Tipologie, caratteristiche materiali da costruzione

Sono i materiali che vengono utilizzati nel settore edilizio. Ce ne sono di diversi tipi, di provenienza sia naturale che creata dall’uomo, e nel tempo ne sono stati creati di nuovi, sempre più efficaci. Ovviamente ogni materiale ha specifiche proprietà che lo rendono più o meno adatto ai diversi scopi per cui potrebbe venire utilizzato in una costruzione.

I primi materiali impiegati dall’uomo per costruire le tende in cui abitavano erano le pelli degli animali; successivamente sono state impiegate fango e argille grezze, la paglia per le capanne, e diversi tipi di roccia. Sono molte le popolazioni aborigene e nomadi che, in diverse parti del mondo, impiegano ancora questi materiali per le proprie abitazioni; nei paesi industrializzati invece se n’è perso quasi completamente l’uso.

Una delle tecniche di costruzione di più vecchia data è il muro a secco, che viene costruito con blocchi di pietra posizionati in modo che si sostengano da soli, senza bisogno di utilizzare leganti. Un esempio di questo tipo di costruzione sono i nuraghes sardi, che risalgono al II millennio a.C., le piramidi delle civiltà precolombiane in Sud America e le antiche costruzioni greche e romane. Intorno al 2.600 a.C. prese piede anche l’uso del granito, con cui gli antichi egizi realizzarono la parte esterna della piramide rossa; quella di Micerino è invece costruita con granito e blocchi di calcare. Gli Indiani d’America, invece, utilizzavano pelli e cortecce di betulla per costruire le proprie capanne, chiamate teepee, dalla tipica forma conica, che potevano essere smontate, trasportate e rimontate in altri siti. Ancora oggi in Mongolia ci sono popolazioni che vivono nelle yurte, tipiche strutture abitative realizzate con una struttura di legno e una copertura fatta di tappeti di feltro, che è un tessuto di pelo animale.

A metà Novecento nascono invece le tensostrutture: la prima risale infatti al 1958, in occasione del Sidney Myer Music Bowl a Melbourne. Per la loro realizzazione sono utilizzate strutture portanti in fibra di vetro, ricoperte da politetrafluoroetilene, tela di poliestere e polivinilcloruri.
Nel settore edilizio veniva frequentemente utilizzato anche l’amianto, soprattutto per l’isolamento termico di edifici così come anche di mezzi di trasporto, fino alla conclamazione della sua cancerogenicità intorno alla metà degli anni ottanta.

Sono i materiali, e più nello specifico le loro proprietà meccaniche, strutturali, termiche e di massa che spesso e volentieri condizionano la realizzazione di oggetti, utensili, fino ad arrivare agli stessi edifici. La scelta del materiale da utilizzare, quindi, non è mai lasciata al caso, per via delle profonde diversità tra gli stessi materiali, spesso appartenenti anche a una stessa famiglia merceologica.
Soprattutto negli anni passati, l’edilizia sfruttava materiali che potevano essere reperiti in natura, come l’argilla, la sabbia e il legno. Spesso venivano utilizzati allo stato grezzo, senza che fosse necessaria una lavorazione aggiuntiva.

Con lo scorrere degli anni e con l’evoluzione della tecnologia, questi materiali sono stati integrati con altri materiali di produzione artificiale, come il vetro, il calcestruzzo, la plastica e le leghe metalliche. Questi ultimi materiali nascono dalla lavorazione e da specifici trattamenti di materie prime presenti in natura. Gli stessi materiali che venivano impiegati nella loro forma grezza, con gli anni iniziano a subire processi di lavorazione e di trasformazione; un esempio è il legno, la cui superficie viene trattata con diversi sistemi tra cui la sabbiatura, o l’argilla, che viene trasformata in terracotta tramite la cottura in forno.

I materiali per l’edilizia possono essere divisi nelle seguenti categorie:

• legni
• rocce
• ceramiche
• metalli
• compositi
• mattoni
• polimeri / materiali plastici
• vetri
• ghiacci

Un altro componente fondamentale per la scelta di un materiale rispetto a un altro è, ovviamente, il suo prezzo.

