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Cenni introduttivi

I prodotti usati nelle costruzioni sono oggi molto più numerosi di quelli usati fino a qualche anno fa; alla lista di un tempo, che già ne comprendeva non pochi ottenuti dalla lavorazione di materiali naturali e artificiali, altre voci si sono aggiunte per elencare prodotti concepiti dalla pratica di nuove tecniche di lavorazione, trasformazione e assemblaggio, frutto di mirate attività di ricerca e sviluppo su materiali, tecniche e procedimenti industriali innovativi.
Non è detto che la lista sia ormai completa, al contrario, tutto lascia ritenere che nei prossimi anni si allungherà in forma esponenziale e che anche per i prodotti che potremmo chiamare tradizionali, assisteremo a nuove potenzialità di lavorazione e di impiego. Per portare un esempio, si pensi alle pietre naturali e al diverso modo con cui oggi vengono estratte, lavorate e impiegate, per convincersi che nella tecnica delle costruzioni i cambiamenti apportati dalle innovazioni scientifiche sono senza soluzione di continuità.
Una volta le nozioni dell’arte muraria venivano trasmesse tenendo fede a una consolidata tecnica dell’arte e i capomastri erano addestrati a conoscere bene, di ogni materiale, le proprietà generali e le caratteristiche specifiche e particolari; il più delle volte quei costruttori erano capaci di aprire una cava, estrarne il materiale e lavorarlo a regola d’arte oppure andare in un bosco, scegliere le piante e tagliarle al momento giusto o ancora cuocere i mattoni secondo il bisogno, preparare le zolle di calce viva. Nell’attuale scenario delle competenze e delle professionalità, l’aggiornamento sulla conoscenza dei materiali e sulle tecniche operative sono indispensabili al buon esito di ogni attività progettuale e costruttiva.

Criteri di classificazione dei prodotti: materiali naturali e artificiali, semplici e composti

Le classificazioni scientifiche, fondate sulla natura delle sostanze che compongono i materiali, sono di aiuto per comprendere le ragioni del comportamento dei materiali in determinate condizioni d’impiego.
Trasponendo alcuni concetti classificatori dalle definizioni proposte a suo tempo dall’ISO (International Standardization Organization, a cui fa capo l’UNI-Ente Nazionale Italiano di Unificazione) si riconoscono le seguenti classi di prodotto:

  1. materiali amorfi che non hanno ancora subito alcuna trasformazione;
  2. prodotti semifiniti o di prima lavorazione che possono essere utilizzati direttamente in cantiere o ulteriormente lavorati in officina (laminati, tubi, fogli ecc.);
  3. prodotti finiti destinati a una specifica funzione (mattoni, agglomerati, tegole ecc.);
  4. elementi composti di prodotti finiti o semifiniti destinati a una specifica funzione (porte, finestre, scale prefabbricate, blocchi di apparecchiature igieniche ecc.)
  5. kit o sistema di prodotto di almeno due componenti distinti assemblati alla fine della sua istallazione nell’opera e immesso sul mercato, nella sua interezza, da un solo fabbricante.

