ARCHITETTURA FARE PENSARE

L’architettura della volta

Da sempre utilizzata in diverse soluzioni architettoniche, la volta svolge un eccellente ruolo costruttivo-strutturale, spaziale-funzionale e formale-decorativo, essendo una significativa testimonianza del patrimonio monumentale e di edilizia diffusa ed un importante modello di riferimento per la sperimentazione e la realizzazione di nuove forme progettuali.

The vault has always been an element of functional and elegant design widely used for experimenting with new forms.

A cura di: Roberta Togini Folli, architetto
Disegni tratti dal volume Koenig G.K., Furiozzi B., Brunetti F., Tecnologia delle costruzioni 2, Le Monnier, Firenze 1990

Dal latino volgare volvita (derivato di volvitare intensivo di volvere, “volgere”) deriva il termine “volta” ad indicare una struttura di copertura con superficie curva e concavità rivolta verso l’interno dello spazio da coprire e proteggere.
Geometricamente e costruttivamente l’arco costituisce l’elemento generatore della volta; tuttavia, mentre il primo è in grado di coprire un passaggio, la seconda è in grado di coprire un ambiente. Staticamente il materiale impiegato è soggetto prevalentemente a compressione, ragione per cui il comportamento della volta è riconducibile al comportamento dell’arco. In relazione alla configurazione spaziale, a sua volta legata all’uso di tecnologie tradizionali,
la volta permette di realizzare con materiali differenti e anche di piccole dimensioni, coperture di ampi ambienti senza dove ricorrere ad appoggi intermedi che interromperebbero l’unità spaziale e la continuità materica.

Nelle foto: Un esempio di volta ad archi ribassati in laterizio.
Una volta a crociera intonacata che, insiemeall’arredo e alla pavimentazione della cucina, sottolineano il carattere rustico dell’ambiente.

Example of depressed arched vault in brick.
A plastered cross vault which, together with the furniture and floor of the kitchen, underlines the rustic
nature of the room.

The arch is the key feature of any vault, a term which comes from the Latin ‘volvita’ that refers to a form of curved covering with the concavity facing downwards towards the area intended to be covered and protected. Statically speaking, the material used is mainly subject to compression, which explains why the vault has an arched shape. Even with the use of traditional technology, vaults made with materials of various shapes and sizes can be used to cover rooms without having to resort to supports that would interrupt spatial unity and material continuity.

LA CENTINATURA

Per la realizzazione delle volte e quindi degli archi di cui sono costituite, si utilizza oggi come in passato, la centina, un sostengo arcuato, tenuto in opera per il tempo necessario alla costruzione o anche per tempi più lunghi durante cui si effettua il tiro delle murature. Con questo sistema da impostare tra i piedritti, si crea la forma dell’arco, sostenendolo in
fase esecutiva; la parte superiore della centina detta “tamburo” o “manto”, ha in genere una superficie continua in legno ed è sagomata come l’intradosso dell’arco. La porzione di struttura compresa tra l’imposta e le reni (circa 30°) è soggetta ad un alto coefficiente di attrito per cui risulta praticamente in equilibrio, non richiedendo l’impiego di centine
molto robuste, a differenza della parte restante della volta che invece impone la necessità di un sostengo considerevole e di un’armatura solida. La luce dell’arco influenza la complessità della centina; archi di luci modeste in virtù dell’aderenza tra i materiali e dei tempi di presa del materiale, sono realizzati con una centinatura di tavole di legno o, come nel caso di esperti voltatoli di un tempo, anche non facendo ricorso ad armature, mentre archi di luci considerevoli richiedono il progetto strutturale della centina. I materiali più comunemente utilizzati un tempo erano il legno soprattutto nel caso di volte di dimensioni contenute, e in tempi recenti anche i tubi metallici (solitamente di acciaio)
soprattutto per volte di grandi dimensioni. La tecnica costruttiva prevede la realizzazione della volta a partire dalle imposte, proseguendo fino alla chiave con il posizionamento del concio di chiave. Una volta trascorso il tempo necessario alla presa dei materiali e all’assestamento strutturale, si effettua il disarmo della centina, in modo da garantire che la volta entri in carico.