I diversi tipi di legno differiscono tra di loro sia per la specie a cui appartengono sia dal tipo di crescita dell’albero da cui provengono. Il cosiddetto legno strutturale è un materiale decisamente versatile e dalla facile lavorazione, largamente impiegato nel settore edilizio per la realizzazione di strutture di diverso tipo; viene principalmente impiegato per la costruzione di telai portanti e per i rivestimenti. Dal fusto della pianta si possono infatti ottenere assi di diverso spessore, che spesso vengono unite tra di loro con l’utilizzo di colle, viti o cerniere in acciaio da carpenteria. Il principale svantaggio di questo materiale è, ovviamente, la sua alta incendiabilità.

Utilizzato principalmente nelle pavimentazioni, è un materiale caratterizzato da una grande resistenza agli acidi.

È un materiale che spesso viene utilizzato sotto forma di lastre per realizzare le finiture, come ad esempio i pavimenti o, a volte, anche le pareti. A causa della sua porosità, e di conseguenza alla sua tendenza ad assorbire le sostanze oleose, a volte subisce specifici trattamenti di protezione.

La sua caratteristica principale è la leggerezza, data da un peso specifico inferiore rispetto alla media degli altri materiali; questa leggerezza però è accompagnata anche da minori, proprietà meccaniche, che lo relegano alla realizzazione di cartongesso che viene impiegato per la realizzazione di pareti divisorie e controsofitti.

Sotto forma di blocchetti, viene utilizzato principalmente per costruire i tramezzi al posto dei mattoni traforati.

È il materiale ideale per essere tagliato in lastre sottili, piatte e leggere, impermeabili e da una grande resistenza agli agenti atmosferici. Per questo viene solitamente utilizzata per le coperture, per i tetti, così come anche per le pavimentazioni esterne e la realizzazione di scale e gradoni.

Materiali ceramici

Nell’edilizia la ceramica viene spesso impiegata per le copertura, per le piastrelle (sia per pareti che per pavimenti) e per la realizzazione dei sanitari, ossia lavandini, WC, bidet, lavandini e piatti doccia.

Spesso vengono utilizzati per la realizzazione di strutture portanti, come ad esempio nei grattacieli, o per il rivestimento delle pareti di alcuni edifici. Il metallo più utilizzato nelle costruzioni è l’acciaio. Anche l’alluminio viene ampiamente utilizzato, in quanto più leggero e meno passibile di corrosione dovuta agli agenti atmosferici. Un altro materiale impiegato è l’ottone. Spesso vengono utilizzati anche metalli nobili come l’argento, l’oro e il cromo, che spesso vanno a decorare le facciate degli edifici. Anche il rame ha una sua utilità nel settore edilizio, spesso per la costruzione delle grondaie.

L’acciaio ha una straordinaria resistenza meccanica e una grande flessibilità, anche se è facilmente corrodibile, quindi non particolarmente longevo se utilizzato in esterno. Viene principalmente impiegato per realizzare telai portanti e per la realizzazione di calcestruzzo armato.

È composta da una miscela di legante, come la calce o il cemento, l’acqua e la sabbia, che è un aggregato fine. Si tratta quindi di una miscela composta caratterizzata da proprietà molto variabili a causa della natura stessa delle componenti che la compongono. Nel settore edilizio viene impiegata come materiale legante nella costruzione di sottofondi, murature, massetti ed intonaci.

Anche il calcestruzzo è un materiale composito, che nasce dall’unione di un materiale detto inerte, come potrebbero essere ghiaia, sabbia o pietrisco, e un materiale legante come ad esempio il cemento. Spesso viene utilizzato nella sua forma ‘armata’, ossia con una vera e propria armatura d’acciaio inserita al suo interno. Il calcestruzzo armato unisce quindi l’ottima resistenza alla compressione del calcestruzzo con la grande resistenza a flessione dell’acciaio.
La parte di calcestruzzo che va a coprire l’anima in acciaio viene chiamato anche copriferro, e può essere di diversi spessori che variano in base a fattori legati alla corrosione dell’armatura interna in acciaio; la corrosione infatti potrebbe essere causa di una diminuzione della prestazione strutturale dello stesso calcestruzzo armato. Nella fase di utilizzo del calcestruzzo armato vengono impiegati speciali vibratori ad ago che servono a eliminare eventuali bolle d’aria che possono rimanere imprigionate all’interno del calcestruzzo, causando un conseguente indebolimento della stessa struttura.
Tra i vantaggi di questo materiale possiamo senza dubbio citare la sua longevità, la possibilità di indurire in diverse forme e, non per ultima, la facilità di trasporto.
Il suo utilizzo principale sono le fondamenta e le strutture portanti degli edifici, come le travi e i pilastri.

