TEORIA E TECNICA DELLE COSTRUZIONI STORICHE

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1 TEORIA E TECNICA DELLE COSTRUZIONI STORICHE (PROF. PAOLO FACCIO UNIVERSITA IUAV DI VENEZIA) A.A LEZIONE N. 2 : muratura e trattati

2 Costruzioni in muratura : strutture resistenti per massa e strutture resistenti per forma la sollecitazione a compressione è collegata alla pietra come materiale resistente ed alla linea retta verticale come canale statico, ossia al sostegno di pietre impilate o, in termini più evoluti, alla colonna, al pilastro, al muro (1).. figure strutturali che più efficacemente interpretano il legame intercorrente fra la legge di distribuzione dei carichi e la forma strutturale, ossia l arco e la fune (2) (1) G. Pizzetti, A.M. Zorgno Principi statici e forme strutturali pg. 507 (2) G. Pizzetti, A.M. Zorgno Principi statici e forme strutturali pg. 237

3 Strutture resistenti per massa : strutture tozze Strutture snelle Strutture resistenti per forma

4 Apparecchiatura con elementi trasversali, diatoni Apparecchiatura con elementi trasversali, diatoni B A A B Le caratteristiche costruttive delle murature sono costanti. Variano materiali e tecniche di lavorazione e posa. Micene : particolare di sezione muraria e di angolata (A) Serravalle : particolare di sezione muraria e di angolata (B).

5 Cavaion Veronese : muro in opera incerta. Anche nei tipi realizzati con blocchi fortemente irregolari, esistono regole di posa ricorrenti. Corsi di ripianamento

6 a Cavaion Veronese : muro altomedioevale (a) e muro di integrazione (b) E evidente come la porzione contrassegnata con la lettera b non possieda alcuna regola costruttiva, ben rappresentando la oramai scarsa capacità delle maestranze b

7 Cavaion Veronese, particolare della ricostruzione di due paramenti murari. Una delle murature presenta l apparecchiatura con elementi di fascia diatoni- colleganti le facce interna ed esterna, mentre l altra non presenta alcuna apparecchiatura organizzata

8 Il modo di eseguire una costruzione consiste tutto nel ricavare da diversi materiali, disposti in un certo ordine e congiunti ad arte ( pietre squadrate, malte, legnami, etc ) una struttura compatta e nei limiti del possibile integra e unitaria. Si dirà integro e unitario quel complesso che non contenga parti scisse o separate dalle altre o fuori dal loro posto, bensì in tutta l estensione delle sue linee dimostri coerenza e necessità L.B. Alberti L Architettura, De re aedificatoria, Libro III L esecuzione dell opera De la creatione,collocatione,e congiuntione de le pietre.e quali fìano più ferme,e quali più deboli. L.B. Alberti De re aedificatoria, Libro III L esecuzione dell opera Cap 7. I trattati

9 Tipi di murature antiche LE APPARECCHIATURE MURARIE Tipi di murature antiche e Moderne B Ordinata di pietre squadrate a mano C Isodoma D Diseguale de cementi pseudoisodoma E Riempita semplicemente Emplectum F Riempita con corsi di mattoni G Y Muratura di quadrelli uno in lungo uno in chiave Z Muratura di quadrelli uno in lungo e due in chiave

10 isodoma È caratterizzata da file (assise) di uguale altezza, costituite di grandi blocchi di pietra (conci), in genere di arenaria, dello stesso spessore del muro, ben lavorate su tutti i lati, disposte in file orizzontali ad altezza regolare ed omogenea, con incassi e solchi ai lati per l'incastro reciproco. pseudoisodoma Pseudoisodoma ogni livello (ricorso) è di minor spessore rispetto al precedente, (o la sezione del singolo concio è trapezoidale per evitare il gradino fra i vari livelli) Incerta Massi posti in opera come venivano estratti dalla cava, disponendo in facciata il lato planimetricamente regolare. Malta povera e abbondante Quasi reticolatum Cubilia disposti in modo non regolare. Rappresenta il primo stadio dell opus reticolatum