Evoluzione storico-costruttiva della volta

Tra le più antiche realizzazioni di coperture voltate, si ricordano le volte a botte in mattoni, cotti o crudi, di alcune camere tombali risalenti al III millennio a.C., del cimitero reale di Ur in Mesopotamia, un paese ricco di argilla e povero invece di legno e pietra dove il mattone costituiva in edilizia il principale materiale. Motivazioni simili hanno caratterizzato i primi esempi di costruzione di volte anche in Egitto e nella Persia achemeniede; diversamente avveniva in Grecia dove la lavorazione di grandi blocchi lapidei favoriva l’uso del sistema trilitico per la copertura di superfici piane. Il diffuso e grandioso utilizzo di strutture voltate si attua dopo la ricomparsa in ambito etrusco-italico, soprattutto a partire dall’epoca romana. Tuttavia è dal MedioEvo che la volta subisce ulteriori sviluppi tesi a migliorare la qualità statica fino a raggiungere forme complesse con manifestazioni raffinate come nell’architettura gotica, e soluzioni innovative con nuove interpretazioni, come si sperimenta nel Rinascimento, nel Barocco e nei secoli successivi.

CENTRING

Centring is used today, as in the past, to make vaults. This is a temporary arched support that is kept in place for as long as the construction requires. Using this system of piers, the arch is created and supported during its construction.
The upper part of the centring, known as the ‘drum’, usually has a continuous wooden surface and is shaped like the intrados of the arch. The portion of structure between the springer and the mid-stones (about 30°) is subject to a high friction coefficient so that it is in equilibrium, therefore not requiring the use of very robust centring, unlike the rest of the arch which needs considerable support and strong reinforcement. The span of the arch influences the complexity of the centring. Arches with a modest span are made with a wooden plank centring or, as in the case of expert vault makers of the past, with no reinforcement at all. Arches with a wide span on the other hand do need centring.
Wood was the most commonly used material, especially with smaller sized arches. Recently, metal tubing (usually steel) has been used, especially to make large arches. The building technique involves making a vault beginning at the imposts and moving up to the keystone. Once the materials have set for sufficient time, the centring can be dismantled so that the vault takes the load.

Nelle foto: Solaio con voltine a sesto ribassato in mattoni faccia a vista.
Una volta a botte ad archi ribassati, con catene posizionate a contenimento delle spinte orizzontali.

Small segmental arches in facing brick.
Depressed arch barrel vault with chains to contain horizontal thrust.

VARIETA’ TIPOLOGICHE E MATERIALI

Possibilità tecnologiche, spaziali, produttive e materiali dell’edificazione hanno consentito di sperimentare sempre più complesse varianti geometrico- tipologiche della volta con vantaggi di ordine dimensionale e prestazionale. Si distinguono volte semplici con superficie intradossale continua, prive di angoli e spigoli, e volte composte con
superficie intradossale formata da parti di figure geometriche diverse il cui incontro dà origine a spigoli aggettanti e/o rientranti. Tra le volte semplici la più comune è la volta a botte, mentre tra le volte composte le volte a crociera e a padiglione. La volta a botte ha una configurazione semicilindrica e può essere considerata come una successione
di archi lungo una generatrice che coprono un ambiente delimitato da muri perimetrali; prevede diverse varianti a seconda della conformazione spaziale dell’ambiente da coprire. La volta a crociera, costituita da quattro unghie, è formata dall’incrocio di due volte a botte in cui vengono eliminate le parti presso le linee di imposta; le superfici interne sono individuate da quattro archi perimetrali e da due archi diagonali incrociati che permettono di convogliare i carichi e le spinte puntualmente su colonne o su pilastri angolari. La volta a padiglione, costituita da quattro fusi, è formata
dall’incrocio di due volte a botte in cui vengono mantenute le parti presso le linee di imposta; il carico e le spinte sono distribuite sui muri d’ambito. Solitamente viene impostata su una base poligonale. A seconda della forma degli archi da
cui hanno origine, le volte possono essere a tutto sesto, a sesto ribassato, a sesto acuto, ellittico, ecc. Da un punto di vista materico, esistono esempi di realizzazioni in conci di pietra da taglio con o senza malta, in mattoni variamente apparecchiati e malta, in getto di conglomerato e con tecniche miste che prevedono l’uso di diversi materiali volta a botte distribuzione dei carichi nella volta a crociera distribuzione dei carichi nella volta a padiglione nella stessa struttura, fino in tempi recenti all’impiego di calcestruzzo armato e materiali metallici.

