Materiali Metallici

Facoltà di Architettura di Palermo A.A. 2010/11
Corso di Laurea in Scienze dell’Architettura (Cl.17)
LABTECNARCH (Laboratorio di Tecnologia dell’Architettura)
Docenti: Proff. Archh. E. Di Natale; M. L. Germanà;
I Materiali Costruttivi: Materiali Metallici
Contributo dell’Arch. Carmela Caristia
Cultore di Architettura Bioclimatica
LEZIONE X
6 APRILE 2011
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Materiali Metallici
Argomenti trattati:
Evoluzione storica
Metallo e architettura
Caratteristiche tecniche
Proprietà
Classificazione metalli
Lavorazioni
Principali metalli
Leghe
Prodotti
Realizzazioni
2

Materiali Metallici: Evoluzione storica
Sin dalla loro scoperta i metalli hanno caratterizzato lo sviluppo storico e culturale dell’umanità fino a
definirne le ere storiche
6000 a.C.
Materiali metallici utilizzati come
ornamenti
4300 a.C. Età del rame
Si sviluppano e diffondono le
tecniche per ricavare i metalli dai
minerali le relative lavorazioni
3500 a.C. Età’ del bronzo
Lega di rame e stagno.
Realizzazione di armi, utensili e altri
oggetti di uso comune.
Produzione di massa - Nuovi lavori
specifici - Nuovi rapporti commerciali
1200 a.C. Eta’ del ferro
Inizialmente la lavorazione era
complessa , per via delle basse
temperature di fusione del minerale
con il carbone che davano grumi
pieni di scorie, questo rendeva la
lavorazione lunga e costosa
XIV sec
Nascita degli altiforni
Possibilità di ottenere ferro liquido in
grandi quantità con il raggiungimento
di temperature di 1500° usando
mantici negli altiforni.
Nel 1556 George Agricola pubblica il
“De Re Metallica” descrivendo
accuratamente tutte le tecniche per
l’estrazione e la lavorazione dei
metalli, processi che non subirono
grandi cambiamenti fino al XIX sec.
Eccessivo consumo di legno 125 kg
per la realizzazione di un kg di ferro
1709 Abraham Darby usò il
Coke negli altiforni
Nel XVIII sec. il coke sostituì la legna
e la produzione si concentrò in Gran
Bretagna vicino alle zone di
estrazione del Coke.

