Scelta dei materiali da costruzione

Importante: Le informazioni contenute negli articoli hanno scopo divulgativo. Si raccomanda sempre di verificare la correttezza e l'applicabilità dei contenuti facendo riferimento alle normative tecniche vigenti di settore e di discuterne con colleghi esperti attraverso la community del Forum Ingegneri.

La scelta dei materiali da costruzione incide direttamente sulle prestazioni meccaniche, sulla durabilità e sul bilancio energetico di un’opera. Ogni elemento strutturale e di finitura è chiamato a resistere a sollecitazioni combinate: carichi statici e dinamici, escursioni termiche, flussi di vapore, aggressività chimica. Le normative tecniche, dalle NTC 2018 alla Direttiva EPBD, fissano requisiti sempre più stringenti che obbligano progettisti e imprese a valutare con metodo ogni famiglia di materiale.

Calcestruzzo e leganti cementizi: tipologie e campi di impiego

Il calcestruzzo ordinario resta il materiale più diffuso per fondazioni, solai e strutture in elevazione, con resistenze caratteristiche comprese tra 20 e 45 MPa. Quando le sollecitazioni aumentano, si ricorre al calcestruzzo ad alte prestazioni (HPC) o a quello ultra-alte prestazioni (UHPC), con fck superiori a 60 MPa fino a 200 MPa, impiegato in ponti, grattacieli e prefabbricati pesanti. L’aggiunta di fibre metalliche, polipropileniche o in vetro trasforma il materiale in calcestruzzo fibrorinforzato (FRC), migliorando duttilità e resistenza alla fessurazione post-picco. Per alleggerire le masse strutturali e aumentare l’isolamento termico si utilizzano aggregati porosi come argilla espansa o perlite.

I cementi sono normalizzati dalla UNI EN 197-1. Il CEM I (Portland puro) è il riferimento per strutture ordinarie. Il CEM II, con aggiunte di loppa, pozzolana o calcare, riduce il calore di idratazione. Il CEM III d’altoforno offre elevata resistenza ai solfati, indicato per ambienti aggressivi. I tipi CEM IV e CEM V sono soluzioni ibride per applicazioni specialistiche.

Laterizi: dal mattone pieno ai blocchi porizzati

I laterizi derivano dalla cottura di argille tra 900 e 1050 °C. I mattoni pieni e semipieni sono utilizzati per murature portanti e finiture a vista. I blocchi forati e alveolari, con foratura fino al 55%, ottimizzano il rapporto tra massa e isolamento. I blocchi porizzati, ottenuti aggiungendo farina di legno o polistirene durante l’impasto, raggiungono conducibilità termiche fino a 0,09 W/m·K. Tavelle e solette completano la gamma per solai in latero-cemento, combinati con travetti in calcestruzzo armato.

Acciaio strutturale: armature e profilati

L’acciaio trova due impieghi distinti. Per il cemento armato si utilizzano tondini e reti elettrosaldate (EN 10080) con tensione di snervamento fyk di 450-500 MPa. Per strutture intelaiate, capannoni e grandi luci si impiegano profilati laminati a caldo (HEA, HEB, IPE, UPN, EN 10025). L’acciaio inossidabile è riservato ad ambienti aggressivi come zone costiere o piscine. La protezione al fuoco rappresenta un aspetto critico: i profili nudi perdono resistenza oltre i 500 °C, richiedendo rivestimenti intumescenti o calcestruzzo proiettato secondo l’Eurocodice 3.

Legno engineered e sistemi a secco

Il legno lamellare incollato (GL, EN 14080) permette di realizzare travi e archi di grande luce con proprietà meccaniche calibrabili. I pannelli Cross-Laminated Timber (CLT), con strati incrociati, sono impiegati per pareti portanti e solai. Il Laminated Veneer Lumber (LVL) è indicato per travi di grande sezione. Pannelli OSB e compensato strutturale svolgono funzioni di controventamento e casseratura. Il legno strutturale offre un bilancio di carbonio negativo durante la crescita, ma richiede protezione dall’umidità, dai parassiti e dal fuoco, gestibile con dimensionamento a sezione residua o trattamenti ignifughi.

Isolanti termici: confronto prestazionale

L’efficienza energetica impone limiti di trasmittanza termica sempre più severi. Tra i materiali più diffusi, l’EPS ha conducibilità di 0,030-0,038 W/m·K e spessori tipici di 8-16 cm per cappotti e coperture. L’XPS, con valori analoghi, è preferito in pavimenti, fondazioni e zone umide. La lana di roccia e di vetro (0,030-0,040 W/m·K) garantisce anche isolamento acustico. Il poliuretano (PUR/PIR) scende a 0,022-0,028 W/m·K, consentendo spessori ridotti (5-10 cm). La fibra di legno (0,038-0,050 W/m·K) è utilizzata in pareti in legno e tetti ventilati. L’aerogel, con conducibilità di 0,012-0,018 W/m·K, permette soluzioni in spazi tecnici ristretti e retrofit.

