CA 3. Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato. Corso di Laurea in Architettura. Tecnologia dell Architettura B a.a.

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1 Corso di Laurea in Architettura Tecnologia dell Architettura B caterina.frettoloso@unina2.it Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato

2 Mar Azul, Provincia de Buenos Aires, Argentina

3 Gli elementi costruttivi

4 Il calcestruzzo armato_ GLI ELEMENTI COSTRUTTIVI Struttura di elevazione orizzontale Struttura di elevazione verticale Struttura di Fondazione

5 Gli elementi costruttivi_ LE FONDAZIONI Unità tecnologica Classi di elementi tecnici Strutture di fondazione Fondazioni dirette Fondazioni indirette Norma UNI

6 Gli elementi costruttivi_ LE FONDAZIONI Le strutture portanti di fondazione costituiscono l unità tecnologica che funge da collegamento statico tra edificio e suolo ed ha il compito di trasmissione al terreno i carichi verticali ed orizzontali agenti sull edificio. Formano un insieme funzionale che deve essere considerato come insieme unitario Terreno Fondazione Struttura portante di elevazione Le fondazioni saranno progettate in funzione di due termini del problema: Caratteristiche tecnologiche e costruttive dell organismo edilizio Caratteristiche meccaniche del terreno di fondazione

7 Gli elementi costruttivi_ LE FONDAZIONI I dati necessari alla progettazione delle strutture di fondazione sono: La portanza del terreno I carichi trasmessi a terra dall edificio La morfologia dell area di progetto e la posizione dell edificio La profondità del piano di fondazione, ovvero del piano di posa delle fondazioni

8 Gli elementi costruttivi_ LE FONDAZIONI La progettazione delle fondazioni deve procedere secondo precise fasi che possono così sintetizzarsi: a) analisi del terreno b) scelta del sistema c) analisi delle sollecitazioni d) verifica della stabilità dell opera e) previsione dei cedimenti Tali fasi sono strettamente interrelate ed occorre un buon coordinamento tra l opera del progettista, del geologo e dello strutturista L analisi del terreno può essere effettuata tramite: indagini preliminari (acquisizione di carte geologiche e osservazione del comportamento di costruzioni già esistenti) indagini di laboratorio (analisi su campioni di materiali raccolti sul sito tramite carotaggi) indagini in sito (prove di carico, altro).

9 Gli elementi costruttivi_ LE FONDAZIONI

10 Gli elementi costruttivi_ LE FONDAZIONI Criteri di classificazione Esistono diverse classificazioni derivate da: La modalità di trasmissione dei carichi al terreno resistente: Dirette Indirette L estensione della superficie di appoggio: Continue Discontinue La profondità del terreno resistente: Superficiali Profonde:

11 Gli elementi costruttivi_ LE FONDAZIONI Unità tecnologica Classi di elementi tecnici Strutture di fondazione Fondazioni dirette Norma UNI

12 Gli elementi costruttivi_ LE FONDAZIONI Le fondazioni dirette vengono anche indicate come: FONDAZIONI SUPERFICIALI SU TERRENO RESISTENTE POCO PROFONDO Rappresentano il tipo più semplice ed economico tra tutti i sistemi di fondazione e vengono classificate in funzione della modalità di trasmissione del carico al terreno in: FONDAZIONI CONTINUE, che trasmettono al terreno carichi distribuiti su superfici CONTINUE ed ESTESE su TERRENI RESISTENTI POCO PROFONDI e/o TERRENI INCOERENTI DI SRSA RESISTENZA FONDAZIONI DISCONTINUE, che trasmettono al terreno carichi distribuiti su superfici RIDOTTE e LIMITATE su TERRENI RESISTENTI POCO PROFONDI Fondazioni continue a PLATEA Fondazione continua a TRAVE ROVESCIA Fondazione discontinua a PLINTO ISOLATO

13 Gli elementi costruttivi_ LE FONDAZIONI Fondazione diretta discontinua a plinti isolati. La struttura intelaiata è caratterizzata, per quanto riguarda le fondazioni, dell esigenza di dover ripartire il carico portato da ogni pilastro su un adeguata superficie di terreno. La forma in pianta, quadrata o rettangolare, del plinto è da mettersi in relazione sia con quella del pilastro sia con l esigenza di tenere i vari elementi abbastanza distanti fra loro. Il plinto ha un volume generalmente a tronco di piramide, ma molto spesso si preferisce, per rapidità d esecuzione ed economia di cassaforma, realizzarlo prismatico anche se questo comporta l impiego di una maggiore quantità di calcestruzzo. Al disotto di esso, quale ulteriore elemento di ripartizione viene predisposto un sotto-plinto di calcestruzzo magro non armato (sottofondazione) che, generalmente, sporge dal perimetro del plinto di una quantità minore o al massimo uguale al suo spessore. Allo scopo di avere una congrua superficie per spiccare e centrare il pilastro, la base superiore del tronco di piramide sarà di dimensioni sempre maggiori di questo.