Vengono prodotti dall’argilla cotta, dal cemento e a volte anche da una mescola di sabbia e cemento. A causa della loro grande resistenza al fuoco vengono spesso utilizzate al posto del legno nella realizzazione dei tramezzi.

Altrimenti chiamate anche materie plastiche, sono impiegate principalmente per la creazione delle tubazioni idrauliche, delle tapparelle e spesso anche delle vasche.

Conosciuto anche con il nome i polistirolo, si utilizza nella creazione dei ‘cappotti’. È anche un ottimo isolante sia acustico e termico, e ha i vantaggi di essere leggero e soprattutto economico.

È forse il più fragile dei materiali, e viene impiegato in sottilissime lastre per l’assemblaggio delle finestre. Il suo più grande vantaggio è di permettere il passaggio della luce all’interno dei diversi ambienti di un edificio, isolandolo contemporaneamente da pioggia, vento e neve. Spesso viene utilizzato anche come decorazione, come ad esempio nelle vetrate a mosaico che vediamo principalmente nelle finestre delle chiese.
A volte tra una lastra di vetro e l’altra si può lasciare un’intercapedine che consente un buon isolamento acustico come anche termico. Questo tipo di tecnica si chiama anche retrocamera. Sempre con il vetro si possono anche costruire dei veri e propri mattoni che possono essere impiegati per la costruzione di pareti: il vetrocemento, infatti, permette il passaggio della luce, senza però compromettere la privacy di un dato ambiente.

Vengono così definite le ceramiche, le leghe metalliche o i polimeri che vengono progettati e realizzati su misura, per rispondere a specifiche esigenze di costruzione. Più che per la loro nascita relativamente recente, questi materiali si differenziano dagli altri per la loro straordinaria funzionalizzazione: spesso per la loro realizzazione, infatti, la loro stessa struttura chimica e fisica viene modificata per permetterne un’elevazione delle prestazioni.

Questi materiali ‘avanzati’ spesso nascono dalle caratteristiche e continue spinte all’innovazione proprie di altri settori tecnologici, come ad esempio gli ambiti aeronautici, automobilistici o biomedici. Questi settori sono infatti caratterizzati dalla ricerca di materiali con prestazioni sempre migliori, indispensabili per la creazione di sistemi e prodotti dalla massima efficienza. Essendo l’edilizia un settore in cui l’innovazione penetra molto più lentamente, sia da un punto di vista prettamente industriale che di architettura, questi materiali per poter entrare nell’uso comune devono essere sottoposti a specifici processi che li adattino a nuove condizioni d’uso e ne verifichino le prestazioni. Altri ostacoli alla loro diffusione possono essere le difficoltà tecniche nell’impiego e l’assenza di specifiche norme che ne regolino l’uso.

I recenti traguardi nel campo della chimica hanno modificato sensibilmente il rapporto tra l’uomo e le diverse materie da cui è circondato, permettendogli addirittura di intervenire a livello molecolare sulle composizioni atomiche, per arrivare alla creazione di nuovi materiali definiti ‘a complessità gestita’. In questi nuovi prodotti le impurità e le anistropie diventano dei punti di forza, appositamente creati per ottenere determinate prestazioni.
La composizione materia di un oggetto cede il passo alle sue potenzialità prestazionali, cambiando radicalmente il modo in cui l’uomo si è sempre rapportato al mondo che lo circondava: le materie di recente generazione non possono essere classificate secondo i ‘vecchi’ parametri proprio per via delle loro innovative potenzialità e dei loro comportamenti spesso imprevedibili.
Questi nuovi materiali infatti ci appaiono spesso come eterogenei e non sempre facilmente classificabili con i criteri tradizionali perché l’elemento che li caratterizza non deriva dalle proprietà del materiale stesso ma dalle sue proprietà originali ed estranee, che vanno ad incrementare il loro contributo informativo con interventi su scale dimensionali differenziate.

