8 9 Archi e Volte

ARCHI E VOLTE IN MURATURA

Anna Anzani

L. Binda, L. Zanzi, P. Condoleo, G. Cardani and A. Anzani

Architravi, piattabande, dormienti e

archi di scarico

Questi elementi hanno la funzione di trasportare

i carichi dalla loro retta di applicazione sugli

appoggi piu vicini.

Le piattabande monolitiche di pietra e le travi in

legno sono strutture in grado di sopportare

sollecitazioni flessionali.

Gli archi invece hanno la capacità di sostenere i

carichi in modo da essere sottoposti solo a

compressione.


3

Sistema trilitico


4

Pseudoarco


5

Pseudoarco e pseudocupola


6 Arco naturale


7

Effetto arco nella muratura


8

Archi di scarico


9

Archi di scarico


10

Piattabande


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Statica degli archi


Dispositivi di contenimento delle spinte

Il problema da risolvere era contenere la spinta delle arcate (in particolare spinte di archi e volte

ribassati) in modo che il piedritto non risultasse instabile.

Tre erano le possibilità più razionali:

• costruzione del muro con un piede maggiore

• ampliamento della sezione muraria del piedritto con contrafforti

• toranti e capichiave

I tiranti dovevano essere posti all’ altezza delle reni dell’ arco, dove cioè si attende lo

sfiancamento; la posizione delle reni varia da arco ad arco in funzione di:

• forma geometrica

• qualità della malta

• tecnologia utilizzata

In genere il tirante era rialzato rispetto alle imposte, ad un terzo della freccia. A volte però l’

aspetto estetico prevaleva su quello strutturale e così si poneva il tirante in un’ altra posizione. La

disposizione della catena deve essere studiata in funzione del tipo di spinta e quindi del tipo di

volta; in relazione ad esso dovrebbero definirsi posizioni e dimensioni.


13

Stabilità degli

archi:

elementi

“spingenti”

Dispositivi per il

contenimento

delle forze

orizzontali

Si tratta di

dispositivi

come: tiranti e

capichiave,

contrafforti e

fodere


14 Speroni e contrafforti


15

Geometria


16

Archi di conci


Volte di concrezione

La concrezione era un cetto di inetri (coementa) e

di malta legante che, indurendo, manteneva la

struttura della cassaforma.

Usata soprattutto nell’ architettura delle volte romane,

il getto veniva creato tramite strati in cui si sovrapponevano

pietre e letti di malta.

nella formazione delle grandi volte, i romani

predisponevano una serie di arcate laterizie

reciprocamente connesse entro cui veniva

eseguito il getto di calcestruzzo.

(da Chabat,1881)


18

Archi in conglomerato


19

Nervature


20

Nervature


a) arco ribassato,stabile,ma che potrebbe

manifestare lesioni in corrispondenza

in prossimità della chiave (rischio di

ulteriore abbassamento)

b) arco a tutto sesto,si ripete lo schema

precedente,ma evidenziando la possibilità

di ulteriori cernierizzazioni alle imposte.

(rischio di sfiancamento della parte centrale

a causa dell’esplosione delle reni)

c) arco ogivale che rappresenta l’arco con il

meccanismo di collasso più pericoloso:

cedimento delle arcate,conseguente

innalzamento della chiave e sfiancamento

delle reni. (rielaborati da Breymann,1927).

Dissesti di un arco


22

Dissesti


DISSESTI DI ARCHI E VOLTE

effetti di carichi concentrati

Dannoso

Stabilizzante


Dannoso

Stabilizzante


effetti di carichi concentrati


GENERALITÀ

La volta è la naturale estensione nello spazio della struttura lineare dell’ arco.

SULLA SOSTRUZIONE E APPARECCHIATURA

Come nelle murature anche nelle volte sono presenti:

• ossatura

• parte di riempimento

Le armature e le centine

Potevano essere costituite da una sagoma lignea che guidava il mastro nella

creazione della volta oppure da una massa di terra;

• se guidava e basta = centina

• se sosteneva anche la costruzione = armatura

Le volte


Fig. 29: alcuni schemi di carpenteria fissa per la realizzazione delle volte più comuni.Si tratta di soluzioni tipiche,ma che potevano essere

facilmente modificate in base alla disponibilità di materiali.


