Consolidamento degli edifici storici a.a. 2013 – 2014 Prof. Paolo Faccio coll. arch. Elisa Fain- arch Paola Scaramuzza orario : martedi 13.00-17.00 S. Marta aula N1 Abbattimento e lavorazione all’ascia di alberi in un arazzo di Bayeux XI sec.) Lezione n. 3 : le costruzioni in legno Gerarchia - Equilibrio - Simmetria Alexander Calder (1898 – 1976). La famiglia Brass - 1927 L’ANISOTROPIA CARATTERISTICHE DEL MATERIALE : DIREZIONE DELLA FORZA LA DEFORMABILITA’ DEL LEGNO : COMPORTAMENTO VISCO ELASTICO Il comportamento visco elastico comporta specifiche problematiche prestazionali, in particolare agli elementi portati e agli apparati decorativi. Se gli alberi saranno troppo esili perché si possa ottenere una trave intera da un solo tronco, bisognerà riunirne più d’uno in un sol corpo , in modo che essi contengano in se la stessa efficacia di un arco, che cioè la linea superiore della trave così contesta non possa in alcun modo accorciarsi per il peso che le grava sopra, e che la linea inferiore non possa allungarsi, ma si presenti come una corda fissata con salda presa a trattenere sopra di sé i tronchi che tendono a sporgere con le opposte estremità L. B. Alberti De Re aedificatoria cap. 12 1485 La presenza di difetti come i nodi, cipollature, fenditure da ritiro oltre alla conformazione curva dei rami da cui vengono tratte le strutture, consigliano e orientano la scelta del ruolo strutturale nella gerarchia della costruzione DIFETTI E CAPACITA’ Si definiscono nodi le porzioni dei rami inglobate progressivamente all'interno del fusto a causa dell’accrescimento diametrale dell’albero. Fisiologicamente inevitabili, costituiscono peraltro un difetto dal punto di vista tecnologico, poiché sono elementi di discontinuità ed eterogeneità inseriti nel legno del tronco Relativamente agli impieghi strutturali, la presenza dei nodi produce significative riduzioni della resistenza dei segati in quanto: - qualsiasi tipo di nodo (compreso il nodo sano e ben aderente), per le sue caratteristiche intrinseche e per l'orientamento sfavorevole della fibratura, secondo le vigenti normative tecniche deve essere considerato come non collaborante con il legno del segato; ciò non equivale a equiparare il nodo a un foro o a una cavità poiché questi ultimi interrompono la fibratura del legno del tronco che invece è ben raccordata e integra nell'intorno del nodo; Il legno di reazione è sempre presente nei rami, a causa del loro sviluppo paraorizzontale: nella parte inferiore dei rami di Conifere, in quella superiore dei rami di Latifoglie. L'inconveniente più grave dal punto di vista tecnologico è l'elevato ritiro del legno di compressione in direzione assiale, che può raggiungere anche il 6÷10%, in confronto ai valori pari a 0,1÷ 0,5% tipici del legno normale. Esso induce tensioni interne tali da provocare deformazioni, rotture e instabilità di forma pregiudizievoli per le travi che presentano tale difetto La specificità del materiale da costruzione che deriva dalla lavorazione di elementi vegetali soggetti alle variabili ambientali comporta una particolare attenzione nella scelta delle parti da utilizzare e dalle tecniche di lavorazione degli segati Nicola Cavalieri San Bertolo, Istituzioni di Architettura statica e idraulica, 1831 Le sezioni di legno contenenti il midollo si fessurano maggiormente rispetto a sezioni senza midollo che tecnicamente vengono chiamate fuori cuore Approvvigionamento e razionalizzazione Identificazione degli elementi che compongono la gerarchia strutturale dell’ossatura lignea (a) e modalità di definizione dei segati per il risparmio di materiale. Nicola Cavalieri San Bertolo, Istituzioni di Architettura statica e idraulica, 1831 Lo studio dello sfruttamento massimo del tronco con la riduzione degli sfridi è associato alla ricerca di utilizzare elementi a sezione definita con caratteristiche funzionali all’impegno strutturale (a) Gli effetti del ritiro sono differenti a seconda della posizione in cui è stato eseguito il taglio dell’elemento all’interno del tronco: ad esempio una tavola radiale si imbarcherà meno rispetto ad una tangenziale Lo sfruttamento ottimale del materiale Uso di legno contorto nella cattedrale di Bayeux (1225 circa). I legni venivano scelti e utilizzati