II lezione_strutture in muratura e a telaio. I parte - Luigifranciosini.com
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Strutture <strong>in</strong> <strong>muratura</strong> e a <strong>telaio</strong><br />
Inroduzione alla teoria delle <strong>strutture</strong><br />
Nel campo delle costruzioni il term<strong>in</strong>e struttura è spesso usato per <strong>in</strong>dicare qualcosa di più specifico di un sistema di<br />
relazioni. Con tale term<strong>in</strong>e si <strong>in</strong>dica il <strong>com</strong>plesso di opere specificamente dedicate a sopportare i carichi che gravano su<br />
di esse e necessarie per la stabilità dell’<strong>in</strong>sieme.<br />
I carichi si dividono <strong>in</strong> statici e d<strong>in</strong>amici. I carichi statici sono il peso proprio della struttura ovvero i carichi permanenti<br />
sulla struttura ( pavimenti, manti di copertura, macch<strong>in</strong>ari fissi,etc..) ed i carichi accidentali o sovraccarichi gravanti<br />
sulla struttura <strong>in</strong> modo non permanente (persone, arredi, neve, vento, ecc.).<br />
I carichi d<strong>in</strong>amici sono forze di cui può variare l’<strong>in</strong>tensità, <strong>com</strong>e l’azione sismica.<br />
I carichi possono essere considerati concentrati se agiscono su una superficie piccola e possono essere pensati <strong>com</strong>e<br />
agenti <strong>in</strong> un punto della struttura, oppure possono essere considerati distribuiti se la loro azione è distribuita su una<br />
superficie sufficientemente ampia.<br />
La struttura tende a reagire ai carichi con forze di reazione espresse dai v<strong>in</strong>coli (reazioni v<strong>in</strong>colari).<br />
La struttura è <strong>in</strong> equilibrio statico quando le reazioni v<strong>in</strong>colari ed i carichi si annullano a vicenda creando un sistema a<br />
risultante nulla.<br />
Il sistema murario<br />
Il sistema trilitico
La <strong>muratura</strong> :l’elemento portante<br />
Organizzazione della maglia strutturale.<br />
Nella costruzione <strong>in</strong> <strong>muratura</strong> la struttura portante viene determ<strong>in</strong>ata<br />
attraverso la valutazione delle caratteristiche di resistenza a<br />
<strong>com</strong>pressione dei materiali impiegati: qualità della pietra, dei laterizi,<br />
delle malte etc.<br />
La def<strong>in</strong>izione dei moduli strutturali <strong>in</strong> base ai quali viene attuata la<br />
<strong>com</strong>partimentazione dell’edificio dipende dall’assetto tipologico e<br />
morfologico della fabbrica e qu<strong>in</strong>di dall’articolazione degli spazi<br />
<strong>in</strong>terni e dalla modalità di orditura degli impalcati ( solai).<br />
S<strong>in</strong>teticamente possiamo suddividere il sistema costruttivo <strong>in</strong><br />
<strong>muratura</strong> portante <strong>in</strong> tre categorie :<br />
Strutture portanti a scatola; (reticoli murari cellule chiuse )<br />
Strutture portanti a setti paralleli; ( reticoli murari a cellule aperte)<br />
Strutture portanti a setti irregolari<br />
Strutture a piloni cavi : tra trilitico e murario ( n.b. questa tipologia<br />
costruttiva risulta solo strumentale per la descrizione di di alcuni<br />
particolari sistemi costruttivi a cellule chiuse).<br />
V. Scamozzi le murature da Dell’idea dell’architettura universale , Venezia 1615
La stabilità: ogni struttura ha un suo grado di stabilità<br />
che varia dalla tipologia muraria prevista ovvero dal<br />
rapporto con i materiali utilizzati - pietre naturali,<br />
pietre artificiali, agglomerati, <strong>strutture</strong> miste- , dalle<br />
loro caratteristiche di resistenza alle sollecitazioni a<br />
<strong>com</strong>pressione, dai criteri di assemblaggio - murature<br />
con pietrame <strong>in</strong>forme, con pietre da taglio, con<br />
laterizio, murature <strong>com</strong>posite gettate- e dal rapporto<br />
tra spessore ed altezza libera del muro. Tale rapporto<br />
secondo la tradizione varia da 1/10 a 1/12<br />
Traitè de l’art de batir di J. Rondelet 1802-07<br />
Diverse maniere di <strong>com</strong>b<strong>in</strong>are i mattoni per formare<br />
muri,divisioni o tramezzi<br />
Dimostrazione del diverso <strong>com</strong>portamento alle azioni<br />
orizzontali di un muro isolato rispetto ad uno<br />
ammorsato ad una estremità.