Materiali Metallici: Evoluzione storica
XIX sec. Utilizzo della ghisa per la realizzazione di elementi portanti in architettura
La diffusione degli elementi metallici in Architettura è progredita parallelamente allo sviluppo ed
all'industrializzazione dei procedimenti metallurgici. L'affinazione delle tecnologie, dei trattamenti e delle
lavorazioni, e la ricerca sulle associazioni fra i vari metalli hanno condotto a prodotti dalle elevate
prestazioni, a patto che questi vengano posati in opera correttamente al fine di evitare possibili degradi
innescati da fenomeni di corrosione.
Sala di lettura Biblioteca St.
Geneviève a Parigi, 1851
Henry Labrouste
Forme libere
Edificio per l’esposizione universale di Londra,
1889 Joseph Paxton
Realizzato in 10 mesi, ossatura portante con
colonne in ghisa, travi reticolari in ghisa e in ferro
Torre per l’esposizione
universale di Parigi del 1889
Gustave Eiffel
Alta 300 m.
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Materiali Metallici: Evoluzione storica - XIX sec.
XIX sec. 1856 Invenzione del processo Bessemer
Possibilità di grandi quantità di acciaio liquido direttamente dal ferro.
La produzione dell’acciaio divenne quindi più economica e consenti
la realizzazione di grandi strutture
Il successivo sviluppo tecnologico ed
economico, portò in America, alla nascita di
una nuova tipologia edilizia: il grattacielo
Empire State Building (1930) progettato
da Lamb & Harmon, alto 102 piani
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Materiali Metallici: Evoluzione storica - XIX sec.
Stazione St Pancras - Londra
Inaugurata nel 1877 secondo il progetto di
Gilbert Scott
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Materiali Metallici: Evoluzione storica - XX sec.
Grande uso di acciaio laminato
Impieghi strutturali
Elementi di fabbrica
Terminal Eurostar stazione
Waterloo Londra
Strutture portanti di edifici,
padiglioni, ecc
Cemento armato
Impianti esterni
Coperture
Rivestimenti,
ecc
Lloyd’s Bank
Richard Rogers
Londra
30 St Mary Axe
Norman Foster Londra
"The Gherkin" "il cetriolo"
Eero Saarinen edifici della John
Deere Company
Acciaio trattato per resistere agli
agenti atmosferici
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Materiali Metallici: XXI sec.
Il nuovo polo fieristico a Rho-Pero
Arch. Massimiliano Fuksas , Studio Altieri 2003-2005
Una struttura spettacolare che è già entrata
nell’immaginario comune, un cantiere dai tempi record e
dimensioni che non si sono mai viste per un polo fieristico;
una “città nella città”, 8 padiglioni, l’avveniristica vela e il
vulcano, soprannominato “montagna Fuksas”
L’asse centrale e la vela
Articolato su 2 piani, l’asse centrale si estende per 1.300
metri ed è una struttura di travi e solai prefabbricati in cls,
con getti di completamento in opera, montata su pilastri
circolari in acciaio. La sua copertura è una costruzione
tridimensionale in acciaio (8.800 tonnellate) e vetro
(47.000 mq); ogni suo pezzo è stato progettato
singolarmente e numerato prima del montaggio.
I padiglioni
Gli 8 padiglioni sono costituiti da una struttura di travi
reticolari imbullonate e muri in lastre di cemento
prefabbricato o di vetro. Sono vere e proprie “scatole”
semplici e funzionali, diverse dagli altri tre “contenitori”,
anch’essi in vetro e acciaio, ma con forme sinuose e
avvolgenti, da suggerire l’immagine di sottomarini o scatole
giocattolo.
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Materiali Metallici: XXI sec.
Stadio "Oval“ Olimpiadi Torino 2006
Progettazione studio HOK SVE Ltd e Studio Zoppini
Una delle strutture olimpiche di Torino 2006, (ha ospitato 8000 spettatori) è stato
progettato nella ricerca di trovare grande flessibilità per tutte le esigenze di
polivalenza anche nella fase post-olimpica. Nella definizione del progetto si esprimono
tre concetti fondamentali: semplicità, chiarezza e funzionalità.
La struttura metallica ha una copertura a luce unica, che ben si presta a diventare la
più grande struttura espositiva di Torino. (sono già state ospitate manifestazioni
fieristiche di rilievo internazionale)
Per il raggiungimento di questo la migliore soluzione strutturale si è dimostrata
l’acciaio, con l’utilizzo di sei travi principali di inserite ad intervalli costanti. Un
particolare della struttura è stata l’inserimento di giunti di movimento che permettono,
a differenza di una struttura completamente bloccata, di adeguarsi alla sollecitazioni
alle quali è sottoposta. I giunti sono stati posizionati in modo da dividere la copertura
in tre parti, così da rendere possibile la futura suddivisione dello spazio.
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Materiali Metallici: Evoluzione storica
I metalli nell’architettura : Paolo Portoghesi
I metalli sono entrati nell’architettura con passo
felpato e in condizioni di inferiorità che non
facevano certo pensare a un avvenire sia pur
lontano di egemonia e di possibile sostituzione di
ogni altra materia costruttiva.
Nella architettura greca e in quella romana
appaiono nascosti nel corpo della muratura per
tenere insieme i blocchi di pietra e garantirne la
stabilità anche quando la terra cessa, nei terremoti,
di essere uno stabile sostegno.
Svolgono anche un indispensabile ruolo materiale e
simbolico nei cardini e nelle cerniere e nella
struttura stessa delle porte che per la loro mobilità
sfruttano in pieno le caratteristiche intrinseche di
una materia compatta che può essere usata, senza
giunti, in grandi superfici e può ridursi in lastre
sottili e, nel caso dell’oro, in virtù della sua
malleabilità, in fogli così fini da diventare
trasparenti, che applicati ad altro materiale lo fanno
risplendere di luce propria……….
……………………. Vulcano, dio della guerra, è un fabbro
e nella sua fucina fonde e piega i metalli che
consentono all’uomo di accrescere l’effetto della sua
forza fisica, attraverso la durezza, la laminazione, la
relativa leggerezza di una materia che penetra,
taglia, scompone, distrugge.
Dopo aver trionfato nella scultura monumentale il
metallo entra nella decorazione architettonica ………
…….Si sviluppa insieme alla funzione decorativa,
una funzione segreta del metallo che si concreta
nella logica delle “catene” che all’interno del corpo
murario contrastano le spinte dei sistemi di volte.
Alla elementare collocazione dei tiranti che uniscono
gli estremi delle arcate subentra la cerchiatura delle
cupole e un modo di collocare le intelaiature,
nascondendole, alle reni della volta e sotto il
pavimento collegando verticali e orizzontali con
elementi diagonali……………….
………………………….. Dalla fine del settecento, per più
di un secolo l’architettura del ferro costituisce uno
dei grandi filoni della ingegneria in una escalation di
conquiste miracolose che battono ogni record, in
fatto di luci di arcate, di superfici coperte, di
leggerezza strutturale…………..
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Materiali Metallici : Proprietà - caratteristiche
DEFINIZIONE
Metallo: dal greco metallon (miniera) elementi chimici i cui atomi si uniscono tra loro in una struttura
cristallina con elettroni liberi.
Da qui tutte le caratteristiche tipiche dei metalli.
PROPRIETA’
Isotropia
(resistenti in modo simile rispetto a qualsiasi
direzione di sollecitazione e in ogni loro parte)
Elevata resistenza meccanica e tenacità
(li rende adatti alla realizzazione di strutture
portanti)
Deformazione plastica
(alto limite di snervamento)
Un’importante caratteristica dei metalli è la
capacità di costituire leghe se sottoposti a
fusione e miscelazione con altri elementi.
Sono solidi a temperatura ordinaria (tranne il
mercurio)
Altamente compatti e rigidi
Hanno un punto di fusione molto alto
Sono buoni conduttori di calore e di elettricità
Sono duttili e malleabili (riducibili in fili e lamine)
Facilmente deformabili a freddo e a caldo
Hanno solitamente superfici brillanti
Alcuni metalli hanno comportamento magnetico
Sono freddi al tatto (per l’elevata conducibilità
termica)
capaci di assorbire radiazioni solari e
riscaldarsi molto
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Materiali Metallici: Classificazione
CLASSIFICAZIONE
I metalli possono essere classificati in:
Metalli ferrosi
Metalli non ferrosi
In base alla densità in:
Metalli pesanti > 4500 kg/mc
Metalli leggeri < 4500 kg/mc
in base alla loro composizione in:
Metalli puri
(un solo elemento chimico)
Leghe metalliche
(miscele di più elementi)
Gli elementi metallici sono molto numerosi, quelli
principalmente utilizzati in architettura sono:
Ferro – rame - alluminio
Zinco – piombo – stagno - titanio
Ogni materiale ha proprietà specifiche che lo
distinguono dagli altri
La conoscenza di queste proprietà è indispensabile
per scegliere il materiale più adatto per ogni
impiego ed il tipo di lavorazione a cui deve essere
sottoposto.
Ad esempio:
l'ottima conduttività elettrica del rame e la sua
buona duttilità lo fanno preferire per la
fabbricazione dei fili conduttori degli impianti
elettrici;
la ghisa può essere modellato solo con la
fusione
gli acciai possono essere modellati anche con le
macchine utensili.
Solo i metalli nobili quali:
oro - argento - platino
esistono puri in natura, gli altri vengono trasformati
prima di essere trattati negli altiforni.
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Materiali Metallici: comportamento al fuoco
Comportamento al fuoco
Pur non essendo combustibili, a temperature elevate i metalli si
deformano perché:
•perdono rigidità
•diminuisce il limite di snervamento
•diminuisce il modulo elastico
Protezioni antincendio:
Per tutelarsi ed evitare che deformandosi le strutture cedano
possiamo proteggerle con:
•Dispositivi automatici di spegnimento, rilevatori di fumo, ecc..
•Rivestimenti quali vernici, pitture intumescenti
•Riempimento e ricoprimento con materiali non combustibili
Applicazione di pittura intumescente
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Materiali Metallici: Degrado chimico - la corrosione
a umido
Corrosione atmosferica
Corrosione da parte del Metallo (es.
contatto galvanico)
Corrosione da parte delle acque,
dolci o di mare
Generalizzata
Localizzata
Selettiva
CORROSIONE
a secco
Il metallo è immerso in un'atmosfera
gassosa di natura diversa dalla normale
concentrazione atmosferica (cloro,
acidi, ossigeno secco), oppure uguale
ma ad elevata temperatura
Le forme più tipiche di corrosione sono:
La corrosione interessa tutta la superficie del materiale e
l'entità degli effetti corrosivi è uguale in ogni punto della
superficie;
La corrosione interessa solo alcune zone del materiale; la
zona interessata dalla corrosione può presentare diverse
morfologie, ad esempio: ulcere, crateri, caverne, punte di
spillo, cricche.
La corrosione ha luogo in zone specifiche del materiale;
intragranulare (in cui si ha la corrosione di singoli grani
cristallini) e la corrosione intergranulare (che avviene in
corrispondenza dei bordi di grano)
La corrosione dei metalli può essere
definita come un processo di
degradazione e ricomposizione con
altri elementi.
E’ la modificazione chimica o
elettrochimica della superficie di un
metallo.
Il processo elettrochimico è legato
alla differenza di potenziale dei
metalli .Tra due metalli a contatto o
in presenza di liquido elettrolitico
(acqua) si creano zone anodiche e
zone catodiche; es. tra rame e ferro:
il ferro da anodo, libera elettroni che
migrano verso il rame e si corrode. Il
rame fa da catodo e sulla superficie
si sviluppa idrogeno gassoso.
Generalizzata
Localizzata
Selettiva
intergranulare
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Materiali Metallici: Degrado chimico - la corrosione
Una buona progettazione e la scelta di un materiale adatto sono fondamentali per il controllo degli effetti
corrosivi
Un film di pittura protettiva:
Protezioni Passive
Consiste nell’isolare la superficie del metallo dall'ambiente
esterno mediante il suo rivestimento con:
Manti protettivi a base di polietilene, bitume e
poliuretano usati come rivestimento esterno delle
tubazioni in acciaio interrate. nastri di polietilene
autoadesivi applicati a freddo
Prodotti di ossidazione (es. ossidazione anodica)
utilizzata per alluminio, nichel o cobalto. Gli ossidi sono
molto tenaci ed aderenti allo strato superficiale e
pertanto passivano il metallo.
Metalli meno nobili, quali lo zinco. La zincatura usata
per proteggere il ferro immergendo il metallo, in un
bagno fuso di zinco. Il ferro rimane protetto fino a quando
non è stato consumato tutto lo zinco.
Metalli più nobili, quali il cromo. In questo caso si parla
di cromatura che viene utilizzata per proteggere i
manufatti di ferro.
Protezioni attive
Chiamate protezioni catodiche, utilizzate per eliminare i
fenomeni di corrosione dei manufatti di ferro interrati.
A corrente impressa: consiste collegare il manufatto al
polo negativo di un generatore esterno il cui polo positivo
è a sua volta collegato ad un elettrodo inerte interrato in
prossimità del manufatto. L'umidità del terreno funge da
elettrolita.
Ad anodo sacrificale o ad accoppiamento
galvanico: consiste nel collegare direttamente il
manufatto in ferro ad un elettrodo interrato costituito da
un metallo meno nobile (più riducente) del ferro stesso,
quali lo zinco o il magnesio. Si viene a creare una cella
galvanica in cui il ferro funge da catodo e l'elettrodo da
anodo che di conseguenza si corrode preservando così
l'integrità del manufatto in ferro fino a quando l'anodo
non si consuma completamente.
Strati protettivi naturali
Rame – Alluminio – Piombo - Zinco; Acciaio Legato -
Acciaio Impermeabile, formano sulla superficie strati
protettivi che ostacolano la corrosione
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Materiali Metallici : Deformazioni plastiche
Sono basate sulla proprietà dei materiali metallici di deformarsi permanentemente, acquistando una forma
determinata, sotto l'azione di forze esterne. Questa proprietà tecnologica è la plasticità che comprende la
malleabilità e la duttilità.
Con i termini "a caldo" e "a freddo" non si indicano le
temperature assolute dei metalli lavorati, ma si attribuisce
semplicemente un valore allo stato in cui si trova quel
metallo, e in particolare la vicinanza con la sua temperatura
di fusione. Se questo rapporto è inferiore a 0,3 la
Deformazione a caldo - Deformazione a freddo
LAMINAZIONE
Il materiale è costretto a passare tra due
cilindri rotanti in senso inverso l'uno rispetto
all'altro e si trasforma in lamina; si sfrutta la
proprietà tecnologia chiamata "malleabilità".
FORGIATURA O FUCINATURA
I materiali a caldo vengono deformati per
mezzo di urti o pressioni con martelli.
lavorazione viene detta "a freddo", se è maggiore di 0,6
viene detta "a caldo"; se il rapporto ha valori intermedi si
dice lavorazione "a tiepido". Ad esempio, fino a 200 °C
l’acciaio è lavorato a freddo, mentre lavorare il piombo a
25 °C (temperatura ambiente) è lavorato a caldo.
ESTRUSIONE
Consiste nel costringere il materiale a
passare attraverso un'apertura detta
"matrice" della forma voluta. Il materiale
è sottoposto a uno sforzo di
compressione e assume la forma e le
dimensioni della matrice.
STAMPAGGIO
I materiali vengono deformati per mezzo
di urti o pressioni con magli o presse
che forzano il pezzo fra due stampi.
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Materiali Metallici : Deformazioni Plastiche - Lavorazioni
IMBUTITURA
I materiali, in genere lamine, a freddo vengono
deformati per mezzo di urti o pressioni con magli o
presse che attivano un punzone contro una matrice.
TRAFILATURA
Consiste nel far passare una barra di data sezione
in un foro di sezione più piccola. La barra è
sottoposta allo sforzo di trazione, per cui si deforma
e si allunga, sfruttando la duttilità.
PRODOTTI DA TRAFILATURA
FUSIONE
La fusione viene usata per produrre oggetti
che hanno una forma molto complessa. Di
solito si fondono metalli con temperature di
fusione medie o basse. Il metallo fuso viene
gettato nello stampo (colata) e si attende che
ridiventi solido per raffreddamento. Lo stampo
viene aperto e il pezzo viene finito per
eliminare sbavature e smussare angoli. Gli
oggetti lavorati per fusione comprendono
rubinetteria, maniglie, caffettiere, tombini,
lampioni.
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Materiali Metallici : Lavorazione meccanica
Sono lavorazioni con cui si trasforma un pezzo grezzo o semilavorato in un prodotto finito, asportando il
materiale, in genere sotto forma di trucioli di dimensioni variabili, per mezzo di un utensile. Ogni macchina
è mossa da un motore che, mediante cinghie ed ingranaggi trasmette i movimenti al pezzo e all'utensile.
TORNIO
Il pezzo si muove di moto rotatorio, mentre l'utensile di moto traslatorio (avanzamento e taglio).
L'utensile può essere fatto avanzare parallelamente o a varie angolazioni rispetto all'asse di
rotazione, in modo da produrre superfici cilindriche o coniche.
TRAPANO
Il pezzo sta fermo mentre l'utensile (punta elicoidale) si muove contemporaneamente di moto
rotatorio (movimento di taglio) e traslatorio (avanzamento); sono macchine molto versatili e
possono avere le dimensioni e le forme più varie.
FRESATRICE
Il pezzo si muove di moto traslatorio (avanzamento) mentre l'utensile di moto rotatorio (taglio); tali
movimenti si possono combinare in vario modo. Le fresatrici sono le macchine utensili più
versatili, e possono lavorare con grande precisione superfici piane o sagomate, esterne o interne.
PIALLATRICE
Il pezzo si muove di moto traslatorio alternato mentre l'utensile, ad ogni passata avanza dello
spessore di taglio, in direzione ortogonale a quella del pezzo. E' utilizzata per spianare le superfici
di pezzi di grandi dimensioni.
ALESATRICE
Il pezzo sta fermo mentre l'utensile si muove di moto traslatorio (avanzamento verso il basso) e
rotatorio (movimento di taglio). L'alesatura è una lavorazione con la quale si allargano fori già
esistenti, principalmente allo scopo di migliorarne il grado di finitura.
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Materiali Metallici : Sistemi di connessione a caldo
CHIODATURA
La chiodatura è un procedimento tecnologico
utilizzato per realizzare dei collegamenti permanenti
tra componenti di una struttura, tramite l'applicazione
di chiodi. E’ il sistema di unione più antico, si realizza
forando gli elementi da unire facendovi passare il
chiodo la cui estremità viene ribattuta per assicurare il
collegamento.
a caldo: il chiodo viene riscaldato inserito nel foro e
ribadito in modo che si dilati all’interno. L'unione a
caldo è adatta a parti di spessore e fortemente
sollecitate.
a freddo: il chiodo è messo nell'alloggiamento e
ribadito, Questo secondo metodo è più usato per le
lamiere, ed i chiodi son detti ribattini.
a sovrapposizione semplice: i due lembi si
ricoprono.
a coprigiunto semplice: i due lembi sono testa a
testa e ricoperti su di una superficie da un tratto di
lamiera.
a coprigiunto doppio: i due lembi sono testa a testa
e ricoperti su entrambe le superfici da tratti di lamiera.
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Materiali Metallici : Sistemi di connessione a caldo
SALDATURA
Con la saldatura si uniscono "saldamente" tra loro due pezzi
metallici mediante l'azione del calore, con o senza l'aggiunta
di un altro materiale (materiale d'apporto).
Saldatura elettrica per punti :Il riscaldamento è dovuto al
passaggio di una corrente elettrica: nel punto di contatto le
parti diventano pastose e, per effetto della pressione
esercitata, si uniscono; viene usata per unire le lamiere.
Saldatura ad arco: Il calore necessario per portare a fusione
le parti è fornito dall'energia termica generata da un arco
elettrico
Saldatura per fusione a gas: Sui pezzi da collegare si fa
colare il metallo di una bacchetta d'apporto che viene fusa
dalla fiamma caldissima emessa da speciali cannelli (fiamma
ossiacetilenica).
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Materiali Metallici : Sistemi di connessione a freddo
BULLONATURA AGGRAFFATURA
La bullonatura è un procedimento tecnologico per
realizzare giunzioni tra componenti di una struttura, tramite
l'applicazione di bulloni . A differenza della chiodatura, i
giunti bullonati sono smontabili. E’ una tecnica semplice,
pratica e di facile realizzazione. Utilizzata in genere per
elementi di notevole spessore, spesso accoppiata a
saldatura.
RIVETTATURA
La rivettatura è una tecnica di giunzione usata
comunemente nelle lavorazioni meccaniche per giuntare
fra loro lamiere e/o lamine plastiche di modesto spessore
e parzialmente sovrapposte che prevede l'utilizzo di
rivetti. È in realtà una tecnica estremamente flessibile per
tutti i tipi di impiego.
L'aggraffatura è una lavorazione di deformazione plastica
a freddo che serve per unire i bordi di lamiere di basso
spessore.
Per eseguire l'aggraffatura si sovrappongono dapprima i
due lembi da unire e si ripiegano assieme due volte su sé
stessi, ottenendo un'unione stabile ed ermetica. È in pratica
una bordatura ripiegata su sé stessa dei due lati da unire.
Viene eseguita tramite opportune macchine dette
aggraffatrici, ed è molto utilizzata per produrre tubi di
grosso diametro di lamierino, quali quelli per le canne
fumarie, pluviali,grondaie.
INCOLLAGGIO
Esistono prodotti adesivi capaci di sopportare elevate
sollecitazioni grazie all’effetto di attrazione molecolare tra
adesivo ed elemento o al processo di fusione tra le parti. L’
adesivo definito strutturale può essere di tipo acrilico,
vinilico, o altro.
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Materiali Metallici : Materiali Ferrosi
Metalli
Leghe
Componenti
delle leghe
GHISA ACCIAIO
Percentuale di
carbonio > 2%
Percentuale di
carbonio < 2%
Materiali Ferrosi
Ferro
Convenzionalmente le LEGHE FERROSE si distinguono in ACCIAI E GHISE in funzione del tenore di
CARBONIO. Le differenze percentuali nel rapporto FERRO-CARBONIO condizionano le caratteristiche e le
qualità dei prodotti finiti.
In base alla Norma Uni En 10020/89 esiste un valore limite della percentuale di Carbonio in Lega che
permette di distinguere l’acciaio dalla ghisa c.a. il 2%
Acciaio = Fe + C carbonio < 2%
Ghisa = Fe + C carbonio > 2%
Acciaio resistente agli
agenti atmosferici
Quantità minime di
Rame e Cromo
Acciaio legato
Quantità minime
di Rame, Cromo,
Vanadio,
Wolframio
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Materiali Metallici Ferrosi : Ferro (Fe)
CARATTERISTICHE
E’ il metallo più usato al mondo, duttile,
malleabile, resistente agli urti, si ossida
facilmente (arrugginisce) e fonde a 1535° C.
Il ferro grezzo contiene circa il 4% di
carbonio ed è fragile. Le sue qualità
migliorano riducendo la quantità di carbonio.
Allo stato puro viene applicato per la
realizzazione di apparecchiature
elettromagnetiche.
Normalmente è utilizzato in lega con il
carbonio (C), a formare acciai e ghise.
Il ferro (Fe) contenuto nei minerali ferrosi, se
sottoposto a fusione, ha la proprietà di
sciogliere nel bagno di fusione, un non
metallo, il carbonio (C) ottenendo la lega
ferro-carbonio.
IL FERRO IN NATURA
Per produrre la ghisa e l’acciaio, bisogna
estrarre dal sottosuolo dei minerali ricchi di
ferro.
Il ferro (Fe) allo stato naturale è presente
sotto varie forme e mescolato a rocce.
Di questi minerali ferrosi i più importanti
sono:
Magnetite con una % di Fe di 60-70
Ematite rossa con una % di Fe di 45-60
Limonite con una % di Fe di 30-50
Siderite con una
LA LAVORAZIONE
% di Fe di 25-40
I minerali ferrosi estratti dal sottosuolo,
vengono lavati, frantumati e compattati in
mattonelle.
Vengono poi fusi in altoforni con carbon
coke e materiali fondenti dando origine alla
ghisa di prima fusione.
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Materiali Metallici ferrosi : Ghisa (Fe-C)
GHISA
La ghisa è stata il primo prodotto siderurgico utilizzato in edilizia. Si
caratterizza per la sua facile lavorabilità e la buona resistenza a
compressione. A causa degli elevati costi di produzione, e della scarsa
resistenza del materiale (in uso tende a fratturarsi ed incrinarsi), il suo
impiego in edilizia è stato sostituito dall’acciaio e da altri prodotti
sintetici.
Caratteristiche della Ghisa:
Colabilità, lavorabilità e formabilità;
Buona resistenza alla corrosione;
Resistenza meccanica inferiore alle leghe di acciaio, buona a
compressione, scarsa a trazione;
Comportamento fragile;
Impossibilità di subire lavorazioni plastiche sia a caldo che a freddo.
IMPIEGHI
Tubi di scarico, radiatori, vasche da bagno, scossaline, ecc. L’uso
strutturale della ghisa è sporadico e solo relativo a particolari leghe.
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Materiali Metallici ferrosi : Acciaio (Fe-C)
ACCIAIO
Definizione da UNI EN 10020
L’ acciaio è un materiale dove il ferro è
l’elemento predominante, con tenore di
carbonio, di regola, non maggiore di ~2 % e
può contenere anche altri elementi.
L’acciaio grazie ad un rapporto alto tra resistenza
meccanica e peso specifico può essere impiegato
per realizzare a parità di carico, opere più
“leggere” rispetto a quelle in cls o in muratura
portante, con impiego minore di materiale e meno
carico sulle fondazioni.
Può essere prodotto in un elevatissimo numero di
tipi, esistono oltre 2000 varianti, diversi per
composizione chimica e microstruttura, così da
ottenere un gran numero di caratteristiche
meccaniche o di resistenza al degrado. Questi
materiali trovano impiego nei settori delle
costruzioni come elementi strutturali e non, e nei
settori meccanico, chimico, alimentare, dei
trasporti, ecc.
CARATTERISTICHE DELL’ACCIAIO
Materiale Isotropo a struttura compatta
Duro;
Resistente;
Duttile;
Elevata resistenza a trazione;
Elevata resistenza a compressione
Elevata resistenza a sforzi longitudinali;
Non modifica le sue caratteristiche nel
tempo;
Buon conduttore elettrico e termico;
Saldabile e lavorabile.
Ha struttura compatta, non assorbe umidità,
polveri, odori,
Non emana sostanze tossiche nemmeno se
esposto al calore o alla fiamma
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Materiali Metallici : Classificazioni dell’acciaio
In base alla percentuale di Carbonio In base alla composizione chimica: Leghe
In base al tasso di carbonio gli acciai si
dividono in:
extra dolci: carbonio tra 0,05% e lo 0,15%;
semidolci: carbonio tra 0,15% e lo 0,25%
dolci: carbonio tra 0,25% e lo 0,40%;
semiduri: carbonio tra 0,40% e lo 0,46%;
duri: carbonio tra 0,60% e lo 0,70%;
durissimi: carbonio tra 0,70% e lo 0,80%;
extraduri: carbonio tra 0,80% e lo 0,85%.
Gli acciai dolci sono più comuni e meno pregiati.
Dalla uni en 10020 definizione di
acciai legati e acciai non legati
NON LEGATI
Acciai nel quale i tenori degli elementi di lega
rientrano nei limiti indicati dal prospetto I della UNI
EN 10020; es: acciaio al carbonio, acciaio nero.
LEGATI
Sono acciai per i quali almeno un limite indicato
del suddetto prospetto I viene superato.
Convenzione generale:
Acciaio bassolegato: nessun elemento al di
sopra di 5%; es: acciai corten
Acciaio altolegato: almeno un elemento al di
sopra di 5%; es: acciaio inox
26