14 Gli elementi costruttivi_ LE FONDAZIONI Fondazione diretta continua a travi rovesce. Ove fosse necessario, in relazione al carico ed alla capacità portante del terreno, investire una superficie maggiore di quella ottenibile con dei plinti isolati, si può sfruttare l allineamento dei pilastri per realizzare una ripartizione lineare del carico. La fondazione diretta continua a travi rovesce si può assimilare a quella impiegata per le murature portanti. Essa è costituita da travi, dette rovesce in quanto caricate dalla reazione del terreno, fornite di un allargamento di base, che poggia su un sottofondo di calcestruzzo magro.

15 Gli elementi costruttivi_ LE FONDAZIONI Fondazione diretta continua a platea. A volte, è necessario per la scarsa capacità portante del terreno, o per l elevato valore del carico, ripartire i pesi trasmessi dalle strutture verticali sull intera superficie coperta dal fabbricato, disegnando così un tipo di fondazione diretta e continua detta a platea. Questo può considerarsi un solaio rovesciato caricato dalla reazione del terreno, ed è in genere realizzata con un solettone di calcestruzzo armato che trasmette le reazioni al contorno su una maglia di travi nei cui incroci sono ubicati i pilastri. Anche in questo caso è presente il sottofondo di calcestruzzo magro che evidentemente non ha più, se non in minima parte, la funzione di ulteriore allargamento della superficie di appoggio, ma serve principalmente per realizzare un piano orizzontale pulito sul quale disporre le armature della struttura. Lo spessore del solettone così come tutta la geometria delle travi, è definito da precisi calcoli statici, ed è intuitivo che sarà piccolo in presenza di carichi modesti e terreno scadente ed alto in caso contrario (a partire da spessore nell ordine del metro o anche superiore ad esso).

16 Gli elementi costruttivi_ LE FONDAZIONI Unità tecnologica Classi di elementi tecnici Strutture di fondazione Fondazioni indirette Norma UNI Norma UNI

17 Gli elementi costruttivi_ LE FONDAZIONI Le fondazioni indirette vengono anche indicate come: FONDAZIONI INDIRETTE SU TERRENO RESISTENTE PROFONDO. Si eseguono generalmente quando il banco di terreno resistente si trova ad una profondità maggiore di 5-6 metri rispetto al piano di campagna, quindi quando sarebbe antieconomico e tecnicamente quasi impossibile effettuare scavi molto profondi. FONDAZIONI SU PALI, sono utilizzate per trasmettere il carico della costruzione su TERRENI RESISTENTI PROFONDI attraversando strati di terreni poco resistenti. In base al MODELLO MECNICO DI FUNZIONAMENTO IN OPERA avremo: - PALI RESISTENTI DI PUNTA pali appoggiati (cls armato normale e precompresso) - PALI RESISTENTI PER ATTRITO LATERALE pali sospesi (cls armato normale e precompresso)

18 Gli elementi costruttivi_ LE FONDAZIONI Le fondazioni indirette su pali _ La tecnologia TRELICON Le fasi esecutive prevedono lo scavo del palo tramite infissione di un elica continua assemblata su un tubo centrale cavo. Al termine delle fasi di scavo l estrazione dell elica avviene in contemporanea al getto del calcestruzzo pompato dall interno dell elica stessa. Ove previsto, i pali possono essere armati per tutta la lunghezza tramite gabbie di armatura inserite nel calcestruzzo ancora fresco. Dati tecnici Diametro del palo: tra 400 e 1400 mm Profondità: 5 40 metri (con caricatore di eliche) in funzione del diametro e consistenza del terreno.

19 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO Unità tecnologica Classi di elementi tecnici Chiusure verticali Pareti perimetrali Norma UNI

20 Gli elementi costruttivi_ PARETI PERIMETRALI Collocazione rispetto alla struttura portante_ Inserite all interno delle campiture definite da travi e pilastri.

