01-At Tecniche Costruttive 12-13 - Corso Architettura Tecnica

Prof. Ing. Francesco Fulvi [email protected]

01-TECNICHE COSTRUTTIVE

Corso di Architettura Tecnica a.a. 2012-2013

Università degli Studi di Parma Facoltà di Ingegneria

Corso di Laurea in Ingegneria Civile e Ambientale

Corso di Architettura Tecnica a.a. 2012/2013

Prof. Francesco Fulvi TECNICHE COSTRUTTIVE

•  Non esiste architettura che non comporti soluzioni strutturali;

•  Nessuna architettura può essere spiegata indipendentemente dalla sua struttura.

•  Questo presuppone:


Prof. Francesco Fulvi TECNICHE COSTRUTTIVE LA CONOSCENZA DEI MATERIALI: •  Legno, •  Calcestruzzo •  Acciaio, •  Pietra, •  Cemento armato •  Vetro •  Argilla •  Laterizio

LA CONOSCENZA DEI SISTEMI DI ADESIONE FRA MATERIALI: •  per appoggio, •  per aggancio, •  per mutuo contrasto, •  per effetto di leganti, •  per incatenamento •  per sospensione LE FORME DI SOLLECITAZIONE: •  Trazione, compressione, taglio e torsione; •  Carichi statici o dinamici; •  La distribuzione dei carichi – sistema trilitico, sistema spingente, sistema traente – •  Il comportamento dei materiali da costruzione



Legno

•  origine dell’Architettura-XXI sec. •  costruzioni a traliccio I a.c.–XIX •  Capriata basiliche paleocristiane IV sec. •  edifici in legno alpi/nord-est Europa XV-XVIII sec. •  baloon framing nord America XIX-XXI sec. •  Blockbau XV-XXI sec. •  legno lamellare XX-XXI sec.



Tecnica del graticcio









San Lorenzo fuori le mura



Tecnica del blockbau



Tecnica del baloon framing



Penafiel –Richard Rogers



Pietra da taglio

•  architettura Egizia (piramidi) 3000 a.C. •  architettura greca VIII-31 a.C. •  architettura romana 506 a.C – VI •  architettura romanica X-XII sec. •  architettura gotica XII-XV sec. •  architettura rinascimentale XV-XVI sec. •  classicismo e neoclassicismo XVI-XIX sec.



Giza Piramidi



Atene Partenone



origine dell’Architettura (area mesopotamica) al XXI (Africa, Asia)

Argilla / fango /adobe



Il Comfort

Mattone in terra cruda



Il Comfort

La moschea di Djenne



•  II sec. a.c.-xx sec.terme, Ostia

Laterizio (mattoni, coppi…)



Terme di Caracalla



•  architettura romana (Pantheon) II a.c.-VI d.c. •  architettura rinascimentale XVI sec.

Calcestruzzo



Panteon



•  ponti in Inghilterra XVIII sec. •  ghisa e acciaio XIX sec. •  vetro XX sec.

Ferro e Vetro



Ghisa

La Ghisa è una lega ferro-carbonio, contenente anche altri elementi, come silicio, manganese, zolfo, fosforo, in percentuali varie, caratterizzata da un tenore di carbonio compreso fra l'1,9% e il 5,5%. Le leghe ferro-carbonio contenenti una quantità di carbonio inferiore all'1,9% costituiscono i diversi tipi di acciaio. • Proprietà: è dura, fragile, resiste poco alla trazione e alla flessione, è resistente alla compressione e alla corrosione; la ghisa non può subire lavorazioni plastiche in quanto non è malleabile, né a caldo né a freddo; possiede un'ottima fusibilità a temperatura non molto elevata, è fluida, dà getti sani e compatti, e consente una facile realizzazione di pezzi anche molto complicati.



Acciaio

L'Acciaio è una lega di ferro e carbonio che contiene una percentuale di carbonio inferiore al 2% e più piccole quantità di altri elementi come il silicio, il manganese, lo zolfo e il fosforo. Le materie prime per la produzione dell'acciaio sono: – La ghisa grezza che viene affinata (riduzione della percentuale del carbonio e delle impurità) e che è la materia prima principale; – il rottame di ferro, derivato da recuperi civili e industriali – le ferroleghe, che sono leghe di ferro particolari, che non hanno impiego autonomo ma vengono appunto preparate per essere usate nella produzione di acciai e ghise speciali; contengono una percentuale di carbonio generalmente molto bassa (dallo 0,1% all'1%), con massiccia presenza (che può superare l'80%) di altri elementi come silicio, manganese, cromo, nichel, cobalto ecc... che vengono aggiunte agli acciai per migliorarne le caratteristiche.



