Principi Costruttivi

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA -“LA SAPIENZA”

FACOLTA’ DI INGEGNERIA

CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA QUINQUENNALE

INGEGNERIA EDILE-ARCHITETTURA U.E.

DIPARTIMENTO DI ARCHITETTURA E URBANISTICA

PER L’INGEGNERIA

guida al corso di

ARCHITETTURA TECNICA 1

prima parte

principi complessi per la sicurezza statica

principi per il comfort ambientale

principi per la percezione della forma

prof.ssa ing. Marina Pugnaletto

Nell’ambito del corso di lezioni di Architettura tecnica 1 un cospicuo numero di ore

viene destinato all’analisi dell’apparecchiatura costruttiva di un organismo edilizio,

come insieme di scelte costruttive correlate da effettuare nel momento progettuale.

Definire l’apparecchiatura costruttiva di un oggetto edilizio significa individuare nel

momento del progetto le modalità realizzative (tecniche costruttive) per ottenere una

specifica forma che risponda, come spazio costruito, a determinate capacità di pre-

stazione in rapporto all’agibilità, alla percezione, al comfort ambientale e alla sicu-

rezza statica.

Ad ogni organismo edilizio corrisponde una sola apparecchiatura costruttiva che in

termini pratici si traduce nel procedimento costruttivo adottato per ottenere l’oggetto;

procedimento costruttivo che consiste nell’insieme delle operazioni necessarie alla

costruzione dell’oggetto edilizio in rapporto ai materiali impiegati e ai principi costrut-

tivi adottati.

I fattori caratterizzanti un procedimento costruttivo sono:

- la lavorabilità dei materiali,

- la utilizzazione dei materiali ai fini della sicurezza statica e del comfort ambientale,

- la utilizzazione dei materiali in rapporto alla percezione della forma,

- i modi e i mezzi per attuarlo.

Per la preparazione di questa parte del corso gli studenti hanno come riferimento il

volume ma tale volume risulta

E. Mandolesi- Edilizia 1- ed. UTET- Torino 1978,

essere soltanto la base da cui prendere spunto per una serie di riflessioni e di col-

legamenti, che non sempre risultano facili e immediati.

Le pagine che seguono vogliono essere proprio una sorta di approfondimento e

riflessione su quanto scritto nel 3° capitolo di Edilizia 1, per permettere agli studenti

una migliore preparazione dell’esame e contemporaneamente permettere loro di

entrare nel vivo dell’insegnamento.

Si è ritenuto opportuno tralasciare l’approfondimento dei principi costruttivi elemen-

tari per la resistenza statica in quanto le definizioni di sollecitazione di compressio-

ne, trazione, flessione, taglio e torsione, che si considerano già assorbite dagli stu-

denti nei corsi di studio precedenti, si ritrovano nell’analisi dei principi complessi. Si

è pensato, invece, di fare approfondimenti sui principi costruttivi complessi per la

resistenza statica in quanto basilari per la definizione del sistema costruttivo e del

comportamento di un oggetto edilizio; questi principi, chiaramente, non verranno

applicati tutti nella redazione del progetto da parte degli studenti, più frequentemen-

3

te si troveranno a lavorare con sistemi trilitici o intelaiati, ma è opportuno trattarli in

quanto tutti pariteticamente adottati invece nelle costruzioni moderne. Conoscere i

sistemi costruttivi porta ad una visione critica e consapevole dell’architettura, sia

quando ci si trova a confronto con nuove costruzioni (le tecniche moderne conduco-

no a soluzioni sempre più ardite, in genere però rapportabili a principi statici sempli-

ci), sia quando invece si ha davanti un impianto antico, del quale si devono esami-

nare non soltanto le volumetrie, ma se ne devono comprendere le modalità costrut-

tive.

Altrettanto importanti risultano i principi del comfort ambientale in quanto un buon

progetto non può prescindere dal pensare l’involucro, elemento di confine con l’am-

biente esterno, come un soggetto importante per la vivibilità dello spazio. Mentre nel

passato il problema comfort era automaticamente risolto nel corpo della parete mas-

siva, oggi, nelle architetture contemporanee, vengono adottati sempre più sistemi

complessi e costosi di isolamento con pareti ventilate, cappotti, ecc.; queste soluzio-

ni però, oltre a garantire sicuramente meglio il comfort interno, risultano necessarie

in quanto i rivestimenti di facciata applicati non possono essere posti a diretto con-

tatto con la parte resistente della parete. Conoscere il comportamento corretto di tali

sistemi e poter decidere se applicarlo o non, anche in funzione del risultato formale

che si intende ottenere, costituisce il nodo di una corretta progettazione.

