Appunti di Architettura tecnica 1

Architettura tecnica – Modulo PREDARI

Lezione 20/09/2024

Noi tratteremo delle soluzioni costruttive dal punto di vista strutturale, non nel senso che affronteremo una tematica legata all’oggetto strutturale. Lo faremo perché la scelta di un tipo di struttura e di conseguenza la scelta di un materiale ha delle ricadute sulla costruzione. La scelta di utilizzare un materiale piuttosto che un altro vuol dire essere portati di conseguenza ad adottare una serie di soluzioni costruttive che sono quelle proprie di quel materiale.

Partiamo dalla struttura perché è l’essenza di un edificio, è l’elemento che sostiene il sistema costruttivo, il sistema realizzativo che costituisce lo scheletro portante. La componente strutturale in un edificio è il nostro scheletro.

Ci occuperemo di due materiali diversi che sono il calcestruzzo armato e l’acciaio.

Il CA è il materiale che viene maggiormente utilizzato in Italia nelle nuove costruzioni perché si adatta bene sia ad edifici di piccole dimensioni come delle villette, sia ad edifici multipiano e di grande superficie, così come ad edifici industriali. È il maggiormente utilizzato nel mondo dell’edilizia oggi per quanto riguarda la componente portante.

L’acciaio è un materiale che in realtà in Italia non è molto usato, o perlomeno è usato solo per edifici di grande superficie, edifici molto ampi, nuovi edifici industriali o edifici molto alti. Ha caratteristiche differenti rispetto al calcestruzzo armato, è molto più leggero e per questo è una buona soluzione per edifici che si sviluppano in altezza.

Tratteremo questi due materiali perché ci permettono di indagare differenti soluzioni costruttive che sono molto diverse l’una dall’altra.

Sarebbe bello trattare nel corso anche gli edifici costruiti ex novo in muratura portante e lo faremo se avanza tempo alla fine delle lezioni. La muratura è ancora utilizzata, ci sono ancora tanti edifici di nuova costruzione in Italia che vengono fatti in muratura. In muratura vengono fatte le villette, edifici di piccole dimensioni, generalmente con funzione residenziale. La muratura ha molti vincoli, ha un sistema costruttivo che necessita di una impostazione molto precisa nella definizione del progetto e nella definizione dell’impianto costruttivo. Non posso svilupparlo molto in altezza, massimo 3 piani, questo è un limite.

In questo modulo tratteremo tutto quello che riguarda il grezzo degli edifici, come realizzare la struttura portante, le superfici su cui camminiamo e quelle che abbiamo sopra la testa, tutto quanto compone l’impianto strutturale. Con l’altro modulo lo andremo a completare, andremo a vedere tutti quegli elementi che fanno parte della costruzione che non appartengono alla struttura portante ma che sono opere di completamento, come pavimentazioni, finestre, manti di copertura ecc.

Di fatto ogni edificio possiamo definirlo come un organismo costruttivo, somma di tante parti che sono tra loro correlate. Quindi una scelta fatta nel momento ancora di ideazione della struttura si porta dietro un ventaglio di altre scelte e ne esclude alcune. Per fare un esempio, di base noi tratteremo le strutture intelaiate, uno dei tre schemi strutturali di base. Con questi due materiali che studieremo possiamo realizzare strutture a telaio, con entrambi, con la muratura invece no, sono strutture massive. Col legno, che è un altro materiale strutturale, possiamo sia avere strutture massive che a telaio.

Strutture intelaiate vuol dire che ho elementi orizzontali e verticali. Per renderlo un edificio e non soltanto uno scheletro dovrò chiudere le superfici esterne, cioè dovrò creare delle chiusure perimetrali che mi permettano di individuare uno spazio esterno e uno spazio interno. Se ho una struttura in calcestruzzo armato o in acciaio, quelle chiusure, che chiamiamo tamponamenti o tamponature, si realizzano in modo diverso. Quindi fare delle scelte a priori di un materiale strutturale piuttosto che un altro si porta dietro un ventaglio di soluzioni che sono adatte a quel materiale, ma non posso prendere quelle proprie dell’altro perché sono principi costruttivi differenti.

Quindi ho tante possibilità di creare organismi costruttivi che mi porteranno alla scelta finale che sarà quella che per me è la migliore legandola alle esigenze di quell’edificio ma anche ai costi di costruzione.

