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Strutture in muratura e a telaio

Inroduzione alla teoria delle strutture Nel campo delle costruzioni il termine struttura è spesso usato per indicare qualcosa di più specifico di un sistema di relazioni. Con tale termine si indica il complesso di opere specificamente dedicate a sopportare i carichi che gravano su di esse e necessarie per la stabilità dell’insieme. I carichi si dividono in statici e dinamici. I carichi statici sono il peso proprio della struttura ovvero i carichi permanenti sulla struttura ( pavimenti, manti di copertura, macchinari fissi,etc..) ed i carichi accidentali o sovraccarichi gravanti sulla struttura in modo non permanente (persone, arredi, neve, vento, ecc.). I carichi dinamici sono forze di cui può variare l’intensità, come l’azione sismica. I carichi possono essere considerati concentrati se agiscono su una superficie piccola e possono essere pensati come agenti in un punto della struttura, oppure possono essere considerati distribuiti se la loro azione è distribuita su una superficie sufficientemente ampia. La struttura tende a reagire ai carichi con forze di reazione espresse dai vincoli (reazioni vincolari). La struttura è in equilibrio statico quando le reazioni vincolari ed i carichi si annullano a vicenda creando un sistema a risultante nulla.

Il sistema murario

Il sistema trilitico

La muratura :l’elemento portante Organizzazione della maglia strutturale. Nella costruzione in muratura la struttura portante viene determinata attraverso la valutazione delle caratteristiche di resistenza a compressione dei materiali impiegati: qualità della pietra, dei laterizi, delle malte etc. La definizione dei moduli strutturali in base ai quali viene attuata la compartimentazione dell’edificio dipende dall’assetto tipologico e morfologico della fabbrica e quindi dall’articolazione degli spazi interni e dalla modalità di orditura degli impalcati ( solai).

Sinteticamente possiamo suddividere il sistema costruttivo in muratura portante in tre categorie : Strutture portanti a scatola; (reticoli murari cellule chiuse ) Strutture portanti a setti paralleli; ( reticoli murari a cellule aperte) Strutture portanti a setti irregolari Strutture a piloni cavi : tra trilitico e murario ( n.b. questa tipologia costruttiva risulta solo strumentale per la descrizione di di alcuni particolari sistemi costruttivi a cellule chiuse).

V. Scamozzi le murature da Dell’idea dell’architettura universale , Venezia 1615

Traitè de l’art de batir di J. Rondelet 1802-07 Diverse maniere di combinare i mattoni per formare muri,divisioni o tramezzi Dimostrazione del diverso comportamento alle azioni orizzontali di un muro isolato rispetto ad uno ammorsato ad una estremità.

La stabilità: ogni struttura ha un suo grado di stabilità che varia dalla tipologia muraria prevista ovvero dal rapporto con i materiali utilizzati - pietre naturali, pietre artificiali, agglomerati, strutture miste- , dalle loro caratteristiche di resistenza alle sollecitazioni a compressione, dai criteri di assemblaggio - murature con pietrame informe, con pietre da taglio, con laterizio, murature composite gettate- e dal rapporto tra spessore ed altezza libera del muro. Tale rapporto secondo la tradizione varia da 1/10 a 1/12

Traitè de l’art de batir di J. Rondelet 1802-07 Diverse maniere di combinare i mattoni per formare muri,divisioni o tramezzi

G. Breymann Trattato generale di costruzioni civili 1853 Spessori murari e vari impalcati. Spessori murari: soluzioni d’angolo ortogonali.

K.F. Schinkel Bauakademie Berlino 1832

G. Breymann Trattato generale di costruzioni civili 1853

L.I. Kahn, Exeter library ,1965

Aperture su murature portanti: La piattabanda La piattabanda ha lo stesso funzionamento statico dell’arco. Con il termine piattabanda si intende un arco sui-generis il cui intradosso descrive una curvatura tanto ribassata da includere anche la configurazione orizzontale. Nelle piattabande la direzione dei giunti si fanno concorrere in un solo punto , sia che esse abbiano un estradosso arcuato che piatto. In quest’ultimo caso (fig 1) è da considerare la piattabanda come un arco circolare segato da due piani paralleli e orizzontali, di cui quello inferiore condotto per la chiave del suo intradosso. Ai piani d’imposta si dà in genere una inclinazione di circa 60°. Normalmente la distanza da cui prendere il punto di direzione dei giunti è pari ad una distanza doppia a quella della corda. Le condizioni di esercizio delle piattabande consigliano il loro utilizzo per luci di aperture non superiori a 1.5 m.

Piattabande alla francese in cui i singoli conci non convergono sullo stesso centro geometrico

piattabanda

Piattabanda rafforzata con arco di scarico superiore per aperture superiori a 1,5 metri

L.I. Kahn, Exeter library ,1965

Maglia strutturale Genericamente per maglia modulare, si indica lo schema organizzativo degli elementi strutturali. Una rete geometrica che ordina l’impianto costruttivo e spaziale dell’edificio .