Materiali Metallici : Classificazioni dell’acciaio
Gli acciai resistenti alla corrosione vengono definiti acciai
legati. Le leghe contengono un minimo del 10% di Cromo ma
anche di metalli quali il nickel, molibdeno, titanio, vanadio e
wolframio.
La percentuale di carbonio è inferiore al 1,2%.
Tali acciai, in condizioni normali, hanno la possibilità, di
passivarsi, cioè di ricoprirsi di uno strato di ossidi invisibile, di
spessore pari a pochi strati atomici, che protegge il metallo
sottostante dagli attacchi corrosivi.
Per la loro produzione occorre più energia.
ACCIAI LEGATI ACCIAI INOX
Sono spesso impiegati tal quali senza rivestimento
superficiale, favorendo così il loro riciclo.
Sono possibili diverse lavorazioni superficiali: spazzolato,
molato, trattato con acidi o sabbiato.
E’ impiegato per facciate, superfici di copertura, tubi,
balaustrate, ecc.
Il termine acciaio inox indica gli
acciai ad alta lega contenenti cromo
in quantità tra l’11 ed il 30%.
E’ un materiale riciclabile con basso
dispendio di energia rispetto alla
produzione del materiale vergine;
compatto che ostacola annidamento
di batteri;
neutro nei confronti del cibo.
Gli acciai inossidabili superano molti
problemi degli acciai al carbonio per
ciò che riguarda la corrosione e la
resistenza al calore.
27