27

Rinfianchi


28

Volte Semplici


29

Volte Semplici


30

Scomposizione di una

volta a botte secondo

piani passanti per le

diagonali:

A = unghie, B = falde


31 Volta a crociera


32 Volta a padiglione


33

Volta a botte lunettata

A = differenza di quota dei cervelli


• fondamentale era l’ illuminazione, a questo scopo si creavano aperture sulla

sommità (lanterna) e/o sui lati (oblò)

• il tamburo era costituito dal cilindro murario su cui appoggia la cupola, punto

su cui spesso si collocano gli oblò per non interrompere la cupola

soprastante.

Tipologie costruttive:

• volte a struttura discontinua

• volte a struttura continua

• volte a cassettoni

• volte costolonate o nervate

• cupole a doppia o tripla calotta

Lo spessore della cupola in genere variava lungo i meridiani, aumentando

verso l’ imposta dove tutte le pressioni sono maggiori, per il peso della massa

e dove è utile avere pesi stabilizzanti. Di forma variabile, il problema

maggiore è il rapporto peso/altezza ( struttura e materiali).

Elementi costruttivi delle cupole


35 Volta a crociera su pianta ottagonale


36

Volta a unghie


37 Volta a padiglione su pianta ottagonale


38

Volte Finte


L’ assestamento, che è di non facile valutazione,

dipende sia dal movimento degli elementi che

tendono ad abbassarsi, sia dalla spinta

esercitata dalla volta sui piedritti, che devono

assestarsi a loro volta per poter resistere.

In cantiere la volta veniva realizzata al termine

della costruzione della muratura; si voltava

dunque quando i muri si erano ormai induriti e

potevano sopportare la spinta.

Impostazione e serraggio


Per la nobiltà del materiale e per la complessa lavorazione, sono le più

raffinate e impegnative. I conci devono aderire tra loro in modo che, con il

perfetto contatto, le facce possano trasmettere i carichi distribuendoli

omogeneamente.

In questo caso la malta costituisce sostanzialmente un cuscinetto di

ripartizione per la trasmissione dei carichi tra i conci (lo spessore dei giunti e

ridottissimo).

E’ una tecnica utilizzata solo nelle opere monumentali e durevoli a causa

delle lunghe lavorazioni, della raffinatezza dei materiali richiesti e delle

notevoli conoscenze tecniche necessarie.

A seconda del tipo di volta, la struttura può essere:

• discreta

•continua

•a sezione omogenea

• a sezione nervata

Le apparecchiature: volte di pietra concia


Fig. 30 : Nell’immagine superiore sono

rappresentate le imposte delle volte,un punto

costruttivamente delicato da prevedere già

durante l’elevazione del muro.

La volta si formava in un secondo tempo,dopo

aver raggiunto con i muri altezze e peso tali da

stabilizzare le spinte.La saldatura tra volta ed

imposta era migliorata col rinfianco.

(da Misuraca et al,1916)

Nell’immagine a lato,è rappresentato il

rinfianco;un elemento costruttivo utile a

impedire lo sfiancamento della volta.


Il pietrame appena abbozzato, ottenuto da rocce

meno resistenti, ma anche di minor peso

specifico, permette la realizzazione di volte

particolarmente

adatte alla modeste luci degli edifici più comuni.

La malta qui è abbondante deve ovviare alle

irregolarità tra i giunti tra i pezzi non lavorati;

deve inoltre avere buone caratteristiche

meccaniche e una discreta adesione alla pietra.

Questo tipo di volte ha uno spessore maggiore

rispetto alle altre: ciò significa che una minor

qualità è accompagnata da una maggor quantità

di materiale impiegato.

Fig. 31 : volte di pezzame spozzato,appare evidente la suddivisione

in arcata portante,rinfianco e riempimento.

Volte in pietrame

Proprio perché eseguite con piccoli elementi,

le volte possono adeguarsi alle condizioni di sollecitazioni locali per:

• forma

• spessore

• materiali

Ciò consente una ottimizzazione dell’economia del materiale.


Volte di laterizi

Il mattone, rispetto alle superfici più compatte, è un materiale leggero, maneggevole e

adatto alla formazione di qualsiasi arco o volta. Il laterizio utilizzato poteva essere

mattoni pieni o cavi.

La posa era di 4 tipi:

• longitudinale (piani longitudinali)

• trasversale (archi paralleli)

• obliquo (archi diagonali)

• in foglio (volte in foglio)


E’ bene riflettere sul fatto che a questi componenti, raramente era destinato un compito attivo, il

loro funzionamento era previsto perlopiù per casi di carico rari e accidentali (eventi sismici).

