arhitectura si materialele - universitatea spiru haret · -forjare la rece sau cald -matritare –...

Arhitectura si materialele

6. metal

Universitatea Spiru Haret - Facultatea de arhitectura - anul 1 - 2012-2013 - Maria Duda


OMA, Seattle Public Library


Crystal Palace, Londra, 1851

Arhitectura planului liber, a transparentei, si a lejeritatii Raspunde necesitatilor spatiale cauzate de dezvoltarea industriala: spatii ritmate, clare, precise, de largi dimensiuni: prefabricarea structurii – halele si cadrele repetabile (fabrici, gari, centre expozitionale, magazine)


Metalul +sticla + ascensorul= arhitectura zgarie-norilor Osatura metalica dezvoltata in 1871 de William Le Baron si ascensorul cu dispozitiv de siguranta produs de Elisha Otis fac posibila noua tipologie constructiva ce ia nastere in Chicago.

Fair Building, Chicago, William Le Baron Jenney, 1891


Lloyds Bank, Richard Rogers, London, 1978-86

Metalul ca imagine/brand/simbol


Fuji Center, Kenzo Tange, Odayba Island Tokyo Bay Salah El-Sadek


Centre Pompidou, Renzo Piano & Richard Rogers, Paris, 1977


METALUL Produsele siderurgice sunt realizate din fier si carbon, rezultand, in functie de cantitatea carbonului – fonta si otelul. Fierul: element chimic ce rareori se gaseste in stat pur (meteoriti si anumite roci din Groenlanda). In stare pura nu are aplicabilitate, in comert se gaseste Fier technic, ce contine carbon 0.008% Fonta: derivat din fier si carbon, cu concentratie de 1.7-6.6% Carbon. NU ESTE FORJABILA si se foloseste doar TURNATA deoarece este FRIABILA si nu se poate prelucra mecanic Otelul: Fierul este predominant, concentratia de Carbon este <1.7%, si contine si alte elemente (crom, etc) Alte metale utilizate in constructii: Aluminiu, Cupru, Zinc, Staniu, Plumb, Titan


SCURT ISTORIC Utilizat initial pentru unelte – metalul apare in sec 14 i.H. Bronzul precede fierul ,istoric vorbind, deoarece se putea topi la cuptoare normale de lemn (900-1000C). Fierul insa necesita 1535C si corodeaza in contact cu apa, ceea ce a dus la folosirea lui de-abia din sec 8 i.H. – nu era topit, ci incalzit pana la o stare plastica ce permitea sa fie batut si compactat in forma dorita. Prin caliri succesive (introducerea rapida a elementului incandescent in apa rece) suprafata devenea mai dura si mai rezistenta. In evul mediu se dezvolta si raspandeste tehnologia, ajungand inspre finalul perioadei sa produca fonta – turnarea in forme. In sec 18, odata cu inventarea masinii cu abur, fonta ia un avant – producandu-se elemente de serie: coloane, profile, scari, console.


Henri Labrouste, Biblioteca Nationala din Paris, 1865-68 – coloane din fonta

Elementul constructiv tipic fontei este coloana – turnata conform desenului, cel tipic fierului dulce, si apoi otelului , este grinda


Ferdinand Dutert, arhitect, Victor Contamin, inginer, Galerie des Machines, Paris, 1889 Deschidere – 115m

Trei aspecte imbunatatite ale fierului dulce (premergator OTELULUI) fata de fonta: 1.schimbarea aspectului elementelor structurale – utilizarea profilurilor, importanta sectiunii obiectului 2.adaptarea arhitecturala a materialului la punerea in opera– asamblare posibila prin perforatii, suruburi, nituri 3. aspectul comercial – difuzare, catalogare, standardizare


Cu otelul se trece la alta scara si materialitate -sudura inlocuieste insurubarea - elementele prefabricate de scara mai mare, capabile sa preia eforturi considerabile, sa ofere modularitate, eficienta dar si expresie estetica de o larga varietate