Materiali Metallici : Classificazioni dell’acciaio
ACCIAI LEGATI COR-TEN
Il grande successo raggiunto dagli acciai COR-TEN
deriva dalle due principali caratteristiche che li
distinguono:
Elevata resistenza alla corrosione - CORrosion
resistance
Elevata resistenza meccanica - TENsile strength
Gli acciai COR-TEN, durante l’esposizione allo stato
non pitturato alle diverse condizioni atmosferiche, si
rivestono di una patina uniforme e resistente, costituita
dagli ossidi dei suoi elementi di lega, che impedisce il
progressivo estendersi della corrosione. Questo
rivestimento, di colorazione bruna, variabile di tonalità
con gli anni e con l’ambiente esterno, costituisce una
valida protezione contro l’aggressione degli agenti
atmosferici. Adottando questi acciai, in sostituzione dei
comuni acciai strutturali al carbonio, è possibile
realizzare apprezzabili riduzioni di spessore e
conseguenti diminuzioni di peso. L’ottima resistenza
alla corrosione atmosferica, consente l’utilizzazione di
questo prodotto allo stato nudo o pitturato con
sensibile riduzione delle periodiche operazioni di
manutenzione.
Rivestimento in acciaio
CORTEN appena uscito
dalla fonderia
Rivestimento in acciaio
CORTEN esposto agli
agenti atmosferici
(arch. Studio Archea,
“Centro Divertimenti Stop
Line”, Curno (BG)
28

Materiali Metallici : Classificazioni dell’acciaio
ACCIAI COR-TEN A
Il COR-TEN A mostra una resistenza alla corrosione
atmosferica da cinque a otto volte superiore a quella di un
comune acciaio al carbonio. È l’acciaio che più si presta
per essere impiegato allo stato non pitturato e, per il suo
gradevole aspetto, si rivela particolarmente idoneo per
applicazioni architettoniche.
In pratica si può affermare che, in atmosfera industriale o
rurale, la corrosione del COR-TEN A non verniciato si
arresta dopo aver provocato una diminuzione di spessore
di circa 0,05 mm.
In ambiente marino la corrosione progredisce
leggermente col passare degli anni, pur rimanendo
decisamente inferiore a quella riscontrata nei comuni
acciai al carbonio.
ACCIAI COR-TEN C
Il COR-TEN C introdotto sul mercato più recentemente,
presenta una resistenza meccanica notevolmente
superiore agli altri due tipi (A e B), pur conservando
caratteristiche di resistenza alla corrosione atmosferica è
di circa quattro volte superiori a quelle degli acciai al
carbonio.
Il tipo C è utilizzato specialmente in quelle applicazioni per
le quali le moderne tecniche di progettazione richiedono
materiali aventi una resistenza meccanica più elevata.
ACCIAI COR-TEN B
Questo tipo di COR-TEN, comunemente denominato al
vanadio, è caratterizzato da una composizione chimica
che permette di mantenere elevate caratteristiche
meccaniche anche in forti spessori.
La resistenza alla corrosione atmosferica è di circa quattro
volte superiore a quella di un comune acciaio al carbonio.
Anche il COR-TEN B può essere impiegato allo stato non
pitturato, senza tuttavia raggiungere effetti estetici simili a
quelli del COR- TEN A.
I prodotti in COR-TEN B trovano vasta applicazione in
tutte quelle costruzioni in cui sono richieste elevata
resistenza meccanica e buona resistenza alla corrosione
atmosferica.
GIGON/GUYER - Museo archeologico Bramsche-Kalkriese (D)
Le costruzioni sono realizzate con un
unico materiale, l’acciaio COR-TEN,
scelto dai progettisti come segno
unificatore dell’intervento per la sua
prerogativa di essere presente in natura
e per le sue proprietà di resistenza
29

Materiali Metallici:Designazione degli acciai UNI EN 10027
Gli acciai vengono classificati secondo due sistemi equivalenti di designazione :
quello alfanumerico: es. S235JR; quello numerico: es 1.0037.
Il primo dei due sistemi è descritto dalla UNI EN 10027-1 mentre il secondo dalla UNI EN 10027-2.
La UNI EN 10027-1 classifica gli acciai secondo 2 gruppi:
gruppo 1 : designazione in base all'impiego ed alle caratteristiche meccaniche o fisiche;
gruppo 2: designazione in base alla composizione chimica
Gruppo 1 - La sigla alfanumerica è strutturata nel seguente modo:
Simbolo indicante l'impiego (1° Simbolo);
Simbolo indica la caratteristica fisica o meccanica dell'acciaio da cui dipende principalmente il suo utilizzo(2°Simbolo);
Ulteriori simboli. (3° Simbolo=ulteriori proprietà dell'acciaio, obbligatorie o facoltative)
1° Simbolo 2° Simbolo
B - acciai per calcestruzzo armato ordinario;
D - acciai prodotti piani per formatura a freddo;
E - acciai per costruzioni meccaniche;
G - acciai da getto;
H - acciai ad alta resistenza per imbutitura a freddo e prodotti piani
laminati a freddo;
HS - acciai rapidi;
L - acciai per tubi di condutture;
M - acciai magnetici;
P - acciai per impieghi sotto pressione;
R - acciai per rotaie;
S - acciai per impieghi strutturali (carpenterie metalliche);
T - acciai per benda nera, stagnata e cromata (imballaggi);
Y - acciai per calcestruzzo armato precompresso;
UNI EN 10027-1
Per acciai: S, P, L,E,H: la tensione minima di snervamento espressa in
N/mm
30
2 .
Per acciai: Y e R: la tensione minima di rottura espressa in N/mm2 ;
Per acciai B: la tensione caratteristica di snervamento espresso in
N/mm2 ;
Per acciai D: C - laminati a freddo;
D - laminati a caldo destinati direttamente alla formatura a
freddo;
X - stato di laminazione non specificato;
Per acciai:T:
per prodotti a semplice riduzione: lettera H seguita dal
valore della durezza - Rockwell HR 30 Tm;
per prodotti a doppia riduzione: la tensione minima di
snervamento espressa in N/mm2 ;
Per acciai M: valore della proprietà magnetica