Oggi possiamo intervenire su un prodotto su molteplici livelli, che vanno a modificare la sua scala dimensionale in base alla proprietà che vogliamo che abbia. Ad esempio, un intervento a livello atomico può modificare le sue proprietà generali, quelle che distinguono le tre famiglie di prodotti polimerici, metallici e ceramici. Intervenendo invece sulla distribuzione spaziale degli atomi e sull’intensità di questi legami si può variarne lo stato di aggregazione, ad esempio da solido, a liquido e a gassoso; questo avviene principalmente nel caso della realizzazione di nuove leghe metalliche o di materiali ceramici con prestazioni specifiche molto elevate.È la microstruttura di un materiale, infatti, a definirne le proprietà fisiche e meccaniche, mentre è la macrostruttura che ci permette di modificarne e le funzionalità.

Spesso questi materiali presentano un’ottimizzazione delle proprietà rispetto ai materiali edilizi cosiddetti comuni per rispondere a precise esigenze di impiego. Le loro prestazioni sono spesso variabili, controllabili e selezionabili. Le loro caratteristiche fisiche e chimiche possono essere modificate per raggiungere proprietà e prestazioni innovative, che non erano mai state raggiunte, né tantomeno considerate, negli anni passati.
La differenza fondamentale rispetto ai materiali impiegati tradizionalmente, infatti, sta proprio nelle prestazioni; spesso materiali di uso comune che vengono ‘innovati’ nelle prestazioni (ad esempio nei calcestruzzi) possono essere considerati materiali avanzati. Anche specifici processi di produzione o di sintesi di un dato materiale possono andare a identificare certi tipi di materiale avanzato, come nel caso dei materiali nanostrutturati, che nascono dall’accoppiamento su scala nanometrica di 2 materiali o più.

Due sono le principali categorie: i materiali a prestazioni fisse, caratterizzati da proprietà finali che vengono selezionate e determinate in precedenza con speciali processi di conformazione chimico/fisica e speciali processi di sintesi, e i materiali definiti ‘smart’, le cui caratteristiche possono modificarsi come risposta a stimoli provenienti dall’esterno.

I materiali a prestazioni fisse:

• materiali strutturali avanzati: rientrano in questa categoria i materiali compositi fibrorinforzati, i vetri strutturati, i calcestruzzi ad alte prestazioni e le schiume metalliche o polimeriche; vengono utilizzate in diverse applicazioni che richiedono principalmente una grande versatilità a livello di proprietà meccanica.
• materiali termostrutturali: ne fanno parte le fibre ignifughe e ‘flame retardant’, i prodotti ceramici avanzati o trasparenti, le resine termoresistenti, le schiume ceramiche e i prodotti ceramici leggeri, dalle ottime proprietà termomeccaniche.
• materiali a proprietà superficiali e di interfaccia: rientrano in questa famiglia i materiali impiegati per i rivestimenti antiusura, termici, fotocatalitici e anticorrosione; ma anche i vetri autopulenti, selettivi e bassoemissivi, che quando impiegati come rivestimento esterno forniscono un’altissima protezione dai diversi fattori atmosferici e ambientali.

Due sono invece le diverse categorie di materiali ‘smart’:

• materiali property changing: ad esempio i materiali a cambiamento di fase (magneto-elettroreologici, foto-termo-elettrotropici), i materiali foto-termo-elettrocromici, i materiali a cambiamento di fase (foto-termo-elettrotropici o magneto-elettroreologici,) e quelli a memoria di forma, che soon in grado di modificare alcune delle loro proprietà come risposta ad eventuali cambiamenti climatici, senza che sia necessario un intervento esterno o un sistema di controllo.
• materiali energy exchanging: rientrano in questa categoria determinati sensori o attuatori piezoelettrici, alcuni materiali foto-elettrochimicoluminescenti e OLED; ma anche materiali di origine organica che consentono la conversione fotovoltaica che permette di trasformare un’energia in entrata in un altro tipo di energia in uscita seguendo il primo principio della termodinamica. Spesso vengono utilizzati come sistemi di controllo o dispositivi per produrre energia.

