Università degli Studi di Firenze Facoltà di...

Muratura portante in laterizio: regola dell’arte e innovazione

Università degli Studi di Firenze – Facoltà di Architettura

Tecnologia dell’Architettura

prof.ssa Paola Gallo e prof. Carlo Cosimo Buccolieri

Firenze, 05 marzo 2012

arch. prof. Adolfo F. L. Baratta Università degli Studi di Firenze

Struttura puntiforme

La struttura in elevazione, ovvero l’insieme degli elementi costruttivi che assicurano la stabilità delle costruzioni mediante la loro capacità di resistere ai carichi e alle azioni esterne e di trasmetterle alle fondazioni, consente di classificare la struttura in lineare o puntiforme: la combinazione tra le due è detta struttura mista.

Struttura lineare

Muro portante Muro di controvento

Cordolo

Orditura del solaio

Pilastro

Trave di bordo

Trave principale

AA.VV. L’atlante delle murature, UTET, Torino 1998

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Muratura portante in laterizio: regola dell’arte e innovazione arch. Adolfo F. L. Baratta

Struttura lineare e struttura puntiforme

I criteri progettuali generali per edifici in muratura sono i seguenti:

a. le piante delle costruzioni debbono essere quanto più possibile compatte e simmetriche rispetto a due assi ortogonali;

b. le murature, al lordo delle aperture, devono avere continuità in elevazione fino alla fondazione, evitando murature in falso;

c. le strutture costituenti orizzontamenti e coperture, non devono essere spingenti;

d. i solai devono assolvere, oltre alla funzione portante dei carichi verticali, anche quella di ripartizione delle azioni orizzontali tra le pareti strutturali, pertanto devono essere ben

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Vincoli di una struttura lineare

collegati ai muri e garantire un adeguato comportamento a diaframma; e. le strutture di fondazione devono essere realizzate in calcestruzzo armato, senza

interruzioni in corrispondenza di aperture nelle pareti soprastanti. Qualora sia presente un piano interrato-seminterrato, i setti in calcestruzzo armato possono essere considerate quale struttura di fondazione dei sovrastanti piani in muratura portante.


In zona sismica 4 sono ammesse murature realizzate con blocchi a giunto verticale ad incastro, blocchi rettificati, blocchi con giunti orizzontali di malta interrotti.

Classificazione sismica del territorio nazionale [O.P.C.M. n. 3274/03]

1

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3

4

Lo spessore minimo delle murature resistenti al sisma deve essere di almeno 24 cm (20 cm in siti ricadenti in zona 4). La snellezza massima delle murature (rapporto tra spessore della muratura e lunghezza libera di inflessione) è pari a 15. Nel caso di costruzioni “semplici”, ciascun muro costituente parte del sistema resistente deve essere intersecato da altri muri ad esso perpendicolari ad interasse non superiore a 7,0 m (9,0 m nel caso di muratura armata). In corrispondenza di incroci tra murature portanti perimetrali sono prescritte, su entrambi i lati, zone di parete muraria di lunghezza non inferiore a 1,0 m, compreso lo spessore del muro trasversale: per la muratura armata è possibile derogare a tale requisito.

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Vincoli di una struttura lineare


Texture di facciate in laterizio.

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Faccia a vista: tessitura muraria


Taglio, foglio o piatto

Chiave, punta o testa

Lista, fascia o coltello

Mattone UNI 5628/65

Dimensioni 12,0x5,5x25,0 cm Volume ≤ 5.500 cm3 Massa volumica 1.600-1.800 kg/m3 Peso 3,0 kg ca. (da 2,5 a 3,4 kg) Reazione al fuoco classe 0 Res. compressione > 50,0 N/mm2

La tecnica della muratura, dal latino muris, è caratterizzata dalla disposizione ordinata di elementi di dimensioni più o meno piccole e per lo più uniforme: le misure proposte dall’UNI sono un valido riferimento dimensionale per la progettazione delle murature in elementi pieni.

