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MATERIALI METALLICI DI IMPIEGO NELL'AMBITO DEL RESTAURO

Dedoni, Emanuela

MATERIALI METALLICI DI IMPIEGO NELL'AMBITO DEL RESTAURO.

Rel. Jean Marc Christian Tulliani. Politecnico di Torino, Corso di laurea specialistica in Architettura (Restauro E Valorizzazione), 2009

Abstract:

L'industria edile oggigiorno è sempre più indirizzata al restauro degli edifici esistenti anziché della costruzione di nuovi. Le ragioni di questa tendenza sono molte, ma una delle principali è la sostanziale crescita della domanda di costruzioni nei centri urbani che soddisfino qualità strutturali e funzionali moderne e che siano a misura d'uomo. Questi concetti di riuso e ristrutturazione sono applicati spesso, ad esempio, nelle città europee, ricche di monumenti ed edifici storici, dove questi sono modificati per collocarci nuove funzioni e adattarle alle nuove norme di sicurezza che vengono applicate per la salvaguardia delle persone.

In alcune zone il problema è ancora più complicato se gli edifici, soprattutto se pubblici, si trovano in aree sismiche dove si richiedono tecniche di costruzione appropriate per preservare sia la costruzione sia la vita degli occupanti.

Allo stesso tempo però, le caratteristiche strutturali delle costruzioni storiche a volte non si adattano facilmente all'introduzione delle nuove tecnologie e spesso anche l'impatto estetico e alquanto deludente. Tutte queste considerazioni portano all'adozione di sistemi tecnologici che possano provvedere a soluzioni non solo a livello strutturale o architettonico, ma anche per migliorare le performance dell'intero "sistema" edificio. E dunque una grossa attenzione è data, non solo alla ricerca di migliori prestazioni strutturali, affidabilità e durata

degli interventi, ma anche assicurare una più facile ispezione, manutenzione e monitoraggio. Le nuove pratiche sono orientate all'utilizzo di sistemi avanzati, materiali e tecnologie per aumentare la portata degli elementi strutturali e incrementare la reazione sismica quando è necessario. In questo frangente, i materiali metallici possono giocare un ruolo molto importante quando sono richieste alte prestazioni. Al momento, l'uso di tecniche che si basano suoi metalli per i restauri strutturali va in due direzioni. In primo luogo, l'uso di materiali innovativi, soprattutto dell'acciaio inossidabile, rame, leghe di titanio e alluminio, sta diventando sempre più comuni nei lavori di risanamento in quanto questi hanno caratteristiche fisiche e meccaniche spesso migliori di quelle ben più conosciute dell'acciaio (come duttilità, leggerezza, facilmente trovabile nel mercato, ecc). Inoltre questi materiali, e in particolare le leghe a memoria di forma (SMA), vengono sfruttati per quelle particolari aree soggette a scosse sismiche. In questo testo vengono seguite entrambe le direzioni: nella prima parte sono analizzate le

proprietà, gli impieghi e le possibilità degli acciai inossidabili e le leghe di alluminio e titanio; nella seconda le opportunità dalle SMA applicate nei territori sismici.

L'industria edile oggigiorno è sempre più indirizzata al restauro degli edifici esistenti anziché della costruzione di nuovi. Le ragioni di questa tendenza sono molte, ma una delle principali è la sostanziale crescita della domanda di costruzioni nei centri urbani che soddisfino qualità strutturali e funzionali moderne e che siano a misura d'uomo. Questi concetti di riuso e ristrutturazione sono applicati spesso, ad esempio, nelle città europee, ricche di monumenti ed edifici storici, dove questi sono modificati per collocarci nuove funzioni e adattarle alle nuove norme di sicurezza che vengono applicate per la salvaguardia delle persone.

