Muratura e isolatori sismici per il progetto di Sulmona

Tecnologia
Adolfo F. L. Baratta*
Muratura e isolatori sismici
per il progetto di Sulmona
L’abbinamento tra muratura portante e isolamento alla base dell’edificio consente di ottenere il massimo
rendimento sismico da entrambi, combinandone le specifiche prestazioni e assicurando livelli di sicurezza
di primordine. È quanto dimostra il nuovo progetto per il Centro Servizi del Comune di Sulmona.
A
partire dalla seconda metà del secolo scorso, con il
passaggio della produzione artigianale alla produzione
più strettamente industriale, anche i prodotti in laterizio hanno subito una significativa evoluzione in termini di
quantità, qualità e gamma dell’offerta. Il settore dei laterizi ha
dunque prodotto materiali in continua evoluzione, a seconda
delle conoscenze e delle tecniche disponibili, dal punto di vista delle prestazioni termiche, acustiche, ambientali, strutturali,
ecc. Si sono così succedute, negli ultimi decenni, generazioni
di prodotti e sistemi che hanno anticipato o seguito l’evoluzione della normativa di riferimento.
In particolare, quella sismica è in perenne fermento: è noto
come l’ultima versione delle Norme Tecniche per le Costruzioni (1),
a quattro anni dalla loro pubblicazione, ancora non abbia raggiunto una definitiva stabilizzazione, con l’obiettivo di perfezionare e implementare i requisiti richiesti.
Proprio grazie alla ricerca svolta presso centri di sperimentazione universitaria (Pavia, Padova, Torino, Bari, Ancona,
Napoli, ecc.), oggi è possibile «costruire in laterizio» in zona
sismica in modo sicuro e affidabile, scegliendo tra soluzioni a
lungo testate, rigorosamente contemplate all’interno di normative nazionali e standard europei.
Infatti, oltre al collaudato sistema della muratura ordinaria,
oggi il progettista ha a disposizione murature con blocchi a
incastro, con blocchi rettificati, con blocchi riempiti di isolante
termico (che consentono di realizzare soluzioni monostrato
dalle elevate prestazioni termoacustiche), murature armate o
confinate, fino alla soluzione con dissipatori o isolatori sismici.
The combination of load-bearing masonry and seismic
isolation at the base of the building allows to get
maximum seismic performance from both, combining
the specific performances and ensuring first class
safety levels. This is what is proven by the outcome
of the new Service Centre project in Sulmona
Laterizio & Terremoto
È ormai da tutti condiviso che qualsiasi costruzione in zona
sismica debba essere progettata e realizzata non solo (ovviamente) per salvare vite umane in caso di terremoti violenti,
ma anche per minimizzare i danni: sismi, anche di moderata
intensità, possono infatti causare pericolosi collassi o danni
gravi agli elementi strutturali e non [Latina, 1997].
Il dramma del terremoto, è bene ricordarlo, non è solo legato
alle vittime che tragicamente lo accompagnano, ma anche ai
danni inferti a case e opifici dichiarati poi inagibili, difficilmente riparabili se non a costi elevati, con la perdita di posti
di lavoro, del tessuto sociale e della storia stessa del territorio.
In particolare, l’esperienza degli ultimi eventi sismici in Emilia
ha dimostrato, ancora una volta, che più che al sistema costruttivo o alla resistenza dei componenti strutturali in assoluto
frequentemente i danni prodotti dai terremoti sono da attribuire in massima parte a una serie di evidenti criticità fra cui
le irregolarità di configurazione e le incongruenze progettuali,
strutturali e costruttive degli edifici.
La muratura portante, al pari di altri sistemi costruttivi con
analoghe funzioni, per sua natura, richiede un’applicazione
attenta dei fattori progettuali, imponendo una rigorosa regolarità tipologica e costruttiva per predisporre gli edifici a un
più idoneo comportamento quando sottoposti al sisma. Come
già accennato, dopo anni di ricerca sperimentale e un lungo
La scomposizione del concept nei sei elementi essenziali del progetto.
