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Riqualificazione Architettonica
Gli edifici industriali, come visto anche in seguito ai terremoti del 20 e del 29 Mag-gio 2012, sono ad elevato rischio sismico. Il presente lavoro di tesi ha mostrato un metodo per l’analisi della vulnerabilità e proposte di miglioramento; si è deciso di andare oltre e approfittare dell’intervento per introdurre un’ulteriore problematica che affligge le aree industriali: la poca cura per la forma architettonica e il conse-guente degrado.
In questo capitolo si analizza dapprima il rapporto tra morfologia e configurazione strutturale delle costruzioni ed in particolare come elementi strutturali possano di-ventare caratterizzanti e di valenza architettonica; infine si riporta un’ipotesi di vera e propria riqualificazione architettonica del caso studio.
7.1
Morfologia e configurazione strutturale
La maggior parte dei danneggiamenti e dei collassi a seguito di terremoti sono da attribuire principalmente a configurazioni irregolari che possono essere considera-te il risultato della attuale prassi progettuale in cui il progetto archiconsidera-tettonico viene sviluppato prima di quello strutturale. La concezione architettonica, intesa come de-finizione degli aspetti formali, estetici e di layout, condiziona il sistema strutturale sismo-resistente in maniera rilevante. Il dimensionamento strutturale di un sistema già morfologicamente definito risulterà meno affidabile di uno in cui la progettazio-ne architettonica e strutturale siano integrate e portate avanti contemporaprogettazio-neamente. Il concetto di morfologia architettonica sismoresistente risponde alla definizione for-nita da Arnold (Arnold, 1982) con il significato di una morfologia che comprenda non soltanto la forma e le dimensioni dell’edificio, ma anche la natura, la regolari-tà e, soprattutto, l’articolazione, intesa come quantiregolari-tà e disposizione, degli elementi strutturali e non. In questo contesto con il termine regolarità non si intende
necessa-riamente ricerca di soluzioni simmetriche e ripetitive, ma di soluzioni che ottimizzi-no il comportamento sismico degli edifici in armonia con le inottimizzi-novazioni tecottimizzi-nologiche disponibili. È quindi da sfatare il mito che le costruzioni antisismiche debbano ne-cessariamente essere “noiose” e simili tra loro.
L’analisi delle relazioni tra morfologia, soluzione strutturale, e risposta sismica degli edifici dotati di sistemi innovativi di protezione sismica, porta a definire nuovi criteri di base nella concezione architettonica delle costruzioni. L’isolamento, lo smorza-mento, la dissipazione di energia sono in grado di esaltare le prestazioni dell’edificio, cosicché certe caratteristiche morfologiche, solitamente considerate inappropriate, possono divenire subordinate. Allo stesso tempo, nuovi principi di progettazione, assenti o negati nella concezione tradizionale, devono essere presi in considerazione. Queste considerazioni, che interessano allo stesso modo la configurazione strutturale delle costruzioni e la loro morfologia architettonica, di fatto sono spesso sconosciute alla comunità dei progettisti architettonici e non possono quindi influenzarne i com-portamenti progettuali: è qui che una figura come l’ingegnere edile-architetto deve entrare in gioco.
7.1.1
Nuovi principi di configurazione
Come già accennato, nel caso in cui i sistemi di protezione sismica vengano inseriti nelle costruzioni per migliorarne le prestazioni sismiche, è necessario applicare con-cetti più complessi riguardanti la forma dell’edificio. La forma non è più un fattore assoluto che influenza direttamente l’efficacia della risposta sismica, ma va posta in relazione con la presenza e la posizione dei dispositivi. Due principi guidano in que-sto caso la morfologia dell’edificio dotato di sistemi di protezione innovativi.
Il primo principio consiste nel fatto che la forma deve essere tale da ottimizzare la prestazione del sistema di protezione sismica, e devono essere individuati criteri specifici per ciascun sistema. Nell’isolamento alla base, per esempio, i principi della centrifugazione delle rigidezze del sistema di isolamento e della concentrazione pe-rimetrale dei carichi verticali hanno mostrato di ottimizzare il comportamento dei dispositivi e la risposta dell’edificio (Mezzi, 2003). L’applicazione di nuovi criteri può perfino condurre a forme globali assolutamente nuove, come mostrato nella figura 7.1, dove è riportata una foto dell’edificio principale del Centro della Protezione Ci-vile per l’Italia Centrale situato a Foligno (PG).
Il secondo principio afferma che i sistemi innovativi possono consentire il supera-mento dei tradizionali vincoli di forma connessi alla simmetria, compattezza e rego-larità della costruzione, considerando l’effetto di insieme della forma globale dell’e-dificio, delle discontinuità, della posizione dei dispositivi.
