IL PROCEDIMENTO COSTRUTTIVO

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1 IL PROCEDIMENTO COSTRUTTIVO

2 Per potere realizzare un organismo edilizio occorre determinare sin dal momento progettuale il procedimento costruttivo, cioè l insieme delle lavorazioni e delle operazioni necessarie alla costruzione in rapporto ai materiali impiegabili ed ai principi costruttivi adottati.

3 Il procedimento costruttivo, anche se va sempre riferito alla realizzazione di uno specifico organismo edilizio, perché solo in tale realizzazione assume una univoca connotazione, può avere caratteristiche comuni ed analoghe con procedimenti costruttivi di altri organismi edilizi. Esaminando procedimenti costruttivi di più organismi sono stati, quindi, individuati alcuni fattori caratterizzanti il procedimento costruttivo di un organismo edilizio generico

4 I principali fattori caratterizzanti il procedimento costruttivo sono: - Capacità dei materiali adottabili ad essere sottoposti ad opportune lavorazioni (lavorabilità) Fattori caratterizzanti il procedimento costruttivo Lavorabilità dei materiali - Possesso dei materiali di appropriati requisiti per rispondere alle esigenze specifiche del SISTEMA AMBIENTALE (comfort, funzionalità, qualità morfologica, ecc.) ed alle esigenze specifiche del SISTEMA TECNOLOGICO (stabilità, sicurezza statica e qualità costruttiva, ecc.) Utilizzazione dei materiali ai fini della sicurezza statica e del comfort ambientale I modi ed i mezzi per attuarlo

5 Tutti questi fattori incidono nell azione-progetto, specie nell interazione configurazione conformazione dell organismo edilizio, cioè tra ideazione della forma e fattibilità costruttiva

6 Nella azione-progetto cioè nella fase di progettazione di un organismo edilizio si predispone, quindi, il "Procedimento Costruttivo" dei vari elementi tecnici che lo compongono in virtù del quale un dato "elemento tecnico" realizzato con determinati materiali sarà in grado di fornire le "prestazioni" necessarie a soddisfare i "requisiti" frutto della trasposizione delle "esigenze sia ambientali che tecnologiche.

7 A tal fine si scelgono innanzitutto i materiali con capacità appropriate di resistenza in grado di costruire la forma ipotizzata per l organismo edilizio e con capacità fisico-tecniche in grado di soddisfare i requisiti ambientali.

8 Il "PROCEDIMENTO COSTRUTTIVO" di un organismo edilizio (ovvero l'insieme delle procedure da approntare per la sua realizzazione) implica anche la assunzione di "PRINCIPI" che informeranno il procedimento costruttivo. Tali principi sono riferibili: - alle caratteristiche ed alle capacità di resistenza dei materiali: (PRINCIPI COSTRUTTIVI ELEMENTARI) - alle modalità adottabili per racchiudere e definire uno spazio agibile mediante l'uso di sistemi interrelati di elementi tecnici che ne descrivono le relazioni reciproche (PRINCIPI COSTRUTTIVI COMPLESSI)

9 Il procedimento costruttivo Principi costruttivi elementari Considerando quali capacità di resistenza dei materiali base ed elementi costruttivi si intende sfruttare, è possibile individuare i principi elementari che incidono sul procedimento costruttivo. Compressione Trazione Flessione Taglio Torsione Trilite Arco Principi costruttivi complessi Si basano sulla possibilità di creare attraverso la disposizione degli elementi tecnici ed i relativi principi elementari una matrice costruttiva (vano agibile) attraverso cui si può conformare lo spazio costruito. Telaio Cavo Triangolo Albero Pneumatico

10 Principi elementari In sostanza con i procedimenti costruttivi elementari si fa riferimento alla capacità di resistenza dei materiali e degli elementi costruttivi in virtù delle forze interne di coesione molecolare che si oppongono al cambiamento di forma provocato da forze esterne (carichi) e dalla elasticità che possiedono

11 Deformazioni In natura non esistono corpi perfettamente elastici o perfettamente rigidi. Tutti i corpi, sottoposti a delle sollecitazioni, si deformano e generano al loro interno tensioni interne (σ, τ) che si oppongono alle deformazioni stesse. Le caratteristiche di deformazione di un materiale dipendono dal proprio legame costitutivo, cioè dalle proprietà elastiche e di rottura, e dalle condizioni di isotropia od ortotropia, cioè dal fatto di comportarsi rispetto alla sollecitazione in modo uguale in tutte le direzioni oppure secondo direzioni privilegiate.

