Introduzione ai materiali metallici e loro leghe

Autore testo: Lorenzo Soro, Valentina Susini

Nell'ambito dei rivestimenti i materiali metallici spesso vengono utilizzati sotto forma di leghe, in quanto allo stato puro presentano imprescindibili problemi che nella maggior parte dei casi sono da attribuire alla scarsa resistenza agli agenti corrosivi che ne compromettono fortemente le prestazioni.
I rivestimenti esterni eseguiti con questi tipi di materiali sono utilizzabili per qualunque tipo di struttura muraria a prescindere dalle caratteristiche dello strato portante, che può essere costituito da un qualunque tipo di chiusura verticale perimetrale tradizionale, la quale può essere collaborante con la statica dell'edificio o semplicemente tamponamento esterno. Lo strato portante del rivestimento può essere realizzato in muratura, calcestruzzo, con ossatura metallica etc.
I rivestimenti in materiale metallico sono spesso utilizzati nell'ambito del recupero di murature degradate che necessitano di una ristrutturazione più rapida e dai costi maggiormente contenuti rispetto ad interventi di carattere tradizionale.
Ma è certamente nell'ambito delle grosse costruzioni di destinazione commerciale ed industriale che i rivestimenti metallici sono sicuramente più presenti, sotto forma di facciate continue.
 
PRESTAZIONI E REQUISITI
I rivestimenti in materiale metallico presentano rispetto ad altre tipologie di rivestimento una serie di vantaggi:
flessibilità funzionale dei vari tipi di posa, che sostanzialmente fanno uso di tecniche di ancoraggio a secco, e che quindi permettono rapidità e praticità di montaggio, nonché di manutenzione;
flessibilità in ambito progettuale, data la grande varietà di prodotti presenti sul mercato, che si riflette inoltre sulla possibilità di operare modifiche postume alla costruzione.
Questi aspetti sono di estrema importanza soprattutto in quei settori dell'edilizia dove si necessitano interventi di aggiustaggio sistematici, come ad esempio negli edifici industriali.
Le leghe metalliche utilizzate per produrre elementi di rivestimento esterno presenti sul mercato sono numerosissime e ognuna presenta delle precise caratteristiche fisiche e meccaniche.
I principali e più usati materiali metallici per rivestimenti esterni sono:
acciaio, rame, alluminio, zinco e loro leghe.
 
Acciaio
L'acciaio è particolarmente utilizzato per le sue caratteristiche di resistenza meccanica e di tenacità. Nonostante l'elevato peso specifico l'acciaio fornisce prestazioni di resistenza alle sollecitazioni notevoli che ne permettono l'utilizzo anche in spessori ridotti. Inoltre durezza e durevolezza ne permettono un pratico utilizzo in luogo di protezione dagli agenti atmosferici, dall'aria e dall'acqua. Per ovviare all'inconveniente del deterioramento dovuto alla ruggine si ricorre ad opportune aggiunte in lega, a rivestimenti superficiali metallici o polimerici.
I tipi di acciaio più indicati per rivestimenti esterni sono gli acciai inossidabili, che conservano l'aspetto lucente iniziale grazie all'introduzione in lega di altri metalli. La presenza infatti di cromo in quantità variabili fra il 13 e il 18% (acciai al cromo) oppure di cromo e nichel (ad esempio, acciai inossidabili al cromo-nichel 18-8, con il 18% di cromo e l'8% di nichel) conferiscono all'acciaio un'alta resistenza meccanica e alla corrosione dovuta ad agenti atmosferici e chimici.
 
Alluminio
L'alluminio viene particolarmente utilizzato nei rivestimenti esterni degli edifici per le sue elevate prestazioni di resistenza alla corrosione e agli agenti atmosferici: questo metallo infatti a contatto con l'ossigeno si ricopre di un sottile strato di ossido che contrasta la corrosione. Tale strato di ossido può inoltre essere creato artificialmente attraverso un'ossidazione elettrolitica (alluminio anodizzato).
L'alluminio è un metallo particolarmente leggero, deformabile e plastico ma ha allo stato puro scarsa resistenza meccanica, difetto che può esser corretto attraverso l'aggiunta in lega di altri elementi quale il rame, il silicio, il magnesio, il manganese o lo zinco, e attraverso ulteriori processi metallurgici.
 