21 Gli elementi costruttivi_ PARETI PERIMETRALI Collocazione rispetto alla struttura portante_ Inserite all interno delle campiture definite da travi e pilastri.

22 Gli elementi costruttivi_ PARETI PERIMETRALI Collocazione rispetto alla struttura portante_ Parzialmente inserite all interno delle campiture definite da travi e pilastri.

23 Gli elementi costruttivi_ PARETI PERIMETRALI Collocazione rispetto alla struttura portante_ Parzialmente inserite all interno delle campiture definite da travi e pilastri.

24 Gli elementi costruttivi_ PARETI PERIMETRALI Collocazione rispetto alla struttura portante_ Filante o continua all esterno di travi e pilastri

25 Gli elementi costruttivi_ PARETI PERIMETRALI Collocazione rispetto alla struttura portante_ Filante o continua all esterno di travi e pilastri

26 Gli elementi costruttivi_ PARETI PERIMETRALI Tipologie costruttive

27 Gli elementi costruttivi_ PARETI PERIMETRALI Tipologie costruttive_ a parete semplice

28 Gli elementi costruttivi_ PARETI PERIMETRALI Tipologie costruttive_ Soluzioni per l eliminazione dei ponti termici

29 Gli elementi costruttivi_ PARETI PERIMETRALI Tipologie costruttive_ Soluzioni per l eliminazione dei ponti termici

30 Gli elementi costruttivi_ INVOLUCRO L involucro è il sotto - sistema fisico a cui è affidato il compito di delineare e delimitare le relazioni con l ambiente esterno e di materializzare le accezioni stilistiche e prestazionali che da ciò discendono. L involucro è contemporaneamente elemento di frontiera (cioè di delimitazione e conclusione perimetrale dell organismo costruttivo e strutturale), elemento funzionale (cioè di mediazione, separazione e connessione tra due spazi adiacenti, l interno e l esterno) ed elemento ambientale (cioè di delimitazione e identificazione degli spazi esterni circostanti). Boaga G., L involucro architettonico, Masson, editoriale Esa, Milano, 1994

31 Gli elementi costruttivi_ INVOLUCRO Reyner Banham Modello energetico rigenerativo E un modello che si affida agli impianti di condizionamento artificiale per ricreare all interno dell abitazione le condizioni termo-igrometriche desiderate. Un modello che ha senso e può essere definito eco solo quando le macchine di cui si serve sono alimentate con energia derivata da fonti rinnovabili. E ideale a tutte le latitudini: si addice a qualsiasi tipo di clima. Modello bioclimatico avanzato E anche detto ecoefficiente o ambientalmente interattivo. Questo modello propone una totale armonia tra contesto ed edificio, una simbiosi che consente di ottenere condizioni climatiche interne ottimali. La progettazione architettonica infatti, secondo questo modello, sarà fatta considerando la presenza e l importanza di elementi naturali vento, sole e terreno. L orientamento dell edificio, la gestione degli spazi interni, la presenza e la disposizione delle aperture, ogni dettaglio dovrà essere progettato tenendo conto dell influenza dell ambiente esterno.

32 Gli elementi costruttivi_ INVOLUCRO Reyner Banham Modello energetico conservativo Tale modello si basa sull impiego di grandi masse murarie con grandi spessori, poche aperture di dimensioni ridotte e volumi compatti. L intento è quello di aumentare al massimo l inerzia termica dell involucro edilizio per evitare che le condizioni termoigrometriche ricreate all interno si disperdano all esterno. Lo si adotta per climi estremi, caratterizzati da valori eccessivamente alti e bassi delle temperature. L edificio è inteso come una caverna, dove fa fresco d estate e caldo d inverno perché è tutta chiusa su se stessa, pesante e priva di aperture. Modello energetico selettivo Vuole filtrare dall esterno le condizioni climatiche che si desidera ottenere all interno. Per questo motivo si avvale di elementi tecnologici che lasciano passare la luce del sole per il riscaldamento passivo e l illuminazione. E tipico dei climi tropicali, caratterizzati da alti valori dell umidità relativa, ventilazione e soleggiamento.