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Il mattone


“Per un’architettura durevole e di qualità”, Casabella, Milano, n. 806 (ottobre 2011), p. XVIII

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Faresin & Faresin Edificio residenziale, Stradella dei Stalli (VI) 1999


Con i termini mattoni e blocchi di laterizio si indicano elementi per muratura portante e non portante, distinguendo i mattoni dai blocchi in base al volume ovvero: 1. mattoni, elementi di volume non superiore a 5.500 cm3; 2. blocchi, elementi di volume superiore a 5.500 cm3. Nel D.M. 20.11.1987, “Norme tecniche per la progettazione, esecuzione e collaudo degli edifici in muratura e per il loro consolidamento”, gli elementi resistenti, idonei cioè a realizzare murature portanti, sono quelli che presentano una percentuale di foratura φ minore (45%<100 F/A≤55%): l’elemento con foratura superiore al 55% non viene preso in considerazione in quanto non è utilizzabile per murature portanti.

φ = 100 F/A φ = percentuale di foratura; F = area complessiva dei fori; A = area lorda della faccia

Pieno φ ≤ 15% f ≤ 9 cm2

Semipieno 15% <φ ≤ 45%

f ≤ 12 cm2

Forato 45% <φ ≤ 55%

f ≤ 15 cm2

Non adatto per strutture portanti

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Classificazione degli elementi per muratura


Mentre la vecchia norma classificava gli elementi in laterizi per murature per volume e percentuale di foratura, nella recente norma UNI EN 771-1 i mattoni (e i blocchi) sono classificati in: 1. low density (LD), elementi con massa volumica asciutta lorda fino a 1.000 kg/m3; 2. high density (HD), elementi con massa volumica asciutta lorda superiore a 1.000

kg/m3.

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Classificazione degli elementi per muratura


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Office dA Padiglione Art Center, Tongxian (RC) 2003


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Office dA Padiglione Art Center, Tongxiang (RC) 2003


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Slade Architecture Pixel House, Paju Kyonggido (ROK) 2003


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Monk Architecten Sala musicale, Wijk en Aalbung (NL) 2005


Posa in opera di elementi in laterizio su un rivestimento a cappotto.

Dettagli della muratura in laterizio: si noti il giunto di dilatazione.

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Monk Architecten Sala musicale, Wijk en Aalbung (NL) 2005


Pianta piano tipo.

Cino Zucchi Edificio residenziale D ex Junghans, Venezia (I) 2002


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Legenda 1. Pavimentazione in cotto; 2. Malta di allettamento; 3. Massetto alleggerito; 4. Isolante acustico; 5. Trave; 6. Pignatta in laterizio; 7. Tavellone in laterizio; 8. Intonaco interno; 9. Mattone pieno in laterizio; 10. Isolante termico;

1

5

6

7

2 3 4

8 9

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11. Forato in laterizio; 12. Intonaco esterno; 13. Cornice in pietra d’Istria; 14. Infisso in legno.

Cino Zucchi Edificio residenziale D ex Junghans, Venezia (I) 2002


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Rigatura Incavo laterale

Foro di presa Foro

Il blocco, di dimensioni maggiori rispetto a quelle del mattone, è caratterizzato da una grande varietà morfologica: può essere a sezione parallelepipeda chiusa (rettangolare o quadrata) o aperta (a T, a L, ecc.), con facce piane o sagomate (scanalature o incastro), con elementi speciali per la realizzazione di particolari costruttivi (angoli, architravi, mazzette, ecc.).

Dimensioni variabili Volume > 5.500 cm3 Massa volumica 650-1.450 kg/m3 Peso variabile (da 1,7 a 12,8 kg) Reazione al fuoco classe 0 Res. compressione 15,0-50,0 N/mm2

Setto esterno ≥ 1,0 cm

Setto interno ≥ 0,8 cm

Il blocco


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Muratura pluristrato

Muratura a cassetta Muratura a cassa vuota Murature monostrato

Le tipologie di murature e pareti


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A fori verticali A fori orizzontali

I blocchi ad incastro sono realizzati con una dentatura di precisione nei giunti di testa che consente un incastro un incastro fra gli elementi e allo stesso tempo elimina i giunti di malta verticali. Così come per le murature in piccoli elementi, anche le murature in blocchi devono prestare una particolare attenzione agli incroci murari.

