Le strutture per coperture inclinate sono costituite da elementi o parti strutturali disposti secondo piani differenti da quello orizzontale (definiti falde), destinati a svolgere la funzione di copertura di organismi edilizi. La capriata è una struttura reticolare piana a schema triangolare, in cui due lati del triangolo sono disposti in modo da determinare la pendenza delle falde di copertura. Si ha un tipo classico, ma, per luci maggiori, si possono adottare tipi più complessi, frazionando la travatura in campi ridotti o ricorrendo a tipi particolari. Sono vari gli elementi che le compongono, tra cui puntoni. Monaco, catena, contraffissi, arcarecci. Le coperture a shed sono concepite per dare luce dall alto alla costruzione (illuminazione zenitale, distribuita in maniera uniforme negli ambienti) e sono costituite da elementi triangolari realizzati con elementi monodimensionali. Gli elementi triangolari possono risultare autoportanti essendo sostenuti direttamente dalla struttura di elevazione verticale, oppure sostenuti da strutture orizzontali quali elementi porta-shed. Per ovviare alla presenza di un numero eccessivo di sostegni intermedi si possono adottare schemi strutturali complessi 1
I portali si caratterizzano per il fatto che gli elementi monodimensionali inclinati, strutture principali di copertura, sono rigidamente collegati alle strutture di elevazione verticali di tipo monodimensionale, prevedendosi in tal modo la continuità strutturale fra ritto e traverso inclinato, che a sua volta può essere a sezione costante o rastremato. Poiché i maggiori momenti flettenti si hanno in corrispondenza dei nodi di gronda e di colmo, a volte l altezza della sezione viene aumentata con l introduzione di false mensole di forma curva o obliqua. Gli schemi statici abituali sono del tipo incastrato alla base, del tipo a due cerniere alla base o del tipo a tre cerniere, con una cerniera in corrispondenza del vertice dei due elementi inclinati. Con tre cerniere, la struttura è spesso concepita per essere assemblata in sito, favorendo i processi di prefabbricazione. Modelli funzionali Una possibile schematizzazione dei modelli funzionali tiene conto del fatto che per le strutture inclinate è necessario considerare sia gli elementi strutturali principali (in genere conferiscono alla struttura l inclinazione) che quelli secondari con cui vengono realizzati gli impalcati di solaio inclinato. Gli elementi principali si possono distinguere in elementi monodimensionali in materiale continuo omogeneo (c.a. in opera, c.a. prefabbricato, acciaio, legno, in genere a sezione piena variabile, di maggiore stabilità) ed in elementi reticolari. 2
Nella concezione strutturale si fa riferimento a due schemi principali: schema a telaio inclinato a nodi rigidi, a due o tre cerniere, con o senza tirante all altezza di gronda-, a struttura principale inclinata (reticolare o non) travi ad anima piena ed a sezione variabile, travature reticolari-. Le strutture possono essere disposte longitudinalmente o trasversalmente. Lo strato strutturale di orditura secondaria che definisce l impalcato inclinato può essere costituito da elementi monodimensionali (arcarecci) oppure da elementi bidimensionali, in pannelli od in materiale omogeneo continuo. 3
Figura: terminologia per le coperture. Figura: terminologia della capriata. Figura: classificazione dei tetti in base alla disposizione delle falde: ad una falda (a), a due falde (b), a padiglione quattro falde (c) a falde successive (d). 4
Figura: modelli funzionali delle strutture per coperture inclinate: a) elementi strutturali principali costituiti da elementi reticolari, b) elementi strutturali principali costituiti da elementi monodimensionali in materiale continuo omogeneo a sezione variabile, c) elementi strutturali principali costituiti da elementi monodimensionali in materiale continuo omogeneo a sezione costante, d) elementi strutturali secondari monodimensionali, e) elementi strutturali secondari bidimensionali, f) unico strato strutturale continuo omogeneo. Figura: schemi strutturali per coperture inclinate: strutture portanti principali longitudinali con orditura secondaria inclinata (a. telai piani, b. pareti portanti, c. travi o travature), strutture portanti principali inclinate con orditura secondaria parallela alla linea di gronda (d. con estradosso inclinato, e. capriate, f. portali). Figura: disposizione dei pilastri nelle strutture a falda. (a) L inclinazione della copertura è data dalla differenza di quota degli appoggi ai due estremi della trave. (b,c) Disposizioni per interassi ampi. 5
Figura: schemi strutturali per coperture inclinate: a sinistra struttura portante principale longitudinali con orditura secondaria inclinata (alla lombarda), a destra struttura portante principale inclinata con orditura secondaria parallela alla linea di gronda (alla piemontese) Coperture nel parmense 6
Figura: soluzioni tecniche per gli arcarecci in rapporto al tipo e materiale di struttura principale: con profilati in acciaio (a), con tubolari in acciaio (b), con profili in acciaio laminati a freddo (c), in legno massiccio o lamellare (d), a sezione scatolare in legno e compensato (e), in c.a. prefabbricato (f). L interasse degli arcarecci è variabile da 1,20 a 2,50m; l altezza varia da 1/20 ad 1/30 della luce. Figura: strutture reticolari e controventamenti, in linea tratteggiata, previsti sia per strutture leggere ad piccolo interasse (a) o per strutture a luce più ampia o a grande luce (b, c, d). 7