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cil 149
processo di maturazione della cultura tecnologica, il processo
di revisione per restituire alla muratura portante il ruolo che
storicamente merita [Chiti e Rosi, 2005] comincia a dare i
suoi frutti. Può sembrare paradossale, in una realtà come la
nostra, in cui oltre la metà del patrimonio edilizio storico è
realizzata in muratura portante; ma in epoche recenti il sistema
costruttivo lineare è stato spesso accantonato o sottovalutato a
scapito di altre tecnologie costruttive che invece hanno tratto
vantaggio da questa anomalia.
Nelle strutture lineari sottoposte ad azioni sismiche sono fondamentali, non solo le caratteristiche dei materiali impiegati,
ma anche il comportamento unitario del manufatto (2), per
ottenere il quale un ruolo determinante è svolto dalla concezione strutturale e morfologica dell’edificio, oltre che dalle
modalità esecutive: purtroppo queste considerazioni riemergono ogni qualvolta si verifica un terremoto.
Partendo dal presupposto che gli eventi sismici non si possono
prevedere, l’unica vera soluzione per assicurare agli edifici una
concreta, accettabile sicurezza è la prevenzione, che si traduce
di fatto nell’applicare rigorosamente le norme tecniche per la
costruzione di edifici resistenti al sisma.
Dissipazione di energia e isolamento sismico
Le più recenti e innovative tecniche di controllo dell’azione
sismica di tipo passivo utilizzano dei dispositivi (isolatori) che
esplicano la loro funzione riducendo al minimo l’energia che
agisce sull’edificio (3).
La tecnica di dissipazione di energia si può attuare, per esempio, attraverso l’impiego di appositi «controventi» inseriti nelle
maglie strutturali di edifici realizzati con struttura intelaiata;
una soluzione, sicuramente meno costosa e di più semplice
realizzazione e gestione, consiste invece nell’introdurre, lungo
lo sviluppo della struttura verticale, una o più discontinuità in
modo da scomporla in più parti.(4)
Con specifico riferimento agli isolatori, questi, nella sostanza,
sono apparecchi d’appoggio caratterizzati da un’elevata deformabilità in direzione orizzontale e da una notevole rigidezza
in direzione verticale.
L’ipotesi di distaccare l’edificio dal moto del terreno ha effettivamente radici lontane: (5) la trasformazione delle concezioni
pionieristiche è avvenuta solo in tempi relativamente recenti,
attraverso il miglioramento delle tecniche di sperimentazione
e lo sviluppo dei procedimenti di calcolo che hanno consentito di fare delle analisi dinamiche di strutture soggette a
qualunque tipo di azione sismica.
Nel 1969 si ha la prima applicazione di isolamento sismico
nella scuola elementare Johann Heinrich Pestalozzi a Skopje,
in Macedonia, a opera di un gruppo di ingegneri svizzeri. Il
sistema impiegato, denominato Swiss Full Base Isolation 3D,
consisteva in appoggi in gomma non armata, ottenuti da fogli
sovrapposti dello stesso materiale, con larghezza pari a 70 cm
e spessore di 7 cm. L’elevata deformabilità della struttura in
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Planimetria generale.
Pianta delle coperture.
Scheda descrittiva
Oggetto: Località: Committente:
Progetto architettonico: Progetto strutturale: Consulenza strutturale: Consulenza energetica: Progetto: cil 149
Centro Servizi del Comune di Sulmona
Sulmona (AQ)
Comune di Sulmona
Paolo Luccioni
Leopoldo Rossini
Paolo Clemente, Enea
Gaetano Fasano, Enea
2012
direzione verticale determinava un moto rotatorio con asse
orizzontale (roking) accoppiato al moto in direzione orizzontale. L’adozione di questo sistema non risultò soddisfacente,
tanto che furono inseriti dei vincoli aggiuntivi ottenuti con
blocchi di vetro per fronteggiare le sollecitazioni del vento
[Martelli e Forni, 2011].