Gli incroci murari


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Il laterizio alleggerito in pasta o alveolato o porizzato è un’innovazione degli anni Sessanta-Settanta: la novità è favorita dalla crisi energetica di quegli anni, che permette di ottenere degli alveoli, fra loro non comunicanti, diffusi uniformemente nella massa di argilla. La dimensione dei grani, che in fase di cottura vengono combusti lasciando vuota la sede occupata, non deve essere superiore a 2,5 mm.

La densità del laterizio è mediamente di 1.600,0-1.800,0 kg/m3: con l’alleggerimento tale valore scende a 450,0-800,0 kg/m3. Gli additivi maggiormente utilizzati per la creazione di tali alveoli sono la segatura, il polistirolo espanso, il fango di cartiera e le fibre di carta oltre agli scarti di carbone.

Il laterizio alleggerito in pasta

Dimensioni variabili Volume > 5.500 cm3 Massa volumica 450-800 kg/m3 Peso variabile (da 6,6 a 13,5 kg) Reazione al fuoco classe 0 Res. compressione 15,0-30,0 N/mm2


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I colori tipici delle case dell’isola di Burano.

Giancarlo De Carlo Edificio residenziale, Venezia (I) 1994


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Peter Ebner e Franziska Ullmann Residenza, Bergheim (A) 2002


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Peter Ebner e Franziska Ullmann Residenza, Bergheim (A) 2002


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Muratura a diaframma

Muratura cava a labirinto

Muratura cava a cunicoli

La muratura cava rappresenta una variante della doppia parete: la differenza risiede negli elementi resistenti trasversali che legano il paramento esterno a quello interno, incrementandone la rigidezza trasversale. A seconda delle modalità di collegamento si possono avere cavità continue o discontinue. La muratura a diaframma costituisce una variante semplificata della muratura cava: sono costituiti da due pareti di spessore contenuto, a distanza significativa, collegate tra loro da setti murari trasversali. La stabilità è determinata dalla forma: per distribuire in maniera opportuna i carichi sulla struttura verticale è necessario collegare i due paramenti con un cordolo continuo di larghezza pari allo spessore complessivo della muratura.

La muratura cava


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Brock Carmichael Associated Deposito di locomotive, Preston (UK) 1986


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Il muro a sacco, conosciuto già negli ultimi secoli prima di Cristo e adottato successivamente con risultati egregi anche dai bizantini, prevede la tripartizione del muro, costituito da due pareti rifinite con blocchi di pietra o mattoni solo all’esterno e dal riempimento del nucleo interno con una massa non omogenea: tale conglomerato, costituito da terra, pietre e mattoni frantumati, detriti e altro materiale incoerente, veniva chiamato dai Romani caementa.

Muratura a sacco di ultima generazione.

Terme di Caracalla, Roma III sec. a.C.

La muratura a sacco


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Massimo Carmassi Residenze San Michele in Borgo, Pisa (I) 1998


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Dettagli della muratura perimetrale.



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Nuova cortina con dettaglio dello stacco tra la vecchia e la nuova muratura.



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Innovazione nel settore dei laterizi

Prestazioni superiori (energetiche, acustiche)

Maggiore rapidità e semplicità

Sicurezza

Sostenibilità ambientale

Produzione Esecuzione Uso Post uso

Principali indicatori

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Qualità dell’architettura

Manodopera non qualificata

Regola dell’arte


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Bilancio energetico

Rendimento energetico

Guadagni energetici

Perdite energetiche

Apporti gratuiti

Impianti

Sole, spessore e massa, capacità

termica dell’involucro, ecc.

Impianti

Dispersioni

Trasmittanza, ponti termici, spessori e conduttività dei materiali, ecc.

In materia di contenimento dei consumi energetici, in Italia il D.Lgs. n. 192 del 19.08.2005 e il successivo D.Lgs. 311 del 29.12.2006 hanno dettato i criteri per un’edilizia energeticamente consapevole: secondo studi recenti una famiglia italiana potrebbe comunque risparmiare il 40% delle spese di riscaldamento semplicemente con un uso più razionale dell’energia.


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0

20

40

60

80

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120

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A B C D E

A = Edificio costruito prima dell’entrata in vigore della L. 10/91; B = Edificio costruito dopo l’entrata in vigore della L. 10/91; C = Standard minimo D.Lgs. 311/06; D = Edificio passivo; E = Edifico a consumo energetico nullo.