Materiali Metallici:Designazione degli acciai UNI EN 10027
Ulteriori simboli GRUPPO 2
I simboli finali indicano ulteriori proprietà dell'acciaio,
obbligatorie o facoltative come ad esempio:
per l'acciaio magnetico M:
A - lamiere a grani orientati;
D – E lamiere semifinite (senza ricottura finale) di acciaio
non legato/di acciaio legato;
N - lamiere a grani orientati normali;
S - lamiere a gradi orientati a bassa perdita;
P - lamiere a grani orientati ad elevata permeabilità;
per l'acciaio S:
JR - resilienza minima a 20 °C pari a 27 J;
J0 - resilienza minima a 0 °C pari a 27 J; ………….
KR - resilienza minima a 20 °C pari a 40 J;
K0 - resilienza minima a 0 °C pari a 40 J;……
al valore della relisienza possono seguire una o più
delle seguenti lettere:
M - laminazione termomeccanica; N - laminazione di
normalizzazione;
G1 – effervescente G2 - … G3 e G4 - …………….
C - formatura speciale a freddo; D - zincatura;
E - smaltatura; H - profilo cavo;
L - bassa temperatura; O - ….. S - ……
T - tubi; W - resistente alla corrosione atmosferica
Pertanto una sigla S235JR indica un acciaio da
carpenteria metallica con tensione di snervamento di 235
N/mm 2 e resilienza non inferiore a 27 J.
La designazione varia a seconda del tipo di
acciaio e dalla percentuale degli elementi di lega:
ES: un acciaio 13CrMo4-5 è un acciaio
bassolegato costituito da 0,13 C, 1%Cr (4/4) e
0,5% Mo (5/100).
es X4CrNiMo17.12.2 acciaio inox con la seguente
composizione chimica: 0,04%C, 17 % Cr, 12Ni e
2% di molibdeno.
UNI EN 10027-2
La designazione numerica, si rifà al sistema delle
norme DIN, identifica l'acciaio con un numero
caratteristico di 5 cifre.
La prima cifra identifica il materiale di base.
Nel caso di acciaio è = 1
Il secondo numero, separato dal primo da un
punto, indica la designazione del gruppo
dell'acciaio e il numero d'ordine sequenziale per
tipo di acciaio secondo la tabella riportata dalla
UNI EN 10027-2.
un esempio di comparazione fra le due tipologie di
designazione: S235JR = 1.0037 31

Materiali Metallici : Acciaio strutturale
ACCIAIO DA COSTRUZIONE ACCIAIO PER STRUTTURE IN C. A.
Per acciaio da costruzione o strutturale si
intende quello utilizzato in edilizia come:
•elemento strutturale portante per la realizzazione
di costruzioni metalliche (travi reticolari , tralicci)
•armatura in opere in calcestruzzo armato e
calcestruzzo armato precompresso (cavi, barre,
trefoli)
L'acciaio per costruzione in calcestruzzo
armato (acciaio per armatura lenta) è
costituito principalmente da barre tonde,
della lunghezza standard di 12 m,
denominati comunemente tondini
TIPOLOGIA
Tipologie di acciaio da cemento armato
ordinario:
barre: in acciaio tipo B 450 C (6 mm ≤ Ø
≤ 50 mm) e tipo B 450 A (5 mm ≤ Ø ≤ 10
mm);
rotoli : in acciaio tipo B 450 C (Ø ≤ 16
mm) e tipo B 450 A (Ø ≤10 mm);
reti e tralicci elettrosaldati : in acciaio
tipo B 450 C (6 mm ≤ Ø ≤ 16 mm) e tipo
B 450 A (5 mm ≤ Ø ≤ 10 mm).
32

Materiali Metallici : Acciaio strutturale
ACCIAIO PER STRUTTURE PRECOMPRESSE
Gli acciai da precompressione o acciai armonici
sono contraddistinti da un comportamento nettamente
diverso rispetto a quello degli acciai da cemento
armato ordinario. Sono caratterizzati da una elevata
resistenza meccanica e da una deformazione plastica
relativamente bassa all'atto della rottura. Tali acciai
devono avere adeguata duttilità all'allungamento.
Non essendo necessario garantire proprietà di
saldabilità, si utilizzano tenori di carbonio più elevati
rispetto agli acciaio per cemento armato ordinario.
TIPOLOGIA
L'armatura per precompressione può
essere fornita sotto forma di:
filo : prodotto trafilato a sezione piena
con diametro variabile tra 5 e 8 mm che
viene fornito in rotoli
barra : prodotto laminato a sezione
piena che viene fornita in rotoli o in
elementi rettilinei;
treccia : fornita in rotoli costituite da
gruppi di 2 o 3 fili
trefolo : fornito in rotoli, realizzati da
gruppi di fili avvolti ad elica in uno o più
strati intorno ad un filo rettilineo disposto
secondo l'asse longitudinale dell'insieme
e completamento ricoperto dagli strati.
33

Materiali Metallici : Acciaio strutturale
ACCIAIO PER STRUTTURE METALLICHE
Produzione siderurgica
Gli acciai laminati si distinguono in:
prodotti lunghi:
laminati mercantili (angolari, L, T, altri
prodotti di forma);
travi ad ali parallele (HE, IPE, IPN)
laminati a U
prodotti piani
nastri o coils
lamiere e piatti
prodotti cavi:
tubi prodotti a caldo
prodotti derivati:
travi saldate (ricavate da lamiere o da nastri
a caldo);
profilati a freddo (ricavati da nastro a caldo)
tubi saldati (cilindrici o di forma ricavati da
nastro a caldo)
lamiere grecate (ricavate da nastro a caldo).
Lamiere
Le lamiere
Sono acciai laminati in lastre piane nelle due
direzioni.
In funzione dello spessore si distinguono in:
•lamiere sottili (inferiore a 2 mm)
•lamiere medie (variabile da 2 a 4 mm)
•lamiere grosse (superiore a 5 mm)
Queste ultime sono le più impiegate nelle
costruzioni; le lamiere sottili e medie sono impiegare
soprattutto nei lavori da fabbro, da stagnino e da
idraulico.
In funzione della forma possono essere:
•Piane;
•Bugnate;
•Nervate;
•Ondulate;
•Grecate.
Le lamiere sono impiegate nelle strutture che
possono subire sforzi di trazione, compressione ma
anche taglio .
34

Materiali Metallici : Acciaio strutturale
Piatti e Larghi Piatti
Sono prodotti piatti in tavole laminate in una sola direzione.
I piatti (UNI EU 58) hanno uno spessore minimo di 3 mm ed una
larghezza massima di 150 mm. Si indicano mediante le due dimensioni
della loro sezione trasversale espresse in millimetri. Un piatto 80/10 è un
ferro piatto di 10 mm di spessore e di 80 mm di larghezza.
I larghi piatti (UNI EU 91) sono piatti di larghezza variabile da 500 mm a
160 mm e di spessore minimo di 6 mm. Un largo piatto viene individuato
con due numeri il primo indica la larghezza e il secondo lo spessore,
ambedue espressi in millimetri, ad esempio un largo piatto di 800 mm di
larghezza e di 16 mm di spessore si contraddistingue con 800/16. I larghi
piatti sono impiegati soprattutto negli elementi sottoposti solamente a
sforzi di trazione e di compressione. I piatti vengono utilizzati ad esempio
come fazzoletti di nodo nelle travi reticolari.
Nastri
Il nastro è un prodotto piatto laminato avvolto in rotoli.
Si hanno:
nastri stretti e medi (larghezza 600 mm)
nastri larghi (larghezza ≥ 600 mm.)
35

