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Breve storia del cemento.

by Giovanni Volpein Classi Seconde, Edilizia1 commento su Breve storia del cemento.

La storia del cemento inizia già con gli Egizi ed i Romani, ma di cementi veri e propri ne possiamo parlare solo a partire dal 1800. Infatti, la differenza principale che caratterizza il calcestruzzo (è un conglomerato) antico da quello moderno consiste nel diverso tipo di cemento (legante) impiegato: nel calcestruzzo antico, il legante era costituito da calce e pozzolana o da calce idraulica avente proprietà simili a quelle del cemento moderno grazie ad alcune impurità presenti nel legante. Nel calcestruzzo moderno, invece, il legante è costituito dal cemento Portland o da miscele di questo con scorie d’altoforno e pozzolana. Oltre a questo, il calcestruzzo moderno ha una granulometria (dimensione) degli inerti impiegati, particolarmente assortita nelle dimensioni che migliora la resistenza meccanica.

Già gli Egizi e i Romani erano alla ricerca di un legante che irrobustisse le loro costruzioni e già a quel tempo capirono che l’impasto di diversi materiali poteva essere la chiave giusta per ottenere quello che stavano cercando. I Romani per primi impiegarono impasti a base di fango e di materiali lapidei estratti dalla roccia vulcanica di Pozzuoli, da cui derivò il nome di pozzolana.

Per poter parlare di cemento vero e proprio bisogna aspettare il 1756 quando l’ingegnere John Smeaton, trovò un impasto particolarmente resistente all’acqua.

Nel 1796 Joseph Parker perfezionò l’impasto di Smeaton aggiungendo polvere d’argilla e nel 1813 fu il francese Louis-Joseph Vicat a migliorare le proporzioni del materiale argilloso. Nel 1822 James Frost completò la “ricetta” con del materiale calcareo frantumato.

Nel 1824 un muratore inglese, Joseph Aspdin, perfezionò l’impasto fino a raggiungere quel livello di qualità e di resistenza che ritroviamo nel cemento di oggi. Aspdin mescolò, studiandone attentamente le proporzioni, calcare e argilla cotti in forno inventando un legante con caratteristiche superiori agli altri fino ad allora sperimentati. Il legante inventato da Aspdin su chiamato  Cemento Portland ( il colore ricordava le rocce dell’isola di Portland) e rappresenta una delle principali innovazioni nei materiali da costruzione dell’800.

Dopo Aspdin altri tecnici apportarono varianti e miglioramenti, tra questi il più significativo fu quello di Isaac Johnson che, nel 1850, stabilì che il processo di cottura del cemento doveva svilupparsi a temperature molto alte.

Il cemento è quindi frutto di una stretta collaborazione tra la natura, fornitrice delle materie prime, e la creatività dell’uomo che in un secolo di studio è riuscito a trovare quella miscela ideale che oggi chiamiamo cemento e che rappresenta uno degli elementi principali del calcestruzzo armato.

POZZOLANA

Materiale proveniente da rocce di origine vulcanica che non indurisce al contatto con l’acqua, quindi non è un legante idraulico; è però capace di far presa ed indurire se mescolata con la calce o con il cemento Portland (legante idraulico), consentendo di ottenere impasti resistenti all’acqua, che presentano anche una maggiore resistenza meccanica. Nelle costruzioni, l’uso della pozzolana risale all’epoca dei Romani che ne fecero largo uso per realizzare acquedotti, ponti, moli che esigevano solidità e resistenza all’acqua.

Breve storia del calcestruzzo armato.

by Giovanni Volpein Classi Seconde, Edilizia, Materiale didatticoLeave a Comment on Breve storia del calcestruzzo armato.

L’avvento del calcestruzzo armato ha completamente rivoluzionato le tradizionali tecniche di costruzione ed ha permesso agli architetti del ‘900 di creare edifici con caratteristiche mai viste prima. Infatti, questo materiale riesce ad avere delle resistenze meccaniche estremamente elevate, sia alla compressione sia alla flessione, ma di questo ne parleremo più avanti.

Le prime costruzioni in calcestruzzo armato risalgono alla seconda metà del XIX secolo. L’architetto Lambert brevettò nel  1855 il calcestruzzo, e nel 1865 Joseph Monier brevettò l’applicazione delle barre di acciaio nel conglomerato costituito da un impasto di cemento, ghiaia e sabbia ( calcestruzzo).  Dal 1880 le opere in cemento armato si diffusero enormemente e la loro applicazione nelle costruzioni di abitazioni fu  facilitata dai metodi di calcolo sulla resistenza delle strutture. 