Consumo energetico annuo (kWh/m2) necessario per il solo riscaldamento

Limiti di consumo energetico per riscaldamento

Danimarca 45 kWh/m2a Svizzera 45 kWh/m2a Austria 50 kWh/m2a Germania 60 kWh/m2a Italia 70 kWh/m2a

Soluzioni efficienti


36


37



38


Il ponte termico è una dispersione termica localizzata.

• Discontinuità geometrica Quando in una chiusura è presente una discontinuità geometrica che altera la normale

trasmissione dei flussi termici tra esterno ed interno. Tale ponte termico si manifesta in corrispondenza degli angoli delle chiusure perimetrali.

• Discontinuità materica Quando in una chiusura è presente un materiale, con caratteristica di continuità tra esterno ed interno, con elevata conducibilità termica.


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Ponte termico

L’evoluzione dei prodotti per murature ha contribuito a ridurre i ponti termici generati per discontinuità materica.

1. Intonaco interno; 2. Pilastro in calcestruzzo armato; 3. Isolante termico; 4. Tavella in laterizio; 5. Intonaco esterno.

È indispensabile correggere il ponte termico: questo risulta corretto quando la trasmittanza termica della parete fittizia (ovvero dove si presenta il ponte termico) non supera oltre il 15% la trasmittanza della parete corrente.


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Ponte termico

L’eliminazione del ponte termico in prossimità di sbalzi o aggetti avviene con grande difficoltà: per tale ragione elementi in aggetto (balconi o altro) possono essere integrati, in fase di getto, dei raccordi speciali che isolano termicamente ma garantiscono al contempo la continuità strutturale.

Isolante termico

Architrave

Raccordo isolante

“Rivestimento” della struttura in aggetto.


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Balconi ed aggetti

Spessore complessivo (cm) 40,0 Massa superficiale (kg/m2) 310 Trasmittanza U (W/m2K) 0,32 Potere fonoisolante (dB) 51

Spessore complessivo (cm) 43,0 Massa superficiale (kg/m2) 340 Trasmittanza U (W/m2K) 0,31 Potere fonoisolante (dB) 52

Muratura armata

30,0 cm 40,0 cm

E E


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Murature portanti

L’aumento dello spessore comporta anche un maggiore isolamento acustico dell’involucro.

Regione/Provincia autonoma Norma Data

Regione Lombardia Legge regionale n. 26 20 aprile 1995

Regione Veneto Legge regionale n. 21 30 luglio 1996

Regione Puglia Legge regionale n. 23 13 agosto 1998

Regione Basilicata Legge regionale n. 15 07 marzo 2000

Regione Umbria Legge regionale n. 38 20 dicembre 2000

Regione Calabria Legge regionale n. 19 16 aprile 2002

Regione Abruzzo Legge regionale n. 22 11 novembre 2002

Regione Molise Legge regionale n. 36 08 novembre 2002

Provincia di Bolzano Legge provinciale 19 febbraio 2003

Regione Lazio Legge regionale n. 15 08 novembre 2004

Regione Toscana Legge regionale n. 1 03 gennaio 2005

Regione Sicilia Legge regionale n. 4 22 aprile 2005

Non concorrono ai fini del calcolo delle volumetrie urbanistiche e delle superfici coperte le pareti esterne con spessore superiore a 30 cm per un massimo di 15-25 cm.

Extraspessori


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D.M. 30 maggio 2008, n. 115, “Attuazione della Direttiva 206/32/CE relativa all’efficienza degli usi finali e i servizi energetici” art. 11 – Edifici di nuova costruzione Lo spessore delle murature esterne, delle tamponature o dei muri portanti, superiori ai 30 centimetri, il maggior spessore dei solai e tutti i maggiori volumi e superfici necessari ad ottenere una riduzione minima del 10 per cento dell'indice di prestazione energetica previsto dal decreto legislativo 19 agosto 2005, n. 192, e successive modificazioni, certificata con le modalità di cui al medesimo decreto legislativo, non sono considerati nei computi per la determinazioni dei volumi, delle superfici e nei rapporti di copertura, con riferimento alla sola parte eccedente i 30 centimetri e fino ad un massimo di ulteriori 25. È permesso derogare a quanto previsto dalle normative nazionali, regionali o dai regolamenti edilizi comunali, in merito alle distanze minime tra edifici e alle distanze minime di protezione del nastro stradale. La deroga può essere esercitata nella misura massima da entrambi gli edifici confinanti.

