2. 4 LA STRUTTURA DI UN EDIFICIO

Se prendiamo degli elementi e li mettiamo in relazione tra di loro, seguendo una logica che ci permette di costruire un sistema funzionante, ecco che abbiamo creato una struttura. Nel caso del corpo umano, per esempio, la struttura che lo sostiene è lo scheletro: è composto dalle ossa, che sono collegate tra loro, ed è impegnato a sostenere il peso di tutto ciò che

il corpo contiene e di ciò che ognuno di noi porta addosso.

In un edificio la struttura portante o struttura resistente è l’insieme degli elementi che formano lo scheletro della costruzione, che è progettata

per sopportare due tipi di carichi:

1. i carichi permanenti, che sono quelli degli elementi stessi della costruzione, cioè il peso proprio dell’edificio (muri, pilastri, solai, travi, impianti, tetto, ecc.);

2. i carichi accidentali, riferiti a ciò che temporaneamente “pesa” sull’edificio (mobili, macchinari, neve, pioggia, persone, ecc.).

Il professionista che si occupa di redigere i calcoli strutturali di un edificio, deve dunque fare in modo non solo che le strutture stiano in piedi una volta costruite, ma anche che sopportino i carichi prevedibili.

Se, per esempio, il professionista progetta una struttura industriale per pesanti macchinari, deve preventivamente calcolare le azioni di questi carichi sui pavimenti (chiamati tecnicamente solette o partizioni orizzontali) in modo che la struttura rimanga sempre in equilibrio, senza cedimenti.


2. 4.1 LA PREFABBRICAZIONE

Una struttura e, a volte, anche un intero edificio possono essere costruiti in stabilimento e poi trasportati sul luogo di destinazione, dove devono svolgere la loro funzione.

In questo caso si parla di prefabbricazione, una tecnica costruttiva usata soprattutto per realizzare le lunghe travi di copertura FIG. 13 dei capannoni industriali o le casette uni-bifamiliari in legno.

È una tecnica che riduce i costi rispetto alle costruzioni in cemento armato, grazie a una produzione in serie.

2. 4.2 LA COSTRUZIONE IN ZONA SISMICA

Il territorio italiano è in gran parte zona sismica, cioè soggetta a terremoti, che imprimono alle strutture edilizie una sollecitazione, in direzione orizzontale, simile a quella del vento.

Pertanto, i progettisti devono fare in modo che gli edifici rimangano stabili anche se sottoposti alle scosse, limitando i danni al minimo.

Per garantire la stabilità degli edifici in caso di terremoto i provvedimenti da prendere sono diversi a seconda del grado di sismicità della zona in cui si vuole costruire: il valore di sismicità è stabilito da una legge che copre tutto il territorio nazionale FIG. 14.

Le normative per le costruzioni in zona sismica danno una serie di indicazioni generali per progettisti e costruttori riguardo a:

- analisi dei terreni di fondazione;

- tipo di edificio e tipo di struttura (a muri portanti, in calcestruzzo armato, ecc.);

- altezza degli edifici (nelle zone a più alto rischio viene limitata l’altezza).

Per le costruzioni in calcestruzzo armato vengono fissati dei limiti di legge che impongono un’attenzione particolare alle fondazioni, gli elementi che sostengono l’edificio e sopportano per primi l’impatto del terremoto. Il tipo di fondazione deve essere in grado di trasmettere al terreno in modo uniforme le azioni delle spinte sismiche ricevute dalla struttura che sta sopra.

Altre indicazioni vengono fornite sulla forma dell’edificio, che non dovrà avere eccessive sporgenze e rientranze. Viene evidenziata anche l’importanza della funzione dell’edificio; una scuola o un ospedale devono essere costruiti in modo particolarmente attento.