Negli anni Settanta, la Malaysian Rubber Producers’ Research
Association produsse in Inghilterra i primi dispositivi elastomerici in gomma armata, mediante un processo produttivo
basato sulla vulcanizzazione di strati di gomma tra loro isolati da lamierini di acciaio: la prima applicazione di questo
sistema si ha in Francia per proteggere dai terremoti due
centrali nucleari.
Con tali soluzioni, impiegate nei Paesi più esposti al rischio
sismico (California, Giappone, Nuova Zelanda), la struttura,
per effetto dell’azione sismica, oscilla come un corpo rigido
mentre sono i dispositivi di isolamento a deformarsi e, quindi,
a filtrare l’energia. Inoltre, per effetto dell’assenza quasi totale
di spostamenti relativi interpiano, questa tecnologia permette
di limitare efficacemente lesioni o danni agli elementi non
strutturali, quali tamponamenti, pareti interne, infissi, ecc.
Dal punto di vista economico, rispetto a un’ordinaria struttura
antisismica, i costi iniziali subiscono un incremento del 10%
circa del costo strutturale [Di Fusco, Federici e Larini, 2010]:
se si valutano però i costi di gestione e manutenzione (quali le
riparazioni a seguito di un evento sismico) allora le economie
appaiono rilevanti.
Pianta del piano terra.
L’abbinamento struttura lineare – isolatori sismici
L’utilizzo dell’isolamento sismico alla base di un qualsiasi edificio, indipendentemente dalla tipologia costruttiva adottata,
conduce a un sistema sismicamente molto efficace, consentendo di rispondere all’attacco del terremoto senza dover fare
troppo affidamento sulla duttilità connessa con il danno strutturale. L’isolatore, infatti, interviene attraverso l’abbattimento
dell’azione sismica mediante il disaccoppiamento dinamico
tra suolo ed edificio, riducendo l’energia trasmessa dal terremoto alla struttura, variandone così il periodo di vibrazione in
modo da allontanarlo da quello delle componenti armoniche
principali dell’azione sismica.
Per quanto riguarda l’elevata massa che la muratura portante
generalmente possiede rispetto ad altri sistemi costruttivi (6),
ai fini delle prestazioni sismiche questo aspetto non costituisce
un vero problema per le costruzioni isolate alla base, riguardando tale caratteristica il dimensionamento degli isolatori,
potendo comunque ottenere il periodo di oscillazione desiderato, perfino più elevato, senza dover prevedere sollecitazioni
maggiori [Parducci, 2007].
Sommando i fattori indicati, le conclusioni conducono a valutare positivamente le maggiori prestazioni sismiche delle
costruzioni in muratura portante quando dotate di un sistema
di isolamento sismico alla base, soprattutto volendo realizzare
Pianta del piano primo e secondo.
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costruzioni con un maggiore numero di piani in zone ad alta
intensità sismica.Non dimenticando che una muratura ordinaria (in particolare in zone a non elevata sismicità), con una
forma regolare e compatta oltre che con un’attenta distribuzione dei maschi murari e delle aperture, rappresenta comunque una soluzione affidabile e performante.
L’abbinamento tra muratura portante e isolamento alla base
dell’edificio consente di ottenere il massimo rendimento da
entrambi, combinandone le specifiche prestazioni e assicurando livelli elevati di risposta al sisma.
È perciò possibile realizzare edifici ancora più sicuri senza
rinunciare alle qualità estetiche, tecnologiche e di durabilità
della muratura portante in laterizio, al contrario esaltandole sia
sul piano funzionale, sia sul piano economico.
Quanto detto è anche testimoniato dall’attività di ricerca svolta
nell’ultimo decennio da Enea, che ha declinato ulteriormente
il tema dedicando particolare attenzione alle moderne tecniche antisismiche per la realizzazione di costruzioni in grado di
resistere meglio ai terremoti, con l’obiettivo di un loro trasferimento anche al patrimonio edilizio esistente [Indirli, 2007],
nell’ottica di una più efficace strategia di prevenzione.