Mentre le spinte prodotte per sostenere le ordinarie situazioni di carico dovevano essere

assorbite dalla struttura muraria che a tal fine era appositamente predisposta.

GENESI GEOMETRICA

Analizzando le strutture voltate viene da pensare ad una articolazione di alcuni elementi base,

con una specifica morfologia e sintassi.

E’ chiaro che ognuna delle particolari volte che si possono far scaturire dalle composizioni

geometriche cui si è accennato, può avere caratteristiche costruttive e strutturali diverse.


VOLTE A BOTTE

• generate da un arco a tutto sesto

• usate dai romani

• generata da un arco ribassato o policentrico

• forti spinte orizzontali (necessità di tiranti)

Volte a lacunari

Sono caratterizzate da un aspetto sobrio, derivante dalla semplicità geometrica della volta a

botte, anche se spesso si preferito l’ aspetto delle volte arricchite da lunette e nervature

incrociate a formare cassettoni e losanghe.

A seconda dei casi cambia lo schema che può essere:

• costruttivo

• statico


Volte lunettate

La costruzione di lunette implica delle complicazioni; si tratta di volte relativamente piccole che

interessano il cilindro della volta principale ( possono essere sferiche o a botte).

Queste volte consentono di risolvere in modo elegante il problema delle finestrature sul lato d’

imposta e di liberare l’ architrave della finestra dal peso della volta.

Altre particolari conformazioni

La volta a botte si è spesso adeguata agli ambienti irregolari, assumendo particolari

conformazioni (vd volte oblique utilizzate nei ponti).


VOLTE A VELA E A BACINO

Dal punto di vista geometrico:

• sferiche (su piante quadrate o rettangolari

• ellissoidiche (su piante circolari o ellittiche)

La vela si ottiene sezionando la superficie geometrica di

partenza con piani verticali.

La ridotta dimensione delle corde faceva sì che le sollecitazioni

di trazione venissero contenute dalla “cintura” muraria senza

bisogno di tiranti.

C’era poi l’ apparecchiatura “a spina di pesce”:

• esecuzione facilitata senza centine

• utilizzata da Brunelleschi e dai Sangallo

• è la cosiddetta “volta autoportante”

La volta a vela realizzata su ambienti rettangolari può essere ricavata

da superfici curve generate con la traslazione di archi, anche acuti.


VOLTE OTTENUTE CON L’ INTERSEZIONE DI VOLTE SEMPLICI

- volte a crociera - volte a stelle o reticolate

- volte a imbuto - volte a padiglione, a peducci, a schifo

- volte a cappa - volte poligonali

Volte a crociera

• ambienti quadrati

• nasce dall’ intersezione di due volte a botte cilindriche

• semplicità di costruzione geometrica e tecnologica (da cui la sua grande diffusione

nell’ antichità)

• tipica dell’ architettura romana e gotica

• spinte convogliate verso i quattro appoggi

• volte più leggere e spinte convogliate in soli 4 punti (facilmente contrastabili)

• più adatte ad edifici monumentali che ad abitazioni

• si adegua a qualsiasi pianta e qualsiasi arco le si adatta


Volta ad imbuto

Si ottiene con quattro spicchi di una speciale volta ottenuta ruotando il semiarco di 90° attorno ad

un asse verticale.

Volte a stella e reticolate

• sono complesse

• hanno delle costolonature che caratterizzano all’ aspetto strutturale

• sono composte da volte a vela, bptte o crociera

Volte a padiglione, a peducci e a schifo

• adatte ad ambienti rettangolari

• nasce intersecando due volte a botte

• volta a padiglione (Rinascimento, architettura palaziale) è realizzata con le modalità e le

apparecchiature tipiche della botte, ripetute nelle due direzioni degli assi

• volta a schifo (peso minore di quelle a padiglione)

• al fine di contenere le spinte, qualora i muri non fossero stati autonomamente sufficienti si

ricorreva alle catene


Volte a cappe

Le volte a botte, per la loro semplicità costruttiva e formale, erano spesso utilizzate per coprire

grandi ambienti di servizio (tipicamente ottocentesco).

In alternativa non si utilizzava un’ unica grande volta, bensì una serie di archi. Si voltavano poi

trasversalmente i campi intermedi: queste ultime volte erano dette “cappe”.

Volte poligonali

La volta a padiglione su pianta poligonale, al crescere del numero di lati, si avvicina alla forma e

al comporamento strutturale delle cupole.