Frank Gehry, Guggenheim Museum Bilbao – structura otel, acoperire Titan


PROCES DE PRODUCTIE Fonta = minereu de fier, carbune (cocs) si calcar (dolomit) Introdus in furnale, la 1800C => fonta si cenusa siderurgica (folosita apoi ca agregat usor in betoane speciale) Fonta obtinuta direct din furnal poate fi retopita pentru producerea otelului sau a fontelor comercializabile (turnate), fiind mixate cu diferiti aditivi: -Fonta gri: contine grafit, folosita pentru turnare, are 6% Carbon, Siliciu, rezistenta variaza si depinde de adaosul altor elemente: nichel, crom, cupru – o fac mai rezistenta la coroziune si caldura -Fonta alba: contine cementit, este dura, foarte rezistenta la uzura, Carbon pana la 4%, este folosita la obtinerea otelului deoarece nu este turnabila (ramane pastoasa mult timp pana sa devina lichida) -Fonta in cochilie: fonta gri turnata in forme metalice -Fonta maleabila: fonta alba tratata chimic, are caracteristici intre fonta si otel -Fonta cu grafit sferic

-Este folosita pentru elemente NESTRUCTURALE: inchideri, sobe, rezervoare, radiatoare, boilere, conducte de canalizare


CARACTERISTICI Rezistenta buna la coroziune chiar fara tratament al suprafetei Rezistenta ridicata la rupere prin compresiune (350-450N/mm2) NU REZISTA LA INTINDERE!!! ESTE FRAGILA – se rupe Caracteristicile depind de continutul de Carbon si eventuali aditivi (rezistenta, plasticitate) LUCRABILITATE SI ASAMBLARE NU POATE FI SUDATA!!! Fonta alba in special nu se prelucreaza cu ustensile mecanice, este turnata in stare topita, fontele gri sau negre pot fi prelucrate, insa NICIO FONTA NU POT FI PRELUCRATE PLASTIC Legaturile se realizeaza prin bulonare, nituire, lipire – este nevoie de planificarea detaliata a partilor ce trebuie legate Cu mare dificultate se pot gauri pentru eventuale conexiuni ale produselor finite


PROCES DE PRODUCTIE Otel = fonta din furnal este transportata si turnata in stare lichida in cuptoare/ convertitori pentru transformare in otel – decarbonizare in cuptoare Siemens sau electrice (e necesar combustibil) si Convertitor LD ( se folosesc reactiile chimice) CARACTERISTICI = fier, carbon, siliciiu, mangan, sulf, fosfor si altele Rezistenta la intindere si incovoiere – aproape la fel de ridicata ca cea la compresiune Rezistent la lovituri – nu se fractureaza Lucrabil la temperaturi inalte Poate fi taiat si lucrat in stare solida Poate fi sudat Caracteristicile nu se modifica in timp Poate fi protejat de coroziune prin zincare, smaltuire sau lacuire Este bun conductor termic si electric, iar temperatura de topire este inalta Fiind produs in mediu controlat, caracteristicile mecanice sunt constante Avand structura compacta nu absoarbe umiditatea, praf, miros, este igienic, nu emana substante toxice


PROCES DE PRODUCTIE Permite realizarea de constructii usoare (fata de beton si piatra), cu mai putin material si costuri mai mici pentru fundare Executia structurii portante este rapida, iar sectiunea elementelor constructive este redusa ATENTIE LA PROETCTIA CONTRA FOCULUI – chiar daca este ignifug, este necesara protejarea structurilor portante. Chiar si temperaturile scazute pot cauza diminuarea rezistentei, fragilizarea materialului CLASIFICARE Compozitie chimica: otel obisnuit – extrausor: tuburi, table, buloane (%C<0.1%) - usor: cuie, armaturi (%C<0.2%) - semidur: masinarii (%C<0.4%) - dur: roti, cabluri, tiranti (%C<0.9%) -extradur: cutite, ferastrau, agrafe de prindere, menghine (%C<2%) Cu cat continutul de Carbon este mai mare – materialul este mai dur si fragil, cu cat este mai scazut, materialul este mai moale si plastic. Otelurile de constructie sunt in principal Fe360 si Fe510 (determinati de rezistenta minima la intindere)


