Tipologia e classificazione dei materiali: proprietà e applicazioni

TIPOLOGIA E CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI

La classificazione dei materiali si basa principalmente sulla loro origine. I materiali si dividono in:

• Naturali: derivano direttamente dalla natura.
  • Vegetale: come il legno e il cotone.
  • Animale: come la lana.
  • Minerale: come il vetro e i metalli.
• Chimici: sono creati artificialmente in laboratorio.
  • Sintetici: come la plastica e il poliestere, derivano dal petrolio.
  • Artificiali: come la viscosa e il modal, ottenuti modificando sostanze naturali.
• Compositi: sono formati unendo materiali di famiglie diverse, per ottenere nuove proprietà.
  • Esempio: fibre di vetro + resine sintetiche.

PROPRIETÀ DEI MATERIALI

CHIMICO-FISICHE MECCANICHE TECNOLOGICHE densità KG resistenza a trazione fusibilità conduttività termica resistenza a compressione plasticità conduttività elettrica resistenza a flessione malleabilità inalterabilità . 0 resilienza temperatura di fusione durezza saldabilità

Proprietà Chimico-Fisiche

Sono legate alla composizione chimica dei materiali e alla loro struttura molecolare. Ne determinano il comportamento quando vengono sottoposti ad agenti esterni, come il calore, la forza di gravità o l'elettricità.

DENSITÀ

indica la massa dell'unità di volume del materiale (il rapporto tra massa e volume). Più elevate è la densità di un materiale, più elevata è la sua massa, a parità di volume. Si misura solitamente in chilogrammi per decimetro cubo (kg/dm3) Ex: Ad esempio, la densità dell'acciaio è circa 7,85 kg/dm3. Questo vuol dire che un cubo di acciaio con ogni lato lungo 1 decimetro (cioè 10 centimetri) ha un volume di 1 dm3 e pesa circa 7,85 kg. Confrontiamo questo valore con quello di altri materiali:

• Acqua: ha una densità di 1 kg/dm3
• Legno (pioppo): ha una densità di 0,5 kg/dm3

Cosa succede se metti questi materiali in acqua?

1. L'acciaio affonda, perché è molto più denso dell'acqua. In altre parole, ha più massa in un uguale volume, quindi pesa di più ed è tirato verso il basso dalla gravità.
2. Il legno galleggia, perché la sua densità è più bassa di quella dell'acqua. Ha meno massa in rapporto al volume, quindi viene spinto verso l'alto dalla spinta dell'acqua, riuscendo a restare a galla.

CONDUTTIVITÀ TERMICA ED ELETTRICA

duttilitàLa conduttività termica indica la capacità di un materiale di trasmettere il calore, mentre la conduttività elettrica indica la capacità di un materiale di farsi attraversare da corrente elettrica. Queste due proprietà sono legate tra loro: spesso un buon conduttore termico è anche un buon conduttore elettrico. Ex: i metalli hanno un'ottima conduttività termica, e infatti vengono usati per la costruzione di pentole, ma hanno anche un'ottima conduttività elettrica, e infatti vengono usati per la realizzazione di cavi elettrici.

• I materiali che non sono buoni conduttori di calore o elettricità si dicono isolanti. Ad esempio, la plastica è un materiale isolante. Per questo motivo viene usata per realizzare i manici delle pentole o rivestire i cavi elettrici.

INALTERABILITÀ

è la capacità di un materiale di non cambiare le proprie proprietà nel tempo.

TEMPERATURA DI FUSIONE

indica la temperatura a cui un materiale passa dallo stato solido allo stato liquido. Ex: Ghiaccio -> fonde a 0℃ > diventa acqua 988888 Acciaio -> fonde a 1535℃ > diventa metallo liquido (serve un forno speciale per fonderlo!)

PROPRIETÀ MECCANICHE

Si riferiscono alla capacità dei materiali di resistere alle sollecitazioni meccaniche prodotte da forze esterne come i pesi, l'azione del vento, gli urti.

1. RESISTENZA A TRAZIONE: è la capacità di un materiale di resistere a un sistema di forze applicate dall'interno verso l'esterno, che ne determina un allungamento del corpo.
2. RESISTENZA A COMPRESSIONE: è la capacità di un materiale di resistere a un sistema di forze applicate dall'esterno verso l'interno, che determina un accorciamento del corpo, cioè uno schiacciamento del corpo.
3. RESISTENZA A FLESSIONE: è la capacità di un materiale di resistere a un sistema di forze applicate dagli estremi verso il centro, che tendono a incurvarlo, a fletterlo.
4. RESILIENZA: è la capacità di un materiale di resistere a urti improvvisi, sforzi puntuali ed esterni, senza subire rotture. Sono detti TENACI i materiali con elevata resilienza, FRAGILI quelli con scarsa resilienza.
5. DUREZZA: è la resistenza che un materiale oppone alla scalfittura o alla penetrazione da parte di un corpo appuntito fatto di materiale più duro.

TECNOLOGICHE

Sono legate al comportamento di un materiale quando viene sottoposto a determinate lavorazioni durante il processo produttivo.

1. FUSIBILITÀ è la capacità di un materiale di essere fuso e colato dentro uno stampo, formando oggetti uniformi e senza difetti.
2. PLASTICITÀ è l'attitudine di un materiale a lasciarsi deformare (a T ambiente) sotto l'azione di forze esterne o del calore, mantenendo la deformazione anche al cessare di esse.
3. MALLEABILITÀ è la capacità di un materiale di essere trasformato in fogli o lamine sottili.
4. DUTTILITÀ è la capacità di un materiale di essere trasformato in fili sottili.
5. SALDABILTÀ è l'attitudine che ha un materiale a unirsi in modo permanente con altri pezzi dello stesso materiale sotto l'azione del calore.