Materiali Metallici : Acciaio strutturale
Barre
Le barre sono prodotti profilati trafilati a caldo forniti solitamente in
barre dritte. Le più comuni sono a sezione circolare e quadrata.
I tondi (UNI EU 60) si indicano con il simbolo ∅ seguito da un numero
che indica il diametro in millimetri. Pertanto un tondo ∅ 20 è un ferro di
20 mm di diametro.
I quadri (UNI EU 59) si indicano con il simbolo formato da un
quadrato con sbarra diagonale seguito da un numero che indica il lato
in millimetri.
Profilati a sezione chiusa - Tubi
I tubi sono elementi cavi e possono avere una sezione circolare,
quadrata o rettangolare.
I tubi tondi (UNI 7811) possono essere ottenuti per estrusione o
saldatura longitudinale.
I più affidabili sono quelli saldati. I tubi tondi si indicano con il simbolo
∅ seguito da due numeri che indicano rispettivamente il diametro
esterno e lo spessore in millimetri (ad esempio ∅ 5/2).
Sono utilizzati per elementi soggetti a compressione.
Tubi quadri (UNI 7811 e UNI 7812) e tubi rettangolari (UNI 7810 e
UNI 7813) sono prodotti per piegature e successiva saldatura;
vengono indicati con tre numeri:lunghezza, altezza spessore. I tubi
quadri vengono utilizzati per la realizzazione di pilastri, ma più costosi
degli HE e pertanto meno usati.
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Materiali Metallici : Acciaio strutturale
Profilati a sezione aperta
Sono prodotti profilati trafilati a caldo forniti in barre dritte.
Hanno sezioni trasversali che ricordano delle lettere U, L, T, ecc.
Per la realizzazione di strutture ed elementi portanti in acciaio si utilizzano
una serie di profilati commerciali.
prodotti secondo precisi standard internazionali riguardo alla forma della
sezione della barra;
le più comuni sono:
SEZIONI A DOPPIO T
Sono profilati costituiti da due ali a facce esterne parallele collegate con
un'anima perpendicolare per mezzo di raccordi circolari.
I profilati a doppio T sono di diversi tipi:
IPE (UNI 5398-78), acronimo di European Profile (I richiama la forma)
le facce interne delle ali sono parallele alle facce esterne.
Le sezioni hanno l'altezza dell'anima circa doppia la larghezza delle ali.
La dicitura IPE è seguita da un numero che indica l'altezza in millimetri,
ad esempio IPE 100. Sono utilizzate ad esempio come nervature
(putrelle) dei solai in acciaio.
HE (UNI 5397-78), (European, H richiama la forma): sezioni con base
circa uguale all'altezza. Vengono prodotti in 3 tipi a seconda dello
spessore crescente dell'ala che è comunque maggiore di quello
dell'anima: A: serie leggere; B: serie media; M: serie pesante.
Sono indicate dalla dicitura HE, seguita da una lettera indicante la serie e
da un numero che indica l'altezza in millimetri (ad esempio HEA100).
IPE
HEA HEB
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Materiali Metallici : Acciaio strutturale
PROFILATI A SEZIONE APERTA
INP (UNI EU 5679-65), acronimo di Normal Profile (I richiama la forma): rispetto
agli IPE sono caratterizzati dall'inclinazione (14%) della faccia interna dell'ala
rispetto alla faccia esterna. Sono stati introdotti per migliorare l'andamento delle
tensioni tangenziali ma hanno lo svantaggio di essere più pesanti e presentano
problemi quando bisogna raccordarli ad altri profilati, per cui non sono usati
frequentemente.
SEZIONI A DOPPIO T SALDATE
Nel caso in cui fosse necessario utilizzare profilati a doppio T di grande sezione, le
lamiere o i piatti larghi possono essere composte, mediante saldatura.
L'industria pertanto produce una serie di profilati a doppio T saldati che sono la
ideale prosecuzione delle varie serie standardizzate.
ANGOLARI
Vengono chiamati anche cantonali o profilati a L.
Sono costituti da due bracci perpendicolari e possono essere di due tipi:
ad ali uguali (UNI EU 66): lettera L e due numeri che indicano la lunghezza
dell'ala in millimetri e lo spessore dell'ala sempre in millimetri (L60x6);
ad ali disuguali (UNI EU 57): lettera L seguita da tre numeri che indicano la
lunghezza dei due lati e lo spessore espressi in millimetri (L 80x60x7).
Ambedue realizzati sia con spigoli vivi o arrotondati.
Non vengono utilizzati da soli ma accoppiati di spalla o a farfalla.
Spesso per realizzare pilastri di grosse dimensioni si usa accoppiare di faccia
quattro angolari ottenendo una sezione di forma quadrata.
Vengono anche utilizzati per realizzare i nodi di collegamento tra profilati.
38

Materiali Metallici : Acciaio strutturale
PROFILATI A SEZIONE APERTA
PROFILATI A U
Sono costituiti da un'anima e da due ali raccordate all'anima in
corrispondenza di una delle loro estremità. Vengono chiamati anche
profilati a C.
Sono di due tipi:
•UPN (UNI EU 54 e UNI 5680-73), acronimo di Normal Profile (U richiama
la forma) le facce interne delle ali sono inclinate dell'8% rispetto alle facce
esterne.
Si indicano con la sigla UPN seguita dall'altezza in millimetri (UPN100).
•Profilati a U ad ali parallele: nei quali le due facce delle ali sono
parallele.
Sono poco utilizzati.
Accoppiandoli di faccia o di spalla vengono utilizzati per strutture atte a
sopportare sforzi normali come pilastri (accoppiamento di faccia) o
correnti compressi di travature reticolari (accoppiamento di spalla). Da
soli ad esempio sono impiegati come cosciali delle scale metalliche.
PROFILATI A T
(UNI 5681) Sono costituiti da un'ala e un'anima perpendicolare.
Possono essere a spigoli arrotondati o a spigoli vivi. Si indicano con la
lettera T seguita da tre numeri: l'altezza, larghezza e spessore in
millimetri (T 100x100x7).
Sono impiegati più frequentemente come ferri portavetro.
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Materiali Metallici Ferrosi:Produzione della ghisa
Ghisa - contenuto di carbonio tra il 2 e il 6,7%
La produzione di ghisa si effettua nell'altoforno, un forno di grandi dimensioni a forma di tino la cui altezza può
raggiungere gli 80 metri ed il diametro di 10 metri di materiale refrattario, rivestito esternamente da un'armatura di lamiera
metallica.
Le materie prime per la produzione di ghisa sono i minerali di ferro, il coke e i
fondenti.
I minerali di ferro sono magnetite (Fe304), ematite (Fe203), siderite (FeC03) e
anche pirite (FeS2).
Il coke si ottiene dal carbone mediante un processo di riscaldamento in assenza
di aria. Il fondente può essere sabbia silicica o calcare, esso ha lo scopo di
formare la scoria e di abbassare la temperatura di fusione.
L'altoforno viene caricato dall'alto con
una miscela di coke, minerali di ferro e
calcare. Il calore sviluppato dalla
combustione del coke, favorita dall'alta
temperatura (fino a 870° C) di un getto
d'aria calda che investe dal basso e
attraversa la carica, innesca una
reazione chimica fra il carbonio del coke
e l'ossigeno degli ossidi di ferro che
costituiscono i minerali. Il ferro,
liberatosi dai minerali, si lega con una
parte di carbonio e forma ghisa fusa,
che cola verso il basso. Periodicamente
la ghisa viene estratta dal fondo, mentre
un diverso canale di scolo permette di
recuperare le scorie per avviarle a fasi
successive del ciclo siderurgico.
40

Materiali Metallici Ferrosi : Produzione della GHISA
ALTOFORNO
È costituito da varie sezioni sovrapposte
di forma tronco-conica.
1) Bocca di caricamento
è la parte alta dell’altoforno che viene
raggiunta da nastri trasportatori e carrelli
che versano le cariche di minerali di ferro,
carbon coke e calcare.
2) Tino
E’ l’elemento più grande dell’altoforno,
l’allargamento verso il basso favorisce la
discesa delle cariche
3) Ventre
In esso inizia la fusione delle cariche tra
1350°C e 1550°C.
4) Sacca
Dal fondo della sacca è soffiata l’aria calda,
qui si completa la fusione delle cariche con
temperatura prossima ai 2000°C.
5) Crogiolo
Ha lo scopo di raccogliere la ghisa greggia
liquida.
41