In alcune zone il problema è ancora più complicato se gli edifici, soprattutto se pubblici, si trovano in aree sismiche dove si richiedono tecniche di costruzione appropriate per preservare sia la costruzione sia la vita degli occupanti. Allo stesso tempo però, le caratteristiche strutturali delle costruzioni storiche a volte non si adattano facilmente all'introduzione delle nuove tecnologie e spesso anche l'impatto estetico e alquanto deludente. Tutte queste considerazioni portano all'adozione di sistemi tecnologici che possano provvedere a soluzioni non solo a livello strutturale o architettonico, ma anche per migliorare le performance dell'intero "sistema" edificio. E dunque una grossa attenzione è data, non solo alla ricerca di migliori prestazioni strutturali, affidabilità e durata degli interventi, ma anche assicurare una più facile ispezione, manutenzione e monitoraggio. Le nuove pratiche sono orientate all'utilizzo di sistemi avanzati, materiali e tecnologie per aumentare la portata degli elementi strutturali e incrementare la reazione sismica quando è necessario. In questo frangente, i materiali metallici possono giocare un ruolo molto importante quando sono richieste alte prestazioni. Al momento, l'uso di tecniche che si basano suoi metalli per i restauri strutturali va in due direzioni. In primo luogo, l'uso di materiali innovativi, soprattutto dell'acciaio inossidabile, rame, leghe di titanio e alluminio, sta diventando sempre più comuni nei lavori di risanamento in quanto questi hanno caratteristiche fisiche e meccaniche spesso migliori di quelle ben più conosciute dell'acciaio (come duttilità, leggerezza, facilmente trovabile nel mercato, ecc).Inoltre questi materiali, e in particolare le leghe a memoria di forma (SMA),vengono sfruttati per quelle particolari aree soggette a scosse sismiche. In questo testo vengono seguite entrambe le direzioni: nella prima parte sono analizzate le proprietà, gli impieghi e le possibilità degli acciai inossidabili e le leghe di alluminio e titanio; nella seconda le opportunità dalle SMA applicate nei territori sismici.

Relatori: Jean Marc Christian Tulliani
Tipo di pubblicazione: A stampa
Soggetti: S Scienze e Scienze Applicate > SC Chimica
R Restauro > RA Restauro Artchitettonico
Corso di laurea: Corso di laurea specialistica in Architettura (Restauro E Valorizzazione)
Classe di laurea: NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/1648
Capitoli:

Introduzione

Gli acciai

Generalità Nomenclatura Trattamenti termici

Ricottura

Tempra

Rinvenimento

Bonifica

Cementazione

Nitrurazione

Gli acciai inossidabili

Perché inossidabili

Come si classificano

Nomenclatura AISI

Le caratteristiche fisiche e meccaniche

Caratteristiche fisiche

Caratteristiche meccaniche

L'alluminio

Generalità

Le leghe di alluminio

Generalità

Gli elementi di alligazione

Denominazione delle leghe

Designazione degli stati metallurgici di base e breve definizione

Le leghe da fonderia

Composizione

Lavorazioni Le leghe di alluminio per la lavorazione plastica

Principali leghe di alluminio

Realizzazioni

Trattamenti termici dell'alluminio

Lavorazioni per deformazioni plastiche

Le leghe di alluminio nei progetti

II titanio

Generalità

Le principali caratteristiche e proprietà del titanio e delle sue leghe

I diversi gradi di titanio e le loro caratteristiche

Le leghe di titanio

Generalità

Norme

Classificazione delle leghe

Le leghe a confronto

II titanio commercialmente puro

Le leghe alfa

Le leghe alfa monofase

Le leghe quasi alfa monofase

Le leghe alfa-beta

Le leghe beta

Lavorazioni e trattamenti del titanio e delle sue leghe

Trattamenti

Le leghe a memori di forma

Definizione

Cenni storici

Caratteristiche generali delle S.M.A.

La trasformazione martensitica

Le temperature di trasformazione

Proprietà delle leghe a memoria di forma

Effetto a memoria di forma (S.M.E.)

Superelasticità e pseudo elasticità

Leghe a memoria di forma a una via e a due vie

Le leghe a memoria di forma: possibili combinazioni chimiche

Leghe Ni-Ti

Lavorazioni

Leghe a base Cu

Applicazioni

Requisiti essenziali nelle procedure di rinnovo I materiali metallici e i diversi livelli di consolidamento

Aspetti generali

Protezione

Riparazione

Rinforzo

Ristrutturazione

L'acciaio inossidabile e il restauro

Aspetti generali

Materiali a confronto

Aspetti esecutivi

Principali caratteristiche delle strutture in acciaio per il rinnovo edilizio

Rinnovo di strutture in muratura

Generalità

II sistema C.A.M.

Rinnovo di strutture in legno

Generalità

Scheda: la torre i San Dalmazio a Pavia.

