Tipi di strutture in edilizia

Per struttura portante si intende la parte della costruzione che ha la funzione di garantire la stabilità.

Le tecniche costruttive in questo senso sono diverse.

- trilite;

- arco;

- strutture a telaio;

- strutture reticolari e tensostrutture piane;

- strutture reticolari spaziali;

- strutture spaziali a grigliati e a lastre corrugate;

- strutture spaziali a guscio;

- tensostrutture spaziali;

Il trilite è una struttura formata da due elementi monolitici verticali, i cosiddetti piedritti o montanti, che forniscono l'appoggio ad un terzo elemento monolitico verticale, detto architrave, che svolge la funzione di sostenere i carichi sovrastanti e di trasmetterli ai piedritti.

In questo tipo di struttura è basato sulla trasmissione delle forze verticalmente. L'architrave subisce, infatti, sollecitazioni di taglio (è uno stato di tensione in cui la forma di un materiale tende a cambiare, di solito per forze interne di scorrimento trasversali, senza cambiamenti di volume) e flessione (quando un corpo è soggetto ad uno sforzo di flessione quando, per effetto dei vincoli cui è sottoposto, reagisce, opponendosi, ad un sistema di forze ad esso applicate che tenderebbero a farlo ruotare attorno ad un proprio punto), mentre i piedritti a sollecitazioni di compressione. 

I materiali più adatti per la costruzione dell'architrave sono quelli a struttura fibrosa (ad esempio il legno), perchè dotati di una maggiore resistenza alla flessione. Per i piedritti sono preferiti materiali con elevata sopportazione a sforzi di compressione (ad esempio pietre e laterizi).

La struttura ad arco è costituita da tanti elementi, detti conci (blocchi di pietra squadrati), che si reggono per mutuo contrasto, scaricando sui piedritti una retta d'azione inclinata, la cui componente orizzontale è detta spinta. 

La sua funzione è alquanto semplice, difatti sostituendo nel trilite l'architrave con due elementi inclinati che si contrastino a vicenda, insorgono a loro carico sforzi di compressione che generano una spinta tendente a rovesciare verso l'esterno i piedritti.

Dal trilite deriva lo schema statico a telaio, nel quale i piedritti e l'architrave vengono resi solidali creando nei loro punti di unione, denominati nodi, un incastro in grado di trasmettere, oltre alle forze, anche i momenti flettenti. 

In questo modo, l'architrave risulta essere sottoposto a minori sollecitazioni di flessioni in mezzeria, in quanto viene impedita la rotazione in corrispondenza degli incastri, ed allo stesso tempo i piedritti assorbono sia gli sforzi di compressione sia quelli di flessione determinati dal vincolo con l'architrave.

Possiamo meglio comprendere il concetto prendendo un ramo d'albero o semplicemente un bastone di legno. Impugnando il bastone alle sue estremità con le mani imprimiamo una flessione in modo che il bastone assuma una forma a U, con le fibre superiori compresse e le fibre inferiori tese. La sollecitazione impressa dalle nostre braccia al bastone è il momento flettente; la deformazione subita dal bastone è detta curvatura.

I piedritti e l'architrave dei telai sono considerati aste di un sistema continuo nel quale possono assumere varie forme e posizioni.

Il vantaggio principale è quello che a parità di funzione portante i suoi elementi necessitano di sezioni resistenti minori di quelle del trilite.

I materiali più adatti sono quelli in grado di resistere a sollecitazioni di compressione, flessione e taglio (adatti legno, acciaio e calcestruzzo).

TELAI MULTIPLI

Mediante l'unione di più telai semplici derivano svariate configurazioni strutturali a telai multipli, che prendono i seguenti nomi:

- telai piani, se i loro elementi giacciono sullo stesso piano;

- telai spaziali, se i loro elementi giacciono su piani perpendicolari (cioè l'uno sopra l'altro);

Rispetto ad un telaio semplice possiedono una resistenza migliore sia alle azioni orizzontali sia a quelle verticali, grazie alla loro attitudine a trasmettere e distribuire le sollecitazioni su tutto il sistema (adatti alle zone antisismiche).

Le strutture reticolari piane, o travi reticolari, sono costituite da aste orizzontali superiori e inferiori, chiamate briglie o correnti, e da aste verticali o inclinate, dette aste di parete, unite alle estremità in punti caratteristici, detti nodi, in modo da formare una maglia reticolare.