In questo corso non parliamo di quanto costa una soluzione piuttosto che un’altra. Se scelgo un materiale e una soluzione piuttosto che un’altra il costo è diverso. Spesso scegliamo le soluzioni più semplici, che magari dal punto prestazionale non sono le migliori, per spendere meno. Anche questo fa parte delle scelte di come progettiamo e cosa progettiamo, anche se noi non lo tratteremo.

Organismo costruttivo

Studieremo un organismo costruttivo da un punto di vista di:

• Materiali: scegliere un materiale strutturale;
• Tecniche costruttive: ventaglio di tecniche abbinate di conseguenza al materiale scelto;
• Schema statico: nel nostro caso un telaio;

Dobbiamo tenere conto che questi aspetti, quindi materiale, tecniche costruttive complessive, scelte prestazionali, perché di fatto lo schema statico genera una scelta di efficienza dal punto prestazionale, e costi, nel mondo dell’edilizia sono strettamente correlati.

Noi ragioneremo sulla base dell’ottimizzazione nella scelta dei materiali in relazione al sistema costruttivo, nell’organizzazione dell’edificio in termini di correlazione tra esigenze e costruzione, questo significa che noi ragioniamo su due differenti edifici che devono essere correlati da un punto di vista figurativo, si trovano nello stesso lotto, uno adiacente all’altro, quindi necessariamente devono avere un’interazione, devono dialogare tra loro dal punto di vista formale.

Dal punto di vista strutturale invece sono distinti, uno realizzato con struttura in calcestruzzo armato e uno in acciaio, e ciò si porterà dietro le scelte costruttive che sceglieremo di adottare. Uno edificio residenziale e l’altro altri usi, ciò non è casuale ed è legato ai materiali. Calcestruzzo armato abbinato alla funzione residenziale perché vedremo che nel modo di impostare gli edifici partendo dall’impianto strutturale è quello che si adatta più facilmente alla vivibilità dei locali dell’edificio ad uso residenziale, quindi avremo dei passi abbastanza regolari che corrispondono alle dimensioni minime dei locali di un edificio residenziale.

Nell’altro caso invece vedremo che le strutture in acciaio permettono di costruire volumi più grandi con meno sostegni, quindi avremo meno elementi fisici all’interno degli ambienti, e questo si presta bene ad altri usi come ad esempio commerciale, un grande spazio aperto per esporre i prodotti o un ristorante con una grande sala con i tavoli senza pilastri in mezzo. Quindi un’organizzazione funzionale è necessariamente legata anche a quelle che sono le esigenze costruttive.

Andremo a studiare l’impianto distributivo combinato all’impianto strutturale ma andremo anche a studiare la relazione tra le parti, nodi tra elementi. Andremo a studiare tutta la fase realizzativa, l’obiettivo è arrivare a una definizione molto precisa e puntuale di tutte le componenti che costituiscono l’edificio. Partiremo dalla conoscenza dei materiali, concetti su come organizzare in modo coerente e in modo adeguato un impianto strutturale per poi arrivare ai dettagli degli elementi costruttivi.

Riferimenti normativi

Lavoreremo rispettando esigenze attuali in termini di funzionamento strutturale delle costruzioni. Dobbiamo rispettare delle regole. Il controllo delle regole che viene fatto è molto stringente ad oggi. Il controllo che viene fatto sulle nuove costruzioni è a più livelli e coinvolge diversi soggetti. Per questo dobbiamo attenerci alle regole in vigore nel mondo delle costruzioni.

Regole, che sono cambiate nel 2008, hanno cambiato in modo profondo quella che è attualmente la pratica costruttiva. Le regole che dobbiamo seguire sono quelle legate alle norme tecniche per le costruzioni, che sono le norme attualmente in vigore per la progettazione delle strutture edilizie che sono state modificate in modo sostanziale nel 2008 e c’è stata altra modifica nel 2018. Queste norme del 2008 provengono da una sequenza di normative precedenti che mano a mano si sono fatte sempre più stringenti, con un maggior numero di esigenze e di regole da rispettare.

Questa sequenza individua la classificazione sismica del territorio nazionale.

1974

1. Nella prima immagine la Legge di riferimento è del 1974 ed è forse la prima legge con valenza nazionale in ambito di progettazione in zona sismica, tenere conto non solo del peso della costruzione nel progetto ma anche delle azioni esterne a cui la costruzione è soggetta, come il sisma. Nella mappa ci sono zone in grigio che non erano classificate sismicamente. Non c’era la necessità di progettare secondo specifici criteri di resistenza alle azioni sismiche.