con particolari deformazioni e conformazioni per meglio esplicare la funzione strutturale che devono svolgere Immagini tratte da F. Epaud, De la charpente romane à la charpante gotique en Normandie. CRAHM, 2011 Granaio Saint Lazare di Beauvais, gli elementi deformati sono posti in opera per meglio soddisfare impegni strutturali o per seguire l’andamento di strutture in muratura Catena lignea curva per superare la volta nella chiesa di Saint Clair sur Epte Immagini tratte da F. Epaud, De la charpente romane à la charpante gotique en Normandie. CRAHM, 2011 Chiesa di S. Massimo a Borghetto – PD (IX – X sec.) Trave curva utilizzata per impegno strutturale e per seguire la conformazione dell’arco di bordo della emi calotta in muratura Prog. P. Faccio A partire dal X secolo le foreste cominciano a contrarsi per l’uso massiccio di legname, principale materiale da costruzione. Si rende necessario uno sfruttamento razionale della risorsa anche in termini di rimboschimento Immagini tratte da F. Epaud, De la charpente romane à la charpante gotique en Normandie. CRAHM, 2011 Immagini tratte da F. Epaud, De la charpente romane à la charpante gotique en Normandie. CRAHM, 2011 La descrizione delle trasformazioni dell’architettura nel tempo, illustra come il legno da materiale inizialmente prevalente, scompare lentamente negli oggetti, divenendo struttura celata L’ottimizzazione del processo edilizi o impone una modifica dell’architettura nella quale il legno viene sostituito progressivament e da altri materiali Dal legno alla pietra : il processo di litificazione dell’architettura. Oltre a nuove forme, parti dell’architettura vengono trasformate da lignee a lapidee o laterizie Tempio di Apollo, Siracusa, VI sec. a.C.; sono realizzate in pietra (calcare tenero locale) le fondazioni, i muri della cella e le colonne della peristasi; le colonne della cella e la copertura sono in legno. La sezione a “L” dell’architrave è volta a ridurre il peso dell’elemento Tempio di Apollo, Siracusa, VI sec. a.C. (pietra da costruzione:calcare) 50cm Progressiva sostituzione degli elementi lignei con materiali più durevoli e più controllabili nella realizzazione 150cm 270cm 250cm 340cm Tempio di Zeus, Olimpia, V sec. a.C. (pietra da costruzione:calcare) Tempio di Dioniso, Naxos, VI sec. a.C. (marmo) Le travi per la definizione della copertura, erano impostate a volte su grandi travi di colmo Tempio di Dioniso, Naxos, VI sec. a.C. La difficoltà di reperimento di materiale di grande dimensione, sviluppa le tecniche di assemblaggio di moduli da comporre in elementi più grandi. Ad esempio, Philibert De l’Orme nel suo trattato edito nel 1576, rappresenta una serie di strutture lignee di centine che costituiscono volte riportate Centine lignee composte di volte in incannucciata. Basilica di Saint Remi a Reims. La grande copertura in legno viene distrutta da eventi bellici. Viene ricostruita con i calcestruzzo armato, conservando comunque la forma e la rappresentazione di tecnologie precedenti solo come simulacro Forme storiche materiali moderni E’ evidente l’assonanza tra il riferimento storico e la realizzazione contemporanea Le tecniche di assemblaggio vengono riutilizzate in epoca contemporanea per ottenere anche elementi strutturali. Campo di Fossoli – MO, strutture primarie di copertura, 1940 circa CAPACITA’ DISSIPATIVE DELLE STRUTTURE IN LEGNO Prove cicliche eseguite su un giunto trave-pilastro di un edificio intelaiato giapponese. Tratto da AA.VV. Le strutture di legno in zona sismica, ed clut, Torino 2005 Duttilità locale e duttilità globale Masariè Cibiana di Cadore : il ruolo delle connessioni ( comportamento duttile locale) nella definizione di un comportamento duttile globale I SOLAI Villard de Honnecourt Uso dei materiali disponibili e ricorso ad unioni e giunzioni Il taccuino di Villard rappresenta una delle poche testimonianze articolate del sapere costruttivo in epoca Medievale L’obiettivo che ritroviamo in tutti i trattati è quello di realizzare un solaio con travi principali più corte rispetto alla luce da coprire Schema di verifica di un solai alla Serlio Soluzione costruttiva dell’appoggio indiretto o nodo sospeso. Tutto è demandato a collegamenti meccanici TRATTATO TEORICO E PRATICO