11 Opus reticolatum Paramento dell opus caementicium composto da tufelli piramidali con faccia inclinata di 45 Opus spicatum Raramente usato come rivestimento parietale, nelle regioni del nord Europa- viene utilizzato come pavimentazione con listelli in laterizio a spina pesce. Opus Africanum Tecnica muraria usata spesso nel nord Africa costituita da grandi blocchi in pietra verticali con spazi riempiti con materiale vario Opus mixtum Paramento dell opus caementicium costituito dall alternanza di opus reticolatum ed incertum

12 Opus vittatum Paramento in blocchetti lapidei disposti ad assisi orizzontali simili a bende - vittae Esempio di opus mixtum

13 Opus latericium o testaceum Paramento in laterizio crudo latericium- o cotto testaceum. Il testaceum solo raramente realizza una cortina piena, usato prevalentemente come rivestimento dell opus caementicium. Il latericium prevede anche la realizzazione di cortine piene Opus caementicium, rappresenta il nucleo di una muratura con vari rivestimenti. Composto da spezzoni lapidei, caementa, impastati con malta di calce e sabbia (preferibilmente pozzolana. I caementa sono costituiti da sassi, o scapoli o frammenti di pietra sostituiti progressivamente del tutto o in parte da materiale fittile. La malta è composta da tre parti di pozzolana e una di calce spenta, oppure due parti di sabbia di fiume e una di calce spenta. Quasi mai costituisce una paramento senza rivestimento ad eccezione delle fondazioni Getto a strati

14 L'introduzione del cementizio per la costruzione di edifici risale agli inizi del II secolo a.c.. e costituì una svolta importantissima nell'architettura romana, consentendo nuovi sviluppi nell'articolazione degli spazi interni, in cui gli ordini architettonici di tradizione greca svolgono una funzione esclusivamente decorativa e non più strutturale. I romani realizzavano il calcestruzzo a partire dalla calce viva, bruciando pietra calcarea a 900 C o meno, il che richiede molta meno energia del moderno calcestruzzo (modello Portland ad esempio). Una volta raffreddata con acqua, la calce veniva mescolata con la cenere vulcanica (pozzolana.

15 Rinforzo delle murature della torre con legamenti lignei Accorgimenti costruttivi nei tratti

16 Necessaria protezione del nucleo in conglomerato affinché la calce non si riduca in polvere e lasci liberi i caementa. La protezione avviene per mezzo di un opportuno spessore delle cartelle interne ed esterne

17 Nelle murature ad opera incerta e con cortina interna ed esterna, occorre disporre con intervallo regolare fasce passanti di mattoni di grande dimensione a legare e serrare il paramento

18 Particolare disposizione dei mattoni con multipli e sottomultipli del modulo base per consentire la definizione di una angolata forte e ben apparecchiata

19 J. B. Rondelet Trattato teorico e pratico dell arte di edificare, Mantova 1831 I trattati sino al Settecento espongono in modo uniforme le tecniche costruttive murarie. Nell età dei Lumi lo sviluppo del pensiero scientifico e l applicazione di teorie analitiche al mondo delle costruzioni, comporta una modifica dell atteggiamento espositivo delle tecniche murarie. Alla prassi esecutiva inizia ad essere associato la possibilità di sviluppare procedure analitiche di dimensionamento e verifica. Rondelet introduce anche alcune considerazioni sui meccanismi di danno delle strutture murarie