Leghe a base di zinco
Le varie leghe a base di zinco vengono utilizzate per rivestimenti esterni, grazie alla loro elevata resistenza agli agenti atmosferici e alla corrosione oltre che resistenza meccanica, che in tal caso per gli elementi laminati presenta una sensibile variazione, dipendentemente dalla direzione degli sforzi. Per esempio i valori di resistenza a trazione vanno dai 28 Kg / mm2 nella direzione di laminazione, ai 19 Kg / mm2 nella direzione normale. Esistono inoltre leghe a base di zinco purissimo che presentano limitate quantità di alluminio ( 
Rame
Il rame, è tra i materiali metallici, uno dei più utilizzati nell'ambito dei rivestimenti esterni. Il suo utilizzo nasce dalle sue apprezzabili doti di resistenza agli agenti atmosferici e corrosivi, oltre che naturalmente da quelle di resistenza meccanica e di lavorabilità.
Infatti il rame possiede la capacità di autoproteggersi a contatto con l'atmosfera attraverso un processo che determina la comparsa di strati di ossido e successivamente di carbonato e solfato con uno spessore nell'ordine dei centesimi di millimetro. Tutto ciò si manifesta visivamente, attraverso un graduale cambiamento dell'aspetto per mezzo di variazioni cromatiche fino alla comparsa del caratteristico e spesso apprezzato colore verdastro (verderame). Questo aspetto assume una particolare valenza, in quanto determina un miglioramento delle prestazioni del metallo come rivestimento esterno, in ambito sia estetico che protettivo.
Ciò nonostante il rame può, in alcuni casi, essere soggetto a corrosione, quando viene posto a contatto con un altro metallo (effetto tanto più marcato quanto più il metallo accostato dista maggiormente dal rame nella scala elettrochimica) e una soluzione salina (elettrolitica) o anche solo di umidità per formazione di una coppia galvanica.
Il rame è comunque un materiale generalmente molto costoso e ciò si riflette sugli utilizzi che presuppongono lo sfruttamento in grandi quantitativi, come è il caso dei rivestimenti di grandi superfici. Ma è altresì vero, che tale materiale tende ad ammortizzare maggiormente, rispetto ad altri materiali per rivestimenti esterni, i costi di utilizzo, essendo estremamente durevole e non necessariamente soggetto a manutenzione.
 
I rivestimenti superficiali dei metalli
Le prestazioni sia nell'ambito della resistenza agli agenti esterni (atmosferici, corrosivi) sono in molti casi accentuati, grazie ai rivestimenti superficiali.
In alternativa, zinco o leghe zinco-alluminio possono essere utilizzati per creare sull'acciaio un efficace strato superficiale protettivo in entrambi i casi è necessario che il rivestimento abbia uno spessore costante (³ 0.02mm) uniforme e perfettamente aderente alla superficie del supporto, onde evitare problemi di distacco nelle successive fasi di lavorazione dell'elemento metallico (piegatura, profilatura, stampaggio).
Gli acciai laminati a freddo o gli acciai rivestiti di zinco e zinco-alluminio, o ancora l'alluminio, si presentano spesso con un ulteriore grado di protezione passiva un rivestimento a base di prodotti polimerici e non, applicato come vernici o pitture (resine termoindurenti e termoplastiche o smalti) o incollato come pellicole (plastificazione).
I prodotti applicati sotto forma liquida permettono di ottenere diversi gradi di finitura dal carattere fortemente estetico. Da questo tipo di finitura si ottengono prodotti denominati: preverniciati smaltati, porcellanati, con superfici metallizzate etc.
Le vernici a base organica più utilizzate sono: le epossidiche, i poliesteri, le siliconiche e le acriliche-termoindurenti, ognuna diversificata in base ai vari tipi di leganti, pigmenti, riempitivi o solventi utilizzati.
In altri casi la vernice protettiva è costituita da uno strato di smalto vetrificato applicato a caldo che consente di ottenere elevate prestazioni di resistenza agli agenti atmosferici, alla corrosione e agli sbalzi termici grazie alla sua impermeabilità, durezza e durevolezza. E' il caso degl'acciai porcellanati, il cui strato protettivo particolarmente duro e durevole si presenta come una superficie smaltata che non perde in brillantezza e adesione al metallo di supporto.
Il processo di plastificazione consiste nell'incollaggio, di una sottile pellicola plastica con funzione oltre che protettiva anche estetica, essendo in molti casi facilmente disponibile in varie tonalità di colore. Come ogni rivestimento, tale pellicola deve rispondere a requisiti di perfetta aderenza al supporto metallico e flessibilità, in quanto successive fasi di lavorazione della lamiera, come taglio, piegatura o curvatura, non devono procurare danni al rivestimento stesso.
I film plastici più utilizzati sono a base di polimeri fluorocarbonici, vinilici e acrilici.
Tra i film utilizzati troviamo: i polimeri di fluoruro di polivinile (PVF) e cloruro di polivinile (PVC).
I metalli utilizzati nei rivestimenti esterni possono subire anche altre lavorazioni di finitura superficiali con fini quasi esclusivamente estetici come la smerigliatura, la sabbiatura, la satinatura, la spazzolatura ecc, che permettono di ottenere superfici lucide, semilucide ed opache.
I pannelli metallici si presentano in molti casi a rilievi, ottenuti per stampaggio o trafilatura in continuo.
 