I materiali amorfi, comunemente, vengono distinti in naturali e artificiali, semplici e composti; marcando una linea di separazione che non sempre è facile definire con esattezza. Il granito, ad esempio, è una roccia naturale; ma vi sono oggi lastre prodotte industrialmente (granito grés) che assomigliano al granito e che hanno notevoli doti di durezza, lavorabilità e omogeneità per poter essere adoperate in sostituzione di quelle naturali. Molto meglio è abolire le distinzioni e porre in luce le caratteristiche proprie di ciascun materiale (naturale o artificiale), badando solo alle qualità distintive. In questo modo si potrà tener conto anche dei materiali “composti”; per esempio, se nel corpo del composto lapideo, costituente una lastra prefabbricata, si inserisce anche un’armatura, la lastra artificiale assume qualità supplementari che la pietra naturale non può avere o ha in scarsa misura (maggiore resistenza alle sollecitazioni meccaniche).
Lo stesso si può dire del legno naturale e dei derivati; il composto “artificiale” ha qualità che correggono alcuni difetti del legno naturale e ne esaltano le altre proprietà. Il vetro e le materie plastiche sono materiali certamente artificiali, poiché non esistono in natura. Il cemento armato è un materiale due volte “artificiale” o meglio “composto” (nella composizione del calcestruzzo e nella combinazione ferro-cemento), tuttavia, lasciato in vista, ha un aspetto che potrebbe confondersi con alcune rocce naturali. I mattoni cotti sono prodotti artificiali; ma quelli crudi sono anch’essi artificiali? In un certo senso si, quando vengono additivati con colle e microarmature, anche se naturali.
L’uso combinato dei materiali è anch’esso fonte di godimento architettonico, poiché corrisponde a una legge di natura, a cui l’uomo si ispira quando desidera ottenere da ciascun componente il rendimento migliore. Questa legge è presente, ogni volta che l’uso lo richieda, e si manifesta nei più semplici attrezzi e nelle costruzioni; per esempio, nel coltello d’acciaio e nel manico di legno, nel flessibile arco e nella corda, nella ruota di legno e nel cerchio di ferro.
In architettura la combinazione “murature ordinarie e solai di legno” è durata per secoli; le capriate con puntoni di legno e tiranti di ferro sono ancora usate; la ghisa nelle parti soggette a compressione assunse aspetti caratteristici nell’architettura dell’Ottocento, specialmente in alcuni disegni del Viollet-le-Duc che tentò di porre in risalto le caratteristiche proprie di ciascun componente (ghisa e pietra). Così come la combinazione dell’acciaio col vetro, caratteristica di non poche costruzioni ottocentesche è tuttora presente in molti grandi edifici.
Inoltre va sottolineato il promettente sviluppo di altre possibili combinazioni (calcestruzzo e fibre di acciaio; materie plastiche e fibre di vetro; legno a strati e adesivi plastici); che, essendo più intime e perciò più efficaci, consentono di arricchire le proprietà dei materiali, sopperendo alle manchevolezze dell’uno con i pregi dell’altro: il risultato può a buon diritto ritenersi un prodotto nuovo, con caratteristiche proprie.
Per tutto ciò, è sempre più importante conoscere le intime caratteristiche dei materiali di base. Dovendo sintetizzare le nozioni in pochi tratti essenziali, soprattutto in ausilio ai progettisti, ci limiteremo a classificare i materiali in funzione della loro origine chimico-fisica allo stato amorfo:

  • pietre naturali: eruttive, sedimentarie e metamorfiche;
  • pietre artificiali: leganti, malte e calcestruzzi;
  • prodotti ceramici compatti;
  • prodotti ceramici porosi;
  • prodotti ceramici refrattari;
  • vetri silicati;
  • vetro-ceramiche;
  • smalti;
  • polimeri naturali: legni resinosi e derivati; legni non resinosi e derivati;
  • polimeri artificiali: polimeri organici termoplastici; elastomeri; polimeri organici termoindurenti; geli.
  • metalli: ferro e sue leghe; alluminio e sue leghe; rame e sue leghe; zinco e sue leghe: piombo; cromo; stagno.

Principali caratteristiche dei materiali allo stato amorfo

Dal momento che ogni materiale, più o meno naturale, presenta delle proprie caratteristiche peculiari, ai fini di una consapevole valutazione delle caratteristiche intrinseche, che discendono direttamente dalla loro natura chimico fisica, è, quanto mai, opportuno che il progettista accerti, in prima istanza, i limiti e le potenzialità prestazionali del materiale, facendo riferimento alle sue “caratteristiche intrinseche”.
Queste possono essere riassunte in quattro ambiti:

  1. caratteristiche meccaniche;
  2. caratteristiche fisiche;
  3. caratteristiche tecniche;
  4. caratteristiche tecnologiche.

Le caratteristiche meccaniche più significative sono:

  1. il modulo di taglio;
  2. l’energia di deformazione;
  3. il modulo elastico;
  4. il modulo specifico;
  5. la resistenza specifica.