Figura 7.1: Sede della protezione Civile, Foligno (Perugia)
Questi fattori interagiscono e determinano il reale comportamento dell’edificio: per esempio, edifici con forme complesse ed irregolari in pianta possono avere una rispo-sta “regolarizzata”, mitigando fortemente gli effetti torsionali, se viene predisposto un sistema di isolamento caratterizzato dall’assenza di eccentricità tra i centri di massa e di rigidezza, e da una buona centrifugazione delle rigidezze e delle dissipa-zioni.
Nel caso in cui nella costruzione vengano impiegati sistemi di protezione in-novativi, quali l’isolamento sismico, i sistemi dissipativi, i sistemi attivi o ibridi, è necessario introdurre, nella progettazione, nuovi principi concettuali, riassumibili in questi punti-chiave (Mezzi et al., 2004):
- deformazione; - movimento; - discontinuità;
- visibilità dei dispositivi; - forma;
- comfort degli occupanti.
Nella presente sezione di tesi ci concentreremo sull’aspetto della visibilità.
7.1.2
Visibilità dei dispositivi
La presenza di dispositivi introduce un altro tema specifico nella progettazione archi-tettonica di edifici dotati di questi sistemi avanzati di protezione sismica: la visibilità dei dispositivi stessi. Questi sono evidenti e generalmente sono dei meccanismi, co-me nel caso di dissipatori viscosi, ad attrito o plastici; oppure delle vere e proprie
macchine, come nel caso dei sistemi attivi o ibridi. Può anche accadere che i dispo-sitivi siano costituiti da materiali speciali, inusuali nelle costruzioni, come nel caso degli isolatori in gomma laminata.
Riguardo la visibilità dei dispositivi si possono seguire 3 diverse strade:
- i dispositivi vengono nascosti e l’edificio appare esternamente come un edificio ordinario;
- i dispositivi vengono messi in vista divenendo un segno espressivo della co-struzione;
- gli elementi possono venire addirittura evidenziati sottolineando la loro pre-senza di presidio nei confronti degli attacchi sismici.
L’espressività di questi sistemi è in grado di creare edifici di rara bellezza in cui si ha la piena consapevolezza della distribuzione delle tensioni. Così come in una scultu-ra, come ad esempio il Discobolo (figura 7.2), possiamo cogliere la tensione di tutti
Figura 7.2: Copia romana marmorea dell’originale Discobolo in bronzo di Mirone (455 a.C.) e Turning Torso di Calatrava, Malmo, Svezia
i singoli muscoli del corpo umano, allo stesso modo in alcuni edifici si può cogliere appieno la distribuzione delle tensioni nelle membrature e quindi il loro meccanismo resistente; questo ci riporta ad un piacere estetico di tipo classico.
Un elegante impiego di strutture diagonali caratterizza l’Alcoa Building (figura 7.3), di San Francisco, progettato da Skidmore, Owings e Merrill nel 1964. I
proget-Figura 7.3: Alcoa Building, San Francisco
tisti hanno curato anche il problema di un piano terra aperto, mediante un’accorta interazione delle diagonali con i pilastri di base, opportunamente rinforzati, e la rea-lizzazione di un solaio di primo livello capace di stabilire un’efficace collaborazione con i due nuclei centrali di cemento armato.
Anche la Union House ad Auckland (figura 7.4) presenta un elegante sistema di con-troventi metallici che riportano le azioni sismiche orizzontali fino ai dispositivi di isolamento posti alla base dello stesso. Un altro esempio è il dormitorio della Uni-versity of California, Berkley e il John Hancock center di Chicago, entrambi costituiti da un sistema di controventi a vista (figura 7.5). Ancora a San Francisco, la
Tran-Figura 7.4: Union House, Auckland
samerica Pyramid, costruzione prossima alla baia che caratterizza lo skyline della città (figura 7.6), progettata da William Pereira con criteri ancora tradizionali: il suo interesse risiede nella forma molto particolare, studiata in funzione di una corretta concezione antisismica. L’edificio è stato ultimato nel 1972, è alto 260 metri ed è
do-Figura 7.5: University of California, Berkley e John Hancock center Chicago
Figura 7.6: Transamerica Pyramid, San Francisco
tato di una struttura metallica formata da un telaio perimetrale ed uno interno. La sua forma corrisponde agli indirizzi compositivi che insistono sull’importanza degli snellimenti lungo l’altezza e sulle distribuzioni delle masse e delle rigidezze.