Gli investimenti di ricerca nel campo delle ceramiche sono tutti volti a perfezionare le proprietà di un materiale che presenta dei limiti prestazionali dati dalla difficoltà di lavorazione e dalla sua estrema fragilità. Gli studi e le sperimentazioni in corso hanno come obiettivo l’individuazione di uno o più nuovi materiali che siano in grado di sposare le caratteristiche positive della ceramica, ad esempio l’inerzia termica, la stabilità a livello chimico e la durezza, con qualità inedite per questo tipo di materiale, come ad esempio la tenacia e una più semplice processabilità. Grazie alla sua grande varietà di prodotti, come i calcestruzzi, i vetri e i prodotti lapidei, il settore ceramico è quello che concentra il maggior numero di sperimentazioni e i maggiori investimenti di ricerca.

Il mercato sta sperimentando nella nostra epoca l’ingresso di prodotti innovativi come i calcestruzzi ad alte prestazioni di tipo HPC e RP4C, che hanno come punto di forza una grande lavorabilità, ottima resistenza meccanica, stabilita volumetrica, una riduzione della tendenza alla fessurazione, un elevazione del grado di permeabilità e soprattutto un’incrementata curabilità anche e soprattutto in condizioni climatiche e ambientali avverse.

• calcestruzzi fibro-rinforzati: sono materiali speciali in cui la resistenza a flessione viene incrementata notevolmente dall’inserimento nella miscela di speciali fibre polimeriche.
• calcestruzzi smart: contengono al loro interno delle fibre di carbonio o delle fibre ottiche che permettono un attento monitoraggio dell’integrità della struttura stessa tramite un passaggio di elettricità;
• calcestruzzi traslucidi: in cui la densità dell’impasto diminuisce notevolmente grazie alla presenza di un’elevata quantità di fibre di rinforzo.

Suscita un particolare interesse la sperimentazione verso la creazione di prodotti selettivi che possano modificarsi in base alle radiazioni del sole, a impulsi elettrici o a particolari campi magnetici indotti, come ad esempio i vetri cromogenici, che si suddividono nelle seguenti categorie:

• vetri elettrocromici: che sono in grado di variare la propria trasmittanza in seguito a un cambio di tensione elettrica.
• vetri fotocromici: che sono in grado di mutare il proprio aspetto quando vengono esposti a una radiazione luminosa.
• termocromici: quando vengono riscaldati il loro aspetto esteriore cambia.
• a cristalli liquidi: quando subiscono uno stimolo elettrico sono capaci di variare la propria trasparenza.
• elettroforetici: al loro interno ci sono speciali particelle ‘sospese’ in un gel di origine organica contenuto in una pellicola. Come risposta a uno stimolo elettrico, le particelle cambiano la loro disposizione e quindi variano la trasparenza stessa del vetro.
• fotoelettrocromici: grazie all’integrazione della tecnologia fotocromica con la fotovoltaica, sono vetri speciali che si autoalimentano.

Anche questi materiali sono oggetti di studi volti all’innovazione, soprattutto per cercare di ovviare al problema della loro fragilità. Scopo delle ricerche è infatti riuscire ad ottenere:

• pietre fibro-rinforzate: con una resistenza ai carichi 10 volte maggiore grazie all’interposizione di fibra di carbonio.
• pietre laminate: abbinando la lastra di pietra a sottilissime lastre di vetro o di materiale plastico si ottiene una maggiore protezione contro gli agenti atmosferici.

Sempre nel campo dei prodotti ceramici, le più recenti direzioni di studio e di sviluppo sono volte alla creazione di:

• rivestimenti e pitture ceramiche che possano vantare elevatissime proprietà isolanti e riflettenti
• schiume ceramiche che abbinino ad elevate proprietà isolanti anche una grande resistenza meccanica.

