Appunti Architettura tecnica T

Architettura tecnica

Prof. Pasquini (ICAR/10 Architettura Tecnica DM 04/10/2000) - I contenuti scientifico-disciplinari fanno riferimento all'analisi degli organismi edilizi, nei loro aspetti fondativi di natura costruttiva, funzionale, tipologica e formale e nelle loro gerarchie di sistemi, finalizzata ai temi della fattibilità del progetto e della rispondenza ottimale delle opere ai requisiti essenziali. Implicano la valutazione critica delle tecniche edili tradizionali ed innovative e la loro traduzione in termini di progettazione anche assistita e di procedimenti produttivi. Interessano sia le problematiche delle nuove costruzioni a varie scale dimensionali, sia quelle della conservazione, del recupero e della ristrutturazione dell'esistente.

Concetto di organismo costruttivo

Un edificio è un organismo complesso, un insieme di parti interrelate, a ciascuna delle quali il progettista affida un compito preciso, definendo così le sue caratteristiche costruttive e architettoniche (o prestazioni). Si tratta di un sistema di relazioni tra elementi diversi e interagenti, un modo di materializzare una certa "forma", precisando il ruolo delle diverse parti ai fini della:

• Delimitazione degli spazi
• Sicurezza abitativa
• Comfort

L'organismo costruttivo assume significati diversi a seconda che lo si consideri:

• Dal punto di vista dei materiali impiegati (prestazioni alternative che uno stesso elemento può fornire a seconda che sia fatto di legno, pietra, acciaio, plastica, ecc.)
• Dal punto di vista degli schemi statici adottati (continuità o meno della struttura, tipo di vincoli adottati, ecc.)
• Dal punto di vista delle tecniche esecutive adottate (parti eseguite in opera o fuori opera, in officina o stabilimento)
• Dal punto di vista dei costi da affrontare (spese che un edificio comporta durante la sua costruzione, di manutenzione, di esercizio, di trasformazione)

Tali aspetti sono, nella realtà, strettamente legati tra loro. La scelta del materiale condiziona sia gli schemi statici che le tecniche esecutive, che i costi da affrontare; ma essa è, al tempo stesso, condizionata da questi stessi parametri.

Processo di progettazione del sistema e degli elementi costruttivi

Dagli aspetti esigenziali e prestazionali elencati, si evidenziano problemi progettuali concernenti:

• Analisi del luogo, del sito e della situazione climatica
• Scelta dei materiali da costruzione e del sistema costruttivo
• Scelta dell’organizzazione funzionale e strutturale dell’insieme e delle sue parti
• Posizionamento e orientamento della costruzione e degli elementi di fabbrica
• Definizione degli elementi di “nodo” fra gli elementi di fabbrica e costruttivi
• Definizione delle tecniche e delle fasi di lavorazione ed esecuzione, dei mezzi d’opera e delle attrezzature
• Organizzazione dell’impianto del cantiere di costruzione
• Valutazione dei costi

Materiali e tecnologie costruttive

1. Sistema trilitico o pesante o continuo in muratura portante
2. Sistema intelaiato o discontinuo in calcestruzzo armato
3. Sistema intelaiato o discontinuo in acciaio

Tecnologia costruttiva: «serie organizzata di conoscenze tecniche e di fasi esecutive per mezzo delle quali può essere realizzato un edificio»

Materiale costruttivo Elementi costruttivi Organizzazione costruttiva

Sicurezza negli edifici

Edificio: Qualsiasi costruzione immobile realizzata dall’uomo (specificando l’uso, il carattere, lo scopo cui è destinato)

Sette requisiti base delle opere da costruzione

N.1 Resistenza meccanica e stabilità

Le opere da costruzione devono essere concepite e realizzate in modo che i carichi cui possono essere sottoposte durante la realizzazione e l’uso non provochino:

• Il crollo, totale o parziale, della costruzione
• Gravi ed inammissibili deformazioni
• Danni ad altre parti delle opere di costruzione, o a impianti principali o accessori, in seguito a una grave deformazione degli elementi portanti
• Danni accidentali sproporzionati alla causa che li ha provocati

