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Ferro (costruzioni)

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Definizione

Nella sua forma pura il ferro è un metallo, simbolo chimico “Fe”, tra i più presenti in natura; è di colore grigio argenteo opaco, rossastro se ossidato, con un punto di fusione di 1538°C e con la possibilità di assumere magnetismo temporaneo; è relativamente lavorabile, duttile e malleabile ed è dotato di buone proprietà di resistenza, anche a trazione, con elevata tenacità e saldabilità, con se stesso e con numerosi altri metalli. Ha un peso specifico di circa 7,8 Kg/dm3. Ha un impiego estremamente diffuso e il termine ferro, nella pratica corrente, è utilizzato anche per indicare molti composti (soprattutto gli acciai) e alcuni manufatti. Ad esempio i “ferri del cemento armato” sono le barre metalliche impiegate nei getti e le “costruzioni in ferro” sono quelle realizzate prevalentemente in acciaio.

Generalità

Il ferro impiegato dall’uomo non è puro ma costituito da più composti minerali (ematite, ossido di ferro, limonite, ossido idrato di ferro, magnetite, ossido ferroso ferrico, siderite ecc). Giacimenti di ferro allo stato puro sono rari e difficilmente utilizzabili.
Il ferro è compatibile con molti elementi, tanto che i suoi composti e le sue leghe stabili sono moltissimi (con silicio, manganese, cromo ecc.). Il “ferro dolce” è il materiale più simile al ferro puro: è tenero ed è impiegato per la realizzazione di fili facilmente piegabili e anelastici.
Le leghe di ferro hanno un numero elevatissimo di applicazioni; in particolare, in edilizia, vi sono le leghe di ferro e carbonio, ovvero la ghisa e i vari tipi di acciai e di ferro da costruzione.
In genere si indicano come ferro le leghe con minore percentuale di carbonio (intorno allo 0,15 %), mentre si definiscono acciai le leghe che ne hanno una quantità compresa tra lo 0,2 e il 2%. In genere, maggiore è la percentuale di carbonio, maggiori sono la resistenza e la fragilità.
La ghisa, con il 2 % di carbonio, grazie alla bassa temperatura di fusione (1150 °C ca.) e all’elevata fluidità, è stata largamente impiegata nel XIX secolo per gli elementi strutturali compressi (colonne) per la sua resistenza a compressione. Essendo fragile a trazione e non facilmente lavorabile, gli elementi vengono realizzati in stampi e uniti prevalentemente per sovrapposizione o contrasto. Oggi è poco utilizzata per elementi strutturali, ma è ancora molto impiegata per elementi massici che richiedono specifica resistenza alla corrosione, come le griglie e i chiusini stradali.
Il termine “ferro battuto” indica sia il ferro martellato che quello lavorato a sbalzo e intagliato; più intense e prolungate sono le battiture e le lavorazioni, maggiori risultano la sua durezza, la sua resistenza e la sua fragilità.

L’utilizzo del ferro nell’architettura

Era utilizzato in architettura per elementi con funzione di divisione (cancelli, inferriate ecc.), di legatura (catene e tiranti), di sostegno, di coronamento o di decorazione.

In Italia l’arte del ferro battuto fiorisce a partire dal XIV secolo a Verona, Firenze, Siena, Lucca con forme gotiche, che man mano vengono sostituite da forme rinascimentali.
Nelle costruzioni fino al XVIII secolo il ferro viene utilizzato solo per elementi di connessione come grappe, catene, ancoraggi, bolzoni, tiranti, cerchiature ecc. In particolare si diffondono sistemi di catene per assorbire la spinta di archi e volte. Uno dei primi esempi importanti in Italia sono le catene della navata di Santa Maria del Fiore a Firenze, del XIV secolo, un altro, tra i più significativi, sono le catene per la cerchiatura della cupola di San Pietro realizzate nell’agosto del 1743 dalle ferriere di Conca, presso Terracina, su progetto del Vanvitelli. Numerose sono le catene di ferro nelle chiese veneziane, per dare stabilità alle fabbriche voltate, a causa della deformabilità del suolo.
Più ampio impiego aveva avuto il ferro nell’impero ottomano, dove già nel XVI secolo era impiegato come materiale fondamentale nelle costruzioni importanti, talvolta anche in elementi di notevoli dimensioni come nelle cerchiature nella Moschea di Solimano il Magnifico a Istanbul e nella Moschea di Edirne, realizzate da Sinan a partire dal 1560.
Anche nella trattatistica, soprattutto italiana, la fortuna critica del ferro nelle costruzioni è, fino all’800, piuttosto scarsa, essendo delegato essenzialmente al contenimento delle spinte orizzontali delle volte e delle cupole o come rimedio ai difetti costruttivi o per dare stabilità alle scatole murarie.

