Abbattimento e lavorazione all’ascia di alberi in un arazzo di Bayeux XI sec.)

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

Lezione n. 3 : le costruzioni in legno

Alexander Calder (1898 – 1976). La famiglia Brass - 1927

Gerarchia - Equilibrio - Simmetria

CARATTERISTICHE DEL MATERIALE : DIREZIONE DELLA FORZA

L’ANISOTROPIA

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

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

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;

DIFETTI E CAPACITA’

Le sezioni di legno contenenti il midollo si fessurano maggiormente rispetto a sezioni senza midollo che tecnicamente vengono chiamate fuori cuore

Nicola Cavalieri San Bertolo, Istituzioni di Architettura statica e idraulica, 1831

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

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

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

Immagini tratte da F. Epaud, De la charpente romane à la charpante gotique en Normandie. CRAHM, 2011

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

Immagini tratte da F. Epaud, De la charpente romane à la charpante gotique en Normandie. CRAHM, 2011

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

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 progressivamente da altri materiali

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

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. (pietra da costruzione:calcare)

Tempio di Zeus, Olimpia, V sec. a.C. (pietra da costruzione:calcare) Tempio di Dioniso, Naxos, VI sec. a.C. (marmo)

150cm

50cm

340cm

250cm 270cm

Progressiva sostituzione degli elementi lignei con materiali più durevoli e più controllabili nella realizzazione

Tempio di Dioniso, Naxos, VI sec. a.C.

Le travi per la definizione della copertura, erano impostate a volte su grandi travi di colmo

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

Il taccuino di Villard rappresenta una delle poche testimonianze articolate del sapere costruttivo in epoca Medievale

Uso dei materiali disponibili e ricorso ad unioni e giunzioni

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

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

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

La progressiva introduzione del metallo: dalle giunzioni ed unioni, alle aste composte – travi armate

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

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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

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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

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Sistema tirante puntone Lo scorrimento tra gli elementi lignei è impedito dalla realizzazione dei giunti a dente di sega e dalle caviglie metalliche

Luigi Cattaneo, L’arte muratoria Vallardi editore, Milano 1889

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 armate- alla totale sostituzione delle parti lignee.

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

Nei trattati Rinascimentali i due schemi si differenziavano per la natura del collegamento tra catena e monaco o colonnello

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

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.

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

Il Medioevo

Le capriate delle ville palladiane

Le capriate delle ville palladiane

Le capriate delle ville palladiane

Nicola Cavalieri San Bertolo : l’Ottocento

Istituzioni di Architettura statica e idraulica, 1831

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

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 Marie-Joseph Peyre e Charles De Wailly e modifica della sua combinazione proposta da J.-B. Rondelet

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

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 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

C. Polonceau, Notice sur nouveau systéme de charpente en boie e fer, in Revue Générale l’Archtecture et des traveaux Publics. 1840

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

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

RILIEVO DELLA STRUTTURACARATTERISTICHE GEOMETRICHE

SEZIONI RESISTENTIDEFORMATE

GERARCHIA STRUTTURALEVALUTAZIONE DELLE FASI DI SOVRAPPOSIZIONE

VALUTAZIONE DELLE UNIONIVALUTAZIONE DELLE GIUNZIONI

CLASSIFICAZIONE A VISTA DEL LEGNAMEVALUTAZIONE DELLA MATERIA

DIFETTIDEGRADI

STRUTTURA COME INSIEME DI ASTE VINCOLATERILIEVO DELLA STRUTTURAQUALITA' DELL'ORGANISMO

QUALITA' MATERICA

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