Materiali Metallici Ferrosi:Produzione dell’Acciaio
Acciaio : contenuto di carbonio tra 0,02 e il 2,06%
Nella produzione tradizionale, l'acciaio si ottiene a partire da ghisa liquida, proveniente da un altoforno, cui vengono
aggiunti materiali (calce e calcare) che servono a far addensare le impurità sotto forma di scorie, e a renderle così
facilmente asportabili. Le apparecchiature utilizzate possono essere forni di Martin-Siemens, convertitori o forni elettrici.
Qualunque procedimento di produzione di acciaio da ghisa d'altoforno consiste nell'asportare dalla ghisa il carbonio in
eccesso e le altre impurità presenti.
Ghisa Acciaio
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Materiali Metallici Ferrosi:Produzione dell’Acciaio
Colata in lingottiere
Si ottiene il semilavorato da destinare ad ulteriori processi
di produzione industriale, questa tecnologia viene utilizzata
esclusivamente quando l’acciaio è destinato a lavorazioni
di forgiatura, mentre è stata integralmente sostituita dalla
colata continua per tutte le altre tipologie di acciai
Colata continua
Con questa tecnologia si ottengono direttamente i
semilavorati, evitando i passaggi intermedi
(strippaggio, condizionamento superficiale,
sbozzatura del lingotto dopo riscaldo, spuntatura) con
elevati vantaggi sia nei costi di trasformazione, che
nella qualità del prodotto. I semilavorati ottenuti dal
processo di colata continua, a seconda della loro
sezione, vengono chiamati billette o bramme, e
sono destinati ad ulteriori processi di produzione
industriale, quali ad es. la forgiatura o la laminazione.
Il procedimento di colata continua permette di
ottenere una barra di profilo costante
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Materiali Metallici Ferrosi: costruire in acciaio
VANTAGGI DEL COSTRUIRE IN ACCIAIO
Funzionalità
Trasformazione architettonica dell'edificio in
modo semplice e rapido: ampliamenti,
ristrutturazioni, cambi di destinazione d'uso.
Estetica e Luminosità
Snellezza dei profili, notevole interasse dei
pilastri, soluzioni che garantiscono aspetti
estetici e luminosità con il massimo
sfruttamento di superficie.
Un facile connubio con altri materiali
Per esempio il vetro (illuminazione naturale -
risparmio energetico)
Nessun limite architettonico
Grandi Luci
Ingombro ridotto delle strutture
metalliche maggiore un'utilizzazione dell'area
coperta.
Rapidità costruttiva
L'alto livello di prefabbricabilità delle
costruzioni in acciaio, e la facilità di
assemblaggio della carpenteria.
L'assemblaggio in officina garantisce inoltre
controlli, collaudi e standard qualitativi di
assoluta affidabilità, riducendo i rischi legati
alla costruzione in opera in cantiere.
Risparmio nelle Fondazioni
La leggerezza della struttura in carpenteria
metallica consente di ridurre i volumi di
scavo, di calcestruzzo e di rinterro.
Sisma
Un altro vantaggio determinante per le
costruzioni in acciaio è il comportamento
della struttura metallica di fronte all'azione
del sisma.
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Materiali Metallici Ferrosi: costruire in acciaio
SOSTENIBILITÀ DELL’ ACCIAIO
Essenzialmente riciclabilità e durabilità.
L'acciaio è un materiale riciclabile al 100%, la
demolizione di una struttura in acciaio
avviene in modo rapido ed economico.
Il ciclo di vita di un fabbricato in acciaio è
notevolmente più lungo; inoltre, grazie alle
moderne tecnologie di verniciatura e
zincatura, l'acciaio mantiene intatte le sue
proprietà per tutta la vita dell'opera
realizzata, contribuendo ad allungare la vita
della costruzione.
Ad esempio: Il cls è uno dei materiali che
inquina durante tutto l’arco della sua vita.
Produzione, macinazione, e degrado del
costruito in calcestruzzo, provocano
eccessivo consumo energetico e alta
emissione di anidride carbonica
LIMITI DEL COSTRUIRE IN ACCIAIO
Particolare sensibilità ai fenomeni di
instabilità (snellezza)
Eccessiva deformabilità delle strutture
(problemi di funzionalità)
Scarsa resistenza al fuoco
Grande consumo di energia per la
produzione primaria e trasporto
Vulnerabilità alla corrosione atmosferica
Impatto ambientale
Modalità costruttive
Le strutture in cemento armato ordinario sono
usualmente realizzate in opera.
Le strutture in acciaio sono invece realizzate
mediante assemblaggio di elementi; lo studio dei
collegamenti diventa una parte predominante del
progetto di strutture in acciaio a cui si dedica più
tempo e che spesso condiziona la scelta delle
sezioni degli elementi strutturali.
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Materiali Metallici: materiali non ferrosi
Sono materiali che non contengono ferro, costituiti da altri materiali metallici e dalle loro leghe.
Materiali non Ferrosi
ALLUMINIO TITANIO ZINCO STAGNO PIOMBO RAME
Metalli pesanti
massa volumica > 5 kg/ dm
Rame e sue leghe
Piombo - Nichel
Stagno – Cromo - Zinco
ZINCO
TITANIO
Quantità minime
di Titanio, Rame
e altri
BRONZO
Rame 80-90 %
Stagno 10-20%
Classificazione dei metalli non ferrosi
Metalli leggeri
massa volumica < 5 kg/ dm
Alluminio e sue leghe
Titanio
Rame 65%
Zinco 35%
ARGENTO
ORO
OTTONE
Metalli ultra leggeri
massa volumica < 2 kg/ dm
Magnesio
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Materiali Metallici : alluminio (Al)
Alluminio (Al)
È tra gli elementi più diffusi della crosta terrestre ma mai allo stato libero o metallico;
L‟alluminio è un metallo leggero, con basso punto di fusione
(660 °C) ed elevata conducibilità termica. Viene estratto dalla bauxite.
Resistenza meccanica e durezza non sono elevate, ma possono essere fortemente migliorate mediante
alligazione con magnesio, zinco e rame
La resistenza alla corrosione è ottima in ambienti ossidanti in quanto l’alluminio mostra capacità di
passivarsi velocemente anche a temperatura ambiente.
Il colore delle superfici di alluminio esposte all’aperto è grigio chiaro, l’aspetto opaco è dovuto alla
pellicola superficiale di ossido formata naturalmente o artificialmente .
In edilizia è impiegato sottoforma di lega, può comporsi con quasi tutti i metalli dando origine a leghe
con caratteri e prestazioni molto diverse tra loro; le leghe sono lavorate plasticamente per produrre
semilavorati estrusi, laminati, imbutiti, stampati, ecc., con finiture verniciate/ preverniciate o anodizzate
(processo elettrolitico di ossidazione).
Viene prodotto in varie leghe a seconda della funzione (strutturale, tamponamenti, alimentare)
Malleabile e duttile
Facilmente lavorabile
Buona conducibilità termica (radiatori, pentolame,..)
Amagnetico
Atossico
Riflettente raggi infrarossi 97%
Estrazione costosa (4t bauxite : 1t Al) kWh/m3=2 volte acciaio
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Materiali Metallici : alluminio (Al)
CENNI STORICI
L'alluminio è uno dei metalli lavorati da
sempre: gli antichi greci e romani
usavano l'allume che era prodotto dalla
lavorazione della alunite, un solfato
d'alluminio che si trova in natura.
L'allume era fondamentale nell'industria
tessile come fissatore per colori, per le
stampe su pergamena, per la concia
delle pelli, la produzione del vetro e,
come emostatico, per curare le ferite.
L’elevato costo per la sua estrazione
hanno fatto si che il suo impiego si sia
diffuso solo dal XIX sec
PROFILI ESTRUSI
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Materiali Metallici : rame (Cu)
RAME (Cu)
E’ un metallo dalle caratteristiche estetiche eccezionali, con
ottime proprietà di durabilità, impiegato in architettura, in forma
di metallo puro o di lega, da migliaia di anni.
Esposto all’atmosfera il rame sviluppa film superficiali detto
“patina”di diversa composizione, di colore e spessore variabile
in funzione del tempo di esposizione e della presenza nell’aria
di gas o particolato solido di origine naturale o proveniente da
fonti legate all’attività umana.
Il rame metallico ha un colore rosa brillante che si trasforma
prima in un colore bruno fino a diventare (coperture esterne)
verde. Quest’ultima trasformazione per completarsi necessita
da pochi a decine di anni.
Le leghe a base di rame più ampiamente utilizzate in
architettura sono l’ottone (rame e zinco) e il bronzo (rame e
stagno). I bronzi costituiscono una classe di materiali dalla
composizione estremamente diversa, con percentuali di stagno
variabili tra il 10 ed il 20% circa, spesso contenenti piombo o
zinco.
Bronzi ricchi in stagno e piombo sono fin dall’antichità utilizzati
per produrre statue ed oggetti artistici mediante fusione in
forma, grazie alle loro caratteristiche di ottima colabilità e basso
ritiro.
Elemento naturale tenero, duttile e
malleabile,
Buon conduttore di calore e di
elettricità
Elevata resistenza alla corrosione
Molto pesante
E' riciclabile senza alterazione delle
proprietà
Il settore edile assorbe 1/4 dell'impiego
totale: coperture, grondaie, tubi,
raccordi, cavi, rubinetterie.
Le superfici di rame possono essere:
pretrattate con processi di
preossidazione - sottoposte a
procedimenti elettrolitici di stagnatura,
cromatura, nichelatura e argentatura.
Per rivestimenti le superfici pretrattate
più impiegate sono: laminate lucidate,
patinate, preossidate, stagnate. 49