Traitè de l’art de batir di J. Rondelet 1802-07<br />
Diverse maniere di <strong>com</strong>b<strong>in</strong>are i mattoni per formare<br />
muri,divisioni o tramezzi
G. Breymann Trattato generale di costruzioni civili 1853<br />
Spessori murari e vari impalcati.<br />
Spessori murari: soluzioni d’angolo ortogonali.
K.F. Sch<strong>in</strong>kel Bauakademie Berl<strong>in</strong>o 1832<br />
G. Breymann Trattato generale di costruzioni civili 1853
L.I. Kahn, Exeter library ,1965
L.I. Kahn, Exeter library ,1965
Aperture su murature portanti:<br />
La piattabanda<br />
La piattabanda ha lo stesso funzionamento statico dell’arco.<br />
Con il term<strong>in</strong>e piattabanda si <strong>in</strong>tende un arco sui-generis il cui <strong>in</strong>tradosso descrive una curvatura tanto<br />
ribassata da <strong>in</strong>cludere anche la configurazione orizzontale.<br />
Nelle piattabande la direzione dei giunti si fanno concorrere <strong>in</strong> un solo punto , sia che esse abbiano un<br />
estradosso arcuato che piatto. In quest’ultimo caso (fig 1) è da considerare la piattabanda <strong>com</strong>e un arco<br />
circolare segato da due piani paralleli e orizzontali, di cui quello <strong>in</strong>feriore condotto per la chiave del suo<br />
<strong>in</strong>tradosso. Ai piani d’imposta si dà <strong>in</strong> genere una <strong>in</strong>cl<strong>in</strong>azione di circa 60°. Normalmente la distanza da cui<br />
prendere il punto di direzione dei giunti è pari ad una distanza doppia a quella della corda.<br />
Le condizioni di esercizio delle piattabande consigliano il loro utilizzo per luci di aperture non superiori a 1.5 m.<br />
piattabanda<br />
Piattabande alla francese<br />
<strong>in</strong> cui i s<strong>in</strong>goli conci non<br />
convergono sullo stesso<br />
centro geometrico<br />
Piattabanda rafforzata<br />
con arco di scarico<br />
superiore per aperture<br />
superiori a 1,5 metri
L.I. Kahn, Exeter library ,1965
Maglia strutturale<br />
Genericamente per maglia modulare, si <strong>in</strong>dica lo schema<br />
organizzativo degli elementi strutturali. Una rete<br />
geometrica che ord<strong>in</strong>a l’impianto costruttivo e spaziale<br />
dell’edificio .<br />
Maglie e schemi di organizzazione<br />
delle murature portanti e della<br />
tessitura dei solai<br />
Struttura con muri paralleli longitud<strong>in</strong>ali<br />
Struttura con muri paralleli trasversali<br />
Struttura con muri a cellule aperte<br />
Struttura con muti a cellule chiuse<br />
St. Etienne , Auxerre, pianta e sezione 1215,1540
Solai o impalcato<br />
Si dist<strong>in</strong>guono due fondamentali modalità di tessitura dei solaio o<br />
impalcato: monodirezionale , con solaio appoggiato ai due estremi su<br />
muri portanti e bidirezionale con solaio appoggiato su tutti i lati.<br />
Il sistema monodirezionale è più adatto a configurazioni rettangolari. Il<br />
lato maggiore è da considerare <strong>com</strong>e muro portante mentre i lati m<strong>in</strong>ori<br />
svolgono i ruolo di muri di controvento: il primo sostiene i carichi<br />
verticali, mentre il secondo si oppone ai fenomeni di <strong>in</strong>stabilità<br />
orizzontale. Il sistema di solaio con tessitura bi-direzionata <strong>in</strong>vece è più<br />
idoneo per configurazioni murarie quadrate. I muri <strong>in</strong> questo caso sono<br />
da considerare a tutti gli effetti muri portanti e di controvento.<br />
Solaio monodirezionale.<br />
Il solaio è tessuto trasversalmente all’andamento<br />
longitud<strong>in</strong>ale della struttura poggiandosi sulle murature<br />
portanti che si dist<strong>in</strong>guono dalle murature di controvento.<br />
Solaio bi-rezionale a piastra.<br />
Il solaio è tessuto nelle due direzioni pr<strong>in</strong>cipali appoggiandosi<br />
sulle murature portanti che corrispondono all’<strong>in</strong>tera maglia<br />
strutturale.