Scheda: applicazioni dei sistema C.A.M

Scheda: il complesso del Ridotto

L'alluminio e il restauro

Perché l'alluminio e le sue leghe

Campi di applicazione

L'alluminio nel restauro

Scheda: il ponte Real Ferdinando

Scheda; i mercati traianei

Scheda i ponti di Groslée, Treavoux e Montmerle

II titanio e il restauro

Impieghi del restauro

II titanio e le sue leghe in architettura

Applicazioni nel restauro e in archeologia

Scheda: l'Acropoli di Atene

Scheda: il campanile di San Marco- fontana Maggiore

Protezione sismica degli edifici

Concetti di rischio sismico, pericolosità e vulnerabilità

II controllo strutturale

Tecniche di controllo passivo, attivo, semi-attivo e ibrido

Considerazioni di affidabilità, sicurezza, costo

Protezione sismica degli edifici

Isolamento alla base

La dissipazione

Analisi critica dei due metodi e le loro applicabilità alle strutture esistenti

L'uso delle S.M.A. per la protezione sismica

Classificazione delle applicazioni delle S.M.A. in strutture civili

L'uso di S.M.A. nel recupero di edifici monumentali

Sperimentazioni e applicazioni

Scheda: Basilica di San Francesco d'Assisi

Scheda: chiesa di San Serafino - Sito archeologico di Pompei

Scheda: cattedrale di San Feliciano - campanile di San Giorgio

Bibliografia:

Acciaio e acciaio inossidabile

BIBLIOGRAFIA

- Gabriele Di Caprio, Gli acciai inossidabili, Hoepli, Milano , 2003

- P.Lacombe, B.Baroux, G. Bérenger, Les aciers inoxydable, les editions de physiqque,

Parigi, 2000

- G. Cesti, G.Di Caprio, A. Ciurlo, Evoluzione storica della normativa europea degli acciai

inossidabili, estratto dalla rivista "La meccanica italiana", n°176, ottobre 1983.

- M.V. Boniardi, F. D'Errico, Caratteristiche meccaniche e metallurgiche degli acciai

inossidabili per cemento armato

- F.Capelli, Gli acciai inossidabili: tipologie e caratteristiche. Inox convenzionali e di nova

generazione, Giornata di studio organizzata ad AlPI (Associazione Italiana Progettisti Italiani), 14 maggio 1999, Milano.

- F.Capelli, V. Boneschi, L'acciaio in edilizia: un materiale da costruzione che, in più,

resiste alla corrosione, articolo pubblicato su " Lamiera", n°12, dicembre 2000

- C.PANSERI, Manuale di Fonderia di Alluminio, Ulrico Hoepli, Milano, 1966

SITOGRAFIA

www.acerinox.es

www.centroinox.it

www.arcelormittal.com/

www.acciaiterni.it/

www.thyssenkrupp.com/

it.wikipedia.org/wiki/Pagina_principale

www.promozioneacciaio.it/

www.minerva. unito. it/Chimica&industria/Dizionario/DizR. htm

www.tecnoinox.org/

www.eaa.net/en/

NORME

UNI EU27

UNI EN 10027

UNI EN 10088

Titanio e le sue leghe

BIBLIOGRAFIA

- Marco V. Ginatta, Energy changes in Eledrochemical Process - The Electrodynamic Model and The Thermoelectrode, Ph.D. Thesis N. 1521, Colorado School of Mines, Department of Met. Eng., Golden, Colorado, U.S.A., August 3, 1973

- Ezio Debernardi (G.T.T. S.p.A.) "Sviluppi nella produzione e nelle applicazioni del Titanio in Italia".

- E. Olzi, D. Gelli, "il titanio nei materiali innovativi funzionali", CNR-ITM - Via Bassini 15, Milano

- Filippo Ciceri, "il titanio e le sue leghe", rei. Michele Armando Rosa, Politecnico di Torino, 1990

- Ginatta, "concetti di base per l'impiego del titanio e delle sue leghe", Torino, 198? Ginatta, "concetti di metallurgia fisica delle leghe di titanio", Torino, 198? Joshi, Vydehi Arun, "Titanium alloys : an atlas of structures and fracture features", Boca Raton, 2006

- Cariola Monica, "II titanio : un metallo per molteplici applicazioni, analisi tecnologica e valutazioni economiche", Angeli, Milano, 1996

- I. Rampin, K. Brunelli, M. Dabalà, "Indurimento superficiale di leghe di titanio mediante trattamenti termici di diffusione di Ni", la metallurgia italiana, novembre-dicembre 2008

- A. Morri, "trattamenti termici delle leghe di titanio a+3, correlazioni fra microstruttura e comportamento meccanico"

- Dr. S.S.Ushkov And Dr. A.S.Kudryavtsev, "The main problems of titanium and

titanium alloys civil application", da VII Meeting sul Titanio, Organizzato dalla GTT, Torino,

15 Novembre 1991

- Ezio Debernardi, "Sviluppi nella produzione e nelle applicazioni del Titanio in Italia", da VII Meeting sul Titanio, Organizzato dalla GTT, Torino, 15 Novembre 1991