Gli sviluppi nel XIX secolo

A partire dal XIX secolo il ferro (nelle forme della ghisa e dell’acciaio) inizia ad essere utilizzato in architettura in modo autonomo, all’inizio soprattutto per la realizzazione di ponti e di grandi strutture provvisorie.
Il primo ponte in ferro è considerato il ponte sul fiume Severn, nel Shropshire, in Inghilterra, costruito da A. Darby III, mentre la costruzione che più sbalordì i contemporanei è forse il Crystal Palace di J. Paxton, eretto a Londra nel 1851 per ospitare l’Esposizione Universale e poi smontato e ricollocato in un’altra zona della città nel 1854.
In Italia, il primo esempio di architettura di ferro è la chiesa di San Leopoldo a Follonica (1836), di Carlo Reishammer.
Date le eccezionali innovazioni che le strutture in ferro consentirono, rispetto alle costruzioni tradizionali in muratura, l’introduzione del nuovo materiale non solo ha comportato l’invenzione di nuove forme strutturali (strutture reticolari e telai) e architettoniche, ma ha anche richiesto la definizione di una nuova scienza in grado di fornire previsioni sul comportamento di un materiale e di tipologie costruttive delle quali ovviamente non si aveva nessuna esperienza: la “scienza delle costruzioni”, ovvero la “meccanica dei materiali”.

L’impiego del ferro nell’architettura contemporanea

Oggi il ferro nelle costruzioni è essenzialmente usato in forme di profili, lamiere e ferri piatti, che dal punto di vista del materiale si distinguono solo per il modo di laminazione. Sotto il nome di profilati, che possono essere a caldo o a freddo, si comprendono i ferri sagomati con diverse sezioni: a T, a C, a L, a doppio T, a Z o scatolari e tubolari. I ferri pieni tondi, quadri o esagonali sono per lo più denominati “barre”. I profili più usati in edilizia sono quelli a doppio T, designati con un simbolo seguito all’altezza espressa in millimetri; i tradizionali profili con ali stondate, cosiddetti normal profilo, sono ormai da tempo sostituiti con profili a spigoli vivi chiamati IPE (“profilo europeo” da 80 a 600 mm) e HE, ad ali larghe parallele, nei tipi A, B, e C, in funzione degli spessori.
Le unioni tra singoli elementi possono essere dirette o indirette; le prime sono effettuate unendo direttamente tra loro i pezzi da giuntare mediante chiodature (ormai superate), bullonature o saldature, le seconde, molto diffuse, sono realizzate tramite l’ausilio di piastre o fazzoletti in lamiera.
Il fenomeno di degrado più comune è l’ossidazione, dovuta all’ossigeno presente soprattutto nell’umidità dell’aria, per cui il metallo si riveste di una patina di idrossido (ruggine) che penetra poco a poco al suo interno; il ferro è inoltre degradabile da acidi, anche diluiti; particolarmente aggressivi sono il fluoro, che lo attacca lentamente anche a temperatura ambiente, il cloro e il bromo, che ad alta temperatura producono gravi corrosioni, così come i vapori di zolfo e di selenio.
I fenomeni di ossidazione e corrosione sono associati a forti espansioni, che possono generare pressioni sufficienti a frantumare i materiali circostanti (ad esempio nel caso di perni e staffe inseriti in blocchi di pietra o in calcestruzzi).
Il termine ferro-cemento indica un “materiale” composito, costituito dall’unione di reti metalliche con conglomerato cementizio a granulometria fine, in genere applicato a spruzzo, brevettato da Pier Luigi Nervi nel 1943. Con tale prodotto si ottengono elementi strutturali molto sottili ed elastici; l’impasto è trattenuto dal pacchetto di reti metalliche e la struttura non richiede casseformi. Importanti esempi di applicazioni architettoniche: la copertura della galleria centrale della Fiera di Milano (1947), il Salone centrale di Torino Esposizioni (1948) e la pensilina dello Stadio Flaminio (1957-59) di Roma.

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