Extraspessori


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Inerzia termica Attitudine di un materiale di assorbire e accumulare calore che successivamente viene riceduto all’ambiente. Mantiene il più possibile costante e vicina ai valori di comfort la temperatura interna, anche quando sono sensibili le variazioni della temperatura esterna. Quando l'impianto di riscaldamento è acceso la parete accumula calore (A) mentre quando l'impianto di riscaldamento è spento la parete restituisce calore (B). B

A

Muratura ad alta inerzia termica


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M = muratura tm = temperatura media del

volano termico i = ambiente interno e = ambiente esterno

La resistenza termica di una parete non dipende dalla successione dei componenti mentre la quantità di calore accumulato in ognuno di loro è funzione del loro ordine. Particolare importanza assume, a parità di spessore, la posizione dell’isolante termico.

Inerzia termica


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Il prof. Giuseppe Margani del Dipartimento di Architettura ed Urbanistica dell’Università degli Studi di Catania, in un recente articolo dal titolo “Murature massive e comfort sostenibile in clima mediterraneo” ha dichiarato che: 1. la capacità di accumulo delle pareti consente di stabilizzare il valore della

temperatura interna, svolgendo quindi un’utile azione termoregolatrice o di “volano” termico;

Involucri massivi-comfort ambientale

2. in clima mediterraneo, le soluzioni d’involucro più performanti sono quelle monostrato in laterizio;

3. gli involucri massivi monostrato in laterizio presentano, rispetto a quelli leggeri, migliori prestazioni anche in termini di durabilità e risultano quindi particolarmente adatti alla realizzazione di edifici con una vita utile di almeno 100 anni.


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Lo sfasamento definisce il tempo che l’onda termica impiega per passare lato esterno al lato interno di una parete d’ambito esterno di una costruzione. Per le pareti esterne di fabbricati destinati a residenza sono da raccomandare i seguenti valori: 1. Pareti esposte a est, nord-est e nord-ovest 8 ore; 2. Pareti esposte a sud e sud-est 8-10 ore; 3. Parei esposte a ovest e sud-ovest 10-12 ore.

Sfasamento ed attenuazione


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Sfasamento ed attenuazione

Calcestruzzo

Laterizio semipieno

Laterizio alleggerito

Sughero Lana di roccia

Polistirene

Sfa

sam

ento

∆tf

[h

]

Spessore s [m]


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Urs Burkard e Adrian Meyer Residenze, Baden (CH) 1999-2000

Dettaglio dell’apparecchiatura muraria


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Sezione terra-tetto.



51



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Migrazione del vapore acqueo attraverso le strutture edilizie causato dalle differenze di pressione tra gli ambienti interni ed esterni.

Condensa


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La struttura forma condensa.

Parete a cappotto

La struttura non orma condensa.

Parete monostrato

Condensa


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Trasmittanza del blocco di spessore 30,0 cm ........... U = 0,33 W/m² K; Isolamento acustico di facciata .................................. Oltre 40 dB; Resistenza al fuoco ...................................................... REI = 180. Notevole inerzia termica che attenua gli effetti delle escursioni termiche estive ed invernali e riduzione dei ponti termici grazie alla presenza dei pezzi speciali. Velocità di posa.

Polistirene caricato con grafite

Laterizio

Laterizio stratificato


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Lana di roccia

Isolante termico diffuso ed integrato


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Laterizio a isolamento diffuso

Trasmittanza:

Sfasamento: 19 ore

Spessore giunto:

Spessore intonaco: 1,5 cm per lato

Spessore elemento: 35,0 mm

Malta: 0,30 W/m²K (0,31 W/m²K) Malta termica: 0,27 W/m²K (0,28 W/m²K) Rettificato: 0,23 W/m²K (0,26 W/m²K)

Malta: 1,0 cm Collante: 1,0 mm


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Trasmittanza:

Sfasamento: 22 ore

Spessore giunto:



Malta: 0,26 W/m²K (0,28 W/m²K) Malta termica: 0,24 W/m²K (0,26 W/m²K) Rettificato: 0,22 W/m²K (0,25 W/m²K)

Malta: 1,0 cm Collante: 1,0 mm


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Possibile ponte termico del pilastro Tamponamento

Elemento speciale

1. Intonaco civile per esterni (1,5 cm); 2. Blocco in laterizio alleggerito in pasta e isolante termico diffuso (35 cm); 3. Intonaco civile per esterni (1,5 cm).