Charles – Edouard Le Corbusier (1887- 1965), uno dei maggiori architetti del Novecento, indicò le caratteristiche positive  delle costruzioni in calcestruzzo armato rispetto alle altre: 

▪ possibilità di costruire edifici su pilastri sopraelevati rispetto al piano del terreno;  

▪ possibilità di una grande economia di volumi del costruito,  in quanto vengono eliminati i muri portanti e quindi tutto il  piano risulta libero e divisibile come si desidera;  

▪ avere finestre a tutta superficie tra un pilastro e l’altro, che  possono,anche essere arretrati rispetto alle finestre stesse;  

▪ possibilità di avere coperture piane a balzo e a gradoni  che consentono, mediante accorgimenti tecnici, la creazione di giardini pensili, piscine, ecc.  

Il Novecento ha visto fiorire numerose scuole di progettazione dell’ architettura. Le più note sono:  

▪ la scuola di Frank Lioyd Wringt ( 1869 – 1959) che fonda il  suo stile sull’equilibrio fra uomo e natura, utilizzando pietra  nuda per gli edifici, massi e legni per gli interni, che ha  influenzato non poco l’architettura italiana;  

▪ la scuola di Walter Gropius ( 1883 – 1969 ) il fondatore  della Bauhaus ( istituto superiore di arti e mestieri) che  rispecchia più di ogni altro la coscienza dell’architettura  moderna.;  

▪ la scuola di Le Corbusier.  

In Italia non mancano i grandi architetti come Paolo Luigi  Nervi che nelle sue costruzioni ci dà esempi magnifici delle  grandissime possibilità del cemento.

I leganti

by Giovanni Volpein Classi Seconde, Edilizia, Materiale didatticoLeave a Comment on I leganti
vedi la mappa

I leganti rappresentano una categoria di materiali da costruzione molto importante. Hanno natura inorganica derivando da rocce e hanno la capacità di “legare” ovvero unire altri materiali (ad esempio sabbia, pietrisco, ghiaia) formando una massa plastica che progressivamente acquisisce resistenze meccanica estremamente elevate. L’elemento che permette di creare la miscela plastica è l’acqua e detta miscela prende il nome di pasta.

pasta= legante + acqua

Se alla pasta viene aggiunto un inerte fine (sabbia) otteniamo una malta.

malta= pasta+ inerte fine

Quando alla malta si aggiunge un inerte grossolano (pietrisco o ghiaia) otteniamo un conglomerato.

conglomerato= malta+ inerte grossolano

classificazione dei materiali inerti.

Il legante ha la proprietà di reagire con l’acqua o con la CO2 presente nell’aria. Le reazioni che avvengono possono essere molto complesse e danno luogo al fenomeno della presa. A tale fase segue quella dell’indurimento. La presa rappresenta la fase in cui l’impasto inizia a rapprendersi ossia diventa consistente; in questa fase abbiamo due periodi: l’inizio presa quando l’impasto comincia a diventare consistente e la fine presa quando l’impasto può essere manipolato, ma mantiene la forma che gli viene data. L’indurimento inizia quando le proprietà del meccaniche del legante iniziano a manifestarsi e lega gli inerti e i materiali con cui viene a contatto. L’indurimento si completa quando il legante ha sviluppato le resistenze meccaniche massime.

In funzione della composizione delle materie prime e del processo di trasformazione, si classificano in due categorie:

  1. leganti aerei che hanno la capacità di far presa solo all’aria;
  2. leganti idraulici che induriscono anche in acqua e una volta induriti resistono al contatto con l’acqua.

I leganti aerei, miscelati con acqua e sabbia, sono prevalentemente impiegati nella produzione di malte, mentre i leganti idraulici sono destinati soprattutto alla produzione di calcestruzzo con aggiunta di inerti.
I più utilizzati sono la calce aerea e il gesso.
La calce aerea indurisce per reazione con l’anidride carbonica presente nell’atmosfera. È ottenuta dalla cottura di rocce calcaree (a temperatura di 900°C) da cui si ricava calce viva (ossido di calcio), in grado di assorbire una quantità di acqua pari a circa tre volte il suo peso, trasformandosi così in grassello.