E. Olzi, D. Gelli, "II titanio nei materiali innovativi funzionali", da VII Meeting sul Titanio, Organizzato dalla GTT, Torino, 15 Novembre 1991

Le leghe a memoria di forma

BIBLIOGRAFIA

TESI

Virgili Valentina, "Materiali a Memoria di Forma: caratterizzazione e applicazioni nel campo dei Beni Culturali", Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2008

DeDonno Luciana, "SMA: materiali a memoria di forma", Politecnico di Torino, 2008 Giorgio Giunta, "Materiali polimerici a memoria di forma", Università degli Studi di Bologna, 2008

Silvestro Barbarino, "Applicazione delle Leghe a Memoria di Forma (S.M.A.) per il Morphing in Campo Aeronautico", Università degli Studi di Napoli Federico II, 2005

Rinaldis Giuseppe, "Protezione sismica di edifici esistenti con leghe a memoria di forma", Politecnico di Torino, 2004

Todisco Massimo, "Controllo delle strutture mediante leghe con memoria di forma", Politecnico di Torino, 2000

De Poi Simone, "il controllo statico di strutture in materiale composito con fibre a memoria di forma", Politecnico di Torino, 1996

TESTI

Alaa M. Sharabash, Bassem O. Andrawes, "Application of shape memory alloy dampers in thè seismic contrai of cable-stayed bridges", Engineering Structures, 2008

L. Janke , C. Czaderski , M. Motavalli and J. Ruth, "Applications of shape memory alloys in civil engineering structures - Overview, limits and new ideas", Materials and Structures 38, Giugno 2005

G. Song, N. Ma, H.-N. Li, "Applications of shape memory alloys in civil structures", Engineering Structures, 2005

Zongcai Deng, Qingbin Li, Hongjun Sun, "Behavior of concrete beam with embedded shape memory alloy wires", Engineering Structures, 2006

G Song, YLMo, KOtero and H Gu, "Health monitoring and rehabilitation of a concrete structure using intelligent materials", Smart materials and structures, 2006

Valerla Del Prete, Orna Steinberg, Alessandro Treves, Eilon Vaadia, "How much do they teli us to move?", Elsevier Science , 2001

Cesare Lorenzetti, "Leghe a memoria di forma: un'introduzione"

Mario Buffardo, "Leghe metalliche a memoria di forma", 2008

Andre .de Naeyer, "New Materials for Safeguarding Cultural Heritage", University Ghent, 2000

F. Bonollo, "Prodotti metallici multi-funzionali e innovativi: leghe a memoria di forma

Elena Biasiolo, "Le leghe a memoria di forma", da "il progettista industriale", Aprile 2006

Elena Biasiolo, "Le leghe a memoria di forma", da "il progettista industriale", Luglio 2006

K. Shahin, G. P. Zou, and F. Taheri, "Shape Memory Alloy Wire Reinforced Composites for Structural Damage Repairs", Mechanics Of Advanced Materials and Structures, 2005

Diego Colombo, "Teoria ed applicazioni delle leghe a memoria di forma", Università di Trento, 1999

John C.Wilson, M.EERI, and Michael J.Wesolowsky, "Shape Memory Alloys for Seismic Response Modification: A State-of-the-Art Review", Earthquake Spectra, Volume 21, No. 2, page 569-601, Maggio 2005; Earthquake Engineering Research Institute

S. Casciati, L. Faravelli, "Structural components in shape memory alloy for localized energy dissipation", Engineering Structures, 2007

Zìli Hu, Ke Xiong, XinweiWang, "Study on interface failure of shape memory alloy (SMA) reinforced smart Structure with damages", Acta Mech Sinica, 2005

N. Santopuoli, L. Seccia , E. Troiani, V. Virgilii, "utilizzo di materiali a memoria di forma per il Restauro di superfici musive ed il Consolidamento di paramenti murari"

SITOGRAFIA

www.ing.unitn.it

www.ricercaitaliana.it/prin/dettaglio_prin-2004083255.htm

it.encarta.msn.com/encnet/refpages/RefArticle.aspx?refid=221500647

www.wikipedia.it

spazioinwind. libero. it/cristianaspigarelli/memoria%20di%20forma/memoria%20di%2

0forma.html

www.tempe.mi.cnr.it/tempelc/index.htm

www.fip-group.it

www.terremotiditalia.it

www.stanford.edu/~richlin1/sma/sma.html

Acciaio e acciaio inossidabile

BIBLIOGRAFIA

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www.minerva. unito. it/Chimica&industria/Dizionario/DizR. htm

