Strutture in muratura e a telaio Introduzione alla teoria delle strutture Nel campo delle costruzioni il termine struttura è spesso usato per indicare qualcosa di più specifico di un sistema di relazioni. Con tale termine si indica il complesso di opere specificamente dedicate a sopportare i carichi che gravano su di esse e necessarie per la stabilità dell insieme. I carichi si dividono in statici e dinamici. I carichi statici sono il peso proprio della struttura ovvero i carichi permanenti sulla struttura ( murature in elevazione, travi, solai, tramezzature o divisori, pavimenti, finiture, manti di copertura, macchinari fissi,ecc..) ed i carichi accidentali o sovraccarichi gravanti sulla struttura in modo non permanente (persone, arredi, sismi, neve, vento, ecc.). 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 e possono essere pensati come agenti in un punto della struttura, oppure possono essere considerati distribuiti se la loro azione è distribuita su una superficie sufficientemente ampia. La struttura tende a reagire ai carichi con forze di reazione espresse dai vincoli (reazioni vincolari). La struttura è in equilibrio statico quando le reazioni vincolari ed i carichi si annullano a vicenda creando un sistema a risultante nulla.
La muratura: l elemento portante Organizzazione della maglia strutturale. Nella costruzione in muratura la struttura portante viene determinata attraverso la valutazione delle caratteristiche di resistenza a compressione dei materiali impiegati: qualità della pietra, dei laterizi, delle malte etc. La definizione dei moduli strutturali in base ai quali viene attuata la compartimentazione dell edificio dipende dall assetto tipologico e morfologico della fabbrica e quindi dall articolazione degli spazi interni e dalla modalità di orditura degli impalcati ( solai). Sinteticamente possiamo suddividere il sistema costruttivo in muratura portante in tre categorie : Strutture portanti a scatola; (reticoli murari cellule chiuse ) Strutture portanti a setti paralleli; ( reticoli murari a cellule aperte) Strutture portanti a setti irregolari Strutture a piloni cavi : tra trilitico e murario ( n.b. questa tipologia costruttiva risulta solo strumentale per la descrizione di alcuni particolari sistemi costruttivi a cellule chiuse). Apparecchi murari. Disposizione di conci lapidei o di mattoni in laterizio per la costruzione di murature portanti. V. Scamozzi le murature da Dell idea dell architettura universale, Venezia 1615
Strutture portanti a scatola; (reticoli murari cellule chiuse ) Strutture portanti a setti paralleli; ( reticoli murari a cellule aperte) Strutture a setti irregolari ( reticolo a cellule aperte) L.Kahn, Morris house Le Corbusier, Maison Sarabhai 1955 Mies Van der Rhoe, Casa di mattoni 1923
Strutture a reticolo murario a cellule chiuse Schemi compositivi: a :suddivisione in unità spaziali di una figura geometrica regolare (Fleischer house, 1959) b :giustapposizione di unità spaziali rispettando un tracciato regolatore di base. ( L. Kahn Morris house 1958) C: raggruppamento di unità spaziali secondo compositivo uno schema libero. ( L.Kahn Fischer house 1967)
Stanza di soggiorno della Fischer house. ( L.Kahn, Fischer house 1967)
Struttura a setti paralleli a cellula aperta lungo la direzione principale Strutture a setti parallelo con campate regolari. Le Corbusier, villa Sarabhai 1955 Struttura a setti paralleli con campate irregolari. Le Corbusier, Maisons Jaoul 1956
Struttura a setti paralleli a cellula aperta. Le Corbusiet : Villa Sarabhai Sezione della maison Jaoul
Strutture a setti irregolari ( reticolo a cellule aperte) Theo van Doesburg (Neoplasticismo/ Der Stijl/ Forme stratte, essenziali, geometriche). Analisi architettoniche. 1923. Mies van der Rohe. Villa di mattoni 1923
Mies van der Rohe, Padiglione di Barcellona 1929
Edwin Lutyens, Deanery House
Strutture portante a setti paralleli in muratura portante Aris Konstantinidis, casa per vacanze 1962.
Strutture portante a setti paralleli in muratura portante Aris Konstantinidis, casa per vacanze 1962.