Strutture <strong>in</strong> <strong>muratura</strong><br />
La scatola. Sistema a cellule chiuse.<br />
Il sistema a scatola portante è il sistema costruttivo più antico.<br />
Il sistema di costruzione a scatola rappresenta lo sviluppo tipico delle costruzioni <strong>in</strong> <strong>muratura</strong>. Per sistema a<br />
scatola chiusa si <strong>in</strong>tende descrivere la forma geometrica matrice della struttura portante <strong>in</strong> grado di def<strong>in</strong>ire un<br />
volume di spazio concluso <strong>in</strong> tutti i suoi lati(spazialità <strong>in</strong>troversa). I rapporti con l’esterno sono limitati ad<br />
aperture di f<strong>in</strong>estre e porte. La possibilità di articolare liberamente gli spazi <strong>in</strong>terni è condizionata dal reticolo<br />
murario portante che risulta v<strong>in</strong>colante, così <strong>com</strong>e <strong>in</strong>variabile è l’organizzazione del reticolo murario per edifici<br />
a più livelli . I sistemi di distribuzione si dist<strong>in</strong>guono per una estrema semplicità geometrica riflettendo tale<br />
carattere anche nell’immag<strong>in</strong>e esterna.<br />
Le forme chiuse rappresentano la soluzione ottimale sia per tessiture di impalcati di tipo monodirezionale che<br />
per tessiture bidirezionali a piastra.<br />
J.N.Durand , Precis des lecons données a l’ecole<br />
royale polytechnique , Paris 1823<br />
J. Rondelet Della stabilità dei muri e dimostrazione del<br />
metodo 1802-1807
La scatola. Sistema a cellule chiuse e aperte<br />
Variante morfologiche di piante con moduli<br />
strutturali a cellule chiuse e cellula aperta<br />
J. Soane Casa Oulton 1780cc.a.
La scatola. Sistema a cellule chiuse.<br />
L.I.Kahn Casa Fleisher 1959<br />
A. Mateus Casa <strong>in</strong> <strong>muratura</strong>
La scatola. Sistema a cellule chiuse.<br />
C. Baeza Casa Gaspar
Strutture portanti a setti paralleli<br />
Muri longitud<strong>in</strong>ali<br />
Muri trasversali<br />
Per sistema di costruzione a setti paralleli si <strong>in</strong>tende una disposizione di murature portanti all<strong>in</strong>eate secondo la<br />
direzione pr<strong>in</strong>cipale di sviluppo della fabbrica. Naturalmente la struttura a setti paralleli nella sua espressione<br />
architettonica e strutturale offre una immag<strong>in</strong>e di omogeneità, <strong>in</strong> cui, l’all<strong>in</strong>eamento viene riconosciuto <strong>com</strong>e<br />
pr<strong>in</strong>cipio di ord<strong>in</strong>amento dello spazio . L’organizzazione <strong>in</strong>terna si caratterizza qu<strong>in</strong>di nel def<strong>in</strong>ire una spazialità<br />
fortemente direzionata verso la luce, stabilendo una relazione diretta con l’esterno.<br />
Da una da un punto di vista costruttivo la struttura a setti paralleli è un sistema di pareti portanti rese stabili dal<br />
raccordo con l’orditura monodirezionale del solaio disposta ortogonalmente all’andamento dei setti.<br />
L’esposizione dei criteri che seguono assegna al sistema di costruzione a setti precisi <strong>com</strong>piti costruttivi<br />
limitandone la sua utilizzazione:<br />
limitazione della larghezza delle campate della maglia costruttiva;<br />
pareti <strong>in</strong>terne piene con funzione di controventatura ;<br />
pareti <strong>in</strong>terne di def<strong>in</strong>izione dell’<strong>in</strong>volucro architettonico senza limitazioni costruttive con massima <strong>in</strong>cidenza<br />
lum<strong>in</strong>osa , e massima proiezione verso l’esterno ;<br />
sviluppo limitato <strong>in</strong> altezza;<br />
Le Muet , “Manière de batir…..” 1623<br />
G. Rondelet , Solai <strong>in</strong> legno 1802-1807
Strutture portanti a setti paralleli<br />
Varietà morfologiche di piante con moduli strutturali a muri<br />
portanti longitud<strong>in</strong>ali.