La capacità antisismica della costruzione dipende essenzialmente dal requisito di deformabilità elastica associato alla forma assottigliata che assicura una grande de-formabilità laterale rendendo massima l’ampiezza della risposta allo stato limite ela-stico (simile al concetto utilizzato nella realizzazione delle pagode di cui si è trattato nel paragrafo 5.1).
stabiliz-zante e consente di ottenere la disponibilità di spazi aperti alla base grazie ad un sistema di elementi incrociati di cemento armato, sollecitati prevalentemente da for-ze assiali anche nei confronti delle azioni sismiche.
Ancora possiamo portare da esempio un garage a Berkeley dove le strutture alla ba-se di incrocio dei controventi sono state sfruttate anche come panchine dove quindi gli elementi strutturali oltre ad avere una valenza estetica diventano anche parte dell’arredo urbano divenendo un tutt’uno con il contesto.
Figura 7.7: Strutture di rinforzo all’esterno di un garage a Berkeley, in California, che alla base contiene negozi
Una ulteriore proposta interessante consiste nell’attribuire a due sistemi strut-turali differenti le funzioni resistenti di un edificio antisismico: una per sostenere i carichi verticali gravitazionali e l’altra per opporsi agli attacchi di un terremoto (figura 7.8). L’accorgimento consente di ottimizzare le caratteristiche strutturali di ciascuno dei due sistemi in relazione alla sua specifica funzione. L’idea appare in-teressante anche ai fini dell’operatività dell’edificio e degli interventi di riparazione dopo un evento distruttivo.
Ad oggi, nel mondo sono stati sviluppati ed installati numerosi sistemi di pro-tezione passiva mediante controventi dissipativi, sia per edifici nuovi che per edifici esistenti. Nonostante il maggior numero di applicazioni sia concentrato in Nord America ed in Oriente, negli ultimi anni si riscontra un significativo incremento del-l’utilizzo di questa tecnica di protezione anche in Europa, ed in particolar modo in Italia.
Nel seguito si presentano alcuni esempi applicativi (Braga, 2006), scelti per la lo-ro peculiarità (positiva o negativa). L’interesse è rivolto ad applicazioni su edifici
Figura 7.8: Esempi di separazione delle funzioni
esistenti, per i quali occorre considerare problematiche specifiche non presenti nel-l’utilizzo su edifici nuovi e che sono di maggiore interesse ai fini del presente lavoro di tesi. La scelta del posizionamento dei dispositivi non può seguire puramente una necessità estetica, ma dovrà conseguire da una concezione strutturale adeguata. La messa in opera dei controventi dissipativi presenta le stesse difficoltà della messa in opera dei controventi elastici. Per garantire un’efficace interazione, essi devono essere sufficientemente rigidi e resistenti, motivo per il quale è opportuno che i con-troventi siano posizionati nel piano dei telai. Anche in questo caso, tuttavia, si deve porre la dovuta cura per evitare difetti costruttivi, quali giochi o parziali disconnes-sioni, che possono ridurre significativamente l’efficacia del collegamento.
Nel caso in cui si mettano in opera controventi disposti fuori dal piano dei telai, particolare attenzione va posta nello studio delle connessioni che rischiano di esse-re non sufficientemente rigide o di induresse-re localmente eccessive sollecitazioni nelle strutture portanti dell’edificio (vedi figura 7.9).
Per garantire una significativa dissipazione d’energia, i controventi devono avere un’elevata rigidezza, necessaria per concentrare le deformazioni nei dispositivi. Poi-ché controventi più rigidi consentono l’utilizzo di dissipatori con più elevate capacità dissipative, il confronto tra le dimensioni dei controventi utilizzati nella Scuola Do-miziano Viola di Potenza (figura 7.10) e nella Scuola Gentile Fermi di Fabriano (figura 7.9) mostra una significativa differenza nelle capacità dissipative dei due sistemi di protezione, maggiori per la prima e minori per la seconda. Tuttavi, più grandi sono le dimensioni dei controventi, maggiore è l’entità delle sollecitazioni indotte local-mente che può comunque essere ridotta prevedendo un’opportuna distribuzione dei controventi dissipativi all’interno della struttura. L’utilizzo di un maggior numero
Figura 7.9: Vista d’insieme e particolare dei controventi con dissipatore visco-elastico della scuola media Gentile Fermi a Fabriano
Figura 7.10: Particolare e vista d’insieme dei controventi della scuola Domiziano Viola di Potenza
di controventi consente di ridurre lo stato di sollecitazione indotto e rendere più uni-forme la distribuzione delle fonti di dissipazione energetica in tutto l’edificio (vedi figura 7.11).