• Proprietà: le proprietà dei vari tipi di acciaio dipendono principalmente dalla quantità di carbonio presente e dalla sua distribuzione nel ferro, dalle ferroleghe aggiunte e dai trattamenti termici subiti. Generalmente presentano buone proprietà meccaniche e sono lavorabili per deformazioni plastiche e con macchine; sono facilmente saldabili. • Quindi l'acciaio, che costituisce il più importante prodotto della siderurgia, viene commercializzato in una grande varietà di tipi, ciascuno con caratteristiche diverse, classificabili secondo la composizione chimica, la struttura, il processo di produzione, l'impiego prevalente.

Acciaio



1750, Abraham Darby utilizza carbone fossile anziché vegetale • 1789, macchina a vapore di James Watt • 1789, binario in ghisa • 1820, binario a T in ferro dolce • 1825, prima corsa da Stockon a Darlington effettuata da George Stephenson • 1831, binario laminato a doppia T



Il ferro non è un materiale nuovo. Nell’antichità era usato con parsimonia (greci e romani preferivano il bronzo). • Nel Rinascimento usato come rinforzo • Usato nella facciata orientale del Louvre come pietra armata, o da Soufflot nel pronao di Saint Genevieve nel 1772 • Produzione limitata • Industrializzazione quale fatto fondamentale • La sua introduzione non costituisce una novità inizialmente perché l’impiego utilizza tecniche analoghe a quelle del legno





Settecento

• Ferro non ha dignità di materiale per le costruzioni • Usato solamente in sporadici casi per i rinforzi (anelli, catene) • Usato per elementi strutturali puntiformi (colonna in ghisa, 1780) • Usato per i ponti (1775-1779, Ponte sul Severn)



Ponte sul Severn a Coalbrookdale, 1775-1779



Ponte di Sunderland, 1793





Il ferro è applicato sempre più e si trasforma in un materiale alla moda: •  voliere per animali esotici, •  piccoli padiglioni •  serre per giardini

•  all’inizio sostituiscono i pilastri in legno delle prime filande di cotone inglesi

•  bisogno di ampi spazi per le filatrici meccaniche usate in unione della pietra che dei mattoni e del legno

•  materiale che assume qualsiasi forma



800

• Usato per coperture • Edifici in ferro e vetro per uso pubblico (mercati: Les Grandes Halles, 1855, Biblioteche) • Esposizioni universali (1851) • Edifici in ferro e vetro per uso residenziale (grattacieli)



crystal palace, 1851



crystal palace, 1851





Galleria Vittorio Emanuele II, Milano, 1864-75



Galleria Vittorio Emanuele II, Milano, 1864-75



Galleria Umberto I, Napoli 1887-90



Henri Labrouste

Primo grande architetto-ingegnere • Studia all’Ecole des Beaux arts poi va a Roma • Biblioteca di Saint Genevieve (primo tentativo struttura ghisa e acciaio) in un edificio pubblico. Pareti in muratura ma tutti gli elementi strutturali (colonne, travi e copertura sono di ferro) • Biblioteca nazionale di Parigi 1858. Quattro piani con piastre a graticcio per luce. Forme prese in prestito da periodi diversi (brunelleschi…). Soluzione senza compromessi



St. Genevieve, Parigi, 1843-50









Bibliothèque Nationale, Parigi, 1860-1868



• Esposizione universale di Parigi del 1867 • Mercati coperti, Les Grandes Halles 1855 (padiglioni collegati da passaggi coperti) • Esposizione universale di Parigi del 1889



Galerie des Machines, Parigi, 1867



Galerie des Machines, Parigi, 1867



Les grandes halles, Paris



Les grandes halles, Paris



Tour Eiffel, Parigi,1889



Chicago 1877-1895

• Tra gli anni ’40 e 80 dell’Ottocento si diffonde in Usa la soluzione a strutture in ghisa inizialmente solo nella facciata per edifici commerciali o uffici per avere il massimo della superficie vetrata • La ghisa era stata già impiegata in UK per elementi portanti all’interno di edifici in forma di colonne, travi ma mai all’esterno dell’edifici • Ghisa capace di assumere tutte le forme della bellezza architettonica e riprodurre il legno o la pietra



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1) 1849 incendio a St. Louis e nel 1871 a Chicago, Vulnerabilità della ghisa, si impone un rivestimento protettivo 2) L’alto edificio commerciale sorse dalla pressione dei valori terrieri, i valori terrieri dalla pressione della popolazione, la pressione della popolazione dalla pressione esterna 3) Invenzione di un mezzo meccanico di trasporto verticale - Il primo ascensore sicuro al mondo è quello progettato da Otis e portato all’esposizione di New York nel 1853 (asta a cremagliera che anche in caso di rottura del cavo si fermava) - «l’ascensore ha raddoppiato l’altezza dell’edificio per uffici e la struttura in acciaio l’ha raddoppiata ancora»