Le Corbusier , Le case “Jaoul” Parigi 1952
Le Corbusier , Le case “Jaoul” Parigi 1952
R. Piano Fondazione Bejeler Basilea 2000
Strutture portanti a setti irregolari<br />
Al contrario dei setti paralleli o delle scatole chiuse - i primi che seguono una logica di sequenza regolare<br />
unidirezionale, le seconde che seguono una logica di <strong>in</strong>tegrazione ord<strong>in</strong>ata di spazi chiusi bidirezionati-, la<br />
struttura a setti irregolari prevede una posizione libera delle pareti portanti di supporto alla copertura o al<br />
solaio. Possiamo dist<strong>in</strong>guere due caratteristiche fondamentali:<br />
una impostazione volumetrica cont<strong>in</strong>ua, aperta e d<strong>in</strong>amica degli spazi e della forma <strong>com</strong>e non è possibile<br />
ottenere sia nel caso di <strong>strutture</strong> a setti paralleli ma soprattutto nelle “scatole”;<br />
una struttura tipologica caratterizzata prevalentemente da unità <strong>in</strong>dividuali piuttosto che seriali e ripetitive;<br />
tale condizione favorisce una organizzazione degli spazi e delle relazioni con l’esterno di tipo estroverso e<br />
pluridirezionale. Il sistema a setti irregolari è senza dubbio il più moderno tra i sistemi esposti f<strong>in</strong>ora. La pianta<br />
non è più concepita <strong>com</strong>e giustapposizione di stanze che nel loro iterativo ripetersi descrivono<br />
l’organizzazione e l’ord<strong>in</strong>e funzionale; gli spazi vengono creati dalla <strong>com</strong>b<strong>in</strong>azione di porzioni di pareti<br />
portanti: la spazialità assume identità funzionali attraverso una successione fluida di ambiti d’uso .<br />
Contrapposizione tra l<strong>in</strong>ee verticali e orizzontali:<br />
P.Mondrian 1917 Th. Van Doesburg 1918<br />
S<strong>com</strong>posizione di volumi <strong>in</strong> piani :<br />
Th.van Doesburg, 1920 Controcostruzione
Strutture portanti a setti irregolari<br />
Mies van der Rohe, Villa di mattoni 1923
Mies van der Rohe, Villa di mattoni 1923
Strutture portanti a setti irregolari<br />
F.L. Wright casa D.D. Mart<strong>in</strong> , Buffalo 1904
F.L. Wright casa D.D. Mart<strong>in</strong> , Buffalo 1904
Strutture portanti a setti irregolari<br />
Mies van der Rohe, Padiglione tedesco Barcellona 1929
Strutture a piloni cavi <strong>in</strong> <strong>muratura</strong> portante<br />
La struttura a piloni cavi <strong>in</strong> <strong>muratura</strong> portante descrive una tecnica costruttiva che si pone <strong>in</strong> modo equidistante tra il<br />
sistema trilitico e quello murario, tra il pr<strong>in</strong>cipio di distribuzione concentrata dei carichi – i piedritti <strong>com</strong>pressi che<br />
sostengono l’architrave - e il pr<strong>in</strong>cipio di distribuzione l<strong>in</strong>eare dei carichi –il muro omogeneamente <strong>com</strong>presso a sostegno<br />
dell’impalcato. La disposizione sul piano base dei “monoliti” è libera: tuttavia essa è regolamentata da una maglia<br />
geometrica di riferimento, all’<strong>in</strong>terno della quale vengono disposti “liberamente” i piloni <strong>in</strong> modo tale da rispettare sia<br />
l’organizzazione tipologico-spaziale –un organismo centralizzato, l<strong>in</strong>eare, a pett<strong>in</strong>e a griglia etc- sia l’equilibrio statico della<br />
struttura.<br />
I sostegni verticali sono s<strong>in</strong>teticamente descritti <strong>com</strong>e pilastri “megalitici” a sostegno di una struttura sovrastante<br />
orizzontale : una lastra rigida monolitica con tessitura bidirezionale. Una tettonica così concepita caratterizza la spazialità<br />
<strong>in</strong>terna mediante una chiara dialettica tra gli opposti: volumi materici e l’“immateriale vuoto”, lo spazio libero.<br />
La dialettica tra spazi serviti e serventi, tra spazialità libera e spazialità conclusa .<br />
Le masse murarie -i piloni - <strong>in</strong> relazione alla sovrabbondante quantità di materia , si modificano, trasformandosi da piloni<br />
pieni a piloni cavi : delle stanze murarie chiuse, <strong>in</strong>troverse, elementi portanti della struttura architettonica.<br />
Sul piano funzionale esse si identificano <strong>com</strong>e spazi “specializzati”: <strong>strutture</strong> “serventi” ,- stabili ed <strong>in</strong>varianti, contrappunti<br />
visuali e materici rispetto alle fluide d<strong>in</strong>amiche che caratterizzano la libera spazialità degli ambiti <strong>com</strong>presi.