Struttura con muri paralleli longitudinali Struttura con muri paralleli trasversali Struttura con muri a cellule aperte Struttura con muti a cellule chiuse

St. Etienne , Auxerre, pianta e sezione 1215,1540

Maglie e schemi di organizzazione delle murature portanti e della tessitura dei solai

Solaio monodirezionale. Il solaio è tessuto trasversalmente all’andamento longitudinale della struttura poggiandosi sulle murature portanti che si distinguono dalle murature di controvento.

Solaio bi-rezionale a piastra. Il solaio è tessuto nelle due direzioni principali appoggiandosi sulle murature portanti che corrispondono all’intera maglia strutturale.

Solai o impalcato Si distinguono due fondamentali modalità di tessitura dei solaio o impalcato: monodirezionale , con solaio appoggiato ai due estremi su muri portanti e bidirezionale con solaio appoggiato su tutti i lati. Il sistema monodirezionale è più adatto a configurazioni rettangolari. Il lato maggiore è da considerare come muro portante mentre i lati minori svolgono i ruolo di muri di controvento: il primo sostiene i carichi verticali, mentre il secondo si oppone ai fenomeni di instabilità orizzontale. Il sistema di solaio con tessitura bi-direzionata invece è più idoneo per configurazioni murarie quadrate. I muri in questo caso sono da considerare a tutti gli effetti muri portanti e di controvento.

Strutture in muratura La scatola. Sistema a cellule chiuse. Il sistema a scatola portante è il sistema costruttivo più antico. Il sistema di costruzione a scatola rappresenta lo sviluppo tipico delle costruzioni in muratura. Per sistema a scatola chiusa si intende descrivere la forma geometrica matrice della struttura portante in grado di definire un volume di spazio concluso in tutti i suoi lati(spazialità introversa). I rapporti con l’esterno sono limitati ad aperture di finestre e porte. La possibilità di articolare liberamente gli spazi interni è condizionata dal reticolo murario portante che risulta vincolante, così come invariabile è l’organizzazione del reticolo murario per edifici a più livelli . I sistemi di distribuzione si distinguono per una estrema semplicità geometrica riflettendo tale carattere anche nell’immagine esterna. Le forme chiuse rappresentano la soluzione ottimale sia per tessiture di impalcati di tipo monodirezionale che per tessiture bidirezionali a piastra.

J. Rondelet Della stabilità dei muri e dimostrazione del metodo 1802-1807

J.N.Durand , Precis des lecons données a l’ecole royale polytechnique , Paris 1823

J. Soane Casa Oulton 1780cc.a. Variante morfologiche di piante con moduli strutturali a cellule chiuse e cellula aperta

La scatola. Sistema a cellule chiuse e aperte

La scatola. Sistema a cellule chiuse.

L.I.Kahn Casa Fleisher 1959 A. Mateus Casa in muratura

C. Baeza Casa Gaspar

La scatola. Sistema a cellule chiuse.

Strutture portanti a setti paralleli Muri longitudinali Muri trasversali Per sistema di costruzione a setti paralleli si intende una disposizione di murature portanti allineate secondo la direzione principale di sviluppo della fabbrica. Naturalmente la struttura a setti paralleli nella sua espressione architettonica e strutturale offre una immagine di omogeneità, in cui, l’allineamento viene riconosciuto come principio di ordinamento dello spazio . L’organizzazione interna si caratterizza quindi nel definire una spazialità fortemente direzionata verso la luce, stabilendo una relazione diretta con l’esterno. Da una da un punto di vista costruttivo la struttura a setti paralleli è un sistema di pareti portanti rese stabili dal raccordo con l’orditura monodirezionale del solaio disposta ortogonalmente all’andamento dei setti. L’esposizione dei criteri che seguono assegna al sistema di costruzione a setti precisi compiti costruttivi limitandone la sua utilizzazione: limitazione della larghezza delle campate della maglia costruttiva; pareti interne piene con funzione di controventatura ; pareti interne di definizione dell’involucro architettonico senza limitazioni costruttive con massima incidenza luminosa , e massima proiezione verso l’esterno ; sviluppo limitato in altezza;

Le Muet , “Manière de batir…..” 1623 G. Rondelet , Solai in legno 1802-1807

Varietà morfologiche di piante con moduli strutturali a muri portanti longitudinali.