12 Le deformazioni possono essere: - elastiche il corpo riprende le sue dimensioni iniziali al cessare del carico; gli sforzi interni non hanno superato il limite di elasticità del materiale - permanenti al cessare del carico il corpo rimane nella configurazione deformata; gli sforzi interni hanno superato il limite di elasticità del materiale Al crescere del carico, aumenta la deformazione; quando gli sforzi interni superano la coesione della materia, si verifica la rottura del corpo

13 Per valutare le tensioni interne bisogna innanzitutto conoscere le caratteristiche di sollecitazione interne. Ci sono sollecitazioni semplici e composte. Quelle semplici sono: trazione compressione flessione taglio torsione La presenza contemporanea di più di una sollecitazione semplice genera una sollecitazione composta.

14 Sollecitazioni semplici Compressione: determinata da forze, dirette l una verso l altra, che tendono a schiacciare l elemento su cui sono applicate Trazione: determinata da forze, dirette in senso contrario tra loro, che tendono ad allungare l elemento su cui sono applicate

15 Il principio di sfruttare esclusivamente le capacità di resistenza a compressione caratterizza il procedimento costruttivo murario, sia per quanto riguarda l intera apparecchiatura costruttiva sia i singoli elementi costruttivi portanti dell organismo edilizio.

16 La trasmissione dei carichi verticali avviene per contatto dei blocchi. L apparecchiatura è in grado di diffondere i carichi in relazione alle caratteristiche dimensionali del blocco e all ingranamento tra elementi, rapporto di contatto

17 Il principio della resistenza a trazione caratterizza i procedimenti costruttivi basati sui cavi tesi.

18 Flessione: determinata da forze esterne equivalenti a una coppia agente su un piano normale a quello della sezione che sollecitano

19 Il principio di utilizzare la resistenza a flessione caratterizza i procedimenti costruttivi basati su di uno scheletro (in legno, in acciaio e in c.a.).

20 I principi elementari che generano tensioni parallele al piano su cui agiscono sono il taglio e la torsione Taglio: determinato da forze, dirette perpendicolarmente all asse dell elemento su cui sono applicate, che provocano lo scorrimento tra strati contigui del materiale

21 Torsione: determinata da forze esterne equivalenti a una coppia agente su un piano Parallelo a quello della sezione che sollecitano

22 Sollecitazioni composte Somma di più sollecitazioni semplici Flessione e taglio: sempre contemporaneamente presenti a causa della natura del carico Pressoflessione: determinata su solidi di sezione allungata caricati eccentricamente in direzione della lunghezza

23 Tali principi vengono denominati elementari perché hanno caratterizzato i principi costruttivi fin dai primordi della civiltà.

24 Non esiste il materiale migliore ma il materiale più idoneo al caso specifico. Se ci serve un materiale flessibile e curvabile, che dura nel tempo e con buone caratteristiche isolanti, la scelta non potrà che ricadere sul legno. Per realizzare una struttura che abbia una buona resistenza a compressione sceglieremo un materiale lapideo naturale o artificiale (calcestruzzo). Se, invece, ci serve un materiale che resista sia a compressione che a trazione utilizzeremo il calcestruzzo armato o l acciaio.

25 Il procedimento costruttivo che si basa sul principio di utilizzare un materiale base, il calcestruzzo, per resistere a compressione, unitamente ad un elemento costruttivo base, il tondino in acciaio, per resistere a trazione, tipico delle opere in c.a. (calcestruzzo armato) è un procedimento elementare poiché pone in relazione diretta materiali base ed elementi costruttivi base.