Struttura in muratura portante a setti paralleli Le Cosrbusier, maison Jaoul 1957
Struttura in muratura portante a setti paralleli Le Cosrbusier, maison Jaoul 1957
La stabilità: ogni struttura ha un suo grado di stabilità che varia dalla tipologia muraria prevista ovvero dal rapporto con i materiali utilizzati - pietre naturali, pietre artificiali, agglomerati, strutture miste-, dalle loro caratteristiche di resistenza alle sollecitazioni a compressione, dai criteri di assemblaggio - murature con pietrame informe, con pietre da taglio, con laterizio, murature composite gettate- e dal rapporto tra spessore ed altezza libera del muro. Tale rapporto secondo la tradizione varia da 1/10 a 1/12 Traitè de l art de batir di J. Rondelet 1802-07 Diverse maniere di combinare i mattoni per formare muri,divisioni o tramezzi Dimostrazione del diverso comportamento alle azioni orizzontali di un muro isolato rispetto ad uno ammorsato ad una estremità.
G. Breymann Trattato generale di costruzioni civili 1853 Spessori murari e vari impalcati. Spessori murari: soluzioni d angolo ortogonali.
G. Breymann Trattato generale di costruzioni civili 1853 Spessori murari e vari impalcati. Spessori murari: soluzioni d angolo ortogonali.
L.I Kahn, Exeter library 1967/72
Maglia strutturale Genericamente per maglia modulare, si indica lo schema organizzativo degli elementi strutturali. Una rete geometrica che ordina l impianto costruttivo e spaziale dell edificio. Maglie e schemi di organizzazione delle murature portanti e della tessitura dei solai Struttura con muri paralleli longitudinali Struttura con muri paralleli trasversali Struttura con muri a cellule aperte Struttura con muti a cellule chiuse St. Etienne, Auxerre, pianta e sezione 1215,1540
Solai o impalcato Si distinguono due fondamentali modalità di tessitura del solaio o impalcato: monodirezionale, con solaio appoggiato ai due estremi su muri portanti e bidirezionale con solaio appoggiato su tutti i lati. Il sistema monodirezionale è più adatto a configurazioni rettangolari. Il lato maggiore è da considerare come muro portante mentre i lati minori svolgono i ruolo di muri di controvento e di collegamento: il primo sostiene i carichi verticali, mentre il secondo si oppone a fenomeni di instabilità orizzontale. Il sistema di solaio con tessitura bi-direzionata invece è più idoneo per configurazioni murarie quadrate. I muri in questo caso sono da considerare a tutti gli effetti muri portanti e di controvento. Solaio monodirezionale. Il solaio è tessuto trasversalmente all andamento longitudinale della struttura poggiandosi sulle murature portanti che si distinguono dalle murature di controvento. Solaio bi-rezionale a piastra. Il solaio è tessuto nelle due direzioni principali appoggiandosi sulle murature portanti che corrispondono all intera maglia strutturale.
Solaio mono-direzionale. Il solaio è tessuto trasversalmente all andamento longitudinale della struttura poggiandosi sulle murature portanti che si distinguono dalle murature di controvento. J. Conzett. Solaio bi-rezionale a piastra. Il solaio è tessuto nelle due direzioni principali appoggiandosi sulle murature portanti che corrispondono all intera maglia strutturale.
Strutture in muratura La scatola. Sistema a cellule chiuse. Il sistema a scatola portante è il sistema costruttivo più antico. Il sistema di costruzione a scatola rappresenta lo sviluppo tipico delle costruzioni in muratura. Per sistema a scatola chiusa si intende descrivere la forma geometrica matrice della struttura portante in grado di definire un volume di spazio concluso in tutti i suoi lati (spazialità introversa). I rapporti con l esterno sono limitati ad aperture di finestre e porte. La possibilità di articolare liberamente gli spazi interni è condizionata dal reticolo murario portante che risulta vincolante, così come invariabile è l organizzazione del reticolo murario per edifici a più livelli. I sistemi di distribuzione si distinguono per una estrema semplicità geometrica riflettendo tale carattere anche nell immagine esterna. Le forme chiuse rappresentano la soluzione ottimale sia per tessiture di impalcati di tipo monodirezionale che per tessiture bidirezionali a piastra. J.N.Durand, Precis des lecons données a l ecole royale polytechnique, Paris 1823 J. Rondelet Della stabilità dei muri e dimostrazione del metodo 1802-1807
J.N.Durand, Precis des lecons données a l ecole royale polytechnique, Paris 1823
La scatola. Sistema a cellule chiuse e aperte Variante morfologiche di piante con moduli strutturali a cellule chiuse e cellula aperta J. Soane Casa Oulton 1780cc.a.