Il sistema trilitico

Lo schema del trilite è costituito da due blocchi monolitici verticali sostenenti un terzo blocco disposto orizzontalmente in appoggio su questi. Questo sistema costruttivo, già utilizzato in alcune strutture primitive come i monumenti megalitici e nell’architettura preellenica e greca, è diffusamente impiegato anche nell’architettura moderna per le caratteristiche di resistenza e stabilità garantite dalle strutture in acciaio e in cemento armato.

MATERIAL CHOICES

Technological advances have made it possible to experiment with increasingly complex vaults, resulting in larger sizes and better performance. The most common single vault is the barrel vault, whereas among the compound vaults we
find the groin vault and pavilion vault. The barrel vault has the shape of a half cylinder and can be considered to be a sequence of arches that volta a crociera volta a Padiglione cover a room delimited by perimeter walls. The groin vault is made of two barrel vaults crossing at an angle. The pavilion vault is made of two barrel vaults crossing at an angle, the only difference being that the parts where there are the impost lines have been kept. Depending on the shape of the arches, vaults can be round arches, segmental arches, acute arches, elliptic arches etc. From a material point of view, there are examples of vaults made using voussoirs with or without mortar, bricks with mortar, concrete casting,
mixed techniques that use various materials in the same structure, and today’s technique using reinfor

Fasi di costruzione di una volta a botte
secondo la tecnica romana:

1) preparazione dei muri,
2) posa in opera della centina,
3) esecuzione degli archi in mattone,
4) riempimento ed esecuzione del rinfianco,
5) realizzazione della copertura e disarmo,
6) edificio ultimato.

IL DEGRADO DEI MATERIALI LAPIDEI

Secondo la normativa CNR-UNI Normal 1/88 “Alterazioni macroscopiche dei materiali lapidei: lessico”, si definisce:
– ALTERAZIONE CROMATICA: alterazione che si manifesta attraverso la variazione di uno o più parametri che definiscono il colore: tinta, chiarezza, saturazione. Può manifestarsi con morfologie diverse e può riferirsi a zone ampie o localizzate;
– DISTACCO: soluzione di continuità tra strati superficiali del materiale, sia tra loro che rispetto al substrato;
prelude alla caduta degli strati stessi …;
– EFFLORESCENZA : formazione di sostanze, generalmente di colore biancastro e di aspetto cristallino e polverulento o filamentoso, sulla superficie del manufatto.
Si parla di critpoefflorescenza o subflorescenza nel caso di efflorescenze saline quando la cristallizzazione avviene all’interno del materiale provocando il distacco delle parti più superficiali;
– MACCHIA: alterazione che si manifesta con pigmentazione accidentale e localizzata della superficie; è correlata alla presenza di materiale estraneo al substrato;
– RIGONFIAMENTO: sollevamento superficiale e localizzato del materiale che assume forma e consistenza variabili.

Danneggiamento delle volte

Strutturalmente, le volte sono classificate come strutture spingenti, in quanto, come gli archi di cui sono costituite e da cui dipende il comportamento, sono soggette a carichi verticali ed esercitano spinte orizzontali in corrispondenza delle imposte. La presenza di carichi considerevoli, la distribuzione delle sollecitazioni non adatta alla configurazione geometrica della volta, la resistenza e lo stato di conservazione dei materiali sono da considerare tra le cause di dissesto che talvolta favoriscono l’innesco di cinematismi, portando la struttura al collasso. I dissesti nelle volta si possono manifestare con fessurazioni e deformazioni. Le prime si evidenziano con soluzioni di continuità nel materiale, localizzandosi in genere nella sezione di chiave e alle reni, individuate dall’angolo di 30° (angolo di attrito della muratura) con l’orizzontale. Le seconde quali ad esempio le depressioni della chiave, possono avvenire nel piano o fuori piano e determinano un cambiamento di forma della struttura.

Questi danneggiamenti che possono comportare un limite funzionale e talvolta estetico-percettivo come nel caso di intradossi affrescati gravemente compromessi, non sempre sono indice di pericolo, in quanto, se limitati, possono evidenziare un meccanismo di assestamento stabilizzato nel tempo con una nuova configurazione di equilibrio o un cinematismo lento. A questo proposito, è necessario monitorare il comportamento di fessure e deformazioni nel tempo, in modo da confermare le condizioni di sicurezza strutturale o da intervenire tempestivamente.