20 Figura 1 - Apparecchio semplice ed a strati regolari in cui ogni pietra forma la grossezza del muro Figura 2 - Apparecchio doppio formato da pietre d'eguali dimensioni, posate a due a due in larghezza ed una sola in lunghezza sopra lo spessore del muro Figura 3 - Apparecchio triplice formato di pietre di eguali dimensioni posate a tre a tre in larghezza ed una in lunghezza sopra lo spessore del muro Figura 4 - Apparecchio composto, alternativamente doppio e triplice sulla grossezza del muro Figura 5 - Lo stesso apparecchio di Fig. 2, solo che essendo il muro più grosso una murazione in pietrame riempie l'intervallo fra le pietre che hanno la loro lunghezza in mostra Figura 6 - Disposizione dell'apparecchio di cui si è fatto uso nei rivestimenti in pietra di taglio delle antiche mura dei baluardi di Montpellier Figura 7 - Disposizione dell'apparecchio delle pietre di taglio che formano il rivestimento di una costruzione in cerchio, sull'esempio del sepolcro di Cecilia Metella Figura 8 - Apparecchio irregolare, formato da pietre d'ogni dimensione riunite in corsie interrotte da tagli su tutti i sensi Figura 9 - Apparecchio poligono, formato da pietre tagliate in prismi irregolari, sull'esempio delle mura di Fondi Tipi murari

21 Figure 1, 2 e 3 - Opus incertum, o aggregato di pietre d'ogni forma, senza e con parti di murazione ordinaria disposte a ranghi di corsie orizzontali nelle cantonate e riempimento intermedio di pietrame, e con ciottoli. Figura 4 - Opus reticulatum, o pietre a facce quadrate messe assieme in forma di rete, con riempimento intermedio di pietrame Figure 5 e 8 - Muratura variata o mista, con parte interna di pietrame e pareti formate alternativamente con un rango di pietre di tufo squadrate e con uno o tre di mattoni triangolari Figura 6, 7 e 9 - Isodomum, pseudoisodomum e di altri generi di costrutture composti di pietre diversamente lavorate, di diverse forme e misure e variamente disposte, associate a ranghi di mattoni e con riempimento intermedio di pietrame

22 Figure 1 e 2 - Divisioni e tramezzi formati di mattoni piani o in coltello Figura 3 - Divisioni formate con due mattoni in grossezza Figure 4 e 5 - Combinazioni diverse pei muri la cui grossezza è di tre ordini di mattoni Figura 6 - Combinazione in cui si fa uso della metà dei mattoni pei riempimenti segnati a) Figura 7 - Disposizione per un muro di quattro ranghi di mattoni Figura 8 - Combinazione a corsie con ranghi di mattoni posati obliquamente, disposti a corsie alternativamente in direzione contraria Figure da 9 a 13 - Combinazioni diverse che si possono formare con mattoni quadrati o mezzi mattoni, posati in squadro o diagonalmente Apparecchiatura in laterizio con l articolazione in relazione al modulo degli elementi base

23 Figura 1 - Apparecchio incatenato, formato da pietre alternativamente abbassate ed innalzate sopra ciascuno strato, onde innestare le une nelle altre senza ricorrere a chiavi di legno o a ramponi Figura 2 - Apparecchio incatenato (ideato da Rondelet nel 1769), in cui le pietre sono riunite formando di ogni strato una specie di catena composta da un triplice rango di pietre che si serrano le une nelle altre Figura 3 (al centro) - Dimensioni delle pietre di parecchi monumenti d'atene e d'altrove, tanto sulle loro facce apparenti, che nei muri ond'esse formano la grossezza (Monumento di Filopappo; Tempio di Minerva Poliade; Tempio sulle rive dell'ilisso; Tempio della Concordia in Agrigento; Propilei d'atene; Tempio di Teseo in Atene) Figure 4 - Apparecchio misto, fatto di pietre e travi combinati insieme (ipotesi ricostruttiva dai Commentarî di Cesare, secondo Palladio) Figure 5 - Apparecchio misto, fatto di pietre e travi combinati insieme (ipotesi ricostruttiva, secondo il Poliocerticon di Giusto Lipsio) Figure 6 e 7 - Apparecchio misto, fatto di pietre e travi combinati insieme (ipotesi ricostruttive da Vitruvio, De architectura, Libro I, Cap. V, secondo Rondelet Apparecchiatura muraria