CICLO DI VITA DEI PRODOTTI

• MATERIA PRIMA: è il materiale fornito dallo sfruttamento delle risorse naturali, che è alla base della fabbricazione e produzione di beni. Difficilmente le materie prime sono pronte per essere impiegate nella produzione di un oggetto, ma vengono sottoposte ad una serie di lavorazioni per diventare semilavorati (o prodotti intermedi).
• SEMILAVORATO: è un prodotto che necessita di ulteriori lavorazioni per diventare un prodotto finito. EX: II legname è un semilavorato, che a sua volta viene prodotto utilizzando come materia prima gli alberi.
• PRODOTTO FINITO: è il prodotto pronto per essere commercializzato. EX: I mobili sono prodotti finiti. Vengono costruiti attraverso lavorazioni del legname, cioè di tavole ed assi di legno.

EDIFICI IN MURATURA PORTANTE

Dall'anno 0 (anche prima) al 1910 tutti gli edifici costruiti sono in muratura portante.

COME SI IDENTIFICANO?

MURA

I muri perimetrali e non, collaborano alla staticità dell'edificio, dunque non possono essere abbattuti. (questo è un limite perché non si può modificare in nessuno modo il "progetto" iniziale).

PRINCIPIO DI RASTREMAZIONE

Per garantire una struttura forte e stabile, i muri perimetrali diminuiscono di spessore con l'aumentare dei piani dell'edificio. Questo è dovuto dal fatto che la struttura in muratura portante è sottoposta a 2 pesi:

• PESO PROPRIO: S'intende il carico permanente strutturale, quindi tutte le parti strutturali che formano l'edificio (materiali da costruzione, travi, pilastri etc.)
• PESO PORTATO: S'intende il carico "aggiuntivo" che la struttura deve sostenere (arredi, persone etc.)

BALCONI

Nei vecchi edifici costruiti in muratura portante, i balconi sono sempre stretti perché i materiali utilizzati all'epoca non hanno una buona resistenza alla flessione, cioè non sopportano bene la piega causata dal peso che agisce su una sporgenza.

• Se il balcone fosse troppo lungo, il rischio è che si spezzi o ceda. Per evitare questo problema, venivano aggiunti elementi di rinforzo chiamati MENSOLE: sono dei supporti in pietra o metallo, inseriti sotto il balcone, che servono proprio a reggere meglio il peso e impedirne il ribaltamento. Inoltre, per alleggerire il carico, si preferiva realizzare le ringhiere in ferro battuto, un materiale resistente ma leggero, invece di costruire muretti pieni, che avrebbero aggiunto troppo peso e aumentato il rischio di cedimento. > Con l'arrivo del cemento armato, la situazione è cambiata radicalmente. Questo materiale è molto più adatto per costruire elementi sporgenti come i balconi, perché unisce le qualità della pietra - che resiste bene alla compressione - con quelle dell'acciaio - che è molto resistente alla trazione. Insieme, questi due materiali formano una struttura che riesce a sostenere bene carichi anche importanti, e soprattutto a flettersi leggermente senza rompersi. È proprio grazie a queste caratteristiche che nei palazzi moderni si possono costruire balconi molto più ampi e robusti rispetto al passato.

ALTEZZA

Tutti gli edifici in muratura portante presentano un'altezza pari a 12-15 metri (3-4 piani), quindi un'altezza complessiva media, ma hanno un'altezza di INTERPIANO (altezza che parte dal piano di calpestio al soffitto) intorno ai 4-4.5 metri.

FORME RIGIDE

Gli edifici in muratura portante sono sempre caratterizzati da una forma geometrica regolare rigida, che sia una pianta rettangolare, quadrata o circolare, a causa dei muri portanti che non possono essere invariati.

ARCHI E VOLTE

Gli elementi costitutivi degli edifici in muratura portante sono:

• ARCHI: struttura architettonica o elemento strutturale formato da 2 colonne e da un semicerchio costituito e normalmente costruito in pietra perché dal momento che gli archi trasmettono i carichi verso i supporti laterali, grazie alla sua resistenza a compressione, è ideale per distribuire questi carichi in modo sicuro.
• VOLTE: struttura architettonica o elemento strutturale formato da un serie di archi collegati tra loro, che distribuiscono il carico su tutta la superficie (volta a botte, volta a crociera etc.) > Così come un muro classico in muratura portante non può essere abbattuto per effettuare eventuali modifiche, in sezione verticale e/o orizzontale, anche questi due elementi non possono essere modificati in nessun modo.

I PIANI

Negli edifici in muratura portante, si nota una differenza visibile nell'altezza e nello spessore dei vari piani.

• Il piano terra, chiamato anche basamento, è solitamente il più alto e con i muri più spessi, perché deve sostenere il peso di tutti i piani superiori. Ma c'è anche una motivazione storica: nei secoli passati, questo piano doveva essere abbastanza alto da permettere l'ingresso delle carrozze, che arrivavano direttamente fino agli interni dei palazzi.
• Il primo piano, invece, era considerato il più importante: veniva chiamato piano nobile e ospitava il proprietario dell'edificio.
• I piani intermedi accoglievano i suoi familiari.
• l'ultimo piano, più basso e semplice, era destinato alla servitù. Questa gerarchia sociale si rifletteva anche nell'architettura.

TUBI ESTERNI

Un altro dettaglio interessante riguarda i tubi esterni.