26 Cenni sui carichi e sulle reazioni vincolari I carichi agenti su una struttura si dividono in statici e dinamici I carichi statici sono il peso proprio della struttura, i carichi permanenti sulla struttura (pavimenti, manti di copertura, macchinari fissi, ecc..) ed i carichi accidentali (o sovraccarichi), gravanti sulla struttura in modo non permanente (persone, arredi, neve, ecc.).

27 Cenni sui carichi e sulle reazioni vincolari 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 ed assimilabili agenti in un punto della struttura, oppure possono essere considerati distribuiti se la loro azione è distribuita su una superficie sufficientemente ampia.

28 I carichi possono essere: - uniformemente distribuiti - entità del carico uguale su tutta la superficie - distribuiti non uniformemente - entità del carico differente sulla superficie - concentrati - carichi gravanti in zone più o meno ampie della superficie

29 La struttura tende a reagire ai carichi con forze di reazione espresse dai vincoli (dette anche reazioni vincolari). I vincolo sono quindi elementi che impediscono spostamenti rigidi (traslazioni e rotazioni) ai corpi soggetti all azione dei carichi. Le reazioni vincolari equilibrano le azioni dei carichi

30 La struttura è in equilibrio statico quando le reazioni vincolari ed i carichi si annullano a vicenda creando un sistema a risultante nulla.

31 Gradi di libertà Ogni corpo in natura, nello spazio tridimensionale può liberamente muoversi in tutte le direzioni e ruotare su se stesso praticamente senza limiti. Per poter risolvere una struttura, gli ingegneri dovevano ridurre ad un numero controllabile questo infinito sistema di movimenti possibili. Gradi di libertà Si sono così raggruppati i possibili movimenti di un corpo nello spazio in tre macro-gruppi: TRASLAZIONI ORIZZONTALI, cioè tutti i possibili movimenti che un corpo può fare su un piano disposto orizzontalmente; TRASLAZIONI VERTICALI, cioè tutti i possibili movimenti che un corpo può fare su un piano disposto verticalmente; ROTAZIONI, ossia tutte le possibili rotazioni su se stesso.

32 Un corpo è in equilibrio nello spazio quando sono inibiti gli spostamenti in tre direzioni (X, Y, Z), e le rotazioni attorno ai tre assi (X, Y, Z). Ognuno di questi movimenti è chiamato grado di libertà Nello spazio gli elementi hanno dunque 6 gradi libertà Nel piano XY solo 3 gradi di libertà (spostamenti lungo X e lungo Y, e rotazione attorno all origine).

33 Reazioni vincolari Per far si che una struttura possa essere strutturalmente corretta, ossia resistere efficacemente ai carichi, bisognerà limitare o eliminare questi possibili gradi di movimento. Bisognerà, quindi, attivare un sistema di forze che vada a contrastare quelle che tendono a far muovere il corpo. Per la meccanica, solo le forze sono in grado di modificare lo stato di quiete o di moto di un sistema, per cui solo un sistema di forze chiamate forze vincolari o reazioni vincolari, che agiscono sui nodi del sistema, possono impedirne il moto. Tali forze prendono il nome di: VINCOLI

34 Reazioni vincolari Nel piano i vincoli si dividono in semplici, se tolgono un grado di libertà, doppi se ne tolgono due e tripli se ne tolgono tre. Vincoli semplici sono l appoggio semplice, il carrello scorrevole e l asta o pendolo. Vincoli doppi sono la cerniera fissa nel piano, il manicotto, il pa ttino e il bipendolo. Vincoli tripli sono la cer niera ed il tripendolo. Questi tipi di vincoli sono schematizzazioni e semplificazioni di quanto avviene nella realtà per le connessioni tra gli elementi strutturali.