CLASIFICARE Compozitie chimica: otel special – are in constitutie siliciu, mangan, nichel, crom, molibden, tungsten - ce confera diferite caracteristici mecanice si chimice. Dupa criteriul utilizarii: Otel pentru unelte (special, rapid) Otel de constructie -> cu carbon, calit, autocalit, inoxidabil: - Cor-Ten (stratul oxidat din suprafata il protejeaza), Ex-Ten - inoxidabil: continut scazut de C, dar Crom>12-18% - de asemenea Nichel sau Molibden ce ofera protectie la coroziune si acizi, oferind stralucire si rezistenta mecanica superioara. Insa, NU SE MAI POT SUDA, si costa foarte mult

Marcio Kogan, Sao Paolo - corten Mies Van Der Rohe, otel cromat


Herzog & De Meuron , Signal Box, Basel


PRELUCRAREA ELEMENTELOR CONSTRUCTIVE Dupa tratamentul termic al lingourilor, odata ce materialul are caracteristicile dorite, se trece la formare: -forjare la rece sau cald -matritare – prin presare -laminare – rulare prin cilindri


PRELUCRAREA ELEMENTELOR CONSTRUCTIVE Dupa tratamentul termic al lingourilor, odata ce materialul are caracteristicile dorite, se trece la formare: -forjare la rece sau cald -matritare – prin presare -laminare – rulare prin cilindri -profilare – asemanatoare laminarii insa se folosesc cilindri profilati -plasmarea concava – analoaga profilarii, insa adauga si a doua directie, curband obiectul


PRELUCRAREA ELEMENTELOR CONSTRUCTIVE Dupa tratamentul termic al lingourilor, odata ce materialul are caracteristicile dorite, se trece la formare: -forjare la rece sau cald -matritare – prin presare -laminare – rulare prin cilindri -profilare – asemanatoare laminarii insa se folosesc cilindri profilati -plasmarea concava – analoaga profilarii, insa adauga si a doua directie, curband obiectul -indoirea – la rece a placilor sau tuburilor -trefilare– la rece – trecerea fortata a materialului prin gauri entru a obtine sarme, armaturi, bare de diferite diametre


PRELUCRAREA ELEMENTELOR CONSTRUCTIVE Sunt doua faza de prelucrare: produse semilucrate de sectiuni diferite (patrata, dreptunghiulara, plata, profilata, tubulara) si produse finite PRODUSE FINITE : grinzi, placi, tuburi Profilurile: roduse laminate la cald cu sectiuni diferite: I,H,U – dimensiuni normate si standardizate aripi simetrice racord rotunjit h=80-600mm elemente structurale primare se pot suda, prinde cu buloane, cuie, placi


Tabla cutata -groasa= 3-50mm, l=3m, L=18m -subtire= profilate, ondulate, ceea ce le creste rezistenta pe directia incovoierii, grosime < 3mm; folosite pentru plansee, fatade, pereti mobili -zincata= protejate de coroziune datorita zincului, grosime < 2mm, l=1.5m, L=5m – acoperisuri, planse, pereti, profile, jgheaburi -pliata= pliuri succesive, grosimi de 0.56-8mm, l=18m; sunt de obicei zincate sau plastifiate pentru rezistenta la abraziune, lovituri, intemperii, agenti chimici: fatade, acoperisuri, iar cele grele pentru plansee -trase/imprimata: sunt plate pe o parte si pliate pe cealalta; grosimi de 3-12mm, format standard 1x2, 1.25x2.5, 1.5x3m. Folosite pentru scari, pasarele -din otel inoxidabil=0.5-1.2mmm