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Elementi per pareti interne di divisione e separazione, contropareti e rivestimenti strutture in calcestruzzo armato o metallo (pezzi speciali).



60

Rapidità e semplicità di esecuzione.

Laterizio rettificato


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Eliminazione ponte termico



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Il consumo di malta nelle murature è in costante riduzione (litri/m2 impiegati nella realizzazione di murature di 38,0 cm di spessore).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

matt

one

pie

no

matt

one

fora

to

blo

cco

blo

cco a

incastr

o

blo

cco

rett

ific

ato



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Trasmittanza: 0,27 W/m²K

Sfasamento: 22 ore

Spessore giunto: 1,0 mm





64



65

Grandi formati


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Grandi formati


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Legenda 1. Tavellone in laterizio; 2. Imbotte in legno; 3. Infisso in legno.

1 2

3

3

1 2

Tectone Centro di formazione, Nivillers (F) 1999


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Muratura armata.

Laterizio armato


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Una variante alle armature intelaiate sono le armature concentrate posizionate all’esterno del muro in appositi alloggiamenti: la tipologia muraria ha comunque criteri costruttivi analoghi a quelli delle pareti nervate.

Armatura di ripresa

Orizzontamento

Armatura verticale > 4,0 cm (2Ø16)

Sovrapposizione armatura > 60,0 cm

Muratura ad armatura concentrata.

Laterizio armato


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Le murature ad armatura concentrata sono in genere del tipo intelaiato ovvero con le armature verticali poste all’estremità dei setti murari, in corrispondenza degli innesti e degli incroci e dei bordi liberi, e quelle orizzontali a livello dei cordoli di piano.

La tipologia di muratura armata diffusa più frequente, soprattutto nel caso di elementi pieni in laterizio, è quella che prevede un getto continuo di conglomerato cementizio all’interno del muro. In particolare, la tipologia più diffusa in Italia è quella che prevede la disposizione delle armature in sedi della muratura formanti fori verticali continui.

Muratura ad armatura diffusa

Blocco in laterizio ad H

Malta di riempimento

Armatura verticale > 4,0 cm (2Ø16)

Armatura orizzontale > Ø5 mm ogni due corsi di blocchi

Malta

Laterizio armato


71

Laterizio armato


72

Laterizio armato


73

Elemento pieno sagomato per l’alloggiamento dell’armatura.

Schema tipo di un pannello armato.

Laterizio armato


74

A Tokyo è stata realizzata una scuola pubblica con struttura in muratura armata: l’edificio è in grado di resistere a sollecitazioni sismiche particolarmente intense.

Nihon Sekkei Scuola, Tokyo (J) 2010


75

Laterizio prefabbricato


76

Prospetto principale.

Pianta piano tipo.


77

Marlies Rohmer Residenze per giovani, Zootermeer (NL) 2004

Pannello prefabbricato


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Marlies Rohmer Residenze per giovani, Zootermeer (NL) 2004

Alloggiamento ferri

Inserimento avvolgibile

Elementi speciali in laterizio


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L’informazione tecnica passa direttamente dal progetto alla produzione fino alla posa.

Gramazio e Kohler ETH Zurigo

Informing architecture


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Informing architecture


81

Bearth & Deplazes Cantina Gantenbein, Flaesch (CH) 2006


82

Bearth & Deplazes Cantina Gantenbein, Flaesch (CH) 2006


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Vicente Serrablo Flex Brick, Politecnico di Barcellona


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Grazie

Contatti arch. Adolfo Baratta Università degli Studi di Firenze Via San Niccolò, n. 93 - 50125 Firenze tel. +39.055.2055515 e.mail [email protected]

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