35 Reazioni vincolari I vincoli più importanti nel piano sono: il carrello, l appoggio, il pendolo (inibiscono reazione) un grado di libertà e dà una la cerniera, il bipendolo (due pendoli paralleli alla stessa distanza) (inibisce due gradi di libertà e dà due reazioni) l incastro (inibisce tre gradi di libertà e dà tre reazioni)

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37 Quando i 1 - vincoli insufficienti la struttura è labile esistono alcune possibilità di movimento (struttura non in equilibrio) 2 - vincoli sufficienti la struttura è isostatica vincoli strettamente necessari per l equilibrio della struttura 3 - vincoli sovrabbondanti la struttura è iperstatica struttura in equilibrio anche nell ipotesi di deficienza di qualcuno dei vincoli

38 Principi costruttivi complessi Sulla base di quanto appena detto, le interazioni tra gli elementi costruttivi (o strutturali) degli edifici portano a distinguere diversi principi statico-costruttivi complessi in rapporto al modo di racchiudere e definire uno spazio agibile. I principi complessi sono: 1.Il principio del trilite e o dell architrave 2.Il principio dell arco 3.Il principio del telaio 4.Il principio del cavo 5.Il principio del triangolo 6.Il principio dell albero o del fungo 7.Il principio del pneumatico 1.Sistema pesante 2. Sistema spingente 3. Sistema elastico

39 1. Il principio del trilite Il principio del trilite o dell architrave (sistema pesante) determina un vano agibile mediante un elemento orizzontale lineare (architrave) soggetto a sollecitazioni di flessione e taglio che poggia su due elementi verticali lineari (piedritti), e sollecitati principalmente a compressione. Il limite principale è costituito dal fatto di instabilizzarsi facilmente rispetto ad un azione orizzontale.

40 Dall esempio primordiale del dolmen si passa ai procedimenti costruttivi per realizzare vani di porte e finestre, a tutti gli organismi che nascono dalla traslazione o rotazione del trilite.

41 Naturalmente all iniziale trave in pietra con limitate capacità di resistenza a trazione e pesante, si sostituisce l architrave elastico in altri materiali (legno, acciaio, c.a., ecc.) con maggiori capacità di resistenza a sollecitazioni flessionali e che consente, quindi, di raggiungere luci libere maggiori.

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43 Tempio di Segesta, Porta dei Leoni a Micene, 1300 a.c. Partenone ad Atene, a.c.

44 Tempio di Segesta,

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46 2. Il principio dell arco Il principio dell arco (sistema spingente) determina un vano agibile mediante due o più elementi (conci) che si reggono in equilibrio per mutuo contrasto sottoposti in ogni sezione a compressione semplice. L architrave in pietra, che mal si presta a sforzi di flessione e taglio e di conseguenza porta ad una limitata luce libera (distanza tra i piedritti) venne sostituita dall arco che sfrutta la pietra a compressione, consentendo di coprire luci maggiori.

47 In questo sistema la stabilità dell insieme è affidata ai piedritti che sono soggetti non più solo ad azioni verticali ma anche all azione di spinta dell arco che tende a ribaltarli. Affinchè il piedritto sia soggetto a sola compressione si può inserire una catena che assorbe la spinta dell arco o porre degli archi in successione.

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50 Col principio dell arco si passa dagli elementi archi di trionfo a tutti gli elementi costruttivi funzionali e organismi la cui conformazione deriva dalla traslazione o rotazione dell arco (es. volta a botte, cupole, ecc.)

51 Arena di Verona, Il Castello di Mussomeli

52 Moschea di Cordova

53 La piattabanda ha un comportamento equivalente a quello di un arco; si può pensare la piattabanda come un arco con raggio di curvatura a raggio infinito per l andamento interno delle tensioni.

54 3. Il principio del telaio Il principio del telaio (sistema elastico) determina un vano agibile mediante un elemento lineare (traverso) che è collegato con vincoli di solidarietà (incastro o cerniera) con due elementi verticali (montanti). Contrariamente al principio del trilite, l effetto della continuità, determinando una collaborazione tra le parti nel reagire alle sollecitazioni, implica che tutti gli elementi siano soggetti a flessione e taglio.