Analoghe considerazioni si possono fare anche con i sistemi di smaltimento: ad

esempio le architetture contemporanee hanno abolito o quasi le coperture a tetto a

spioventi, ma non per questo tale sistema costruttivo non deve essere conosciuto

ed esaminato. Soltanto una volta acquisite le conoscenze dei vari sistemi costruttivi

si può essere in grado nelle fase di progetto di operare le scelte più opportune.

Ancora un aspetto importante, sul quale si sono voluti dare degli approfondimenti, è

la definizione dell’immagine che si vuole trasmettere dell’organismo edilizio nel

momento delle scelte progettuali. Proprio proseguendo le considerazioni fatte fin

ora, l’architettura moderna non lascia quasi mai il campo all’applicazione di un prin-

cipio materico, in quanto c’è una esaltazione del rivestimento di facciata, applicando

tutti i materiali conosciuti; spesso anche quando si vedono pareti con laterizi in vista

(si pensi alle architetture di R. Piano), questi non sono altro che la pelle esterna di

una parete ventilata, e ancora tutte le applicazioni dei materiali metallici (dalle archi-

tetture di Liebenskin a quelle di Gehry) richiedono per il comportamento dello stesso

metallo una ventilazione retrostante; pochi sono invece gli architetti contemporanei

che preferiscono mettere in evidenza il sistema costruttivo (esempio di una tale

espressione è l’architettura di T. Ando con le pareti in calcestruzzo a vista).

4 il procedimento costruttivo e la sicurezza statica

principi complessi

PRINCIPIO COSTRUTTIVO DEL TRILITE

O DELL'ARCHITRAVE

L'immagine di un dolmen é emblematica per intuire il “principio

del trilite”; il dolmen consiste in una struttura megalitica risa-

lente all'epoca neolitica composta da due pietre di grandi

dimensioni appoggiate sul terreno sorreggenti una grande

lastra orizzontale in modo da definire un vano agibile.

Il principio del trilite é infatti caratterizzato dalla composizione

di tre elementi pesanti, litoidi, correlati tra loro e con il terreno

attraverso vincoli di semplice appoggio: un elemento orizzon-

tale é appoggiato su due elementi verticali,

architrave, piedrit- il dolmen come simbolo del principio del trilite

appoggiati sul terreno, che lo sostengono in modo da crea-

ti,

re un vano agibile e sostenere gli eventuali carichi sovrastanti. architrave

L'architrave in tal modo é assoggettato a sollecitazioni di fles-

sione e taglio mentre i piedritti sono sollecitati essenzialmente piedritto

a compressione. La stabilità dell'insieme é affidata al peso dei

tre elementi e alla capacità dei piedritti di opporsi a forze ver- il trilite e gli elementi costituenti

ticali e orizzontali, in quanto l'architrave contribuisce alla sta-

bilità soltanto con il suo peso come ricarico sui piedritti stessi.

Partendo dall'architrave, si é detto come questo sia sollecitato

a flessione e taglio; la flessione é una sollecitazione composta

da compressione nelle fibre superiori dell'architrave e da tra-

zione nelle fibre inferiori; la sezione più sollecitata é quella di

mezzeria, come si evidenzia dalla visualizzazione del dia-

gramma dei momenti nell'architrave e parallelamente dalla deformata dell’architrave e diagramma del

sua deformata riportata in figura. momento flettente

Occorre valutare la forma migliore per questo architrave in

funzione del materiale costituente, comunque é bene ricorda-

re che a parità di carichi e di luce un architrave alto riduce l'en-

tità degli sforzi in mezzeria della sezione rispetto ad uno

basso; é per questo che la forma data agli architravi in epoche

remote comporta molto spesso una sezione maggiore in mez-

zeria rispetto agli estremi, realizzando una specie di timpano

con funzione di assorbire le maggiori sollecitazioni, tale accor-

gimento spesso viene sfruttato anche per ottenere lo smalti-

mento delle acque dalla copertura.

L'architrave, inserito come apertura di un vano porta o finestra

all'interno di una parete, sostiene soltanto il peso di una por- la porta dei Leoni a Micene

zione della parete sovrastante, in quanto all'interno di essa si

crea un “effetto arco” che rimanda le sollecitazioni sui piedritti.