DELL'ARTE DI EDIFICARE DI GIOVANNI RONDELET PRIMA TRADUZIONE ITALIANA SULLA SESTA EDIZIONE ORIGINALE CON NOTE E GIUNTE IMPORTANTISSIME PER CURA DI BASILIO SORESINA MANTOVA A SPESE DELLA SOCIETA' EDITRICE COI TIPI DI L.CARANENTI MDCCCXXXI Pianta, sezione e dettagli dei legnami di un solaio composto di travi e travetti, commessi con incavature e con l'uso di strisce di ferro al di sotto. Oltre ai collegamenti meccanici con perni, chiodi o cavicchi lignei, si introducono staffe e bretelle metalliche La progressiva introduzione del metallo: dalle giunzioni ed unioni, alle aste composte – travi armate TRATTATO TEORICO E PRATICO DELL'ARTE DI EDIFICARE DI GIOVANNI RONDELET PRIMA TRADUZIONE ITALIANA SULLA SESTA EDIZIONE ORIGINALE CON NOTE E GIUNTE IMPORTANTISSIME PER CURA DI BASILIO SORESINA MANTOVA A SPESE DELLA SOCIETA' EDITRICE COI TIPI DI L.CARANENTI MDCCCXXXI Solaio quadrato composto di travi disposti diagonalmente, e di ulteriori quadri minori muniti di due ranghi di travetti sovrapposti incrociati, predisposto a ricevere un plafone al di sotto e un mattonato al di sopra; pianta e dettagli della griglia e delle commessure dei legnami TRATTATO TEORICO E PRATICO DELL'ARTE DI EDIFICARE DI GIOVANNI RONDELET PRIMA TRADUZIONE ITALIANA SULLA SESTA EDIZIONE ORIGINALE CON NOTE E GIUNTE IMPORTANTISSIME PER CURA DI BASILIO SORESINA MANTOVA A SPESE DELLA SOCIETA' EDITRICE COI TIPI DI L.CARANENTI MDCCCXXXI Solai antichi con travi e travicelli apparenti; pianta e dettagli delle commessure all'incontro dei travi con le traverse Figure 3 e 6 - Solaio moderno con commessure risolte attraverso la posa, ai due lati dei travi, di filarole fissate con cavicchie e staffe di ferro, per sostenere le traverse TRATTATO TEORICO E PRATICO DELL'ARTE DI EDIFICARE DI GIOVANNI RONDELET PRIMA TRADUZIONE ITALIANA SULLA SESTA EDIZIONE ORIGINALE CON NOTE E GIUNTE IMPORTANTISSIME PER CURA DI BASILIO SORESINA MANTOVA A SPESE DELLA SOCIETA' EDITRICE COI TIPI DI L.CARANENTI MDCCCXXXI Sistema tirante puntone Lo scorrimento tra gli elementi lignei è impedito dalla realizzazione dei giunti a dente di sega e dalle caviglie metalliche Figure da 1 a 9 - Modi di eseguire i sollievi sulle travi e conformazioni e sezioni di vari tipi di puntoni e travi armate eseguite con l'ausilio di cavicchie e di barre di ferro Risulta evidente in questa immagine, come il progressivo uso del metallo avviene con un processo di sostituzione di parti, dagli elementi di unione e giunzione, a provvedimenti per la riduzione della deformabilità – travi armatealla totale sostituzione delle parti lignee. Luigi Cattaneo, L’arte muratoria Vallardi editore, Milano 1889 LE CAPRIATE, GIUNZIONI ED UNIONI Un sistema articolato per la copertura di grandi luci Necessità di realizzare elementi – aste – di grandi dimensioni con elementi di ridotta grandezza, composizione di parti, giunzioni Necessità di articolare la struttura multi aste, con grande rilievo nella definizione della collaborazione tra le parti : unioni sottopuntone controcatena Denominazione storica di alcuni elementi costruttivi secondo vari autori SCHEMI DI RIFERIMENTO DELLA CAPRIATA A NODO CHIUSO : COLONNELLO A NODO APERTO : MONACO Si chiama catena quella trave, che va a livello da mura a mura : nel mezzo della quale si pianta un pezzo di legno, che si dice colonnello : perché sta in piedi, come una colonna Scamozzi, Idea dell’architettura universale, 1615, Libro VIII, cap. XXII Nei trattati Rinascimentali i due schemi si differenziavano per la natura del collegamento tra catena e monaco o colonnello Le grandi coperture erano probabilmente composte da graticci di travi che sostenevano i puntoni che davano la sagoma a spiovere del tetto Schema di copertura di un tempio tuscanico a tre celle, Martha, 1889 Alcuni autori fanno risalire al periodo del VI sec a.C. nella Magna Grecia i primi esempi di capriata Grande importanza nelle tecniche di assemblaggio tra elementi lignei Ricostruzioni di coperture lignee Tratto da Sebastiano Serlio Capriate palladiane al Pantheon oggi J. B. Rondelet, San Paolo Fuori le Mura a Roma, disegno della capriata probabilmente risalente al IX sec d. C. distrutta in un incendio nel 1823. L’articolazione della capriata di copertura sembra prevedere un forte serraggio