Il gesso indurisce per reazione con l’acqua di impasto (idratazione). È ottenuto dalla cottura di pietra da gesso disidratata e ridotta in polvere. A seconda della temperatura di cottura e del grado di macinazione si possono ottenere prodotti diversi

I principali tipi di gesso impiegati in edilizia sono il gesso da muro, il gesso per manufatti, il gesso per intonaco e il gesso per sottofondi.
Gesso da muro (o a rapida presa). Si usa in tutte quelle operazioni che richiedono una rapida presa e non esigono grandi resistenze meccaniche: per esempio, per fissare i tubi protettivi e le cassette di derivazione degli impianti elettrici nelle tracce delle murature.
Viene anche usato dai modellisti, che lo colano sotto forma di pasta allo stato fluido appena addensato sugli oggetti da riprodurre, in modo da ottenerne la matrice.
Gesso per manufatti. Viene impiegato nella produzione di pannelli per controsoffitti, di lastre di gesso rivestito (o cartongesso) e di blocchi per tramezzi.
Gesso per intonaco (o scagliola). Ha caratteristiche migliori del gesso da muro e tempi di presa più lunghi, che ne facilitano l’impiego per intonaci e stucchi.
La scagliola e il gesso da muro sono normalmente venduti in sacchi da 25 kg, in sacconi big-bags oppure sfusi in cisterne e in cantiere devono essere ovviamente protetti dall’umidità prima del loro impiego


I leganti idraulici più comuni sono le calci idrauliche e i cementi.
I cementi rappresentano leganti molto importanti e saranno analizzati in un articolo specifico.

Definizioni

INERTE

Materiali utilizzati nell’edilizia, prevalentemente per la preparazione delle malte e conglomerati, la cui caratteristica principale è quella di non partecipare alle reazioni del legante (da qui inerti ossia non reagisce) che conducono all’indurimento della miscela.

MALTE

Impasto composto da una miscela di legante, sabbia e acqua sotto forma di impasto plastico capace, attraverso reazioni chimiche, di far presa e indurire in maniera irreversibile.

CALCESTRUZZO

Materiale composto da più elementi, ottenuto da un impasto di calce o cemento, inerti fini, grossi ed acqua che raggiunge consistenza litoide ossia la consistenza della pietra a seguito del fenomeno dell’idratazione del cemento e del successivo indurimento.

INTONACO

L’intonaco è un rivestimento murario costituito da malte. Ha la funzione di proteggere le pareti dagli agenti atmosferici e dalla condensa superficiale, di garantire condizioni igieniche ottimali negli ambienti interni, di fare da supporto alle successive finiture.

GRASSELLO

Composto ottenuto dallo spegnimento della calce viva tramite l’aggiunta di abbondante acqua. L’impasto prodotto, appiccicoso e untuoso al tatto, estremamente ecologico, è utilizzato come legante per malte, nella produzione di intonaci di pregio e opere di finitura.

Rocce calcaree

Roccia sedimentaria costituita prevalentemente da carbonato di calcio

Gesso

Legante aereo ottenuto dalla cottura di pietra da gesso, che acquisisce caratteristiche differenti in base alle temperature di cottura. 

Calce

Legante inorganico a base di composti del calcio ottenuto per cottura di rocce calcaree.  Sono essenzialmente raggruppabili in due grandi tipologie: calci aeree e calci idrauliche.

Combustibili fossili

by Giovanni Volpein Classi Terze, Energia, Materiale didatticoLeave a Comment on Combustibili fossili

I combustibili fossili derivano da una lenta e graduale decomposizione di sostanza organica. Si possono trovare sotto forma di petrolio (liquido), carbone (solido), gas naturale (gassoso) e altri combustibili composti da idrocarburi (composti che contengono carbonio -C- e idrogeno -H-).

Petrolio e gas naturali si presume che siano derivati da un lento processo di trasformazione di grandi quantità di plancton (fitoplancton e zooplancton) che si sono depositate sul fondo di oceani e laghi milioni di anni fa. Nel corso di decine di migliaia di secoli, questa materia organica si è mescolata con il fango ed è stata “sepolta” sotto pesanti strati di sedimenti. Il calore e la pressione provenienti dal centro della Terra hanno causato alterazioni nella loro composizione chimica formando composti di carbonio.

Nel caso dei carboni fossili, invece, la fonte originaria è individuabile in piante morte ricoperte dal sedimento durante il periodo Carbonifero (circa tra i 300 e i 350 milioni di anni fa). Con il passare dei secoli, questi depositi si sono solidificati, dando vita a distese di carbone. In alcuni casi possono anche in gas.