33 Parete ventilata Una delle caratteristiche primarie di una parete ventilata è innanzitutto la possibilità di utilizzare una tipologia infinitamente ampia di elementi per la realizzazione del suo rivestimento esterno, sia dal punto di vista dei materiali (pietra, cotto e laterizi, piastrelle ceramiche, leghe metalliche, fibrocemento e calcestruzzo, ecc.) che da quello della loro forma e dimensione (piastrelle, listelli, doghe, pannelli, lastre, ecc.). Altro tratto caratterizzante del rivestimento di tipo ventilato è la messa in opera a secco, vale a dire mediante una tecnica costruttiva che, a differenza dei rivestimenti tradizionali, non prevede l impiego di malte e di collanti in procedimenti di formazione in opera ad umido per garantire l aderenza al supporto murario. Parlando di un rivestimento di facciata di tipo ventilato, perciò, si indica il rivestimento di una parete opaca con elementi montati a secco (tramite dispositivi di sospensione e fissaggio di tipo meccanico o chimico-meccanico) a formare una sottile intercapedine che consente di far circolare l aria interrompendo la continuità fisica tra la controparete interna e il rivestimento esterno, il cui lato nascosto è protetto da un pannello termoisolante.

34 Parete ventilata Lo scopo principale per cui in genere vengono progettate e realizzate le pareti ventilate vere e proprie è quello di dare luogo al cosiddetto effetto camino, la cui portata può essere stabilita in relazione alle condizioni ambientali esterne. Grazie a tale effetto, è possibile godere del duplice vantaggio della riduzione delle entrate di calore nella stagione estiva e del controllo delle perdite energetiche nel periodo invernale. I vantaggi che si ottengono sono simili a quelli forniti dal cappotto esterno: correzione dei ponti termici e riduzione degli effetti indotti nelle strutture e nei paramenti murari dalle variazioni rapide o notevoli della temperatura esterna. Il sistema consente di mantenere le pareti d ambito a temperatura più elevata, evitando fenomeni di condensa e aumentando il confort abitativo. Inoltre, dal momento che si interviene dall esterno, sono anche evitati disagi agli occupanti le abitazioni in cui è richiesto l intervento.

35 Parete ventilata

36 Parete ventilata Comportamento igrometrico_ Uno degli aspetti che contribuiscono a favorire l impiego delle facciate ventilate è rappresentato dalla loro prestazione durante l esposizione all acqua, anche (e potremmo dire soprattutto) nei casi di precipitazioni con pioggia battente. Con l azione in contemporanea di pioggia e vento le facciate degli edifici sono sottoposte in modo diretto a spruzzi e violente sferzate d acqua. La natura del rivestimento e la presenza dell intercapedine ventilata consentono di annullare gli effetti dell acqua e dei ruscellamenti sul piano di facciata, mantenendo perfettamente asciutti l isolante termico e la controparete interna (Figura 1). A tale proposito va anche sottolineata l importanza dell isolamento che, attraverso i suoi due componenti (pannello termoisolante non idrofilo/freno all acqua+ isolante idrofilo), deve garantire l impermeabilità esterna senza però fare da barriera all eventuale vapore che fuoriesce dall interno. In questo modo la circolazione d aria dietro al rivestimento può favorire la fuoriuscita del vapore acqueo in eccesso prodotto negli ambienti interni, oltre che, nella fase immediatamente successiva alla costruzione dell edificio, l evaporazione dell acqua di costruzione in eccesso. (Figura 2)

37 Parete ventilata Comportamento termico_ Il maggiore valore aggiunto delle pareti ventilate risiede nella qualità delle loro prestazioni dal punto di vista termoenergetico. L effetto di convezione che si crea nell intercapedine in maniera naturale (per il cosiddetto effetto camino ) o forzata (una pressione differenziale dovuta all azione del vento) genera infatti un complesso meccanismo di scambio termico tra ambiente esterno, parete e ambiente interno. Se una parete è stata progettata con la dovuta attenzione, l effetto combinato della ventilazione dell intercapedine e della parziale riflessione dei raggi solari da parte del rivestimento consentono di ridurre il carico termico sull edificio durante i mesi estivi (Figura ). Infatti, incrementando lo spessore dell isolante e riducendo, di conseguenza, lo spessore dell intercapedine le temperature più elevate che si registrano nella stagione calda determinano la crescita del flusso d aria, che si traduce in un migliore isolamento. Non dimentichiamo che nelle pareti ventilate l isolante avvolge e protegge l edificio ma non è esposto all azione degli agenti atmosferici e tanto meno deve fare da supporto al rivestimento o ad altri componenti della facciata. L isolamento termico può dunque essere realizzato con facilità in maniera continua e omogenea per disporre il totale controllo dei ponti termici sui vari fronti di facciata, e con altrettanta facilità è possibile aumentare il suo spessore senza incorrere in lievitazioni dei costi e inaspettate complicazioni tecniche.