Anche il campo dei prodotti metallici sta sperimentando grandi innovazioni; viene realizzato, infatti, un numero sempre maggiore di leghe metalliche che possano vantare un miglioramento nella resistenza e nella processabilità, e che quindi possono essere oggetto di processi ad altissima precisione, molto simili a quelli a cui vengono sottoposti i polimeri termoplastici.
Sono tanti, al giorno d’oggi, i prodotti metallici di ultima generazione che hanno migliorato le proprie potenzialità e superato i propri limiti: sono prodotti resistenti alla corrosione, incredibilmente duttili, di facile lavorazione e dalla grande adesività alla grande varietà di trattamenti che possono subire a livello superficiale.
Ecco i più importanti:

• leghe leggere e superleghe: nascono dagli studi effettuati in campo automobilistico e aeronautico per incrementare le prestazioni di un veicolo.
• schiume metalliche: disponibili principalmente in nichel e alluminio, hanno un alto livello di leggerezza e di rigidità abbinato a buone proprietà di isolamento sia termico che acustico.
• acciai compositi: vengono prodotti sia come ‘fogli’ o lastre, che come pannelli detti honeycomb che vengono ‘accoppiati’ fisicamente a materiali termopalstici che vengono solitamente impiegati per il rivestimento di facciate o per la realizzazione di pannelli, ma anche come compositi di fibra di metallo, da utilizzarsi per specifiche applicazioni industriali.
• microleghe metalliche a prestazioni elevate: sono incredibilmente resistenti sia alla rottura che a temperature elevate, grazie a speciali combinazioni di vanadio, molibdeno e rame. Trovano la loro applicazione ideale nelle costruzioni in zone facilmente soggette a sismi.
• leghe a memoria di forma: particolarmente interessanti per la scienza biomedica, queste speciali leghe possono modificarsi in modo reversibile come reazione a variazioni termiche.
• tessuti metallici: utilizzati principalmente per applicazioni fuori dal comune, dove si possono presentare temperature elevatissime o bassissime, come ad esempio le missioni aerospaziali, sono fibre arricchite con ossidi di alluminio, silicio e boro. Alcune versioni di queste leghe vengono anche utilizzate nel settore edilizio nei pannelli di facciata, ma principalmente per il loro valore estetico.

Anche i polimeri plastici sono oggetto di studi e sperimentazioni, in particolar modo per la produzione di speciali pellicole e tessili tecnici. La famiglia dei tessili tecnici è molto vasta e comprende un gran numero di prodotti e di materiali, tessuti e non, impiegati in numerosissimi ambiti, dall’elettrico all’industria automobilistica, dall’edilizia all’aerospaziale per arrivare fino al settore dell’abbigliamento e del microfarmaceutico; per questo non è sempre di facile classificazione.
Il settore architettonico vede l’impiego di speciali membrane realizzate con tessuti ricoperti di resine plastiche che conferiscono al materiale una grande resistenza poiché i singoli fili che la compongono sono straordinariamente forti; questa resistenza può comunque variare in base al tipo di tessuto, come ad esempio quelli trama e ordito, quelli laminati, i fogli o le pellicole.
Oggi i materiali tessili impiegati nell’edilizia posso essere suddivisi in due categorie, in base alla quantità di polimeri utilizzati per la realizzazione delle fibre e delle matrici:

• prodotti multicomponente: come ad esempio i tessuti in poliestere e PVC, vetro e PTFE e vetro e silicone;
• prodotti monocomponente: sono prodotti ancora più moderni, come il tessuto di PTFE espanso e le pellicole plastiche in ETFE e THV.

Grazie alla loro rapida diffusione in moltissimi settori, questi prodotti sono oggetto di ricerche e innovazioni continue volte soprattutto a incrementare le loro prestazioni soprattutto per quel che riguarda la resistenza, le proprietà isolanti, la curabilità, l’efficienza e la manutenibilità.
In particolar modo le pellicole plastiche, che vengono impiegare per la creazione di film fotovoltaici che servono per produrre elettricità da fonti rinnovabili, sono oggetto di studi costanti per incrementarne l’efficienza, che attualmente è a un livello leggermente inferiore rispetto a quella delle tradizionali celle fotovoltaiche.

Anche le recenti discussioni di carattere ambientale hanno messo in primo piano la necessità di creare materie plastiche che abbiano un impatto ambientale inferiore; per questo è stato necessario rivedere tutte le fase e le tecniche produttive dei polimeri plastici. Riguardo all’ultimo stadio del ciclo di vita di un prodotto polimerico, invece, iniziano a farsi notare progetti di particolare interesse, che prevedono la creazione di polimeri biodegradabili, appositamente progettati per poter degradare quando incontrano determinate situazioni ambientali,l reintegrandosi nei naturali cicli organici.

Fonte:  http://www.guidaacquisti.net/