La robustezza strutturale è la capacità, da parte dell’opera da costruzione, di mostrare una perdita di qualità proporzionata all’evento negativo subìto; se la struttura è robusta, esiste una relazione continua e regolare fra la causa che ha innescato il decadimento delle prestazioni ed il conseguente effetto. In generale, il collasso strutturale deve essere evitato, e ciò può essere ottenuto, nel rispetto della gerarchia delle resistenze, attraverso la progettazione degli elementi strutturali (travi, pilastri, nodi, ...) effettuata in base al comportamento e all’importanza che essi assumono nella costruzione privilegiando la rottura di elementi trave rispetto ai pilastri, (schema pilastro forte – trave debole) e la resistenza a taglio rispetto a quella a flessione (le membrature si devono rompere prima a flessione e poi a taglio); si dovrà esaminare in maniera opportuna l’interazione tra la struttura e gli elementi di completamento (tamponamenti, impianti, ecc.), e si dovranno curare adeguatamente i dettagli costruttivi al fine di poter permettere i trasferimenti di carico. Il collasso progressivo negli edifici, in condizioni di incendio deve essere escluso, pertanto le strutture dovranno avere la capacità di plasticizzare, essere cioè in grado di deformarsi sotto carico prima di giungere a rottura e si dovranno evitare realizzazioni fragili, incapaci di deformarsi e quindi soggette a rotture improvvise. Tali prestazioni sono richiamate nelle NTC 2018 di cui al D.M. 17 gennaio 2018 recante «Aggiornamento delle “Norme tecniche per le costruzioni”». I carichi cui è sottoposto un edificio sono peso proprio della struttura, carichi permanenti (es. pavimenti), carichi accidentali (es. arredi, persone), carichi dati da sismi o condizioni meteorologiche.

N.2 Sicurezza in caso di incendio

Materiali infiammabili: liquidi e gas che a contatto con l’aria sviluppano del vapore che a contatto con la fiamma sviluppa l’incendio con temperature inferiori a 60°C. Materiali combustibili: in grado di bruciare in presenza di ossigeno e di una fiamma.

Le opere di costruzione devono essere concepite e realizzate in modo che, in caso di incendio:

• La capacità portante dell’edificio possa essere garantita per un periodo di tempo determinato. La robustezza strutturale nei confronti dell’incendio, concorre al raggiungimento degli obiettivi di sicurezza individuati, sia in relazione alla permanenza degli occupanti nella struttura, e al tempo loro necessario per l’esodo, che alla necessità di operare da parte delle squadre di soccorso all’interno dell’edificio, in riferimento a crolli possibili, anche parziali, mediante il conferimento di requisiti assegnati ai vari prodotti da costruzione. La coerenza della protezione antincendio dovrà essere prevista per tutti gli elementi che contribuiscono alla generale stabilità strutturale, anche se solo con funzioni di irrigidimento o di stabilizzazione dei carichi. Il Requisito di base n. 2, Sicurezza in caso di incendio, viene assicurato attraverso la misura di protezione Resistenza al fuoco, che determina la capacità portante della struttura, o di una sua parte, in caso di incendio per un periodo di tempo sufficiente all’evacuazione degli occupanti in luogo sicuro all’esterno della costruzione (30 minuti o inferiore, qualora consentito), piuttosto che per un periodo congruo con la durata dell’incendio a seconda del livello di prestazione individuato a seguito dell’analisi del rischio effettuata dal normatore o dal progettista in base alla tipologia dell’attività.
• La generazione e la propagazione del fuoco e del fumo al loro interno siano limitate. Tale requisito viene raggiunto attraverso la misura antincendio Reazione al fuoco, in grado di esprimere il comportamento di un materiale che, decomponendosi, partecipa al fuoco cui è sottoposto, nonché attraverso la misura antincendio compartimentazione, complementare alla resistenza al fuoco, in grado di assicurare invece, sotto l’azione del fuoco, un sufficiente isolamento termico ed una sufficiente tenuta ai fumi e ai gas caldi della combustione per un periodo congruo con la durata dell’incendio.
• La propagazione del fuoco a opere di costruzione vicine sia limitata. La propagazione dell’incendio deve essere contrastata non soltanto all’interno della stessa attività, ma anche nei confronti delle altre opere da costruzione. Tale requisito viene raggiunto oltre che attraverso la misura antincendio compartimentazione, anche attraverso l’interposizione di distanze di separazione in spazio a cielo libero, adeguatamente calcolate, atte a limitare l’irraggiamento a valori adeguatamente conservativi per limitare l’innesco di qualsiasi tipologia di materiale.