24 Figure 1, 2 e 3 - Maniera di posare le pietre di taglio per formare solide costruzioni Figura 4 - Risultato apparente della maniera da adottare per rimediare ai difetti e agli accidenti risultanti da una posatura negligente, quale è correntemente adottata con biette e assottigliamenti Figure 5, 6 e 7 - Della maniera di porre in opera, con calce, cunei e biette di legno le pietre tagliate e preparate approssimativamente nelle superfici delle facce interne, dalla quale risulta che il solo spigolo anteriore e le commessure nei margini dei blocchi risultano portare tutto il peso Rimedi per difetti costruttivi o materiale scadente e/o danneggiato

25 Figura 1 - Elevazione restitutiva del Tempio di Agrigento Figura 2 e 3 - Particolari del basamento del Tempio di Segesta Esempi di Architettura Classica

26 Figure 1 e 2 - Metodo geometrico per la determinazione dello spessore dei muri della medesima altezza che devono racchiudere uno spazio rettangolare Figure 3 e 4 - Metodo geometrico per la determinazione dello spessore dei muri aventi la medesima altezza e differenti lunghezze Figure 7 e 5, 6, 8, 9 - Descrizione delle operazioni geometriche per trovare gli spessori dei muri formanti spazi poligonali diversi Figura A - Della regola fondamentale dell'osservanza dell'appiombo Dimensionamento geometrico di spessori murari

27 Figure da 1 a 6 - Metodi di valutazione della spinta dei terrapieni contro muri di rivestimento a profilo verticale, secondo le differenti specie di terre, in base alle esperienze fatte Figure da 7 a 9 - Metodi di valutazione della spinta dei terrapieni contro muri di rivestimento aventi profilo a risega verso l'esterno, in forma di scarpa semplice e doppia. Figure da 10 a 13 - Muri di rivestimento provvisti di contrafforti a base rettangolare Figure da 16 a 19 - Muri di rivestimento provvisti di contrafforti a base trapezia e con raccordo murario curvilineo Figura 20 - Mezzo impiegato dagli antichi Romani per fortificare i muri di rivestimento all'esterno Figura 21 - Muro isolato Della stabilità relativa dei muri isolati e combinati con gli altri. Ipotesi di meccanismi di danno

28 Muratura di blocchi lapidei con connessione di malta Tra le murature abbiamo quella con blocchi lapidei (pietra squadrata e non) con connessione di malta: nel caso in cui la pietra sia appena sbozzata aumenta la quantità di malta Pietra squadrata

29 Muratura di blocchi lapidei con connessione di malta Pietra non squadrata Apparecchiatura irregolare Castello di Torri del Benaco - VR

30 Muratura di pietra non squadrata - apparecchiatura irregolare

31 Murature caotiche e miste

32 Muri a più strati I muri possono essere organizzati in più strati, anche debolmente connessi fra loro. Ad esempio, nella muratura a sacco ci sono due strati esterni in pietra: internamente c'è un riempimento di conglomerato (sassi, frantumi di laterizio, eventualmente legati da un legante povero, a comportamento meccanico scadente). Due paramenti esterni (pietra squadrata o sbozzata, mattoni), riempimento interno di conglomerato di pietre irregolari o mattoni spezzati legati da malta Due paramenti aderenti, debolmente interconnessi

33 Nelle murature a più strati possono essere presenti i diatoni, collegamenti fra più strati che rendono il comportamento di una parete pluristrato simile a quella di una muratura monostrato, quanto più sono fitti e efficaci. I diatoni sono in genere realizzati con pietre più grosse che occupano trasversalmente lo spessore di più strati d La presenza di collegamenti diatoni (d) -, rende il comportamento delle murature a più strati simile a quello delle murature monostrato, tanto più quanto più sono fitti ed efficaci i collegamenti