del colonnello alla catena. Il Medioevo Villard de Honnecourt, la copertura lignea è realizzata con aste collegate con ferramenta , perni e chiodi Il progetto era condotto per mezzo di un proporzionamento geometrico e il controllo e scelta del materiale Le capriate delle ville palladiane Le capriate delle ville palladiane Le capriate delle ville palladiane Istituzioni di Architettura statica e idraulica, 1831 Nicola Cavalieri San Bertolo : l’Ottocento Nicola Cavalieri San Bertolo, schemi di capriate e di solai Nicola Cavalieri San Bertolo, unioni per la definizione dei nodi di capriate, in particolare il nodo puntone catena e a dx esempio di trave armata utilizzando il sistema a tirante puntone Nicola Cavalieri San Bertolo, esempi di travi composte e armate Nicola Cavalieri San Bertolo, esempi di giunzioni e unioni Nicola Cavalieri San Bertolo, esempi di giunzioni e unioni Nicola Cavalieri San Bertolo, Articolazione delle capriate con l’inserimento di elementi ad arco TRATTATO TEORICO E PRATICO DELL'ARTE DI EDIFICARE DI GIOVANNI RONDELET PRIMA TRADUZIONE ITALIANA SULLA SESTA EDIZIONE ORIGINALE CON NOTE E GIUNTE IMPORTANTISSIME PER CURA DI BASILIO SORESINA MANTOVA A SPESE DELLA SOCIETA' EDITRICE COI TIPI DI L.CARANENTI MDCCCXXXI Figure 1 e A, B - Elevazione della capriata e particolari delle commessure a zig-zag della catena e dei puntoni, del teatro Argentina Figure 2 e 3 - Elevazione della capriata del teatro dell'Odéon, progettata da MarieJoseph Peyre e Charles De Wailly e modifica della sua combinazione proposta da J.-B. Rondelet La volontà e necessità di ridurre l’incidenza del materiale ligneo sia in termini di elementi di grandi dimensioni – catene- e in termini d durabilità, in particolare dei nodi, porta ad una progressiva introduzione di materiali moderni. In particolare per strutture di grande luce – 12 – 15 m – si sviluppa un tipo di struttura mista legno metallo denominato capriata Polonceau La Polonceau si basa sulla riduzione della luce del puntone mediante un contraffisso, mutuando la logica della trave armata, risultando composta da due travi armate inclinate congiunte da una tirante intermedio C. Polonceau, Notice sur nouveau systéme de charpente en boie e fer, in Revue Générale l’Archtecture et des traveaux Publics. 1840 La capriata Polonceau, inventata da Camille Polonceau nel 1840 è uno dei tipi costruttivi che segna il passaggio delle strutture storiche a quelle moderne, utilizzando i nuovi materiali e le metodologie di calcolo. In particolare l’uso del legno a pressoflessione nel puntone, della ghisa nel caso degli elementi compressi e acciaio per quelli tesi evidenzia in modo chiaro il cambio di orizzonte della teoria e tecnica delle costruzioni La soluzione delle connessioni e dei collegamenti metallo legno, costituisce una delle principali problematiche legate alla durabilità e funzionalità degli elementi costruttivi, in particolare i problemi di degrado legati al ricoprimento con cuffie metalliche dei nodi. A sx uso della ghisa per le cuffie a dx uso di lamiera in acciaio L’accoppiamento di metallo e legno, ha generato ulteriori modelli di coperture come quello di Emy IL RILIEVO DELLE STRUTTURE LIGNEE DIAGRAMMA DI FLUSSO DEL PROCESSO CONOSCITIVO RILIEVO DELLE STRUTTURE LIGNEE STRUTTURA COME INSIEME DI ASTE VINCOLATE RILIEVO DELLA STRUTTURA QUALITA' DELL'ORGANISMO QUALITA' MATERICA RILIEVO DELLA STRUTTURA CARATTERISTICHE GEOMETRICHE SEZIONI RESISTENTI DEFORMATE GERARCHIA STRUTTURALE VALUTAZIONE DELLE FASI DI SOVRAPPOSIZIONE VALUTAZIONE DELLE UNIONI VALUTAZIONE DELLE GIUNZIONI CLASSIFICAZIONE A VISTA DEL LEGNAME VALUTAZIONE DELLA MATERIA DIFETTI DEGRADI MODELLO INTERPRETATIVO ELEMENTI LIGNEI RILIEVO DELLE STRUTTURE LIGNEE SOLAI ANALISI A VISTA DEL LEGNAME IN OPERA SOLAI DEL PIANO PRIMO Analisi delle sezioni residue e dello stato di degrado degli appoggi per l’organizzazione degli interventi COPERTURE Analisi delle strutture lignee: scheda di caratterizzazione. La scheda deve contenere le informazioni minime per la definizione della struttura, in questo caso articolata Abazia di Praglia – Padova. Rilievo delle strutture di copertura Abazia di Praglia – Padova. Rilievo delle strutture di copertura
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