Materiali Metallici : rame (Cu)
Rivestimento in rame “classico”
Copertura teatro Massimo (PA)
Rivestimento in rame “patinato”
Rubinetto in ottone
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Materiali Metallici :zinco(Zn) piombo(Pb) titanio(Ti)
ZINCO (Zn) TITANIO (Ti)
Elemento naturale duttile e malleabile; viene usato
puro o legato con il rame (ottone) e con l’alluminio,
a contatto con l’aria si ossida. In edilizia è
correntemente impiegato come leghe. Di recente
applicazione è la lega zinco-rame-titanio che,
rispetto allo zinco puro, ha un’ottima resistenza
alla deformazione permanente (grazie alla
presenza del titanio) e una buona resistenza a
trazione (grazie alla presenza del rame).
PIOMBO (Pb)
Elemento naturale può essere impiegato come
materiale puro o composto in leghe; alla presenza
dell’aria ossida assumendo una colorazione grigio
opaca. È un metallo pesante, denso, tenero,
malleabile e duttile;
Applicato in edilizia come lega fusa, laminata o
trafilata e come lastre per coperture e rivestimenti
esterni. E' ancora usato in forma di composto per
la fabbricazione di vetri e cristalli, smalti e colori.
Usato per la realizzazioni di tubature è
attualmente sostituito da materiali sintetici.
Elemento naturale resistente, con un elevato
punto di fusione, una bassa densità e un basso
coefficiente di dilatazione termica, è duttile ed
elastico e generalmente viene legato con
l’alluminio, il rame, il ferro, il nichel, ecc.
Le leghe di titanio sono particolarmente leggere e
resistenti, proprietà che le hanno rese materiale
per l’industria aerospaziale e aeronautica; solo
recentemente sono diventate un materiale per
l’architettura. La colorazione delle lastre di titanio
avviene con un procedimento di pre-ossidazione
elettrochimica; a parità di trattamento, il colore
cambia a seconda della composizione
della lega, dei trattamenti termici e meccanici
subiti dalla lega nelle fasi di produzione, e dei tipi
di finitura delle superfici.
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Materiali Metallici:Lamiere per rivestimenti
Sono lamiere e pannelli ulteriormente trasformati in prodotti finiti standardizzati; gran parte dei prodotti
finiti sono "progettati a sistema" ossia forniti in commercio insieme agli elementi strutturali di supporto e ai
sistemi di connessione. Questi offrono una soluzione tecnica definita e difficilmente modificabile; più
complessa è la progettazione di soluzioni tecniche di ancoraggi particolari considerando che la corretta
posa in opera è una delle condizioni fondamentali per la qualità e la durata del rivestimento.
per rivestimenti di facciata si identificano le seguenti classi:
LAMIERE
lamiere bugnate
lamiere piane, generalmente in acciaio, punzonate i cui
rilievi formano motivi geometrici ripetuti. La bugnatura
ottenuta senza perforazione del materiale aumenta la
rigidità della lamiera rendendola particolarmente idonea per
la realizzazione di camminamenti e gradini;
lamiere goffrate
lamiere piane, generalmente in alluminio o leghe di
alluminio, con disegno geometrico in rilievo su una sola
faccia con procedimento di laminazione a caldo o a freddo;
lamiere imbutite
lamiere piane plasticamente deformate attraverso
procedimento di stampaggio a freddo; a seconda del profilo
degli stampi è possibile ottenere superfici concave e
convesse sia nel senso della larghezza che della
lunghezza del semilavorato;
lamiere stirate o maglie stirate
lamiere piane forate e stirate con un disegno a maglia,
realizzate con diversi disegni e metalli diversi.
Tradizionalmente impiegati per realizzare gradini e
camminamenti, chiusini, recinzioni; recentemente applicati
come sistemi di rivestimento di facciata e frangisole;
lamiere forate
lamiere piane forate per punzonatura; i fori possono avere
varie forme e dimensioni variabili. Possono essere anche
grecate, sono realizzate con diversi metalli ed in edilizia
sono applicate come rivestimenti per interni ed esterni;
lamiere grecate, nervate o ondulate
lamiere piegate con un profilo regolare a passo costante; il
motivo di sezione può assumere varie forme e altezze.
Generalmente realizzate in alluminio o acciaio; impiegate
come elementi strutturali di solaio o come pannelli di
rivestimento.
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Materiali Metallici : Sostenibilità - Riciclo
IMPATTO AMBIENTALE DEI METALLI VANTAGGI DEL RICICLO
Impatto ambientale legato all’attività
estrattiva.
Grande quantità di energia impiegata
per la prima trasformazione
Emissioni nocive durante i processi di
fusione e raffinazione (ossidi di zolfo,
arsenico,Piombo)
Materiali di scarto: sostanze chimiche
acide + metalli pesanti sono fonte di
inquinamento di terreni e falde acquifere.
Alcuni metalli modificano più o meno
pesantemente il campo elettromagnetico
naturale terrestre. (Effetto noto come
gabbia di Faraday)
I metalli mantengono immutata la loro
qualità e le proprietà chimico-fisiche e
tecnologiche, ad ogni riciclo.
L’energia utilizzata per fondere i metalli
riciclati è minore rispetto a quella utilizzata
per la produzione della materia prima.
Alluminio: il riciclo richiede quantità di
energia 30 volte inferiore.
L’acciaio inox è riciclabile al 100%
indefinitamente
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Materiali Metallici Ferrosi: Riciclo
Pretrattamento del materiale raccolto
Il rifiuto (domestico o da attività industriali) viene triturato in appositi impianti.
I vari componenti vengono separati utilizzando magneti, metodi di flottazione, aria e
manualmente.
Analisi chimiche possono essere fatte per suddividere in modo omogeneo i rifiuti di acciaio.
Mediante presse, i pezzi sono compattati per facilitarne il trasporto
Il materiale riciclato viene inviato alle lavorazioni in Forno per la fusione
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Ponte sulla Lima a Bagni di Lucca - 1921
Questo interessante ponte pedonale attraversa il torrente Lima a Villa, uno dei centri che compongono
il comune di Bagni di Lucca. E' un ponte sospeso, costruito utilizzando pietra arenaria e cavi metallici.
Alto 40 metri e lungo 220, largo un metro, è uno dei ponti pedonali più lunghi del mondo
(Fonte: Provincia di Lucca)
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Evelina children’s hospital – Hopkins Arch. Londra
Un nuovo approccio al design di assistenza sanitaria
- un'unità specialistica, con 140 posti letto per i
bambini al St Thomas 'Hospital
L’ospedale Evelina rompe il tipico layout ospedaliero dai
lunghi corridoi, sul grande atrio vetrato che si sviluppa per
l’intera altezza dell’edificio si affacciano i reparti fuori terra
con le camere per la degenza.
Questo grande spazio è il cuore sociale dell’edificio,
contiene aree di soste, di gioco e di attesa per gli
ambulatori al piano terra. La vista sulla città è
spettacolare
I reparti sono accessibili tramite due grandi torri
ascensori rosso scarlatto. L'intero edificio è pervaso da
un atmosfera allegra, solare e colorata. La grande vetrata
funge da serra solare in inverno mentre in estate è
ventilata naturalmente. Tutte le partizioni interne
dell’edificio sono state pensate in modo da facilitare
eventuali adattamenti futuri.
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Peckham Library - Alsop & Stormer 1999, Londra
La Peckham Library è un edificio coraggioso, fantasioso, e di
grande successo, esempio di architettura di comunità e di
rigenerazione per il quartiere di Southwark. Vincitore del Premio
Stirling nel 2000, l’edificio ri-definisce il ruolo della biblioteca
all'interno di una comunità moderna.
Situato nella piazza l'edificio è una “L” rovesciata che poggia su
sette colonne esili - questo crea uno spazio coperto che si
estende alla piazza sotto l'edificio e annuncia l'ingresso della
biblioteca.
Il fronte nord dell'edificio è completamente vetrato con una griglia
di colori vivaci e vetro trasparente, che fornisce un'eccellente
combinazione di luce naturale e luce colorata colorate all'interno
degli spazi della biblioteca.
Tutte le altre superfici esterne sono ricoperte di rame prepatinato;
la maglia di acciaio è usata per rinforzare i bordi esterni
dell’edificio.
Il verde tipico del rivestimento in rame contrasta con la forma
arancione sporgente dal tetto, che funge da ombreggiamento al
centro studio al piano superiore.
L'edificio non ha l'aria condizionata, ma è raffrescato con
ventilazione naturale con notevoli riduzioni dei costi di gestione
dell'edificio. Al quarto piano, che si estende per tutta la superficie
troviamo la sala della biblioteca che comprende tre volumi i “Pod”
elevati su colonne che forniscono aree private per lo studio e la
consultazione.

Peckham Library - Alsop & Stormer 1999, Londra
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Fawood Children’s Centre - Alsop & P. 2004 -Londra
Inconsueta espressione formale e cromatica, il Fawood Children’s
Centre costituisce il fulcro del progetto di riqualificazione dell’area
Stonebridge a Hearlesden, a nord di Londra. L’edificio, ideato
dall’estroso architetto inglese William Alsop, ospita una scuola
materna e un centro di educazione pre-scolastica per bambini
autistici ed è interamente realizzato all’insegna del riciclo, della
flessibilità, del gioco e della sostenibilità ambientale.
La committenza voleva costruire un edificio moderno e arginare i
vandalismi e i furti che in passato avevano interessato questo
territorio. Flessibilità e adattabilità alle esigenze future, economicità
e rapide tempistiche realizzative sono i parametri da cui è scaturito
il progetto.
L’edificio è un trapezio in cui sono inseriti cinque volumi separati
che accolgono le aule didattiche, i laboratori educativi, il refettorio,
la palestra, gli uffici. I "muri" sono formati da due tipi di rete in
acciaio inox, più densa nella parte inferiore per migliorare la
sicurezza degli edifici, a maglia più leggera in alto.
Il corpo principale è stato realizzato recuperando tre container
prefabbricati; oblò, scale e porte metalliche collegano i locali,
garantendo la visione complessiva dell’asilo. I volumi sono collegati
attraverso passerelle metalliche soprelevate e montanti in acciaio.
Il complesso è pensato come una “scatola nella scatola” in cui i
singoli corpi di fabbrica sono protetti da una doppia pelle
trasparente che crea idonee condizioni di benessere ambientale.
La copertura è realizzata in lastre di acciaio galvanizzato colorato
e policarbonato.
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Fawood Children’s Centre - Alsop & P. 2004, Londra
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Museo di Scienze Naturali – arch. Tezuka, 2004
Costruito come un sottomarino, il Museo di Matsunoyama sfida i rigori di una
delle località climaticamente più estreme del Giappone
Il volume sinuoso dell’edificio lungo 160 metri con spazi espositivi, sala manifestazioni,
caffetteria e attrezzature per la ricerca, è adagiato come un sottomarino immerso nella
coltre nevosa. L’involucro edilizio è stato realizzato in lastre di lamiera d’acciaio corten
saldate in loco ad una struttura in supporti e travi portanti d’acciaio.
In inverno la neve raggiunge i cinque metri e mezzo di altezza, avvolgendo quasi
completamente l’edificio, e le falde che si accumulano sul tetto arriverebbero quasi a
coprirlo totalmente se non fosse per la torre di osservazione, che svetta come un faro
dagli scogli.
Con l’andare dell’inverno la temperatura, scendendo fino a -20°C, trasforma le falde di
neve in enormi blocchi di ghiaccio che esercitando una pressione che raggiunge i 1.500
Kg/m2 forzano la struttura in direzioni del tutto imprevedibili.
E non si tratta che del primo aspetto della questione: in estate, la regione di Niigata
diventa la zona più calda del Giappone, con temperature che salgono regolarmente a
45°C e che portano l’epidermide dell’edificio a toccare i 70°C: questa escursione di 90°C
tra estate e inverno è sufficiente a causare un’espansione di venti centimetri nella
lunghezza dell’edificio.
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