Archi e volte

Le volte "Le volte sono coperture arcuate (...) formate con pietre mattoni od altri materiali, insieme cementati od in altra maniera collegati, sì da formare una struttura stabile nella sua posizione per effetto di una pressione che si verifica tra i singoli elementi che la compongono e per effetto della contropressione eguale ed oppostamente diretta che esercitano gli appoggi, contro i quali viene trasmessa la pressione della volta." Cavalieri San Bertolo, 1826-27

Le strutture voltate possono avere svariate forme geometriche, da quelle semplici a quelle più complesse, originate dall'intersezione di volte semplici.

La conoscenza delle tecniche di costruzione delle volte è basilare per comprenderne i meccanismi resistenti. I meccanismi resistenti dipendono sia dalla forma geometrica della volta che dalla tessitura, cioè da come sono disposti gli elementi.

Le volte hanno una discreta capacità di adattarsi agli assestamenti delle strutture portanti, grazie alla presenza dei giunti di malta, molto deformabili. Nelle volte, la presenza di un quadro fessurativo rappresenta un minor problema. Quello che desta preoccupazione è la presenza di avvallamenti, che compromettendo la forma, vanno a compromettere il funzionamento della volta.

L'analisi dei dissesti e l'interpretazione del quadro fessurativo devono essere basate su indagini sufficientemente approfondite, eventualmente coadiuvate da un confronto con la manualistica per riconoscere la tecnica costruttiva ed il livello di applicazione della regola dell'arte.

"Gli archi e le volte si sostengono pel contrasto laterale che si sviluppa tra i loro conci. Ne deriva che, per la stabilità, la curva delle pressioni dev'essere posta entro i limiti di nocciolo onde le sezioni risultino compresse in tutta la loro estensione superficiale e che le tensioni non debbono superare il carico di sicurezza del materiale." S. Mastrodicasa

La stabilità della volta dipende quindi dalle condizioni: i vincoli devono essere in grado di contrastare efficacemente le azioni trasmesse dalla volta: tramite una buona rigidezza a pressoflessione del muro o con la presenza di catene o contrafforti la risultante delle pressioni si deve collocare all'interno del nocciolo di ciascuna sezione in maniera che il concio risulti compresso le tensioni non devono superare i limiti di resistenza dei materiali

Dissesti degli archi e delle volte causati dai cedimenti delle imposte I cedimenti dei muri di imposta di archi o volte possono: dipendere da fattori esterni (es. cedimento fondale) ed allora occorre intervenire sulle cause dei cedimenti e, se necessario, consolidare i muri essere provocati dalla spinta stessa delle volte che vi si attestano

Il cedimento del muro di imposta può non dipendere dalla spinta esercitata dalla volta: cedimenti di fondazione, schiacciamento delle strutture sottostanti, ... L'arco o la volta subiscono un moto di trascinameno che ne determina il lesionamento.

Cedimenti provocati dalla spinta delle volte Le spinte esercitate contro le pareti sono generalmente accettabili per le pareti dei piani più bassi, dove lo sforzo di compressione è piuttosto elevato (quanto più lo sforzo normale è elevato, tanto più la risultante ha direzione vicina alla verticale): per questo motivo nell'edilizia storica raramente si trovano strutture voltate ai piani più alti degli edifici.

Se le strutture spingenti sono realizzate in successione su vani contigui, la mutua azione di contrasto garantisce la stabilità. I problemi possono esistere per le volte terminali.

Il cedimento della parete d'imposta può essere accompagnato dal distacco delle volte dalla parete stessa; la fessurazione delle volte dipende dalla loro forma e disposizione. Nelle volte a botte e a crociera, con le generatrici ortogonali alla parete, i distacchi si stabiliscono all'innesto col muro. Nelle volte a crociera proseguono nelle costole e poi nelle falde.

Altra conseguenza dei cedimenti laterali della parete, può essere la depressione della volta: nella volta a botte con le generatrici parallele alla parete inflessa nelle volte a vela, a schifo, a padiglione.

Quando il dissesto della volta dipende dal cedimento del muro d'imposta, occorre innanzi tutto intervenire su questo. Se il cedimento è dovuto alla spinta, occorre neutralizzarla; l'intervento più agevole è l'inserimento di tiranti (attenzione ai possibili effetti negativi sulle volte). Se non è possibile (per motivi di altezza libera, ad es) inserire tiranti alla quota d'imposta, si possono inserire all'estradosso; risultano meno efficaci: vincolano il muro ma non assorbono completamente la spinta.

Tiranti estradossali con imbracature tirante estradossale A-A' + tiranti C1-D e C1'-D' posti in tensione per assorbire la spinta il tirante A-A' è poco rigido, sotto l'azione delle componenti verticali P2 cede effetto negativo perché i carichi verticali sono riportati in D e D'

Riduzione della spinta mediante telaio metallico qui il tirante è rigido perciò i carichi verticali non sono riportati all'arco ma alle murature di imposta

Buona cosa, quando è possibile, la realizzazione di contrafforti o speroni. Valida anche la costruzione di archetti di scarico Se il cedimento dipende da altre cause, gli interventi sono quelli specifici

Cedimenti spontanei delle volte Curva delle pressioni esterna al nocciolo: la notevole eccentricità della risultante determina eccessivi sforzi di compressione in uno dei lembi provocando dissesti propri della volta (indipendenti dalla stabilità delle imposte). Volte con elevato rapporto freccia/luce (specie in presenza di riempimento pesante): la curva delle pressioni si solleva alle reni provocandone la depressione ed in conseguenza il rialzamento della chiave; in tali condizioni è alto il rischio di crollo improvviso Volte ribassate: il fenomeno è l'inverso: rialzamento delle reni e depressione della chiave

Non è opportuno l'inserimento di catene per frenare le deformazioni dovute alla depressione o rialzamento degli archi e delle volte. La forza introdotta con il tiraggio tende ad aumentare anziché ridurre i dissesti. Nel rialzamento delle reni e depressione della chiave: la situazione della sezione in chiave è migliorata, ma alle reni l'eccentricità aumenta Nel rialzamento della chiave e depressione delle reni: il fenomeno procede in verso opposto.