P. Zumthor Terme di Vals , 1997
P. Zumthor Terme di Vals , 1997
P. Zumthor Terme di Vals , 1997
A. Mateus
Strutture a <strong>telaio</strong><br />
Il pr<strong>in</strong>cipio del <strong>telaio</strong> si basa sul fatto che il piedritto e “l’architrave” ovvero il pilastro e la trave sono collegati tramite v<strong>in</strong>coli<br />
d’<strong>in</strong>castro più o meno perfetti oppure a cerniera sfruttano le loro proprietà elastiche.<br />
La ripetizione dei piedritti (pilastri) <strong>in</strong> verticale e degli architravi (travi) <strong>in</strong> orizzontale genera dei telai tridimensionali :<br />
schemi strutturali a gabbia o ascheletro <strong>in</strong>dipendente.<br />
Nelle <strong>strutture</strong> elastiche a scheletro <strong>in</strong>dipendente le murature di chiusura dell’edificio, l’<strong>in</strong>volucro, sono necessariamente di<br />
tamponamento e svolgono una funzione portante non pr<strong>in</strong>cipale dando solo un contributo alla rigidezza orizzontale.
Strutture a <strong>telaio</strong><br />
Struttura a scheletro <strong>in</strong>dipendente <strong>in</strong> c.a. Genova 1906
Strutture a <strong>telaio</strong><br />
M. Ridolfi W. Frankl Edifici a torre viale<br />
Etiopia, 1947-54
Strutture a <strong>telaio</strong>
Strutture a <strong>telaio</strong><br />
Le Corbusier ,Case alla Weissenhofsiedlung , Stoccarda 1926_27
Strutture a <strong>telaio</strong><br />
Le Corbusier ,Case alla Weissenhofsiedlung , Stoccarda1926_27
Strutture a <strong>telaio</strong><br />
Le Corbusier ,Case alla Weissenhofsiedlung , Stoccarda1926_27
Le Corbusier ,Case alla Weissenhofsiedlung , Stoccarda1926_27
I c<strong>in</strong>que punti per una nuova architettura:<br />
1 I pilotis<br />
2 I tetti terrazzo<br />
3 La pianta libera<br />
4 La f<strong>in</strong>estra a nastro<br />
5 La facciata libera<br />
(le corbusie e pierre janneret Stoccarda 1927)
Le corbusier Casa La Roche-Jennaret, Parigi 1923
Le corbusier Villa Ste<strong>in</strong>_de Monzie , Vaucresson 1928
Le Corbusier , Villa Savoye, Parigi 1928_31
Le Corbusier , Villa Savoye, Parigi 1928_31
S<strong>in</strong>tesi sui pr<strong>in</strong>cipi costruttivi<br />
Reticoli murari a cellule chiuse
S<strong>in</strong>tesi sui pr<strong>in</strong>cipi costruttivi<br />
Dal sistema a setti paralleli al <strong>telaio</strong>
S<strong>in</strong>tesi sui pr<strong>in</strong>cipi costruttivi<br />
Dal sistema a setti paralleli al <strong>telaio</strong>
S<strong>in</strong>tesi sui pr<strong>in</strong>cipi costruttivi<br />
Sistema portante a setti irregolari
S<strong>in</strong>tesi sui pr<strong>in</strong>cipi costruttivi<br />
Sistema murario a cellule chiuse. Solaio bi-direzionato
S<strong>in</strong>tesi sui pr<strong>in</strong>cipi costruttivi<br />
Sistema murario a setti paralleli. Solaio mono-direzionato ed aperture
S<strong>in</strong>tesi sui pr<strong>in</strong>cipi costruttivi<br />
Il <strong>telaio</strong>
S<strong>in</strong>tesi sui pr<strong>in</strong>cipi costruttivi<br />
Struttura a <strong>telaio</strong> con tessitura del solaio mono direzionato
S<strong>in</strong>tesi sui pr<strong>in</strong>cipi costruttivi<br />
Struttura a <strong>telaio</strong> con tessitura del solaio mono direzionato
S<strong>in</strong>tesi sui pr<strong>in</strong>cipi costruttivi<br />
Struttura a <strong>telaio</strong> con tessitura del solaio bi- direzionato