L'area di questa porzione é delimitata alla base dalla luce libe-

ra dell'architrave (l) e in alto da una curva parabolica la cui

freccia (f) varia in funzione del tipo e della qualità della mura-

tura (se il muro é di buona qualità il valore di f é compreso tra

1/2l e 3/4l).

Per il dimensionamento dell'architrave i parametri che entrano

in gioco sono la luce e lo spessore, aumentando la luce a pari-

tà di materiale aumenta di conseguenza lo spessore; una

regola empirica per il dimensionamento dello spessore di un effetto arco nella muratura al di sopra dell’ar-

architrave é 1/10 della luce; gli architravi lapidei non possono chitrave; ingresso al tesoro di Atreo in cui l’ar-

andare oltre certi limiti dimensionali in quanto il peso specifico chitrave è scarico. 7

elevato della pietra porterebbe ad un aumento del peso del-

l'architrave provocandone la rottura per flessione. Architetture

trilitiche come quella egizia e greca hanno sicuramente archi-

travi sovrabbondanti rispetto alle luci da coprire, ma la scelta

del materiale non é dettata tanto da ragioni tecniche quanto

da ciò che avevano a disposizione nei luoghi di costruzione;

popoli come Egizi e Greci avevano grossi quantitativi di mate-

riale lapideo e scarsa possibilità di costruire con il legname (il

legno di palma non é un buon materiale da costruzione), que-

sto spiega il grande sviluppo dell'architettura basata sul trilite

confronto tra un architrave lapideo e uno lapideo; in epoca romana per aumentare le luci dei vani da

ligneo coprire si introducono al di sopra degli architravi archi o piat-

tabande di scarico.

Dall'architrave lapideo, rigido (il materiale dà luogo a piccole

deformazioni impercettibili, ma la rottura é improvvisa e senza

preavviso), si passa agli architravi elastici (costituiti da mate-

riali capaci di riacquistare rapidamente la posizione originaria

una volta cessata la forza deformante) in legno, in ferro e in

calcestruzzo armato, che consentono di coprire le stesse luci

con sezioni ridotte. Per quanto riguarda l’architrave elastico la

b

a trave lignea ne rappresenta la materializzazione più antica:

all’aumentare dell’inflessione nell’architrave si esempio di particolare interesse sono i fasci di travi di legno a

sposta il punto di applicazione del carico sul

piedritto (a) a meno di non usare un apparec- coronamento degli ordini delle sale ipostile persiane.

chio di appoggio adeguato (b) L’impiego della trave di legno sotto forma di complesse inca-

stellature è tipico dell’Oriente asiatico; nell’architettura “pove-

ra” l’architrave di legno è stato molto utilizzato per aprire vani

di porte e finestre e, ripetuto in sequenza, ha dato origine ai

solai in legno che hanno rappresentato per lungo tempo l’uni-

ca alternativa alla volta nella realizzazione di chiusure orizzon-

tali. Dal XIX sec. con l’introduzione della putrella d’acciaio l’ar-

chitrave ligneo è stato superato e così pure l’uso del solaio

con ordito in legno; dal XX sec. con la diffusione del cls armato

si è soppiantato quasi totalmente sia l’uso del legno che quel-

triliti a Stonehenge lo dell’acciaio.

Per quanto riguarda il piedritto, questo é generalmente assog-

gettato a compressione; tuttavia l'architrave, in virtù della sua

deformazione per flessione, tende a spostare il punto di appli-

cazione della forza da lui trasmessa dal baricentro del piedrit-

to verso l'estremità interna del piedritto stesso. In tal modo la

sezione risulterebbe non più sollecitata a compressione uni-

forme ma, via via che la deformata diviene più forte, prima a

utilizzazione del trilite in epoca egiziana: sala

ipostila del Ramesseum compressione non uniforme (qualora la forza applicata sia

all'interno del “nocciolo centrale d'inerzia” o ”terzo medio”) e

poi parte della sezione potrebbe risultare sollecitata a trazione

(qualora la forza applicata sia all'esterno del “nocciolo centrale

d'inerzia” o “terzo medio”); il materiale lapideo per sua costitu-

zione non resiste a trazione e quindi ne risulterebbe una

sezione resistente a compressione ridotta rispetto alla sezione

data. Per ovviare a questo inconveniente si può intervenire

sulla superficie di appoggio tra architrave e piedritto, inseren-

do un apposito apparecchio d'appoggio realizzato in un mate-

utilizzazione del trilite nel periodo greco: tem- riale con resistenza maggiore rispetto a quella del piedritto

pio di Egina

8

(oggi si utilizza per questo apparecchio l'acciaio per un piedrit-

to realizzato in calcestruzzo armato; in epoca remota, ad centrale d’inerzia

nocciolo

esempio negli architravi di Stonehenge, venivano effettuati baricentro

appositi risalti sulla testa del piedritto e relativi incavi nell'archi-

trave che avevano lo scopo di mantenere sempre nella stessa caso 1: carico nel baricentro

posizione l'elemento di architrave).