E' sconsigliabile l'inserimento di biette nei giunti intradossali delle volte e degli archi fessurati: si abbassa la curva delle pressioni, il che va bene in chiave ma non alle reni (come nel caso del tirante)

Anche gli interventi sulle volte devono essere il più possibile rispettosi del sistema costruttivo originario: devono tendere a ripristinare la funzionalità dell'elemento strutturale senza alterare il comportamento statico globale. Gli elementi che costituiscono la volta sono in equilibrio sotto le azioni trasmesse dagli elementi adiacenti: intervenire a modificare l'entità delle azioni significa turbare questo equilibrio con possibili effetti dannosi. La riduzione degli sforzi di contrasto, la rimozione del riempimento e del rinfianco possono compromettere seriamente la stabilità della volta.

Un esempio: la realizzazione di una soletta rigida in cemento armato sull'estradosso della volta, ancorata a cordoli in breccia ricavati nelle murature perimetrali. La volta in c.a. tende a sostituirsi alla volta sottostante, assorbendo buona parte dei carichi e trasferendoli direttamente alle murature; nella volta inferiore viene a mancare la forza di compressione; si può verificare il distacco degli elementi della parte centrale.

Gli interventi devono essere i più leggeri possibile compatibilmente con la natura del dissesto e l'entità del degrado. Spesso l'assetto statico delle volte non è totalmente compromesso: in tali casi si possono: effettuare interventi locali di sostituzione delle porzioni di muratura plasticizzate, se occorre, recuperare il profilo originario, quindi intervenire sulle cause dei dissesti rinforzando le imposte.

Controsoletta in cemento armato Il modo valido di utilizzare il sistema della controsoletta in c.a. è quello di realizzarla di spessore ridotto (poco rigida) e collaborante con la struttura (connettori a taglio)

Sistema CAM

Interventi con nastri in FRP

Cattedrale di Città di Castello (PG) Fasciatura con fibre FRP dell’estradosso di cupole in muratura Cattedrale di Città di Castello (PG)

Cattedrale di Città di Castello (PG) Fasciatura con fibre FRP dell’estradosso di cupole in muratura Cattedrale di Città di Castello (PG)

Ospedale Umberto I Roma Rinforzo delle volte e delle pareti portanti con CFRP Ospedale Umberto I Roma

Ponte San Pietro Cariano (VR) TEC. INN. S.r.l. - via Gagarin 73 06070 San Mariano - Perugia Tel: 0755170096 Fax: 0755178358 Ponte San Pietro Cariano (VR) Rinforzo con fibre FRP dell’intradosso dell’arco

Rinfianchi cellulari Nelle volte, il rinfianco è necessario per impedire lo sfiancamento della volta, dovuto alla componente orizzontale delle pressioni; nelle volte di buona fattura veniva realizzato per contrasto con riempimenti non eccessivamente pesanti: controvoltine (procelle) vasi di terracotta muretti trasversali (frenelli)

Più spesso le volte venivano caricate con enormi masse di rinfianco costituite da materiale incoerente: serviva da riempimento per raggiungere la quota del pavimento. Il carico eccessivo può provocare il superamento dei limiti di resistenza dei materiali e dar luogo a fenomeni di dissesto. Se questi fenomeni sono in fase iniziale si può porre rimedio: si puntella si toglie il riempimento pesante si sostituisce con rinfianco cellulare

I rinfianchi cellulari sono costituiti da una serie di muretti (frenelli) normali alle generatrici delle falde, sormontati da una struttura piana a sostegno del pavimento. Disposizione dei frenelli

Nelle volte di grandi dimensioni, i frenelli possono essere disposti sia nella direzione delle generatrici che in direzione normale.

Lo spessore dei frenelli è opportuno che sia uguale a quello della volta. I frenelli vengono collegati all'estradosso della volta tramite chiodi che ne impediscono lo scorrimento reciproco. Le camere d'aria del sistema cellulare non devono essere ermetiche, ma intercomunicanti, in modo da evitare pressioni e depressioni dell'aria causate dalle variazioni termiche. Vantaggi: alleggerimento della volta (minor cimento dei materiali) aumento di resistenza perché i frenelli collaborano con le strutture della volta riduzione della spinta sulle murature d'imposta

Demolizione e ricostruzione Se il dissesto è grave occorre demolire e ricostruire: costruzione di sbadacchiature in modo da neutralizzare l'eventuale spinta delle volte adiacenti

costruzione di centine che seguano il profilo intradossale costruzione di un sottopalco di sicurezza costruzione di un palco superiore di lavoro demolizione del pavimento e del materiale di riempimento; si lasciando eventualmente le murature di rinfianco demolizione della volta con procedimento inverso a quello di costruzione ricostruzione Lo stesso procedimento si segue per demolizione e ricostruzione parziale

Consolidamenti provvisori necessari in presenza di deformazioni, in attesa del consolidamento definitivo

Riferimenti bibliografici Carbonara: "Trattato di restauro architettonico" Mastrodicasa S.: "Dissesti statici delle strutture edilizie", Hoepli, 1993