Le caratteristiche fisiche più significative sono:

  1. il peso di volume apparente;
  2. la capacità termica;
  3. il coefficiente di imbibizione;
  4. il coefficiente di dilatazione termica;
  5. il coefficiente di conducibilità termica.

Per quanto attiene alle caratteristiche tecniche e tecnologiche ci troviamo di fronte all’impossibilità di disporre di dati “oggettivi” esprimibili con valori certi; al contrario si è in presenza di una logica valutativa sempre più “soggettiva” nel passaggio dalle caratteristiche tecniche alle caratteristiche tecnologiche.
Le caratteristiche tecniche più significative sono:

  1. omogeneità e isotropia;
  2. resistenza al gelo;
  3. comportamento al fuoco;
  4. comportamento igrotermico;
  5. comportamento acustico.

Le caratteristiche tecnologiche più significative sono:

  1. compattezza e durezza;
  2. lavorabilità;
  3. durabilità;
  4. giunzionabilità;
  5. affidabilità.

I prodotti da costruzione e la produzione edilizia

Vi sono tre campi, separati eppure non indipendenti, nei quali sarebbe di sicuro profitto coltivare ricerche:

  1. promuovere e migliorare la qualità nella produzione dei materiali, inventarne di nuovi, rendere più vasta ed economica la produzione di alcuni prodotti pregiati, che ancora non sono molto usati in edilizia per ragioni di costo e trovare i mezzi per sfruttare in pieno le proprietà meccaniche dei materiali oggi disponibili;
  2. ridurre il peso morto nelle costruzioni, cioè trovare nuove logiche costruttive che consentano di alleggerire le strutture senza danno per la stabilità;
  3. migliorare le tecniche operative con l’applicare all’edilizia i criteri produttivi dell’industria.

A questo proposito si potrebbe immaginare un materiale privo di difetti e perciò capace di soddisfare le più diverse esigenze. L’invenzione di un nuovo materiale, che potremmo chiamare “universale” per indicare la sua completa adattabilità agli usi più svariati, sarebbe certo molto utile. In un certo senso ci riporterebbe a quei materiali di vasto impiego, come la pietra, che serve ancora a molteplici usi.
Tra i materiali moderni, oltre le leghe metalliche, che hanno tante e diverse applicazioni (dalla costruzione dei ponti e delle navi alla fabbricazione di automobili, come anche di edifici civili e industriali, di mobili attrezzi e utensili), sono da ricordare i materiali sintetici, come la plastica, che, nell’indurirsi, si presta ad assumere le forme più varie, adeguate a ciascun bisogno.
Torniamo ora alla definizione del materiale dotato di proprietà tali da potersi usare nei modi più congrui e tuttavia disparati; se esistesse un materiale siffatto, le sue caratteristiche dominanti (per non dire ideali) dovrebbero essere:

  1. rapporto peso/resistenza molto basso e corrispondente almeno a quello delle leghe di alluminio;
  2. rigidità (tenacia), non disgiunta dalla resistenza all’urto;
  3. alto grado di resistenza al fuoco;
  4. scarsa sensibilità alle variazioni di temperatura;
  5. resistenza alla corrosione, eccetto che nelle condizioni più gravose;
  6. facilità di trasporto e di assemblaggio;
  7. facilità di giunzione e di intelaiatura;
  8. economicità di costo iniziale e di manutenzione.