Non appartengono alle strutture portanti, le volte “finte”, solitamente realizzate con elementi di sostegni lignei ed incannicciato su cui veniva steso, come finitura, uno strato di malta. Le condizioni statiche sono strettamente relazionate alla presenza di fenomeni di degrado dei materiali, in quanto, se molto diffusi e profondi, possono contribuire alla riduzione della sezione resistente e quindi della capacità portante. Tra le alterazioni materiche più diffuse nelle strutture voltate, si deve ricordare il degrado legato alla presenza di umidità con manifestazioni quali ad esempio efflorescenze, rigonfiamenti e distacchi superficiali, macchie ed alterazioni cromatiche. Nell’edilizia diffusa, almeno fino al XVI secolo, le volte erano realizzate nell’interrato e al piano terra, ambienti solitamente caratterizzati da umidità, per ragioni di convenienza statica e, dice il Palladio, anche perché erano meno esposte al pericolo di incendi rispetto ai solai lignei.

A lato, l’accogliente atmosfera della sala da pranzo “voltata” si espande, tramite un’apertura ad arco, verso la zona soggiorno, anch’essa ritmata dallo stesso gioco di volte. Il sapore della trazione rivive nelle forme degli elementi architettonici e nei materiali. Le linee curve delle volte in laterizio, richiamando la geometria del tavolo, sono in apparente contrasto con le linee squadrate del camino in muratura che vivacizza la chiara superficie intonacata.

The welcoming atmosphere of the ‘vaulted’ dining room expands, by means of an arched opening, towards the living room area that is also vaulted. The feel of tradition relives in the forms and materials of the architectural elements. The curved lines of the brick vault, which recall the geometry of the table, are in apparent contrast with the square lines of the brick fireplace that livens up the white plastered surface.

Nelle foto: vista dell’elegante portico voltato che ospita un raffinato salotto. Le ampie vetrate
creano una continuità
percettiva degli spazi.
La lunga galleria con la sobria volta a botte intonacata, è impreziosita dai ricchi elementi di arredo.
Volta a botte con mattoni faccia a vista.

View of the fine vaulted portico that encloses an elegant lounge. The large windows create visual continuity.
The long arcade with simple plastered barrel vault is set off by the furniture. Barrel vault with facing brick.

Indicazioni di intervento

Per la valutazione della capacità portante e dello stato di conservazione della struttura voltata, una corretta prassi metodologica impone la necessità di eseguire un’analisi approfondita della volta finalizzata alla conoscenza dell’evoluzione storico-costruttiva con particolare attenzione alla storia di carico e dello schema geometrico-statico del sistema voltato, lo studio dei materiali mediante caratterizzazione e della funzione dei singoli elementi di cui è composta la volta, il rilievo dei fenomeni fessurativi indicativi di dissesti e dei fenomeni di degrado materiale. Sulla base di queste informazioni è possibile interpretare i sintomi di dissesto e di degrado, individuandone le cause, e quindi, con finalità conservative e nel rispetto dell’esistente, intervenire dapprima sull’eliminazione o, se non possibile, sul contenimento delle cause e successivamente sugli effetti. Nelle volte, l’intervento strutturale è solitamente mirato al contenimento delle spinte orizzontali e all’impiego
statico delle masse murarie di spalla. Un sistema molto diffuso nelle costruzioni antiche, ma efficace ed ancora impiegato, consiste nel posizionamento di un tirante, detto “catena”, in corrispondenza delle reni con la funzione di ridurre o annullare le spinte esercitate dalla volta sui piedritti o sulle murature d’ambito.

Consolidamento mediante catena intradossale
Rinfianco di una volta ellittica

L’assorbimento delle sollecitazioni di trazione da cui il nome tirante, è garanzia di sicurezza per la volta che nell’edilizia tradizionale era spesso realizzata in muratura, un materiale composito caratterizzato da una buona resistenza a sforzi di compressione, ma da una debole resistenza a sforzi di trazione. I sistemi catenari che possono essere più di uno, complementari tra loro e posizionati a livelli diversi, cioè all’intradosso e all’estradosso, risultando in tal modo non sempre visibili, sono posti in opera in metallo o in legno e sono messi in tiro mediante capichiave. Per assicurare la stabilità dalla volta, è possibile anche incrementare lo spessore della sezione muraria delle murature d’ambito e parzialmente aumentare i carichi
gravanti. A questo proposito, è necessario ricordare come la presenza del rinfianco abbia un effetto stabilizzante, ragione per cui non è consigliabile la rimozione. Parallelamente ad interventi di consolidamento è necessario prevedere anche interventi finalizzati al risanamento dell’ambiente voltato e alla conservazione dei materiali mediante pulitura, consolidamento e protezione delle superfici.

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