OMA, Villa D’All Ava, Saint Cloud, Franta, 1984-91


OMA, Villa D’All Ava, Saint Cloud, Franta, 1984-91

http://vimeo.com/27247000#

http://vimeo.com/27247000

http://vimeo.com/27247000


Tuburi -cu sudura: obtinuti din table groase, rulate pe cilindri si sudati in lungime sau in spirala -fara sudura: laminati la cald sau rece in sectiune patrata/dreptunghiulara/rotunda au rezistenta mecanica mare pot fi folositi pentru stalpi, sau drept cofej pierdut si umpluti cu beton


APLICATII IN CONSTRUCTII -structuri portante – cadre, tridimensionale, spatiale, pe cabluri -acoperiri, fatade -armaturi -profile pentru ferestre, usi ASAMBLARE, IMBINARE -cuie, suruburi, nituire -dezavantaje: -greutatea excesiva pe care trebuie sa o suporte (piese ingrosate pentru a compensa sectiunea redusa prin perforare -rigiditate redusa a cuielor sau niturilor -timp si costuri ridicate pentru trasarea si gaurirea pieselor -dificultate in modificarea si ranfortarea osaturii -usurinta ruginirii prin infiltrarea apei Insurubarea e folosita pentru constructii temporare


Gustave Eiffel, Tour 1889, img Clement Serrat, Julien Mundry


Sistem de imbinare: sudura Monolitizare – executie atenta ATENTIE la deformarea partilor sudate (cauzata de incalzirea si racirea suprafetei de contact)


Lipirea -Cu produse siderurgice, materiale sintetice si plastice

Prinderea -pentru materiale maleabile – table usoare sau foi metalice sunt prinse prin pliere sau cu agrafe

Mario Botta, Termele de la Arosa


Herzog & De Meuron , depozitul Ricola


Profile structurale Structuri usoare – grinda-stalp De preferat, in caz de forte din directii diferite, ca unul din elemente sa fie continuu in nod (de obicei este stalpul) v. imbinari structuri lemn! Pentru coloane/stalpi – profiluri simple sau compuse La baza au o placa sudata pentru a se conecta la plansee/fundatii Sectiunea depinde de necesitatile constructive si estetice


Profile structurale Grinzi a. Profil lung, b. IPE cu aripi inguste, c. HEA seria usoara, d. HEB seria

normala, e. HEM seria ranfortata

Grinzile principale = cele mai utilizate sunt IPE, HE sau cele compuse Contravantuiri= structuri reticulate din profile U, L, tuburi si grinzi HE Grinzi de plansee sau acoperire= profile dublu T sau grinzi spatiale legate

direct cu grinzile portante Elemente pentru fundatii Plinte pe care se ancoreaza structura de otel si ancoraje => atentie la

protectia contra coroziunii Elemente pentru plansee Tabla cutata foosita drept cofraj pierdut


Elemente structurale: Fundare


Elemente structurale: Acoperire ATENTIE la termoizolare si fonoizolare !!!


Elemente structurale: Fatade: panouri sendvis ATENTIE la rosturi!!! Panouri parament extern Pereti divizori interni: pe suport de lemn sau metal


Imbinarea grinda principala – grinda secundara


Imbinarea grinda - stalp


TRATAMENTE DE PROTECTIE Emailare: acoperirea cu un strat vitrifiat, smalt portelanat; poate fi opaca, satinata, reflectanta, neteda, rugoasa, colorata. Aplicabila pe otel, fonta, aluminiu, otel inoxidabil, cupru, metale nobile. Rezistenta la abraziune, coroziune, atac chimic, temperatura, foc, este igienic, usor de curatat Lacuire: peste metalul tratat anterior pentru a deveni rugos Plastifiere: pentru table cutate si zincate Zincare, cromare: introducere in baie metalica – zinc 450C, crom 1100-1300C Contra focului La temperaturi de 50-200C rezistenta creste, la 350C ajunge la rezistenta normala de 360N/mm2 la 550C se reduce la 145N/mm2 – se deformeaza si cedeaza Se aplica spume expandabile, ciment, lacuri Contra apei Lacuri Zincare