In sintesi

Possiamo dire che la decomposizione è avvenuta in mancanza di aria, sotto l’azione di alte temperature e pressioni e in presenza di speciali batteri. Come sappiamo, i tessuti vegetali sono costituiti in massima parte di cellulosa (risultato di un processo antico di fotosintesi), sostanza formata di carbonio, idrogeno e ossigeno. Durante la decomposizione questi tessuti hanno perso quasi tutto l’ossigeno e l’idrogeno e si sono trasformati in sostanze ricchissime di carbonio.

Utilizzi moderni

Per comprendere cosa sono i combustibili fossili e come mai siano diventati un tema molto attuale, bisogna certamente fare riferimento ai loro impieghi nell’era moderna.

Il carbone è stato utilizzato sin dall’antichità come combustibile, soprattutto nelle fornaci per fondere i minerali metallici.

L’olio non trattato e non raffinato è stato per esempio bruciato per secoli nelle lampade per favorire l’illuminazione.

Gli idrocarburi semi-solidi (come il catrame) sono stati utilizzati per l’impermeabilizzazione (in gran parte sul fondo di imbarcazioni e sulle banchine) e per l’imbalsamazione.

L’impiego su larga scala dei combustibili fossili ha avuto inizio durante la Prima Rivoluzione Industriale, tra il diciottesimo e il diciannovesimo secolo, in cui carbone (prima) ed il petrolio (dopo) hanno cominciato ad essere sfruttati come carburanti per alimentare i motori a vapore. Nel corso della Seconda Rivoluzione Industriale (a cavallo tra Ottocento e Novecento), invece, i combustibili fossili venivano usati per fornire energia ai generatori elettrici.

L’invenzione del motore a combustione interna (per esempio, quello delle automobili) ha aumentato le richieste di petrolio in modo esponenziale, così come lo sviluppo degli aeromobili. Di conseguenza, si assiste prontamente all’emergere dell’industria petrolchimica, con il petrolio utilizzato per produrre componenti che spaziano dalla plastica alla materia prima. Nel secolo scorso i derivati del petrolio hanno permesso di inventare uno dei materiali che oggi l’uomo utilizza quotidianamente ovvero le plastiche. Inoltre, il catrame (un residuo dall’estrazione del petrolio) è diventato ampiamente utilizzato nella costruzione di strade e autostrade.

Effetti ambientali

La connessione tra i combustibili fossili e l’inquinamento atmosferico presente nelle nazioni industrializzate e nelle grandi città è stata evidente sin dalla Rivoluzione Industriale. Tra gli inquinanti generati dalla combustione di carbone e petrolio si possono includere anidride carbonica, monossido di carbonio, ossidi di azoto, biossido di zolfo, composti organici volatili e metalli pesanti, tutti associati a maggiori rischi di contrarre malattie, soprattutto respiratorie.
Lo sfruttamento dei combustibili fossili da parte degli esseri umani è anche la più grande fonte di emissioni di biossido di carbonio, o CO2, (circa il 90%) in tutto il mondo. La CO2 è uno dei principali gas che causano l’effetto serra e, quindi, contribuisce al surriscaldamento globale.

C’è bisogno di alternative

Capire cosa sono i combustibili fossili implica anche essere consapevoli della loro pericolosità per il nostro ecosistema. Diventa quindi di fondamentale importanza attrezzarsi e individuare delle fonti energetiche alternative e pulite, che possano essere salutari e sicure per la salvaguardia della Terra. Sfruttare le potenzialità di altri elementi naturali come l’acqua, l’aria e il sole per produrre energia è sicuramente una delle strade al momento più percorribili. Grazie al progresso scientifico si sono potute sviluppare tecnologie in grado di trarre vantaggi dalle cosiddette fonti energetiche rinnovabili

Definizioni
PLancton

Organismi di varie dimensioni presenti nell’acqua che si fanno trasportare dalla corrente. Si differenzia il fitoplancton se sono organismi di natura vegetale e zooplancton se di natura animale

Fitoplancton

Sono organismi presenti nel plancton che hanno la capacità di effettuare la fotosinstesi.

SEDIMENTO

Rappresenta un accumulo di sostanze che prima erano in sospensione (generalmente nei liquidi) e successivamente si vanno a depositare (sedimentazione) formando una massa di quelle sostanze.