Esempi di struttura di copertura in legno 8
Figura: soluzioni per falda in c.a. su solaio piano: la pendenza non supera di norma il 10%. Si possono usare tavelloni (1) su muretti (2) o su travetti prefabbricati (3), prevedendo in entrambi i casi una soletta di almeno 4cm. Figura: tipologia delle strutture a shed: a. con travi a ginocchio, b. con travi inclinate, c. con travi a doppio ginocchio, d. doppio shed con travatura reticolare, e. capriate con shed, f. con coppelle prefabbricate. 9
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Figura: strutture a shed in c.a.: lucernario realizzato con soletta in c.a., shed con elementi prefabbricati, copertura a shed multipli con briglia superiore di collegamento (luce max 10m). Figura: portali in c.a.p. con copertura inclinata a estradosso piano: a. collegamento fra pannelli e trave di bordo, b. collegamento fra pannelli e trave di conversa, c. sezione trasversale del collegamento fra pannelli e trave portante a doppia falda, con staffatura e getto in c.a. 11
Figura: portali in c.a.p. con copertura inclinata a estradosso sagomato: (a) collegamento fra trave di bordo, pannello di tamponamento e pilastro, (b) collegamento fra trave di conversa e pilastro, (c) collegamento tra elemento sagomato a omega e trave portante a doppia falda ottenuto con staffature e getto in c.a. Figura: esempi di sporti di gronda delle coperture inclinate in c.a., con sporto inclinato, sagomato, piano, con gronda interna allo sporto. Le soluzioni dipendono dal risultato architettonico che si vuole ottenere. I materiali sono: blocchi di laterizio (1), tavelloni (2) con soletta collaborante (3), manto di copertura e isolante (4). 12
Figura: schemi di capriate in acciaio: capriata classica con catena rialzata (a), capriata leggera tipo Fink (b), capriata tipo Polonceau ad un contraffisso (c), capriata tipo Polonceau a tre contraffissi (d), capriata inglese con catena rialzata (e), capriata belga con a catena orizzontale (f). Figura: shed in acciaio con timpani di estremità Figura: strutture a shed in acciaio. Le strutture a shed singoli possono essere realizzate con timpani successivi sostenuti da travi portashed disposte nel verso della profondità dello shed (a,b), oppure con arcarecci disposti su due timpani di estremità, sostenuti direttamente dai pilastri (c); le strutture a shed multipli, con timpani di estremità su cui disporre gli arcarecci, possono essere costituite da travi portashed di grande luce (d), oppure da timpani incorporati in una trave principale a struttura reticolare (e) o con schema a telaio a dente di sega. 13
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Figura: collegamenti di colmo nelle strutture inclinate in acciaio: (a) collegamento fra trave di colmo e puntoni, eventualmente connessi alla base mediante una catena; (b) portale con elementi trasversali a I; (c) arcarecci longitudinali con colmo ventilato; (d) portale a struttura reticolare con trave reticolare di colmo e arcarecci longitudinali (1. struttura principale, 2. struttura secondaria, 3. arcareccio, 3. lamiera grecata) Figura: collegamenti di displuvio e di compluvio nelle strutture inclinate in acciaio: (a) collegamento fra montante e base di capriata con tirante, (b) collegamento fra ritto e traverso inclinato in una struttura a portale, (c) compluvio fra due capriate adiacenti, realizzate con profilati, (d) compluvio fra due correnti trasversali. 15
Figura: collegamenti di colmo nelle strutture inclinate in legno: (a) collegamento con calettatura, (b) piastra di connessione in legno per coperture leggere, (c) piastra chiodata metallica, (d) cerniera con giunzione a dente retto con caviglia e bullone, (e) perni e coprigiunto in acciaio con bulloni laterali, (f) piastra e articolazione in acciaio fra puntoni in strutture di grande luce. Figura: tipologie di appoggio nelle strutture inclinate in legno: (a, b) con corrente in legno connesso a una struttura verticale di tipo bidimensionale di piccolo o medio spessore, (c) con piastra metallica di una capriata leggera a strutture verticali monodimensionali o bidimensionali, (d,e) con corrente in legno, (f) con piastra metallica con struttura verticale di tipo bidimensionale. 16
Collegamenti attuali tra struttura di copertura e muratura tramite cordolo, non sempre ben eseguito (foto in alto, vicino Ravenna; 4 foto in basso vicino Bologna) 17
Figura: capriate in legno, tipologie e valori medi delle luci. La capriata semplice (a) è impiegata per luci comprese tra 4 e 8m, la capriata composta (o palladiana) (b) è impiegata per luci comprese fra 8 e 16m e la capriata palladiana con sottocatena (c) è impiegata per luci comprese fra 15 e 25m. 18
Figura sotto: capriate leggere, tipologie e valori medi delle luci. Le capriate leggere di tipo standard (a) o di tipo Fink (b) sono impiegate per luci di 4-8m e sono poste ad interasse fitto (circa 60cm), quelle tipo Polonceau a un contraffisso (c) possono raggiungere invece luci più ampie (12m) con interasse di 2-3m. 19
Figura: capriate in legno, calcolo col metodo di Ritter (da Furiozzi) 20