La scatola. Sistema a cellule chiuse. L.I.Kahn Casa Fleisher 1959 A. Mateus Casa in muratura
La scatola. Sistema a cellule chiuse. C. Baeza Casa Gaspar
Strutture portanti a setti paralleli Muri longitudinali Muri trasversali Per sistema di costruzione a setti paralleli si intende una disposizione di murature portanti allineate secondo la direzione principale di sviluppo della fabbrica. Naturalmente la struttura a setti paralleli nella sua espressione architettonica e strutturale offre una immagine di omogeneità, in cui, l allineamento viene riconosciuto come principio di ordinamento dello spazio. L organizzazione interna si caratterizza quindi nel definire una spazialità fortemente direzionata verso la luce, stabilendo una relazione diretta con l esterno. Da una da un punto di vista costruttivo la struttura a setti paralleli è un sistema di pareti portanti rese stabili dal raccordo con l orditura monodirezionale del solaio disposta ortogonalmente all andamento dei setti. L esposizione dei criteri che seguono assegna al sistema di costruzione a setti precisi compiti costruttivi limitandone la sua utilizzazione: limitazione della larghezza delle campate della maglia costruttiva; pareti interne piene con funzione di controventatura ; pareti interne di definizione dell involucro architettonico senza limitazioni costruttive con massima incidenza luminosa, e massima proiezione verso l esterno ; sviluppo limitato in altezza; G. Rondelet, Solai in legno 1802-1807
Le Muet, Manière de batir.. 1623
Strutture portanti a setti paralleli Varietà morfologiche di piante con moduli strutturali a muri portanti longitudinali.
Le Corbusier, Le case Jaoul Parigi 1952
R. Piano Fondazione Bejeler Basilea 2000
Strutture portanti a setti irregolari Al contrario dei setti paralleli o delle scatole chiuse - i primi che seguono una logica di sequenza regolare unidirezionale, le seconde che seguono una logica di integrazione ordinata di spazi chiusi bidirezionati-, la struttura a setti irregolari prevede una posizione libera delle pareti portanti di supporto alla copertura o al solaio. Possiamo distinguere due caratteristiche fondamentali: una impostazione volumetrica continua, aperta e dinamica degli spazi e della forma come non è possibile ottenere sia nel caso di strutture a setti paralleli ma soprattutto nelle scatole ; una struttura tipologica caratterizzata prevalentemente da unità individuali piuttosto che seriali e ripetitive; tale condizione favorisce una organizzazione degli spazi e delle relazioni con l esterno di tipo estroverso e pluridirezionale. Il sistema a setti irregolari è senza dubbio il più moderno tra i sistemi esposti finora. La pianta non è più concepita come giustapposizione di stanze che nel loro iterativo ripetersi descrivono l organizzazione e l ordine funzionale; gli spazi vengono creati dalla combinazione di porzioni di pareti portanti: la spazialità assume identità funzionali attraverso una successione fluida di ambiti d uso. Contrapposizione tra linee verticali e orizzontali: P.Mondrian 1917 Th. Van Doesburg 1918 Scomposizione di volumi in piani : Th.van Doesburg, 1920 Controcostruzione
Rietveld-Schroder House 1923
Strutture portanti a setti irregolari Mies van der Rohe, Villa di mattoni 1923
Strutture portanti a setti irregolari F.L. Wright casa D.D. Martin, Buffalo 1904
Strutture portanti a setti irregolari Mies van der Rohe, Padiglione tedesco Barcellona 1929
Richard Neutra, Kaufmann House, Palm Spring 1948
Richard Neutra, Kaufmann House, Palm Spring 1948
Richard Neutra, Kaufmann House, Palm Spring 1948