Solitamente le aste della briglia superiore sono sollecitate a compressione (i puntoni), quelle inferiori a trazione (tiranti), mentre, a seconda della loro disposizione, quelle di parete sono sollecitate a trazione u(n esempio classico di trazione può essere quello di una corda, tirata ai suoi estremi, in equilibrio statico) o compressione.

Sono costituite da travature di irrigidimento, appese ad una fune vincolata agli estremi per mezzo di tiranti opportunamente distanziati.

Solitamente sono applicati per i ponti sospesi o per creare grandi ambienti senza pilastri.

Si tratta della struttura spaziale più semplice. E' formata da travi reticolari incrociate perpendicolarmente tra loro. Un altra soluzione consiste nell'unione di più aste in corrispondenza degli spigoli di figure spaziali di forma poliedrica come piramidi o tetraedri. Gli elementi che le compongono sono solitamente profili tubolari di acciaio o con alta resistenza per le aste e di dispositivi particolari per i nodi.

Grazie anche alla loro elevata leggerezza sono in grado di coprire superficie di notevole ampiezza, potendo, inoltre, raggiungere forme sferiche.

Sono formate da travi parallele strette ed alte, incrociate tra loro secondo una griglia a maglie quadrate o romboidali o di altra forma, in modo da evitare fenomeni di instabilità laterale, il cosiddetto svergolamento. E' un fenomeno, in genere improvviso, legato alla perdita di stabilità dell’equilibrio elastico di una struttura. Lo svergolamento avviene secondo una forma rispetto alla quale, per un livello critico delle sollecitazioni agenti, la struttura ha perso completamente rigidezza. Si tratta di una particolare deformazione generalmente ad andamento elicoidale degli spigoli  e delle superfici di un elemento longilineo rispetto alla conformazione geometrica iniziale. Si tratta in effetti di un fenomeno di instabilità dell’equilibrio elastico. 

Questo tipo di struttura si conclude con travi perimetrali di irrigidimento ed è adatto per superfici piane oppure a curvatura semplice o doppia.

Sono formate da tante falde contrapposte, molto inclinate rispetto all'orizzontale, che si intersecano secondo spigoli disposti nella direzione della luce tra gli appoggi.

Questa forma corrugata migliora la resistenza agli sforzi di flessione grazie anche all'innesto delle estremità in elementi (pareti, travi...) che irrigidiscono il bordo della struttura.

Si ratta di superfici curve sottili, ma notevolmente rigide, nelle quali le condizioni di equilibrio sono ottenute mediante configurazioni spaziali adatte a sfruttare al massimo le caratteristiche di resistenza a trazione o a compressione.

Il materiale più adatto è il calcestruzzo armato che si presta a creare forme curve. 

La loro caratteristica fondamentale è quella di essere sottoposto soltanto a trazione consente il massimo sfruttamento delle sezioni resistenti impiegate. 

Possiamo avere diversi tipi di strutture:

- struttura a rete di funi, formata da un manto di copertura portato da funi ancorate al suolo e sostenute da arconi di calcestruzzo armato o di acciaio;

- struttura a tenda, costituita da una membrana tesa e sostenuta da antenne, archi di sostegno e tiranti di ancoraggio, che conferiscono una resistenza per forma;

- strutture pneumatiche, costituita da una membrana con i bordi aderenti al terreno, tesa a forma di copertura curva mediante gonfiaggio con aria immessa all'interno in modo da creare una pressione leggermente superiore a quella atmosferica;

Si tratta della configurazione strutturale più comune degli edifici civili moderni. E' una struttura a telaio con elementi portanti verticali, che sostengono travi e solai in modo da formare gli orizzontamenti (insieme degli strati che compongono la struttura, il sottofondo e il pavimento dei vari piani dell'edificio) ai vari piani dell'edificio. 

Questi elementi verticali devono essere disposti consonamente alla distribuzione degli ambienti. Questa disposizione costituisce il reticolo strutturale (o maglia). Il reticolo potrà essere:

- reticolo strutturale puntiforme, (quello che prevede i pilastri come struttura portante) quando gli elementi portanti verticali possiedono una sezione molto compatta (quadrata, rettangolare o poligonale) come per colonne e pilastri;

- reticolo strutturale a setti, (quello che preve i muri portanti come struttura portante) quando gli elementi portanti verticali sono costituiti da murature o setti di calcestruzzo armato, di spessore più o meno contenuto da una sezione allungata, forati in corrispondenza delle aperture per il passaggio tra i vani;