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NORME

UNI EU27

UNI EN 10027

UNI EN 10088

Titanio e le sue leghe

BIBLIOGRAFIA

- Marco V. Ginatta, Energy changes in Eledrochemical Process - The Electrodynamic Model and The Thermoelectrode, Ph.D. Thesis N. 1521, Colorado School of Mines, Department of Met. Eng., Golden, Colorado, U.S.A., August 3, 1973

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- Dr. S.S.Ushkov And Dr. A.S.Kudryavtsev, "The main problems of titanium and

titanium alloys civil application", da VII Meeting sul Titanio, Organizzato dalla GTT, Torino,

15 Novembre 1991

- Ezio Debernardi, "Sviluppi nella produzione e nelle applicazioni del Titanio in Italia", da VII Meeting sul Titanio, Organizzato dalla GTT, Torino, 15 Novembre 1991

E. Olzi, D. Gelli, "II titanio nei materiali innovativi funzionali", da VII Meeting sul Titanio, Organizzato dalla GTT, Torino, 15 Novembre 1991

Le leghe a memoria di forma

BIBLIOGRAFIA

TESI

Virgili Valentina, "Materiali a Memoria di Forma: caratterizzazione e applicazioni nel campo dei Beni Culturali", Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2008

DeDonno Luciana, "SMA: materiali a memoria di forma", Politecnico di Torino, 2008 Giorgio Giunta, "Materiali polimerici a memoria di forma", Università degli Studi di Bologna, 2008

Silvestro Barbarino, "Applicazione delle Leghe a Memoria di Forma (S.M.A.) per il Morphing in Campo Aeronautico", Università degli Studi di Napoli Federico II, 2005

Rinaldis Giuseppe, "Protezione sismica di edifici esistenti con leghe a memoria di forma", Politecnico di Torino, 2004

Todisco Massimo, "Controllo delle strutture mediante leghe con memoria di forma", Politecnico di Torino, 2000

De Poi Simone, "il controllo statico di strutture in materiale composito con fibre a memoria di forma", Politecnico di Torino, 1996

TESTI

Alaa M. Sharabash, Bassem O. Andrawes, "Application of shape memory alloy dampers in thè seismic contrai of cable-stayed bridges", Engineering Structures, 2008

L. Janke , C. Czaderski , M. Motavalli and J. Ruth, "Applications of shape memory alloys in civil engineering structures - Overview, limits and new ideas", Materials and Structures 38, Giugno 2005

G. Song, N. Ma, H.-N. Li, "Applications of shape memory alloys in civil structures", Engineering Structures, 2005

Zongcai Deng, Qingbin Li, Hongjun Sun, "Behavior of concrete beam with embedded shape memory alloy wires", Engineering Structures, 2006

G Song, YLMo, KOtero and H Gu, "Health monitoring and rehabilitation of a concrete structure using intelligent materials", Smart materials and structures, 2006

Valerla Del Prete, Orna Steinberg, Alessandro Treves, Eilon Vaadia, "How much do they teli us to move?", Elsevier Science , 2001

Cesare Lorenzetti, "Leghe a memoria di forma: un'introduzione"

Mario Buffardo, "Leghe metalliche a memoria di forma", 2008

Andre .de Naeyer, "New Materials for Safeguarding Cultural Heritage", University Ghent, 2000

F. Bonollo, "Prodotti metallici multi-funzionali e innovativi: leghe a memoria di forma

Elena Biasiolo, "Le leghe a memoria di forma", da "il progettista industriale", Aprile 2006

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S. Casciati, L. Faravelli, "Structural components in shape memory alloy for localized energy dissipation", Engineering Structures, 2007

Zìli Hu, Ke Xiong, XinweiWang, "Study on interface failure of shape memory alloy (SMA) reinforced smart Structure with damages", Acta Mech Sinica, 2005

N. Santopuoli, L. Seccia , E. Troiani, V. Virgilii, "utilizzo di materiali a memoria di forma per il Restauro di superfici musive ed il Consolidamento di paramenti murari"

SITOGRAFIA

www.ing.unitn.it

www.ricercaitaliana.it/prin/dettaglio_prin-2004083255.htm

it.encarta.msn.com/encnet/refpages/RefArticle.aspx?refid=221500647

www.wikipedia.it

spazioinwind. libero. it/cristianaspigarelli/memoria%20di%20forma/memoria%20di%2

0forma.html

www.tempe.mi.cnr.it/tempelc/index.htm

www.fip-group.it

www.terremotiditalia.it

www.stanford.edu/~richlin1/sma/sma.html

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