Materiali sostenibili e soluzioni di frontiera

Il settore delle costruzioni incide per circa il 40% sul consumo energetico globale e il 36% sulle emissioni di CO₂. Il calcestruzzo con aggregati riciclati (RAC) sostituisce parzialmente o totalmente gli aggregati vergini. L’acciaio da forno elettrico ad arco (EAF), prodotto con oltre l’80% di rottame, riduce le emissioni del 70% rispetto alla filiera integrata. I laterizi possono incorporare ceneri volanti o fanghi industriali. La calce idraulica naturale (NHL) è un legante a basso contenuto di clinker, compatibile con il restauro e la bioedilizia.

Tra i materiali più recenti, il calcestruzzo fotocatalitico con biossido di titanio degrada inquinanti organici e NOx per azione della luce solare. Il calcestruzzo autoriparante (self-healing) utilizza capsule di batteri o agenti chimici che sigillano le fessurazioni in presenza d’acqua. I pannelli fotovoltaici integrati (BIPV) sostituiscono elementi di facciata o copertura. Le membrane ETFE, trasparenti e ultraleggere, permettono coperture di grandi superfici con trasmittanza luminosa superiore al 90% e peso pari all’1% del vetro equivalente.

Pavimenti, rivestimenti e pitture: criteri di selezione tecnica

Il gres porcellanato, con assorbimento d’acqua inferiore allo 0,5% (classificazione BIa, EN 14411) e classi di abrasione PEI I-V, è il materiale più diffuso. Per ambienti bagnati la resistenza allo scivolamento deve essere R10-R13 secondo DIN 51130. I materiali lapidei naturali (marmo, granito, travertino, ardesia) richiedono attenzione alla porosità: il granito è compatto, mentre marmo e travertino necessitano di impregnanti periodici. Il parquet in legno massello è rilevigabile ma sensibile all’umidità; il prefinito multistrato è più stabile e compatibile con il riscaldamento a pavimento. Le resine epossidiche e poliuretaniche garantiscono superfici continue, ma l’umidità del massetto non deve superare il 2-2,5% prima della posa. Nei fabbricati residenziali, sistemi resilienti sotto il massetto galleggiante (sughero, polietilene) sono spesso necessari per rispettare i limiti di rumore da calpestio del DPCM 5/12/1997.

Le pitture minerali (calce, silicati di potassio) sono le più traspiranti (Sd < 0,1 m). Le acriliche all’acqua sono le più comuni per interni. Le siliconate o fluorurate aggiungono idrorepellenza e resistenza agli UV, con durata esterna fino a 15-25 anni. Le viniliche, meno costose, sono adatte solo a interni asciutti. Tra i prodotti funzionali si segnalano le pitture antimuffa con biocidi, le intumescenti (classificazione REI 30-120) e le termoisolanti a microsfere cave, il cui effetto non sostituisce un sistema a cappotto. Una vernice cementizia porosa sviluppata dalla Nanyang Technological University di Singapore combina riflessione solare, irradiazione del calore e raffreddamento per evaporazione: i test in climi tropicali hanno mostrato riduzioni dei consumi di condizionamento fino al 40% e temperature interne abbassate in media di 2 °C. La preparazione del supporto resta determinante: umidità della parete inferiore all’8%, temperatura tra 5 e 35 °C, umidità relativa sotto l’80%.

Metodo per la scelta dei materiali in fase progettuale

Non esiste un materiale universalmente ottimale. La selezione deve seguire un’analisi multicriterio. La destinazione d’uso (residenziale, commerciale, industriale, infrastrutturale) determina le classi di esposizione e i livelli prestazionali. Il contesto climatico e sismico condiziona le scelte strutturali e le stratigrafie dell’involucro. Il Life Cycle Assessment (LCA) quantifica gli impatti ambientali secondo ISO 14040. L’analisi dei costi nel ciclo di vita (LCC) considera manutenzione, sostituzione e smaltimento oltre al costo iniziale. La disponibilità locale va privilegiata per ridurre trasporti e impatto.

La conoscenza approfondita delle proprietà dei materiali, delle schede tecniche, delle certificazioni e delle dichiarazioni ambientali di prodotto (EPD) resta la base per scelte consapevoli. L’aggiornamento sulle nuove soluzioni, attraverso normative, ricerca universitaria e fiere come Saie o BAU, è indispensabile per progettare con un approccio integrato tra prestazione, sicurezza e durabilità.