N.3 Igiene, salute e ambiente

Le opere di costruzione devono essere concepite e realizzate in modo da non rappresentare, durante il loro intero ciclo di vita, una minaccia per l’igiene o la salute e la sicurezza dei lavoratori, degli occupanti o dei vicini e da non esercitare un impatto eccessivo, per tutto il loro ciclo di vita, sulla qualità dell’ambiente o sul clima, durante la loro costruzione, uso e demolizione, in particolare a causa di uno dei seguenti eventi:

• Sviluppo di gas tossici
• Emissione di sostanze pericolose, composti organici volatili (VOC), gas a effetto serra o particolato pericoloso nell’aria interna o esterna
• Emissioni di radiazioni pericolose
• Dispersione di sostanze pericolose nelle falde acquifere, nelle acque marine, nelle acque di superficie o nel suolo
• Dispersione di sostanze pericolose o di sostanze aventi un impatto negativo sull’acqua potabile
• Scarico scorretto di acque reflue, emissione di gas di combustione o scorretta eliminazione di rifiuti solidi o liquidi
• Umidità in parti o sulle superfici delle opere di costruzione

L’umidità relativa, detta anche Grado Igrometrico, è data dal rapporto tra la massa di vapore acqueo presente nell’unità di volume d’aria e quella necessaria per saturare lo stesso volume ad una data temperatura. Le fonti di produzione del vapore in ambienti confinati sono la presenza di occupanti, le attività di cottura e l’utilizzo di acqua calda sanitaria. Si considera che la condizione di benessere, a seconda della temperatura e della pressione atmosferica, si verifichi con una umidità relativa tra il 30% e il 60%. L’eccesso di umidità rende le abitazioni insalubri in quanto centinaia di specie di batteri e funghi trovano in essa le condizioni ideali per crescere e proliferare causando poi malattie respiratorie, asma, allergie. Le fonti di inquinamento interne sono più numerose di quanto si possa immaginare, sigarette, fornelli e stufe a gas producono monossido di carbonio e ossidi di azoto, alcuni materiali da costruzione come il granito o il tufo, comportano l’emissione di radon, gli arredi, se non contrassegnati con marchi che presuppongono un controllo di qualità, e gli oggetti d’uso possono produrre composti organici volatili (VOC) come la formaldeide, il pentaclorofenolo e gli idrocarburi, i materiali isolanti possono rilasciare fibre aerodiffuse. Il controllo dell’IAQ (Indoor Air Quality), oltre che dall’esigenza del contenimento dei consumi energetici deve essere pertanto correlata anche alla tutela della salute degli occupanti. Deve poi essere incentivato l’uso di fonti energetiche rinnovabili e a basso impatto ambientale, come la geotermia e il fotovoltaico. Il Requisito di base n. 3 è legato al concetto di sostenibilità ambientale ovvero la condizione di uno sviluppo in grado di assicurare il soddisfacimento dei bisogni della generazione presente senza compromettere la possibilità delle generazioni future di realizzare i propri.

N.4 Protezione contro il rumore

Le opere di costruzione devono essere concepite e realizzate in modo che il rumore cui sono sottoposti gli occupanti e le persone situate in prossimità si mantenga a livelli che non nuocciano alla loro salute e tali da consentire soddisfacenti condizioni di sonno, di riposo e di lavoro. Il Requisito n. 5, in particolare per quanto riguarda gli edifici civili, si spinge verso il concetto di quality of life in quanto la richiesta va oltre la semplice protezione dal rumore per andare alla ricerca di una condizione di benessere psicofisico e di vita relativamente serena e soddisfatta. Materiali di consistenza fibrosa o porosa possono essere usati per il rivestimento delle superfici di pareti e soffitti per assorbire il suono incidente su di essi e ottenere il fono-assorbimento, altri materiali possono venire usati come riempimento delle intercapedini e dei controsoffitti per migliorarne l’isolamento acustico (fono-isolamento). Alcuni di questi prodotti garantiscono anche adeguate prestazioni di reazione al fuoco (pannelli in lana di vetro o in lana di roccia), mentre altri che possono essere sintetici (poliuretano elasticizzato, EPS-polistirene, poliestere, gomma, ecc.) o naturali (sughero, fibra di legno, di cellulosa, di canapa o di cocco, ecc.) possono non garantire adeguate caratteristiche di reazione al fuoco.