34 Anfiteatro Flavio Colosseo muri a nucleo di sostegno della gradonata

35 Si parla di muratura mista quando si ha l'alternarsi di fasce in pietrame a materiale di caratteristiche migliori, a spessore minore. Una muratura siffatta si dice in pietrame listata. Tipologie murarie a doppio paramento (a) a sacco con nucleo incoerente (b) a sacco con nucleo parzialmente vuoto (c) a doppio paramento senza elementi trasversali di collegamento (diatoni) (d) a doppio paramento con elementi trasversali di collegamento (diatoni) (e) a doppio paramento con ricorsi in mattoni pieni a tutto spessore

36 Murature miste Si parla di muratura mista quando si ha l'alternarsi di fasce in pietrame a materiale di caratteristiche migliori, a spessore minore. Una muratura siffatta si dice in pietrame listata. Di pietrame listata intercalata da ricorsi orizzontali costituiti da almeno due filari di laterizio pieno

37 Castello di Lazise, rivellino Analisi delle murature.

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39 Muratura di mattoni in foglio o di costa ad una testa a quattro teste a due teste a tre teste

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41 L APPARECCHIATURA NELLE MURATURE IN LATERIZIO Disposizione dei blocchi nello spessore murario

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44 Murature in materiale lapideo e mista

45 Schema di sezione Muratura omogenea : Composta da elementi lapidei di grande dimensione può presentarsi con apparecchiatura con malta di calce inerte e terra, con inseriti elementi di minor dimensione per ridurre la presenza di vuoti rincocciatura- (a), presenza di maggiore regolarità dei conci con giunti costituiti sempre da calce inerte e terra con ridotta presenza di rincocciatura (b), corsi con materiale lapideo disposto in maniera prevalentemente orizzontale. Per paramenti di grande spessore possono essere presenti paramenti esterni con riempimenti di schegge e abbondante ricorso a malta

46 Schema di sezione Muratura disomogenea : presenza di pochi elementi lapidei di grande pezzatura, disposti prevalentemente nei cantonali, ampia presenza di malta con capacità strutturali discrete solo in presenza di grandi spessori cm-. Presenza di muratura a cassetta e riempimenti con presenza abbondante di malta

47 Muratura listata o mista: murature in pietrame di varia pezzatura e dimensione, con presenza di giunti di malta più o meno consistenti. Ad intervalli regolari di circa cm, sono presenti corsi in laterizio che attraversano completamente lo spessore del muro corsi di ripianamento conferendo grande qualità strutturale alla muratura. Schema di sezione

48 Murature a secco : murature a varia pezzatura dei blocchi, prive di malta e aggregazione in relazione all ingranamento dei conci. Nel caso di costruzioni vengono utilizzati conci di grande dimensione per fori porta finestra, soglie, gradini, cantonali Schema di sezione

49 MURATURE MISTE, LATERIZIO E PIETRA

50 Trattati e qualità muraria

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52 L'opera quadrata isodoma (opus isodomum), derivata da modelli greci, consiste di blocchi parallelepipedi di uguali dimensioni disposti tutti di taglio con i giunti verticali sfalsati tra un filare e l'altro Muro interamente costruito con blocchi parallelepipedi regolari disposti a secco (a) sistema greco isodomo (b) sistema greco ad ortostati e diatoni alternati IL MODELLO INTERPRETATIVO (c) sistema romano arcaico (d) sistema romano a filari di ortostati e diatoni

53 Muratura in travertino a diatoni (a) e ortostati a Pompei (b)

54 P P P Diffusione dei carichi verticali nella muratura in relazione all apparecchiatura

55 P P 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

56 Relazione tra instabilità e apparecchiatura muraria P 1/4 P 1/9 P P cr1 E a P 2 cr2 P 2 cr l E a 48 l E a 108 l Rielaborazione da: Giuffrè, A., (1991), Letture sulla meccanica delle murature storiche, Kappa, Roma

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58 Relazione tra apparecchiatura e stabilità alle azioni orizzontali ortogonali al piano del muro

59 Le caratteristiche meccaniche della muratura : resistenza a compressione Rapporto altezza blocco/ altezza giunto Resistenza a compressione e difetti costruttivi Qualità del giunto e resistenza a compressione