55 Su questo principio si basano i procedimenti costruttivi dei telai dei serramenti, dei portali in legno, in acciaio ed in c.a. nonché di tutti gli organismi edilizi a scheletro che nascono dalla successione spaziale, mono o pluridirezionale, longitudinale e/o verticale, di telai.

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57 4. Il principio del cavo Anziché l architrave o l arco si può utilizzare un cavo o fune appesa ai piedritti sfruttandone le capacità di resistenza a trazione e di assumere, data l incapacità di resistere a flessione, una configurazione di equilibrio sotto l azione del peso proprio e di altri carichi verticali. La stabilità dell insieme è affidata ai soli piedritti o ai piedritti ed ai tiranti ancorati al suolo che assorbono l azione orizzontale determinata dal cavo.

58 Su questo principio si basano, da tempi remoti, le tende da campo e i ponti sospesi; oggi, caratterizza procedimenti costruttivi anche per grandi coperture e interi organismi edilizi.

59 5. Il principio del triangolo Per creare un vano agibile si utilizzano due soli elementi che determinano una configurazione a triangolo, i due elementi a giacitura inclinata, si contrappongono e sono soggetti a compressione, nonché ad azioni flessionali dovute al peso proprio ed eventualmente ad altri carichi verticali. Essi trasmettono al suolo le azioni verticali ed orizzontali; queste ultime possono essere assorbite da un tirante, dando luogo ad un vero e proprio triangolo.

60 Su questo principio si basano gli organismi edilizi ad involucro globale con sezione trasversale triangolare sia singoli elementi costruttivi (tetti a capanna, coperture a timpano, geometria della capriata). Da questo principio si può far derivare anche il principio del triangolo indeformabile costituito da tre aste incernierate, soggette principalmente a sforzi di trazione o compressione, che caratterizza gli elementi piani o spaziali reticolari, nonchè i criteri di controventatura.

61 La trasposizione delle proprietà del triangolo indeformabile agli elementi costruttivi reticolari presuppone il verificarsi di alcune condizioni geometriche: - Gli assi baricentrici delle aste devono convergere al centro dei nodi - I carichi esterni devono essere applicati esclusivamente ai nodi Il verificarsi di queste condizioni rende il comportamento dell elemento reticolare assimilabile al modello del triangolo indeformabile. Nella struttura reticolare ad aste e nodi, i nodi funzionano da cerniere e le aste soggette a trazione (tiranti) o a compressione (puntoni)

62 6. Il principio dell albero Uno spazio agibile può essere definito da un elemento verticale portante, il ritto, sorreggente un elemento di chiusura orizzontale aggettante, il cappello. Il cappello è reso in genere solidale al ritto e per tale continuità quest ultimo è soggetto anche a flessione. Nel fungo isolato il piedritto è incastrato al piede, nel caso sia, invece, combinato con altri può essere anche solo incernierato.

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65 7. Il principio del pneumatico Consiste nel formare elementi costruttivi con involucri a camera d aria gonfiabili. L involucro è sollecitato a trazione e la capacità di resistenza è data dall aria in pressione e dalla forma che assume l elemento con il gonfiaggio. Con questo principio si realizzano travi, portali, elementi di copertura, nonché interi organismi edilizi ad involucro globale.

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67 Con i principi costruttivi elementari si pongono in rapporto, al fine di ottenere una forma, la capacità di resistenza del materiale con il procedimento costruttivo. I principi costruttivi complessi pongono in relazione il procedimento costruttivo con la possibilità di individuare una matrice (vano agibile) con attributi di stabilità per realizzare uno spazio costruito. Procedimento costruttivo Principio costruttivo elementare Capacità di resistenza del materiale Procedimento costruttivo Principio costruttivo complesso Matrice costruttiva (vano agile)

68 Accettando tale schematizzazione al fine di esemplificare ed semplificare un metodo di analisi sotto il profilo costruttivo, si possono individuare i principi geometrico-costruttivi di un organismo edilizio. I principi costruttivi sopracitati possono naturalmente coesistere in un organismo edilizio sia per realizzare elementi costruttivi portanti che elementi non portanti.