N.5 Risparmio energetico e ritenzione del calore

Le opere di costruzione e i relativi impianti di riscaldamento, raffreddamento, illuminazione e aerazione devono essere concepiti e realizzati in modo che il consumo di energia richiesto durante l’uso sia moderato, tenuto conto degli occupanti e delle condizioni climatiche del luogo. Gli edifici devono inoltre essere efficienti sotto il profilo energetico e durante la loro costruzione e demolizione deve essere utilizzata quanta meno energia possibile. L’obiettivo è quello di ottenere un consistente risparmio energetico adottando le migliori tecnologie e tecniche disponibili ottimizzando i consumi. Una maggiore efficienza energetica degli edifici, combinata a sistemi di produzione di energia da fonti rinnovabili, consente di utilizzare meno combustibili fossili e quindi di ridurre il livello delle emissioni di gas ad effetto serra, che contribuiscono al surriscaldamento globale (Requisito di base n. 3). Negli edifici, ai fini dell’efficientamento energetico, si utilizza l’isolamento a cappotto, si realizzano pompe di calore, caldaie a condensazione, sistemi di cogenerazione e si prevede l’installazione di materiali a bassa conducibilità termica verso l’esterno. La tendenza è quella di andare verso la casa passiva ovvero un edificio che massimizza l’efficienza energetica coprendo tutto, o la maggior parte del fabbisogno di energia per riscaldamento e raffrescamento interno ricorrendo a dispositivi passivi, quindi ad una minima fonte energetica sfruttando i flussi di caldo e freddo tratti dall’ambiente esterno. È detta passiva perché la somma degli apporti passivi di calore dell’irraggiamento solare trasmessi dalle finestre e il calore generato internamente da parte degli elettrodomestici e dagli occupanti stessi sono quasi sufficienti a compensare le perdite dell’involucro durante la stagione fredda. Poiché in qualunque stagione il freddo e il caldo all’esterno non sono sempre disponibili quando utili, sono necessarie masse di accumulo termico, cioè quantità di materiali con elevata capacità termica. Per ottenere efficaci accumuli termici si fa ricorso a materiali tradizionali pesanti (es. pietra, calcestruzzo, laterizio) o a materiali di nuova concezione detti a cambio di fase (da liquido a solido e viceversa) come i PCM. La riduzione dei consumi, perseguita quasi esclusivamente con un approccio di tipo passivo, aumentando la resistenza termica dell’involucro, agendo sulle caratteristiche di conducibilità dei materiali costituenti le strutture e i tamponamenti e la contemporanea riduzione della effettiva ventilazione degli ambienti in conseguenza della migliore tenuta dei serramenti ha determinato in molti casi problemi di formazione di condensa sui ponti termici, nonché, a volte, una scarsa qualità dell’aria interna. È quindi emersa l’esigenza di migliorare il benessere interno agli ambienti con tassi di ventilazione considerevolmente più alti. Una casa passiva quindi, necessita di sistemi di ventilazione naturale, generalmente in estrazione realizzata tramite camini, e di ventilazione meccanica in immissione, prevalentemente a portata variabile in relazione ai carichi termici da asportare come integrazione nelle stagioni più estreme (con sistemi misti o ibridi in estrazione), che in caso di incendio però possono costituire fonte di alimentazione. Negli edifici residenziali normalmente si valuta un fabbisogno medio di 32 m³ per persona ora, mentre il numero di ricambi completi per ora aumenta al diminuire della disponibilità d’aria per persona.

N.6 Uso sostenibile delle risorse naturali

Le opere di costruzione devono essere concepite, realizzate e demolite in modo che l’uso delle risorse naturali sia sostenibile e garantisca in particolare quanto segue:

• Il riutilizzo o la riciclabilità delle opere di costruzione, dei loro materiali e delle loro parti dopo la demolizione
• La durabilità delle opere di costruzione
• L’uso, nelle opere di costruzione, di materie prime e secondarie ecologicamente compatibili

Prevenzione incendi

Materia di rilevanza interdisciplinare nel cui ambito vengono promossi, studiati, predisposti, sperimentate misure, provvedimenti, accorgimenti e modi di azione intesi ad evitare, secondo le norme emanate dagli organi competenti, l’insorgenza di un incendio e a limitarne le conseguenze. È una materia interdisciplinare che si occupa di proteggere prima di tutto persone poi contenitore e contenuto. In caso di incendio la prima operazione è proteggere l’incolumità delle persone, si passa poi a fare in modo che l’edificio non crolli e solo dopo si protegge il contenuto.