60 Le caratteristiche meccaniche della muratura : resistenza e tipologia costruttiva

61 .. singolarità apparenti

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63 N. Cavalieri San Bertolo, Istituzioni di Architettura Statica e Idraulica, Dedalo Roma, 2008

64 DELFI TESORO DEGLI ATENIESI

65 DELFI TEMPIO DI APOLLO

66 ATENE SITO ARCHEOLOGICO DEL KERAMIKOS (ANTICO CIMITERO)

67 Il giunto ad L : giunto che impedisce lo scivolamento dei corsi l uno sull altro contrastando le azioni orizzontali appartenenti al piano del muro Sono previsti altri provvedimenti per garantire la monoliticità del masso murario, giunti ad incastro, a tenone e mortasa, ganci e grappe in metallo.

68 Esempi di muratura con giunto ad L

69 La pietra a dodici angoli, situata nella strada Hatum Rumiyoc di Cuzco Gli Inca costruivano i grandi setti murari leggermente entropiombo, con angoli arrotondati per ridurre l effetto tagliante derivante dallo scorrimento nel caso di azione sismica

70 Mura di Sacsayhuaman : la muratura megalitica priva di malta sfrutta il principio dell attrito, proponendo una grande superficie di contatto tra le pietre favorita dal numero di lati. Le angolature impediscono gli spostamenti orizzontali nel piano del muro

71 Opera poligonale di "terza maniera" nel teatro antico del centro sannita di Pietrabbondante (IS)

72 Mura poligonali a Ferentino. Porta Stupa ( a sx) e porta Sanguinaria (sotto)

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74 G.B. Piranesi Antichità di Cora descritte ed incise da G.B. Piranesi 1764

75 Tratto da M. Bianchini Le tecniche edilizie nel mondo antico, ed. Dedalo 2008 Ercolano casa a Graticcio

76 L OPUS AFRICANUM Il nome di questa tecnica indica con chiarezza l area in cui essa fu maggiormente utilizzata. Tuttavia, anche se sembra che l origine vada fissata nell Africa settentrionale, essa, per il tramite dei Cartaginesi, venne introdotta in Sicilia e nell Italia meridionale, dove sono noti molti esempi. Da un punto di vista tecnico, l opus africanum è costituito da catene verticali di blocchi nelle quali si alternano pietre verticali e orizzontali, le ultime più larghe delle prime. Queste catene costituiscono gli elementi portanti del muro, collegati tra loro da file orizzontali di pietre più piccole. Abbiamo dunque una tecnica «a ossatura e riempimento» del tutto simile all opera a graticcio. È per questo motivo che gli archeologi italiani la definiscono opera a telaio. In effetti la rarità del legno ha fatto nascere nell architettura cartaginese l idea di ricorrere alla pietra, creando grossi pali di pietra, collegati da riquadri di pietre più piccole che, a seconda del tipo di taglio che avevano ricevuto, potevano essere accostate a giunti vivi ovvero legate con argilla.

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78 Esempio di opus africanum a Pompei, telaio in travertino e riempimento in pietre laviche ( sopra)

79 Giunti

80 Muratura in ciottoli di fiume Corso di ripianamento Corso di ripianamento

81 Individuazione dei corsi di ripianamento in una muratura in opera incerta

82 Corsi di ripianamento

83 Parte sommitale Angolate Legature longitudinali

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85 Nella parte soggetta a carico maggiore troviamo gli elementi di grande dimensione

86 Dalla muratura alla costruzione

87 Realizzazione dei cantonali

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90 Realizzazione di elementi speciali

91 In questa muratura ad opera incerta in pietra gli elementi costruttivamente significativi sono realizzati in laterizio

92 La Regola dell Arte nelle murature Regolarità dei corsi orizzontali Squadratura regolare dei conci Verticalità della muratura Non allineamento dei giunti verticali Qualità dei blocchi Qualità della malta Ammorsamento trasversale dei blocchi : ingranamento