Strutture portanti a setti paralleli

Le Corbusier , Le case “Jaoul” Parigi 1952

R. Piano Fondazione Bejeler Basilea 2000

Strutture portanti a setti irregolari Al contrario dei setti paralleli o delle scatole chiuse - i primi che seguono una logica di sequenza regolare unidirezionale, le seconde che seguono una logica di integrazione ordinata di spazi chiusi bidirezionati-, la struttura a setti irregolari prevede una posizione libera delle pareti portanti di supporto alla copertura o al solaio. Possiamo distinguere due caratteristiche fondamentali: una impostazione volumetrica continua, aperta e dinamica degli spazi e della forma come non è possibile ottenere sia nel caso di strutture a setti paralleli ma soprattutto nelle “scatole”; una struttura tipologica caratterizzata prevalentemente da unità individuali piuttosto che seriali e ripetitive; tale condizione favorisce una organizzazione degli spazi e delle relazioni con l’esterno di tipo estroverso e pluridirezionale. Il sistema a setti irregolari è senza dubbio il più moderno tra i sistemi esposti finora. La pianta non è più concepita come giustapposizione di stanze che nel loro iterativo ripetersi descrivono l’organizzazione e l’ordine funzionale; gli spazi vengono creati dalla combinazione di porzioni di pareti portanti: la spazialità assume identità funzionali attraverso una successione fluida di ambiti d’uso .

Contrapposizione tra linee verticali e orizzontali: P.Mondrian 1917 Th. Van Doesburg 1918

Scomposizione di volumi in piani : Th.van Doesburg, 1920 Controcostruzione

Strutture portanti a setti irregolari

Mies van der Rohe, Villa di mattoni 1923

Mies van der Rohe, Villa di mattoni 1923

F.L. Wright casa D.D. Martin , Buffalo 1904


Mies van der Rohe, Padiglione tedesco Barcellona 1929


Strutture a piloni cavi in muratura portante La struttura a piloni cavi in muratura portante descrive una tecnica costruttiva che si pone in modo equidistante tra il sistema trilitico e quello murario, tra il principio di distribuzione concentrata dei carichi – i piedritti compressi che sostengono l’architrave - e il principio di distribuzione lineare dei carichi –il muro omogeneamente compresso a sostegno dell’impalcato. La disposizione sul piano base dei “monoliti” è libera: tuttavia essa è regolamentata da una maglia geometrica di riferimento, all’interno della quale vengono disposti “liberamente” i piloni in modo tale da rispettare sia l’organizzazione tipologico-spaziale –un organismo centralizzato, lineare, a pettine a griglia etc- sia l’equilibrio statico della struttura. I sostegni verticali sono sinteticamente descritti come pilastri “megalitici” a sostegno di una struttura sovrastante orizzontale : una lastra rigida monolitica con tessitura bidirezionale. Una tettonica così concepita caratterizza la spazialità interna mediante una chiara dialettica tra gli opposti: volumi materici e l’“immateriale vuoto”, lo spazio libero. La dialettica tra spazi serviti e serventi, tra spazialità libera e spazialità conclusa . Le masse murarie -i piloni - in relazione alla sovrabbondante quantità di materia , si modificano, trasformandosi da piloni pieni a piloni cavi : delle stanze murarie chiuse, introverse, elementi portanti della struttura architettonica. Sul piano funzionale esse si identificano come spazi “specializzati”: strutture “serventi” ,- stabili ed invarianti, contrappunti visuali e materici rispetto alle fluide dinamiche che caratterizzano la libera spazialità degli ambiti compresi.

P. Zumthor Terme di Vals , 1997

A. Mateus

Strutture a telaio Il principio del telaio si basa sul fatto che il piedritto e “l’architrave” ovvero il pilastro e la trave sono collegati tramite vincoli d’incastro più o meno perfetti oppure a cerniera sfruttano le loro proprietà elastiche. La ripetizione dei piedritti (pilastri) in verticale e degli architravi (travi) in orizzontale genera dei telai tridimensionali : schemi strutturali a gabbia o ascheletro indipendente. Nelle strutture elastiche a scheletro indipendente le murature di chiusura dell’edificio, l’involucro, sono necessariamente di tamponamento e svolgono una funzione portante non principale dando solo un contributo alla rigidezza orizzontale.

Struttura a scheletro indipendente in c.a. Genova 1906

Strutture a telaio

M. Ridolfi W. Frankl Edifici a torre viale Etiopia, 1947-54

Strutture a telaio

Strutture a telaio

Le Corbusier ,Case alla Weissenhofsiedlung , Stoccarda 1926_27

Strutture a telaio

Le Corbusier ,Case alla Weissenhofsiedlung , Stoccarda1926_27

Strutture a telaio

Strutture a telaio


I cinque punti per una nuova architettura:

1 I pilotis 2 I tetti terrazzo 3 La pianta libera 4 La finestra a nastro 5 La facciata libera (le corbusie e pierre janneret Stoccarda 1927)

Le corbusier Casa La Roche-Jennaret, Parigi 1923

Le corbusier Villa Stein_de Monzie , Vaucresson 1928

Le Corbusier , Villa Savoye, Parigi 1928_31

Reticoli murari a cellule chiuse

Sintesi sui principi costruttivi


Dal sistema a setti paralleli al telaio


Sistema portante a setti irregolari


Sistema murario a cellule chiuse. Solaio bi-direzionato


Sistema murario a setti paralleli. Solaio mono-direzionato ed aperture


Il telaio


Struttura a telaio con tessitura del solaio mono direzionato


Struttura a telaio con tessitura del solaio bi- direzionato

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