ALTE METALE Aluminiu – constructii aeronautice, automobile, panouri sendvis -rezistent la oxidare, usor, ductil, nu are rezistenta mecanica -inalterabil in apa, rezista la agenti chimici Poate fi anodizat(strat oxidat compact) sau lacuit(dupa anodizare) pentru cresterea rezistentei la agentii atmosferici sau din motive estetice Aliaje: duraluminiu, anticorodal, silumin, peraluin, cromaluminiu Pot fi sudate, cu grija sa nu isi iarda proprietatea antioxidanta; pot fi lipite (nu au rezistenta mare sar nu corodeaza) sau prinse mecanic (ATENTIE LA PUNCTELE CRITICE) Staniu- rezista la coroziune, ductil, maleabil, slaba rezistenta mecanica, duritate medie -folosit in aliaje: bronz, cositor, -folosit ca strat protector al altor metale Zinc- slaba rezistenta mecanica, fragil la temperatura normala, maleabil si ductil la cald (120-200C), folosit in aliaje cu aluminiu, cupru, mangan sau titan


ALTE METALE Cupru-rezistent, maleabil la rece, ductil, rezistenta crescuta la agenti atmosferici, oxideaza in suprafata si devine verde -folosit pentru acoperiri, tuburi pentru incalzire, fire pentru cabluri electrice -folosit in aliaje: bronz(cupru si staniu) si alama(cupru si zinc)-folosite pentru manere, robinete Plumb-mai mult maleabil deat ductil, se topeste usor, conduce slab caldura si electricitatea, -are greutate mare, rezista la coroziune, fiind folosit in medii dificile -se sudeaza usor, inatacabil de acizi, insa E TOXIC!!!


Jean Nouvel, Institut du monde arabe


RECICLARE Metalul si sticla sunt reciclabile 100%


Exemple: limite structurale, expresie formala, utilizare eficienta, avantaje

Evolutie tehnologica sau redescoperire?

Universitatea Spiru Haret - Facultatea de arhitectura - anul 1 - 2012-2013 – Maria Duda

Mies Van Der Rohe, Seagram Building


Mies Van Der Rohe, Seagram Building, img Zio Paolino Flikr


Simon Ungers &Tom Kinslow, T-House, Wilton, 1986


Simon Ungers &Tom Kinslow, T-House, Wilton, 1986 http://www.architectenwerk.nl/architectenpraktijk02/T-House


PTW &Arup, Cube - A space frame assembled on-site from 22,000 steel tubes welded to 12,000 nodes holds the cells in place and

provides a column-free structure with spans of 396 feet in either direction.


Herzog&De Meuron, Beijing Olympic Stadium


SANAA, House in plum grove


SANAA, House in plum grove, Copyright Jeremie SOUTEYRAT


OMA, CCTV Beijing


OMA, CCTV Beijing

http://www.building.co.uk/buildings/technical/metal-guru-arup%E2%80%99s-chris-caroll-on-cctv-headquarters-beijing/3119008.article


OMA, CCTV Beijing, Photos by Frank Palmer, Images by OMA


OMA, CCTV Beijing


OMA, CCTV Beijing, fotografie Iwan Baan


OMA, Seattle Public Library

Bibliografie http://unina.stidue.net/Universita%27%20di%20Roma%203/Architettura/desideri/Materiale%20Didattico/Workshop%202_RICOSTRUZIONE%20DELLA%20EX%20SERRA%20PIACENTINI%20AL%20PALAZZO%20DELLE%20ESPOSIZIONI%20DI%20ROMA/RIFERIMENTI/ How Much Does Your Building Weigh Mr. Foster? http://www.imdb.com/title/tt1620785/ Bird’s Nest, Herzog and De Meuron in China: http://www.herzogdemeuron-film.com/ Alfredo Pini, Architettura e materiali, AAM, 2000 Se recomanda incrierea pe site-ul www.materia.nl pentru cautarea, informarea, tinerea la curent cu inovatiile in materie de tehnici si materiale de constructie.


arhitectura si materialele - universitatea spiru haret · -forjare la rece sau cald -matritare –...

Documents