La distribuzione dei controventi è tuttavia fortemente condizionata da ragioni archi-tettoniche. In taluni casi è possibile combinare i controventi in modo da realizzare percorsi di sollecitazioni preferenziali, impegnando in maniera limitata le strutture demandate alla portanza verticale della struttura da proteggere (vedi figura 7.11). Queste particolari soluzioni consentono di ricondurre lo schema di funzionamento locale dei singoli controventi ad uno schema di funzionamento globale, nel quale ognuno di essi esplica localmente la sua funzione in maniera efficace a condizione che siano presenti anche gli altri controventi.
Figura 7.11: Disposizione dei controventi della scuola media Busciolano e della scuola elementare di Via Lazio, entrambe a Potenza
In questi sistemi si deve sempre garantire un’opportuna ridondanza degli elementi che costituiscono il sistema di protezione, almeno per un duplice motivo. In pri-mo luogo occorre evitare che al venir meno di uno di essi tutto il sistema diventi inefficace (vedi figura 7.12). In secondo luogo, l’utilizzo di un maggior numero di controventi consente di ridurre le sollecitazioni da questi indotte sulle strutture del-l’edificio da proteggere, riducendo il rischio di danneggiamento delle membrature a cui essi sono collegati (vedi figura 7.12).
Figura 7.12: Particolare e disposizione dei controventi elastici nella palestra di Via Roma a Potenza
7.2
La soluzione architettonica adottata
Per le scelte architettoniche si fa riferimento anche alle tavole di progetto in allegato. Inprimo luogo si è deciso di lasciare i dispositivi a vista per trasformarli in un vero e proprio elemento di valorizzazione architettonica. Per dar loro maggiore risalto, sono state posizionate delle pareti vetrate a tamponamento dei telai entro i quali sono stati inseriti i dissipatori. Questa soluzione, oltre a far risaltare maggiormente i dispositivi all’esterno, permette la loro visione anche dall’interno dell’edificio. I dissipatori sono così apprezzabili a tutto tondo.
Le pareti vetrate sono state poste dietro i dissipatori sui lati lunghi dell’edificio, men-tre, per i lati corti si è scelto di lasciare un tamponamento opaco. In particolare uno dei due lati corti è affiancato da una piccola costruzione: risultava quindi inadeguato un tamponamento vetrato e, anzi, su questo lato i dispositivi sono stati posizionati internamente all’edificio per rendere più comode eventuali operazioni di manuten-zione. Si è inoltre scelto di non porre i tamponamenti vetrati sulla facciata principale dell’edificio per due ragioni: c’era la necessità di lasciare una parte opaca per l’inse-rimento di bagni, e risultava poco pratico rendere a vetri un numero più elevato di telai.
La stessa scansione usata per le vetrate è stata ripresa anche nei tamponamenti opa-chi, cosicché l’edificio assume una forma più omogenea e meno “casuale”. A questo punto, anche le varie aperture dell’edificio sono state inserite all’interno di questi moduli che si sono venuti a creare, dando quindi al complesso un senso di armonia. Le parti trasparenti sono tutte realizzate con vetro-camera basso emissivo, riempito con gas Argon per ridurre al massimo le dispersioni termiche (questo anche in un ottica di miglioramento energetico dell’edificio). Le specchiature sono rese apribili sono nella parte alta con infissi a vasistas. Per quanto riguarda la facciata rivolta a nord non risulta necessario alcun elemento oscurante, mentre per la facciata sud si prevede l’inserimento di veneziane esterne dello spessore di 50 mm.
Il resto dei tamponamenti saranno realizzati in Glass Fiber Reinforced Concrete (GFRC) di colorazione blu. Si è scelto infatti di giocare anche sulle colorazioni, scegliendo due colori primari: il rosso per i dispositivi dissipativi e il blu per le tam-ponature. Infine, i telai degli infissi sono colorati di nero. Le colonne vengono invece lasciate in calcestruzzo facciavista.
In una zona industriale sarebbe difficile far accettare degli interventi rivolti pu-ramente alla riqualificazione architettonica, è per questo che nel presente lavoro si è voluto dimostrare che questi possono essere inseriti all’interno di interventi di altro tipo, come nel caso specifico per un miglioramento sismico.
di dimensioni esigue, e che un vero intervento di riqualificazione dovrebbe essere esteso all’intera area industriale. Lo scopo non è infatti quello di risolvere il pro-blema dell’abbruttimento delle aree industriali, ma di metterlo quantomeno in luce, dimostrando che, anche con piccoli accorgimenti, si possono ottenere buoni risultati. Del resto, è dalle piccole cose che si deve cominciare per poter cambiare il mondo.