Il piedritto, si é detto, viene sottoposto dall'architrave a solle- s s =P/A

1 1 2: carico all’interno del nocciolo

caso

citazioni di compressione, ma il sistema trilitico può anche centrale d’inerzia

essere sollecitato da forze orizzontali, quindi le verifiche di sta- s >s

2 1

bilità da effettuare sul piedritto consistono nelle verifiche allo

schiacciamento, allo scorrimento e al ribaltamento. 3: carico sul bordo del nocciolo

caso

Occorre premettere che le tre verifiche si effettuano su un soli- centrale d’inerzia

do murario, cioè un blocco monolitico omogeneo, posizionato

su un terreno di fondazione infinitamente rigido con un vincolo s 2s

3= 1

di semplice appoggio e sottoposto al peso proprio, a carichi 4: carico fuori del nocciolo cen-

caso

trale d’inerzia

verticali e a forze orizzontali che tendono a spostarlo. sollecitazione di trazione

Verifica allo schiacciamento

Si tratta di una verifica a compressione nella quale per avere s s =P/A

4 4 1

la stabilità lo sforzo massimo deve risultare < del carico

max

.

di sicurezza s

o

Il solido é assoggettato a sole forze verticali, il peso proprio P,

s A : sezione ridotta resistente a

;

applicato nel baricentro della sezione, e un carico esterno P 1

compressione

1

occorre verificare se il punto di applicazione della sommatoria Verifica allo schiacciamento

delle forze é contenuto o non all'interno del nocciolo centrale

d'inerzia (luogo dei punti in cui la risultante determina dia- S

grammi di tipo rettangolare, trapezio e al limite triangolare; per

una sezione rettangolare é un rombo).

Se il punto di applicazione del carico P coincide con l'asse baricentro S

1

baricentrale, il centro di pressione C (punto di applicazione S<Ptg R

P

P

della risultante dei carichi agenti) coincide con il baricentro f

della sezione resistente G, cioè il carico é perfettamente bari- f

centrico, e il diagramma delle pressioni, all'interno del solido A B A B

risulta essere di tipo rettangolare, quindi il solido é uniforme- verifica allo scorrimento il solido scorre: R è

esterna all’angolo di

mente compresso con =s . S attrito

max1 dall'asse

Se spostiamo il punto di applicazione del carico P

s f

1

baricentrale in un punto qualsiasi all'interno del nocciolo cen-

trale d'inerzia, il diagramma delle pressioni diventa di tipo tra- d Mres > Mrib

che aumenta a parità di area, fino a che il punto

pezio con P Pb > Sd

max non si trova sul perimetro del

di applicazione del carico P

s 1

nocciolo stesso per cui il diagramma diventa di tipo triangola-

=2s .

re, sempre a parità di area, con A

max2 max1 B

b

< dove =P/A

Nei tre casi suddetti va verificato se la

s max o max

con A =area della sezione resistente. s s

s

Se il punto di applicazione della risultante delle azioni esterne

si trova all'esterno del nocciolo centrale d'inerzia il diagramma S

S

delle pressioni diventa del tipo a farfalla, cioè parte della R

R

sezione risulta compressa e parte risulta tesa; la parte tesa, P P

essendo in presenza di materiale non resistente a trazione é

come se non esistesse. <s dove

In questo caso va verificato sempre che A A

B B

R è nella base di appoggio =

R va fuori della base di

max o

=P/A con A =area della sezione resistente ridotta, cioè

s stabile

appoggio = non stabile

max 1 1

quella sollecitata a compressione, facendo conto che la parte

s verifica al ribaltamento 9

di sezione sollecitata a trazione non esiste.

Verifica allo scorrimento

Si tratta di una verifica sul solido murario sottoposto oltre che

ai carichi verticali, anche a una forza orizzontale. Sempre con-

siderando un solido omogeneo la sezione di scorrimento é