Il Centro Servizi del Comune di Sulmona
Nel 2012 è stato presentato un progetto pilota frutto della
collaborazione tra il Comune di Sulmona, l’Ente Nazionale
per le Nuove tecnologie, l’Energia e l’Ambiente (Enea) – che
ha incaricato l’ing. Paolo Clemente per la consulenza tecnicoscientifica alla progettazione strutturale e l’arch.Gaetano Fasano
per la consulenza tecnico-scientifica alla progettazione dell’efficienza energetica -, e l’Associazione Nazionale Degli Industriali dei Laterizi (Andil) – che ha incaricato l’arch. Paolo Luccioni del progetto architettonico e l’ing. Leopoldo Rossini del
progetto strutturale -, la quale metterà a disposizione i prodotti
dei propri associati per la realizzazione di murature portanti,pareti interne, solai (interni e di copertura) e rivestimenti esterni.
L’edificio, destinato al Centro Servizi del Comune di Sulmona, sarà adibito alle funzioni amministrative comunali,
come sede della Polizia Municipale e degli Uffici Anagrafici,
con relativi sportelli aperti al pubblico, e sala riunione a uso
dell’Amministrazione: il fabbricato è stato studiato anche per
accogliere, in caso di calamità naturale, la sede della Protezione
Civile e delle principali attività di governo della città.
L’idea progettuale risponde a una precisa esigenza: combinare
la necessità di una soluzione formalmente apprezzabile con la
volontà di garantire delle misure di prevenzione e di sicurezza
nei confronti dei terremoti di forte intensità e un livello di
efficienza energetica elevato. L’edificio, infatti, risponde per le
prestazioni meccaniche alle massime sollecitazioni sismiche
ipotizzate dalla normativa per il nostro Paese e per l’efficienza
energetica a quanto previsto nelle direttive comunitarie per il
2020 (Near Zero Energy Building).
Il Centro Servizi presenta una forma a «C» aperta e si articola
in tre piani fuori terra e un piano interrato. Le superfici utili
calpestabili dei tre livelli fuori terra sono di circa 220 m2 per
piano, ai quali vanno aggiunti il connettivo di 50 m2 a piano
che ospita i collegamenti orizzontali e verticali a percorrenza
pedonale e meccanica. Il piano interrato, adibito ad autorimessa, sporge di 1,5 m fuori terra rispetto all’impronta del
fabbricato e sviluppa una superficie complessiva di 480 m2. La
sistemazione esterna prevede una piazza pedonale con un’attigua area di parcheggio pubblico.
L’edificio avrà una struttura costituita da una muratura portante monostrato in laterizio alleggerito in pasta e, per il piano
interrato, una struttura intelaiata in calcestruzzo armato. Gli
elementi resistenti in laterizio saranno del tipo rettificato con
giunti orizzontali di collante cementizio da 1 mm e giunti
verticali a incastro con tasca riempita di malta. L’edificio sarà
composto da:
• un involucro verticale di spessore complessivo pari a 45 cm
in blocchi di laterizio alleggerito in pasta con funzione portante e rivestimento esterno in listelli di laterizio faccia a
vista (per la sola funzione strutturale sarebbe stato sufficiente
uno spessore di 30 cm);
• murature portanti interne in blocchi di laterizio alleggerito
in pasta di spessore pari a 30 cm;
• orizzontamenti interni, opportunamente ammorsati alla
muratura tramite un sistema di cordoli, in laterocemento
con spessore di 28 cm (24 di struttura e 4 di soletta armata);
• un solaio di copertura, anch’esso di laterocemento, con spessore di 20 cm (16 di struttura e 4 di soletta armata).
Prospetto sud-est.
Prospetto sud-ovest.
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cil 149
Il progetto genera uno spazio urbano gradevole, che favorisce gli incontri e la socializzazione tra i fruitori.
