Metal trusses, a construction tradition

La capriata metallica nasce da quella in legno attraverso un processo di specializzazione dei componenti strutturali.

Le capriate metalliche derivano da quelle in legno e si sviluppano nel XIX secolo, coerentemente con la diffusione dell'impiego della ghisa e dell'acciaio nell'industria delle costruzioni. A loro volta danno impulso allo sviluppo delle travature reticolari in acciaio, anch’esse figlie del calcolo e della scienza delle costruzioni.
Sono pertanto un bell’esempio di evoluzione storica di un elemento costruttivo dalla forma elementare che nel corso della storia si è trasformato di pari passo con la disponibilità di nuovi materiali da costruzione e con l’affinamento della tecnica.

In termini generali la capriata è quell'elemento strutturale di forma triangolare atto a costituire l'orditura principale del tetto a falde, su di essa si dispone l'orditura secondaria e quindi il manto di copertura.

 

L’idea di capanna, di due elementi accostati che si sorreggono per mutuo contrasto, appoggiati o piantati sul terreno che ne regge il peso e ne assorbe le spinte orizzontali, rappresenta un concetto ancestrale di ricovero, di riparo dalla pioggia. Se non è un archetipo vecchio quanto l’uomo, poco ci manca (mica ci possiamo dimenticare delle caverne e dei dolmen), tant’è che se si chiede a un bambino di disegnare una casa, è abbastanza probabile che otterremo qualcosa di simile ad un quadrato con sopra un triangolo.

È proprio questo schema del triangolo indeformabile che nel corso dei secoli si modifica nei materiali, definisce la sua concezione strutturale e snellisce via via i suoi elementi, fino ad approdare alle capriate metalliche che segnano una sorta di capolinea, da qui si passa alle strutture reticolari composte sì di maglie triangolari indeformabili, ma non più, o non per forza, triangolari nella loro forma perimetrale.

Perché il triangolo è così importante?
Il triangolo è una struttura indeformabile. Finché si rimane dentro il triangolo si parla di capriata, se c’è una maglia di triangoli entriamo nel regno delle travature reticolari, se il triangolo non ha la base (la catena) le forze orizzontali si scaricano sui muri di sostegno e parliamo di incavallature.

Nella capriata tradizionale in legno, quella formata da una catena, due puntoni e un monaco, quest’ultimo non divide il triangolo in due, perché non tocca la catena, serve ad equilibrare i puntoni ed è sollecitato solo dalla leggera trazione del peso proprio. Se gravasse sulla catena, questa avrebbe un carico (oltre al peso proprio), una maggior deformazione dovuta a pressoflessione (la trazione invece limita la flessione del peso proprio), il monaco lavorerebbe in compressione e non avremmo più quella macchina perfetta che è la capriata normalmente definita all’italiana, o palladiana, che infatti si rifà alla trattatistica del nostro tardo Rinascimento. La tradizione francese invece è differente, risente e deriva dalla tecnica costruttiva delle chiese gotiche del Medioevo, ma non per questo si defila dall’evoluzione che porterà alle strutture in acciaio.

Quando la luce da coprire si amplia (normalmente oltre i 10-12 m), la capriata palladiana diventa composta, perché intervengono altri elementi (saettoni, doppio monaco, controcatena, rinforzi sui puntoni, ecc.), ma sempre all’interno del triangolo principale, senza mai toccare la catena e sempre con lo scopo di limitare la flessione dei puntoni, o per realizzarli con due tronchi più corti al posto di uno lungo. 

Un dettaglio da sottolineare nell’evoluzione dal legno al ferro di questa struttura è che le sezioni dei componenti delle capriate lignee sono più o meno tutte uguali, indipendentemente dai carichi e dalle sollecitazioni, per favorire la callettatura, cioè i collegamenti (a coda di rondine, a dardo di Giove, ecc.) e la relativa staffatura metallica.
Va da sé che alcuni elementi siano sempre sovradimensionati, soprattutto il monaco. Questo cambierà con l’avvento dell’acciaio e della ghisa che sono figli del calcolo.

Anche nella sua forma più elementare, la capriata è una struttura reticolare isostatica che serve a scaricare sulle strutture che la sostengono solo forze verticali, assorbendo essa stessa le componenti orizzontali derivate dal carico della copertura sugli elementi inclinati.
Se a prima vista le capriate lignee sembrano oggetti molto distanti dalle travi reticolari in acciaio, l'evoluzione tipologica delle capriate metalliche rende questo confine molto più labile.
Tale vicinanza contribuisce a "confinare" lo sviluppo e la diffusione delle capriate in acciaio all'interno di un ambito storico piuttosto definito che inizia con lo sviluppo industriale del secondo '800 e termina recentemente con il passaggio alla copertura dei capannoni industriali con strutture piane (travi metalliche reticolari, cemento armato precompresso, legno lamellare, ecc.).

