastica con ottime proprietà isolanti utilizzata per la realizzazione di tubi, contenitori…), il PVC (il polivinilcloruro viene utilizzato ad esempio per la realizzazione di serramenti e di tubi), il polistirene (meglio conosciuto come polistirolo e utilizzato in edilizia per la realizzazione di cappotti di isolamento), il polimetilmetacrilato (conosciuto con il nome commerciale di plexiglas e utilizzato ad esempio per la realizzazione di barriere di contenimento), le poliammidi (Nylon) e il politetrafloroetilene (conosciuto come teflon, utilizzato ad esempio come rivestimento di protezione di guarnizioni).

I materiali polimerici hanno una resistenza meccanica decisamente più bassa dei materiali metallici, sono facilmente flessibili e deformabili (a basse temperature sono soggetti a decomposizione), sono ottimi isolanti termici ed elettrici, e hanno un peso specifico basso.

I materiali ceramici sono costituiti da composti metallici e non metallici legati chimicamente tra loro. Inizialmente i materiali ceramici erano caratterizzati esclusivamente da produzioni a base di argilla,sabbia e altri materiali; in realtà vengono classificati sotto il nome di materiali ceramici diverse tipologie di elementi.

Sezione di serramento in PVC.

Sezione di serramento in PVC.

Possono essere solidi cristallini, amorfi o semicristallini e sono caratterizzati da una elevata durezza e fragilità, una notevole resistenza a compressione (ma molto scarsa a trazione), sono generalmente buoni isolanti elettrici e termici e hanno una ottima resistenza chimica.

In edilizia uno dei composti ceramici più utilizzati è il gres (porcellanato) per la realizzazione di pavimentazioni e rivestimenti.

Esistono infine, in questa breve trattazione, i cosiddetti materiali compositi, costituiti dalla combinazione di diverse tipologie di materiali e generati da una matrice e un materiale di rinforzo. Questi materiali vengono costituiti per consentire il raggiungimento di una combinazione di proprietà ottimali per lo scopo per cui vengono utilizzati.

Un esempio semplice può essere il calcestruzzo, che è costituito da una matrice di pasta cementizia e un materiale aggregato (sabbia, ghiaia..) di rinforzo; nel calcestruzzo armato un ulteriore materiale di rinforzo può essere considerato l’acciaio per il miglioramento del comportamento e della resistenza a trazione.

UTILIZZO DEI MATERIALI NELL’EDILIZIA

Ogni volta che si affronta la progettazione edilizia, il progettista deve confrontarsi con la scelta dei materiali con cui realizzare la propria opera.

Esulando dagli aspetti estetici,  dunque risulta fondamentale la conoscenza prima dell’applicazione, dei materiali per conoscere caratteristiche fisiche, meccaniche, chimiche, economiche, di lavorazione e durabilità per consentire una scelta oculata in base alle condizioni di impiego.

Un’aspetto che vorrei però approfondire, tralasciando gli aspetti relativi alla resistenza meccanica e di deformazione plastica, è quello del rapporto tra materiale e ambiente.

Noi sappiamo quanto sia importante studiare il nostro edificio e i suoi componenti in relazione all’ambiente; allo stesso modo è fondamentale conoscere le caratteristiche del materiale in funzione del suo comportamento rispetto a sollecitazioni esterne. I materiali sono moltissimi quindi sarebbe molto complessa la trattazione in merito e quindi mi limito a portare solo un breve esempio.

Nel nostro progetto decidiamo di impiegare, per esempio, serramenti in acciaio o in legno, ma se non verranno
opportunamente protetti tenderanno a degradarsi e a perdere di resistenza e durabilità. Una scelta orientata ad esempio a sistemi in PVC consentiranno tra le altre cose una maggiore durabilità rispetto agli agenti atmosferici, anche in assenza di protezione.

Per quanto riguarda l‘impatto ambientale è importante valutare una scelta di un materiale in funzione del suo ciclo di vita, quindi del suo approvvigionamento e del riciclo. La scelta dunque dei materiali con cui realizzare i nostri serramenti dovrebbe essere finalizzata anche al soddisfacimento di questi requisiti ambientali.

Questo ovviamente è generalizzabile, ove possibile, a tutte le componenti che costituiscono il nostro manufatto in relazione alle molteplici variabili in gioco.

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