LE CUPOLE

Solo raramente sono realizzate per costruire un orizzontamento; in genere sono impiegate per le

coperture superiori delle costruzioni monumentali e spesso hanno corde elevatissime. Come un

poligono tende ad un cerchio all’ aumentare del numero dei lati, così una volta a padiglione tende

ad una cupola.

Fig. 33 : le cupole sono state spesso evidenziate,protette o addirittura surrogate con coperture a

cupola su struttura lignea o,più recentemente metallica.

Fig. 34 : le cupole murarie maggiore (come

San pietro e Santa Maria del Fiore,si

sdoppiano in una calotta portate sovrastante

di copertura che contribuisce

comunque,attraverso i costoloni radiali e con

i pesi,alla stabilità del complesso.

(da Breymann,1927)


Elementi costruttivi delle cupole

• fondamentale era l’ illuminazione, a questo scopo si creavano aperture sulla sommità (lanterna)

e/o sui lati (oblò)

• il tamburo era costituito dal cilindro murario su cui appoggia la cupola, punto su cui spesso si

collocano gli oblò per non interrompere la cupola sopra.

Le tipologie costruttive

• volte a struttura discontinua

• volte a struttura continua

• volte a cassettoni

• volte costolonate o nervate

• cupole a doppia o tripla calotta

Lo spessore della cupola in genere variava lungo i meridiani, aumentando verso l’ imposta dove

tutte le pressioni sono maggiori, per il peso della massa e dove è utile avere pesi stabilizzanti. Di

forma variabile, il problema maggiore è il rapporto peso/altezza ( struttura e materiali).


Mileto, Terme di Faustina, particolare di un arco.

Antalya, Chiesa di S. Nicola, particolare di una fessura intradossale in chiave.



Istanbul, Santa Sofia, deformazioni di archi e volte


Fessurazioni intradossali ai fianchi


DISSESTI SULLE VOLTE: VOLTE A BOTTE

Veduta di insieme delle lesioni di una volta a botte su colonne (Piccirilli C.)


DISSESTI SULLE VOLTE: VOLTE A PADIGLIONE


DISSESTI SULLE VOLTE: VOLTE A CROCIERA

Schema dei dissesti delle volte a crociera (Piccirilli C., 1989 )


DISSESTI SULLE VOLTE: VOLTE A VELA

Andamento delle tensioni principali di compressione e trazione nella volta a vela

(Piccirilli C., 1989)

Schema di depressione nelle volte a vela


Manifestazioni del quadro fessurativo nelle volte a vela (Piccirilli C., 1989 )

DISSESTI SULLE VOLTE: VOLTE A VELA


Firenze, Uffizi, particolare di lesioni su una volta a botte

Firenze, Ospedale degli Innocenti, particolare di lesioni su una volta a crociera

DISSESTI SULLE VOLTE


DISSESTI SULLE VOLTE

Lesioni su una volta a crociera Lesioni su volte a vela


DISSESTI SULLE CUPOLE: CUPOLE SEMPLICI (CUPOLE EMISFERICHE E CUPOLE RIBASSATE)

Manifestazioni del quadro fessurativo nelle cupole ribassate (Piccirilli C., 1989)


Bursa, Moschea Verde, particolare di una lesione nella cupola semplice

Manifestazioni del quadro fessurativo nelle cupole semplici (Piccirilli C., 1989)


DISSESTI SULLE CUPOLE:

CUPOLE COMPOSTE CON COSTOLONI

Roma, Santa Maria dei Miracoli, vista dal basso della cupola

Roma, Santa Maria dei Miracoli, posizione sul prospetto e in pianta delle principali fessure sulla cupola (Fiengo G., 1978)


Firenze, Santa Maria del Fiore, particolare di lesioni sulla cupola

Firenze, Santa Maria del Fiore, posizione in pianta delle principali fessure sulla cupola

(Docci M., Maestri D., 1994)

DISSESTI SULLE CUPOLE:

CUPOLE COMPOSTE CON COSTOLONI


Schema del Cedimento delle strutture murarie verticali per spinte degli archi e delle volte e particolare di un edificio in Valtellina soggetto a tale danno (Folini E., 2000/2001)

CEDIMENTI DELLE STRUTTURE MURARIE VERTICALI PER SPINTE DEGLI ARCHI E DELLE VOLTE



Edificio in Valtellina. (Folini E. 2001)


Firenze, particolare di un edificio situato sul Ponte Vecchio e soggetto a cedimento delle strutture murarie verticali per presenza di strutture spingenti



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Consolidamento

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