Le principali indicazioni sono:

- pilastri, travi e muri di fondazione devono essere di sezione più grande;

- le quantità e le dimensioni dei tondini di acciaio nei getti di calcestruzzo devono essere più numerose e di grandezza maggiore nelle zone a più alto rischio;

- i pilastri devono essere più vicini tra loro;
- le finestre non devono essere troppo vicine agli angoli dell’edificio;
- gli impianti, soprattutto quello del gas, devono essere dotati di dispositivi di interruzione della fornitura.
In tempi recenti, soprattutto dopo il terremoto dell’Aquila del 2009, si sono sperimentate tecniche costruttive che, per le nuove costruzioni, prevedono l’isolamento sismico: consiste nel rendere il più possibile indipendente il movimento del terreno da quello della struttura dell’edificio, in modo che la scossa non si propaghi a tutta la casa.
L’isolamento sismico si ottiene posizionando, tra le fondazioni e la parte dell’edificio che si sviluppa in altezza, degli isolatori, che:
- devono garantire l’appoggio della struttura sovrastante;
- devono avere una deformabilità elevata se sottoposti a forze sismiche orizzontali;
- devono essere capaci di azzerare gli spostamenti orizzontali.
Ne esistono di due tipi (il progettista sceglierà il migliore a seconda delle necessità):
1. a scorrimento, che fanno “scivolare” la struttura sulle fondazioni FIG. 15;
2. elastomerici, che hanno uno strato di gomma alternato a lamierini d’acciaio e si basano sulla proprietà della gomma di deformarsi, assorbendo le forze sismiche.

FIGURA 15 Principio di funzionamento dell’isolatore sismico a scorrimento.

LE STRUTTURE NELLA STORIA - per saperne di PIÙ!

Il sistema trilìtico è una struttura antichissima, costituita da tre elementi: due verticali, i piedritti, e uno orizzontale, l’architrave, poggiato sui piedritti. In questo modo si forma una sorta di porta basata sulla trasmissione del peso dell’architrave sui sostegni. Il più antico esempio di sistema trilìtico è il dolmen, datato intorno al III millennio a.C. FIG. 16. Questo sistema si perfezionò nel tempo, diventando la base dell’architettura. Il sistema a falsa cupola è una struttura con una pianta circolare, formata da blocchi di pietra sovrapposti in cerchi concentrici di diametro decrescente. Nel II millennio a.C. questo sistema era usato per costruire le tombe di importanti personaggi. Un esempio in Italia sono i trulli di Alberobello, in Puglia FIG. 17. Il sistema costruttivo di aperture ad arco iniziò a essere impiegato intorno al 3500 a.C. soprattutto dalle civiltà mesopotamiche. Successivamente si sviluppò anche in Italia a opera degli Etruschi; ma furono i Romani che lo usarono in modo molto diffuso.


L’arco a tutto sesto è una struttura semicircolare poggiata su due piedritti che sostengono pietre (e poi mattoni) al cui centro sta la chiave di volta che regge la spinta delle pietre laterali. I sistemi costruttivi della volta a botte e della cupola derivano direttamente dall’arco. La volta si può considerare come una successione di archi, mentre la cupola è il risultato della rotazione di un arco attorno all’asse che passa per il suo centro. Famoso esempio di cupola di epoca romana è il Pantheon, terminato a Roma nel 128 d.C. e giunto sino a noi praticamente intatto FIG. 18. Il romanico è uno stile architettonico che si affermò in Europa a partire dalla fine del X secolo. Esso era caratterizzato da un tipo di architettura molto solida, in cui prevalevano i volumi pieni, l’arco a tutto sesto e la volta a botte. Invece il gotico è uno stile architettonico che si diffuse intorno al 1300. Era caratterizzato da imponenti pilastri che sostenevano archi a sesto acuto che incrociandosi componevano le volte a crociera. Con questo sistema si evitò l’impiego di pesanti murature portanti, che vennero sostituite da luminose vetrate FIG. 19. Le strutture metalliche iniziarono a essere usate nell’Ottocento, quando si diffusero le lavorazioni dell’acciaio e si cominciò a costruire in officina elementi (profilati, putrelle) che venivano poi montati in cantiere con bulloni e saldature. Vennero realizzate le strutture reticolari, composte da travi in grado di coprire ampie superfici, usate per la costruzione di coperture per stazioni ferroviarie, ponti o edifici come la Tour Eiffel. Negli Stati Uniti, l’ossatura dei primi grandi grattacieli era costituita da travature metalliche FIG. 20. Il calcestruzzo armato fu il sistema costruttivo che nel Novecento sostituì velocemente le strutture in acciaio, perché molto più economico.