La struttura fuori terra, la cui resistenza sismica è affidata ai
maschi murari, disposti secondo una configurazione regolare
e compatta che ha consentito di eliminare gli effetti torsionali
di natura strutturale, appoggerà su dispositivi di isolamento sismico, a loro volta posizionati su pilastri in calcestruzzo armato
spiccanti dalle fondazioni.
Trattandosi di una costruzione isolata, le sollecitazioni alle quali
è stata verificata sono state considerate uguali a circa un sesto di quelle necessarie per una costruzione a base fissa, senza
isolamento, considerando un accelerazione al suolo di 0,05 g.
Il sistema di isolamento sismico, composto da 10 isolatori
elastomerici armati HDRB con diametro di 700 mm (modulo tangenziale dinamico della gomma G = 0,4 N/mm2) e
7 dispositivi a scorrimento, è stato configurato per sopportare
l’azione sismica di riferimento relativa a un edificio strategico
per il sito in esame.
Con tale soluzione, il movimento orizzontale dei tre piani in
elevazione risulta disaccoppiato rispetto al piano interrato che
invece rimane solidale al terreno.
In relazione all’aspetto energetico, sono state adottate soluzioni in grado di classificare la costruzione di Sulmona, alla
luce della nuova Direttiva 31/2010/CE Recast, come un edificio a energia quasi zero (nzeb). Inoltre, per dare una connotazione eco-sostenibile all’intero progetto, saranno utilizzati materiali e sistemi a basso impatto ambientale. L’involucro
opaco in laterizio ad alte prestazioni termoisolanti, con «faccia
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a vista» esterno e intonaco coibente all’interno, consentirà di
raggiungere valori di trasmittanza del 25% inferiori a quelli
definiti dalla normativa vigente; l’involucro trasparente sarà
a elevate prestazioni termoacustiche; le superfici vetrate del
connettivo verranno integrate con sistemi di schermatura in
laterizio; la copertura sarà completata con un manto di tegole
e coppi in laterizio con funzione fotovoltaica.
La valutazione energetica dell’intero complesso è stata effettuata attraverso l’ausilio del codice di calcolo dinamico Trnsys,
considerato più affidabile rispetto a quelli semi-stazionari, in
particolare per la valutazione del fabbisogno estivo. Le simulazioni svolte, tenendo conto della ventilazione e delle condizioni adattate alla tipologia di destinazione d’uso e di utenza,
hanno dato risultati molto interessanti per le prestazioni
dell’involucro che, rispetto al fabbisogno invernale, risulta
pari a 2,4 kWh/m3anno, raggiungendo in tal modo livelli di
prestazione energetica globale del sistema edificio-impianto al
top della classificazione di legge, considerando anche l’utilizzo
delle fonti rinnovabili.
Nel raggiungimento dei buoni valori di prestazione energetica risultano determinanti la compattezza (rapporto tra superficie esterna dell’involucro e volume complessivo) e la porosità
dell’edificio (proporzione tra volume pieno e volume vuoto),
caratteristiche queste che concorrono a definire il comportamento termico complessivo. Con riferimento all’area geografica interessata dal progetto, la compattezza risulta vantag-
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Il rivestimento in laterizio “faccia a vista” conferisce all’edificio un aspetto di forte caratterizzazione.
giosa nel periodo invernale, mentre la porosità esplica tutto
il suo positivo apporto nel periodo estivo; sono stati inoltre
progettati elementi schermanti ad assetto variabile per attivare la chiusura di gallerie e verande nel periodo invernale,
consentendone comunque l’apertura nel periodo estivo. Il
comfort abitativo nelle stagioni calde, per effetto dei valori
di attenuazione e sfasamento generati dell’elevata inerzia termica dell’involucro, sarà garantito senza il ricorso a costosi ed
energivori impianti di raffrescamento.
Nel progetto di Sulmona, la sperimentazione, anche grazie alle
competenze degli ingegneri Rossini e Clemente e dell’architetto Fasano, si sono spinte decisamente oltre, confermando il
laterizio come un materiale assolutamente attuale in termini
di prestazioni e affidabilità.