CLASSIFICAZIONE E TIPOLOGIE
Tra gli elementi che caratterizzano le diverse alternative tecniche con cui si realizzano i vari modelli funzionali con rivestimenti esterni in materiale metallico, esistono sul mercato diverse tipologie di prodotti che si distinguono sostanzialmente in base alla costituzione e alla forma
In base alla costituzione, si distinguono prodotti in materiale omogeneo oppure stratificato (sandwich).
Nel primo caso, i prodotti commercializzati si distinguono, in base alla forma, in:
lamiere grecate, nervate, ondulate;
doghe curve o sagomate;
elementi scatolari;
pannelli piani o sagomati;
lastre piane.
 
Lamiere
Le lamiere vengono di solito utilizzate, come pannelli semplici, per la realizzazione di rivestimenti di chiusure verticali tradizionali. Per sfruttare e migliorare le caratteristiche meccaniche, secondo le condizioni d'impiego, in queste applicazioni le lamiere si presentano di solito grecate, nervate o ondulate.
 
Doghe
Le doghe sono elementi caratterizzati da ridotte dimensioni in larghezza e spessore ma con notevoli dimensioni in lunghezza.
Esse sono costituite da lamiere dai bordi sagomati i quali permettono la realizzazione della posa in opera tramite un sistema di incastro a scatto.
 
Elementi scatolari
Per elementi scatolari s'intendono pannelli semplici a configurazione chiusa ottenuta attraverso la ripiegature della lamiera metallica in  4 lati.
In base alla stratificazione abbiamo:
 
Pannelli semplici
L'utilizzo dei pannelli semplici è particolarmente indicato per rivestimenti di edifici con ossatura metallica, ma si adatta anche a tradizionali murature e in qualunque tipo di costruzione che sia residenziale o meno. Essi inoltre possono essere utilizzati per i più innovativi sistemi di tamponamento e rivestimento nella realizzazione di facciate continue.
 
Pannelli sandwich
I pannelli sandwich sono pannelli compositi così denominati per la loro stratificazione ottenuta attraverso l'ausilio di elementi sottili solitamente sagomati (nervati o grecati) in metallo, ai quali viene interposto uno strato di materiale isolante (schiuma di poliuretano, fibre naturali, ecc).
 
POSA IN OPERA
Le modalità esecutive con le quali i rivestimenti metallici vengono realizzati dipendono fondamentalmente dal tipo di prodotto e di supporto murario su cui si vogliono montare.
Le tecniche di posa sono fondamentalmente a secco, attraverso il montaggio degl'elementi tramite ganci staffe, linguette, e con bulloni, viti autofilettanti, chiodi o rivetti.
Il fissaggio può avvenire direttamente sulla superficie di supporto che può essere portante o meno, o su una sottostruttura di collegamento. Solitamente, comunque, ogni sistema di rivestimento, e corredato di pezzi speciali di finitura e protezione dei giunti.
 
Bibliografia:
E. Gregorini, I rivestimenti esterni- materiali e sistemi, Maggioli Editore, Rimini, 1996.
Manuale di progettazione edilizia, tipologie e criteri dimensionali vol. 1, Ulrico Hoepli editore, Milano 1995.
G. Imbrigli, I materiali dell'architettura, tra tecnologia e ambiente, edizioni Kappa, Roma 1992.