Chicago 1877-1895



54 Chicago 1877-1895

La massima quantità di luce porta ad una progressiva riduzione degli elementi strutturali in facciata sino all’estrema conseguenza di un involucro di vetro scisso dalla struttura portante: curtain wall •  Curtain walls (muri tenda) sono pareti costruite tra

montanti in ferro o acciaio che non portano altro peso che il proprio

•  Hanno lo spessore necessario a proteggere l’edificio •  Portate da montanti in ferro



55 Home Insurance Building, 1884 Chicago



56 The Fair Stone,1890 Chicago



57 Marshall Field, 1885 Chicago



58 Auditorium (1886-89)



59 Guaranty Building, Buffalo, 1894-96



60 Flatiron Building, New York, 1902



Grattacieli

Il problema dell’eccessiva elevazione verticale del fronte degli edifici determinò tre diverse tipologie (o modelli) strutturali a cui architetti ed ingegneri dovevano adeguarsi: •  a Campanile •  a Zigurrat •  a Plaza



Woolworth, New York, 1913



Empire State Building, New York, 1931



Cemento

•Dal latino caementum: rottame. Nell’antichità si usava come legante la calce ottenuta dalla cottura dell’ossido di calce (800°-1000°). •Oggi legante che impastato con l’acqua fornisce una massa plastica capace di indurirsi (circa 28 giorni) e con una buona resistenza alla compressione. •Il cemento idraulico classico (Portland) è ottenuto mediante la cottura di miscele di argilla e calcare (silice 20% + allumina 7% + ossido di ferro 5% + calce 65% + magnesia 1,5% + anidride solforica 1,6%), la loro macinazione (clinker) e la loro cottura a circa 1500°



Cemento armato

Termine con cui si indicano (comunemente ma impropriamente) le stru?ure costruite in calcestruzzo di cemento con un’armatura metallica in esso immersa. La collaborazione tra i due elemenE è resa possibile dal fa?o che essi posseggono lo stesso coefficiente di dilatazione termica lineare. Il cemento armato amme?e anche il rivesEmento con materiali tradizionali quali la pietra, i ma?oni, la ceramica e gli intonaci



John Smeaton e il faro di Eddystone ,1774



1824 Joseph Aspdin di Leeds produce il primo agglomerante idraulico, il cemento Portland. 1855 Il francese J.L. Lambot realizza un cano?o cosEtuito da una leggera armatura metallica rivesEta di cemento. 1867 Il cemento armato fece la sua prima apparizione all’Esposizione di Parigi del 1867 grazie a François Coignet. UElizzato nei solai dei piani so?erranei del ristorante dell’edificio principale (travi in ghisa annegate nel calcestruzzo)



1868 Un giardiniere, J. Monier, uElizza una griglia metallica per costruire serbatoi o vasi in cemento. 1873 Nel 1873 William Wards colloca sbarre di acciaio so?o l’asse neutro della trave 1890 Francois Hennebique (Francia, 1842-‐ 1921) costruisce a Bourg-‐la-‐Reine la propria casa come manifesto di propaganda dell’impiego del cemento armato. Linguaggio ecle^co Giardino pensile



Francois Hennebique Bourg-la-Reine, 1890



Francois Hennebique Bourg-la-Reine, 1890



1890 Paul Co?ancin breve?a il ciment armè basato sulla combinazione di cemento e di ma?oni armaE con i ma?oni legaE nel cemento da un’armatura di filo metallico. L’elemento in ferrocemento aveva sopra?u?o la funzione di mantenere la conEnuità stru?urale nelle zone so?oposte a trazione. 1894 Anatole de Baudot inizia a lavorare alla prima chiesa con stru?ura in cemento armato: St. Jean de Montmartre a Parigi.Traduzione in cemento armato l’organismo voltato delle ca?edrali goEche.



Anatole de Baudot St. Jean de Montmartre, 1894



Anatole de Baudot St. Jean de Montmartre, 1894



1898 Hennebique esegue il primo ponte ad arco e l’anno seguente il ponte sul fiume Vienne a Chatellerault con arcate di 50 metri.