Nella direzione di promuovere e migliorare la qualità nella produzione converrebbe sviluppare le ricerche sui materiali amorfi in tre direzioni: legno, conglomerato cementizio, leghe di alluminio e tecnopolimeri. Qui basterà ricordare che, nel disegnare il sistema strutturale il progettista cercherà di scegliere il materiale più idoneo, preferendo quello che sia capace di resistere meglio al più forte carico, senza tuttavia trascurare quei requisiti che fanno parte dell’economia generale e delle qualità riferibili all’aspetto (colore, grana, lucentezza ecc.).
Una volta scelto il materiale, potremmo dire che il progetto è governato dalle proprietà dei materiali costituenti il prodotto (proprietà meccaniche fisiche, chimiche, tecniche e tecnologiche), che il progettista deve conoscere. Basterà ricordare che le correnti più valide dell’architettura moderna hanno manifestato con chiarezza la loro opinione a favore di una motivata scelta del materiale e di un corretto impiego di esso, sia riguardo alla sua natura (sincerità costruttiva) sia riguardo alle condizioni d’uso (sostenibilità ambientale).
Nei tempi antichi, per ovvie ragioni di economia e di semplicità, le costruzioni risultavano perfettamente ambientate; i materiali a disposizione in un dato posto erano pochi e ben conosciuti dalle maestranze locali. Alle volte con un solo materiale, si faceva tutto. Oggi l’abbondanza di combinazioni materiche e costruttive è tale da impedire la formazione di un’architettura spontanea, a carattere semplice e popolare, e da favorire piuttosto il sorgere di un’architettura industrializzata.

Criteri di scelta e idoneità tecnica dei prodotti da costruzione.

A seguito dell’entrata in vigore del Regolamento Prodotti da Costruzione (UE) n. 305/2011 del Parlamento Europeo e del Consiglio del 9 marzo 2011, il mercato Europeo delle costruzioni è regolamentato da strumenti di valutazione e verifica che documentano e certificano la costanza delle prestazioni di un prodotto, in relazione alle sue caratteristiche essenziali, conformemente alla normativa vigente.
I prodotti o kit debbono essere fabbricati e immessi sul mercato allo specifico fine di essere incorporati nelle opere edili o infrastrutturali in maniera stabile, duratura, e destinata a proseguire durante la vita di servizio dell’opera; in quanto anche il singolo prodotto contribuisce, con le sue prestazioni, al soddisfacimento dei sette requisiti base individuati dalla direttiva UE:

  1. sicurezza meccanica e stabilità;
  2. sicurezza in caso di incendio;
  3. igiene, salute e ambiente;
  4. sicurezza e accessibilità all’uso;
  5. protezione contro il rumore;
  6. risparmio energetico e ritenzione del calore;
  7. uso sostenibile delle risorse naturali.

In questa direzione, già da tempo le proprietà dei prodotti vengono studiate con metodi non più empirici, bensì scientifici, e i risultati resi di pubblico dominio, contrariamente ai “segreti professionali” di un tempo che ostacolavano la libera circolazione dell’informazione tecnica.
In base alla regolamentazione europea, le prove di laboratorio sui materiali primari e secondari, se non direttamente sui prodotti, non vengono eseguite soltanto dal fabbricante (comunque responsabile della redazione della Dichiarazione di Prestazione e del Controllo della produzione in fabbrica), ma sono compiute (al di sopra degli interessi di parte) da appositi organismi notificati e laboratori di prova ufficialmente riconosciuti. Ciò al fine di valutare, provare, calcolare e giudicare le caratteristiche e le qualità prestazionali distintive, procedere alla verifica della rispondenza e della conformità ai “requisiti base” necessari per la loro accettazione, stabiliti dalle norme unificate, nonché convalidarne la corretta nomenclatura scientifica e commerciale.
Per uniformare l’esplicitazione e la quantificazione delle prestazioni di un prodotto da costruzione, sono stati introdotti i “livelli” e le “classi”. I primi quale valutazione quantitativa, espressa con un valore numerico, di una prestazione nei confronti del contributo offerto nel raggiungimento del soddisfacimento dei “requisiti base” dell’opera; le seconde quali intervalli di valori dei livelli di prestazione, delimitati da un valore minimo e massimo (livelli di soglia).
Con questi criteri, i livelli e le classi definiscono una prestazione minima al di sotto della quale un prodotto, non può, in alcuna circostanza, venire considerato idoneo per l’uso.

Bibliografia

AA.VV., Atlante delle Materie plastiche, Utet, Torino, 2011; AA.VV., Atlante dei Materiali, Utet, Torino, 2006; Torricelli M., I materiali da costruzione; identificazione, qualificazione ed accettazione secondo le Norme tecniche per le costruzioni – dm 14/1/08, Rimini, 2009.

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