Questo non significa che siano elementi costruttivi ormai in disuso o fuori moda, solo che hanno vissuto il loro momento di gloria in un'epoca in cui c'era la necessità di coprire luci piuttosto ampie (quelle dei capannoni che oggi fanno parte della nostra archeologia industriale) con manti di copertura relativamente leggeri, disposti su strutture a falde.
Per questo scopo le capriate in legno erano meno adatte, più costose per luci ampie, troppo pesanti per capannoni dall’involucro esile che privilegia ampie aperture per avere quanta più luce possibile all’interno. In più la presenza di processi industriali poteva esporre delle strutture lignee ad un rischio di incendio maggiore rispetto a quello di una chiesa. Per contro ci sarebbe da ammettere che le essenze tipiche e pregiate per le capriate in legno, in particolare il larice, non sono così infiammabili e resistono parecchio al fuoco, mentre le esili strutture metalliche magari non si incendiano, ma collassano molto prima per il calore dovuto all’incendio.
Tuttavia i fattori più importanti per l’adozione della capriata metallica rimangono la luce copribile, il costo, la leggerezza e la sua immagine frutto del calcolo e consona all’età del vapore, del carbone, del cemento, dell’acciaio. Per rendersene conto basta confrontare le due immagini: i tiranti del mercato di Barcellona quasi non si vedono, i monaci delle capriate del Palazzo Ducale di Venezia sono ben più grossi dell’estintore.

 

Capriate del Palazzo Ducale di Venezia - unospitedivenezia.it

Si assiste quindi alla progressiva sostituzione degli elementi della capriata in legno con altri in metallo, a cominciare da quello che lavora a trazione, la catena, che è anche il pezzo che richiede il taglio dei tronchi di legno di maggior sezione e pregio, a dispetto di un ben più esile tirante metallico.

Si tratta di una progressiva specializzazione funzionale dei componenti che possono garantire resistenze maggiori con pesi propri inferiori, cosa particolarmente importante per luci estese.

 

Lo studio delle tipologie miste in legno e acciaio si può rivelare particolarmente utile negli interventi di recupero di coperture in legno dove si renda necessario sostituire alcuni elementi, o rinforzare la struttura nel suo complesso affiancando a elementi storici altri supporti che mantengano dai primi una chiara distanza tipologica.

 

Il protagonista della storia sul passaggio dalle capriate in legno a quelle in metallo e poi alle travi reticolari si chiama Jean-Barthélémy Camille Polonceau (1813 - 1859), ingegnere ferroviario francese (come pure il padre e lo zio) che nel 1837 sviluppa un sistema misto in legno e acciaio in cui un sistema di tiranti metallici sostituisce saettoni e monaco. Da questo schema perviene poi a schemi di capriate completamente metalliche che portano il suo nome e che ancor oggi noi identifichiamo semplicemente come Polonceau.

I materiali moderni garantiscono maggiore durabilità rispetto al legno, soprattutto sui nodi. L'utilizzo della ghisa per gli elementi compressi (il contraffisso che va a sostituire il saettone) e dell’acciaio per quelli che lavorano a trazione (tiranti) evidenzia ancor di più il diverso paradigma della tecnica costruttiva moderna basata sul calcolo, anche quando si continuano a usare i puntoni di legno, perché in quella posizione e con quel tipo di carico a pressoflessione, un elemento in acciaio non sarebbe né tanto più snello, né tanto più leggero del legno.

 

 

La Polonceau può forse rappresentare un elemento di passaggio e nella sua figura permangono tre vertici ben definiti entro i quali si sviluppa un reticolo di irrigidimento. Come pure un altro esempio di evoluzione nelle strutture miste è quello di Amand-Rose Emy, sempre attorno agli anni ‘40 del 1800.

 

Dalle strutture a doppio puntone a forma di V rovesciata di Polonceau e dalle altre sperimentazioni su telai metallici e misti, si passa alle tipologie all’inglese che terminano la metamorfosi verso la trave reticolare, fino conformazioni che più che a triangoli assomigliano a dei pentagoni allungati.

 

L'immagine di copertina: Lightweight Steel Truss System - https://www.roofseal.com.my/