Per concludere, vale la pena ricordare che Paolo Luccioni,
attento studioso dell’architettura della tradizione locale, ha più
volte sperimentato nei suoi progetti le potenzialità espressive
del laterizio abbinandole a una puntuale ricerca della semplicità e razionalità costruttiva, dell’attenzione alla funzionalità
dell’impianto e della riproposizione di elementi formali che di
frequente «ricuciono» l’intero comparto urbano. Per Luccioni,
dunque, si tratta dell’ennesimo progetto «sapiente», che si contrappone alla frequente frammentarietà contemporanea: per
poterne godere, ci auguriamo tutti che sia sufficiente aspettare
solo pochi mesi. ¶
*Ricercatore, Università Roma Tre
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Bibliografia essenziale
Chiti, T.; Rosi, M. (2005) «Isolamento sismico alla base di edifici in muratura»,
Costruire in Laterizio, n. 106, pp. 64-71.
Clemente P. (2012) «Isolamento sismico: cenni teorici e aspetti normativi» in Atti
Giornata di Studio Tecniche innovative per la protezione sismica di edifici strategici e
pubblici. Commemorare per imparare, 24 novembre 2009, Salò (BS).
Di Fusco, A.; Federici, L.; Larini, M. (2010) «Muratura isolata alla base: l’esempio
di Corciano», Costruire in Laterizio, n. 137, pp. 52-57.
Indirli, M. (2007) «Interventi con moderne tecniche antisismiche su edifici storici
in muratura», Costruire in Laterizio, n. 118, pp. 48-53.
Latina, C. (1997) «Muratura, norme tecniche e terremoti», Costruire in Laterizio,
n. 56, p. 83.
Martelli, A.; Forni, M. (2011) «I sistemi e i dispositivi antisismici nel mondo»,
www.assisi-antiseismicsystems.org.
Parducci, A. (2007) «La muratura come sistema costruttivo per le zone sismiche»,
Costruire in Laterizio, n. 115, pp. 48-51.
Note
(1)D.M. 14 gennaio 2008, «Norme tecniche per le costruzioni».
(2)In sintesi, si deve progettare e realizzare una struttura in grado di garantire un
corretto comportamento «scatolare».
(3)Oltre ai sistemi «passivi» possono essere impiegati innovativi sistemi «attivi»,
che impiegano cioè dispositivi (solitamente a gestione elettronica) che si attivano
in occasione del sisma e che funzionano applicando alla struttura forze dinamiche
di segno opposto a quelle indotte dal terremoto. Esistono anche sistemi «ibridi»
che utilizzano contemporaneamente le due soluzioni.
(4)Nella pratica corrente si applica esclusivamente l’isolamento con una sola
discontinuità, preferibilmente alla base.
(5)Uno dei primi documenti che certificano l’idea del disaccoppiamento risale al
1870, grazie al francese Jules Touaillon che prevedeva l’uso di sfere portanti poste
tra la base della struttura in elevazione e la fondazione. In realtà, questo sistema
non fu mai applicato e passarono 130 anni prima che le idee di Jules Touaillon
potessero concretizzarsi (Hyakuda e a. con il Double Concave Friction Pendulum).
Analogamente nel 1909, contemporaneamente agli studi che seguirono il terremoto di Messina, il medico inglese Johannes Avetican Calantarients brevettò un
sistema costituito da uno strato di talco posto tra l’edificio e le fondazioni che
doveva servire da isolamento sismico. Lo stesso principio fu utilizzato nel 1921
a Tokyo dove, su una geniale intuizione di Frank Lloyd Wright, venne realizzato
l’Imperial Hotel ponendolo su uno strato di terreno compatto (2 m) che a sua volta
poggiava su uno strato di limi melmosi (20 m): il terremoto del 1923 evidenziò
l’efficacia del sistema adottato.
(6)La massa elevata certamente risulta positiva ai fini dell’inerzia termica (sfasamento e attenuazione dei fenomeni termoigrometrici), soprattutto in fase estiva, e
per la protezione acustica degli ambienti occupati.
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