Hennebique Chatelleraul,1898



1900 Hennebique costruisce in rue Danton 1 a Parigi



Hennebique rue Danton 1,1900



1903 Auguste Perret realizza la casa in rue Franklin 25 a Parigi.



Auguste Perret rue Franklin 25,1903



Con il XX secolo lo sviluppo dell’uso del cemento armato prende vie diverse 1)  Applicazione ingegnerisEca: ponE, silos, viado^, grandi

coperture (prime aviorimesse, stadi), autostrade 2) Applicazione all’edilizia 3) Prefabbricazione (industrie, a?rezzature per lo sport)



I criEci sbalordiE riconoscevano le qualità del c.a. 1.La non pretesa di essere un monumento archite?onico 2.La funzionalità 3. Economicità •l’espressione archite?onica non è richiesta, è un materiale monotono ma logico •risolve per la prima volta l’interconnessione fra gli elemenE stru?urali formando un sistema conEnuo. •Il sistema triliEco diventa un sistema elasEco conEnuo dove esiste un principio generale di mutuo soccorso tra il cls e l’acciaio e una resistenza globale



• Robert Maillart (Svizzera, 1872-‐1940) • Eugène Freyssinet (Francia, 1879-‐1962) • Pierluigi Nervi (Italia, 1891-‐1979) • Auguste Perret (Francia, 1874-‐1954) • Antoni Gaudì (Spagna, 1852-‐1926) • Le Corbusier (Francia, 1887-‐1965) • Walter Gropius (Germania, 1883-‐1969)



Robert Maillart Salginatobelbrücke,1930



Eugène Freyssinet , Hangar per dirigibili 1916-24



Pierluigi Nervi

Nasce a Sondrio, frequenta l ́Universitá a Bologna dove consegue una doppia laurea in Ingegneria ed in Archite?ura. 1927 La ci?á di Napoli commissiona a lui ed a Arnaldo Foschini la Funicolare centrale e la sala dell ́Augusteo. La sala del teatro é realizzata in cemento armato, ha una forma circolare, di 30 metri di diametro, con una copertura ad anelli ed al centro un lucernario. 1930 Stadio di Giovanni Berta a Firenze (1930-‐32): la pensilina che copre un se?ore delle tribune, le eleganE scale elicoidali per l ́ingresso degli spe?atori e l a sve?ante torre Maratona. 1936-‐40 Nel 1936-‐40 realizza gli hangar per l'AeronauEca Italiana ad Orbetello, andaE distru^. Le volte di queste costruzioni erano formate da un leggero reEcolo di nervature di cemento armato che incrociandosi diagonalmente contribuivano a donare una luce impressionante allo spazio interno.



A metá degli anni ́40 sviluppa il ferro-‐cemento, resistente ed elasEco, composto di straE di maglia d ́acciaio, riempiE di malta e calcestruzzo. Con questo materiale si o?engono nervature sciolte, ricurve od ondulate di grande impa?o visivo che cara?erizzano l ́intera sua opera, insieme a soluzioni audaci, rese possibili dall ́uso del cemento armato che Nervi lascia in vista. 1948 Salone delle Esposizioni di Torino dove la copertura esterna copre una distanza di 76 metri. Lo spessore del rivesEmento del te?o é di soli 5 cm ed é reso possibile dall ́aumento della rigiditá a?raverso l ́ondulazione della ragnatela trasversale che crea l ́intelaiatura. 1953-‐57 Sede permanente dell ́Unesco a Parigi, collaborando con gli archite^ Marcel Breuer e Bernard Zehrfuss. 1957 Fa parte del team di stru?urisE italiani che cooperano con l ́archite?o Gio PonE alla proge?azione delGra?acielo Pirelli a Milano, insieme a Rosselli, Dell ́Orto, Danusso, Voltolina, Fornaroli.



1960 In occasione delle Olimpiadi del 1960 a Roma disegna con Annibale Vitellozzi il Palazze?o dello Sport, edificiodalla pianta circolare, con cupola ondulata che poggia su 36 forcelle, dalla forma a Y; lo stadio Flaminio, il viado?o sopraelevato di Corso Francia. Mentre insieme a Marcello PiacenEni realizza uno dei simboli dell ́Eur: il Palazzo dello Sport, un edificio in curtain-‐wall dai vetri verde-‐azzurro. 1961 A Torino Nervi e suo figlio Antonio si aggiudicano il concorso tenuto nel 1959 per la proge?azione del Palazzo del Lavoro, da inaugurare per l ́esibizione del 1961. I tempi ristre^ dal bando alla realizzazione, 11 mesi soltanto, contribuiscono a scegliere la proposta di Nervi che grazie all ́impiego di soluzioni modulari, consente una rapida progressione dei lavori. Cara?erisEca dell ́edificio sono sedici "grandi ombrelli", cosEtuiE da un pilastro centrale in cemento armato da cui si dipartono raggi in travi d ́acciaio che reggono la copertura dell ́edificio. Le pareE-‐vetrate esterne sono re?e da una serie di montanE che aiutano a contenere le dilatazioni termiche e che scaricano sulla copertura le tensioni create dal vento.



1964 Paolo VI gli affida la costruzione della nuova aula per le udienze al pubblico. Un parEcolare curioso é chequesta sala é situata a cavallo fra due staE: l ́Italia e la Ci?á del VaEcano. 1979 Muore all'etá di 88 anni a Roma.































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