   Altri colori rappresentavano l’intensità sismica. La zona rossa era quella con maggiore intensità sismica, poco diffusa. La zona arancione, di media sismicità, era quella più diffusa. La ricaduta di queste norme di allora era un modo di progettare diversamente, tenendo conto dell’azione sismica o meno, a seconda del colore, da grigio a rosso.

   Le zone rosse sono molto frammentate sul territorio nazionale, mentre noi siamo abituati a pensare che ci sono delle zone che sono soggetti a questi fenomeni perché li stiamo vedendo e siamo portati a pensare che la catena appenninica sia quella più soggetta a questo tipo di azioni, perché il sisma è un movimento del terreno e di fatto i rilievi come montagne e colline sono il frutto di placche che si toccano l’una con l’altra e la parte che si innalza è spinta dalle placche che sono in fondo. Siamo portati a pensare questo perché questo è il funzionamento dei terreni.

   In realtà i dati sono del 1913, succedeva che alla mappa mano a mano si aggiungeva un puntino rosso se vi erano terremoti significativi negli anni precedenti all’aggiornamento della mappa. Questo avviene fino alle norme dei decreti applicativi del 1996.

2003

2. Nel 2002 c’è un terremoto a San Giuliano di Puglia e fa crollare una scuola elementare, muoiono molti bambini insieme a un’insegnante. Solo questo edificio viene danneggiato. È colpa di un modo di costruire inadeguato, la scuola era in calcestruzzo armato e abbastanza recente. Di fatto era costruita male, altrimenti ci sarebbero stati danni su altri edifici oltre a quello.

   Ciò crea un forte dibattito e si definisce che così come stava avvenendo negli altri paesi europei anche l’Italia necessitava di una profonda revisione delle normative. Nasce un’ordinanza del Consiglio dei ministri del 2003 che rivede la classificazione sismica nazionale e impone un nuovo modo di progettare. Cambia la prassi dal punto di vista dei materiali utilizzati, dei procedimenti di calcolo, per creare una condizione di sicurezza condivisa per le zone che possono avere gli stessi problemi e impone una serie di verifiche più stringenti rispetto a prima.

   Viene creato un nuovo modo di classificare il territorio non più sui sismi avvenuti ma studiando le caratteristiche dei terreni, i suoli. Viene definito proprio un nuovo approccio a quella che è la progettazione sismica ma anche alla conoscenza dei suoli su cui noi andiamo a costruire.

   Ne esce la nuova mappa, quella in mezzo, in cui le zone più o meno sono le stesse, la zona rossa si è ampliata, molte delle zone grigie diventano colorate. Non ci sono più zone non sismiche, ci sono zone a bassissima sismicità.

   In questa mappa i perimetri delle zone classificate sono fatti sui perimetri comunali.

Terza mappa

3. Confini più astratti, zone sismiche classificate a prescindere dal comune di appartenenza, diverse classi di intensità sismica a prescindere dal comune, ho una localizzazione sulla base di latitudine e longitudine. Come possiamo vedere le zone a più alto rischio sismico sono quelle in viola e seguono la catena del centro Italia.

Queste normative hanno modificato in modo sostanziale il modo di costruire. Hanno inciso in modo profondo e stanno creando differenze profonde tra quello che è patrimonio esistente e quello che noi dobbiamo costruire oggi.

Quello che faremo noi quindi è indagare questi due sistemi costruttivi tenendo conto di questa componente che ha inciso e incide fortemente sul modo di progettare di oggi.

Livelli di necessità di verifica al sisma

Ci sono due livelli di necessità di verifica al sisma:

• La prima è la sicurezza, che l’edificio non subisca danni rilevanti che lo rendano non utilizzabile e pericoloso per chi lo vive. Questo è quello che noi chiamiamo SLV, ovvero stato limite di salvaguardia della vita, il fatto che le persone che sono dentro siano al sicuro. Ciò incide sulla parte strutturale.
• Componente dei danni all’edificio, altrimenti dovrei avere costi per ripristinarlo, tempi in cui non posso utilizzarlo, questo si chiama esercizio dell’edificio, il suo funzionamento. Questo riguarda non tanto la struttura ma gli elementi di completamento, es. pavimento, finestre ecc.

Non solo la componente strutturale ma anche tutti gli elementi di completamento e di finitura risentono della normativa introdotta nel 2008.

Costruzione in conglomerato cementizio armato

Dobbiamo comprendere la costituzione e la composizione dei nostri materiali per trattare quello che è il suo funzionamento.

Cemento armato è una definizione sbagliata, la definizione corretta è conglomerato cementizio armato (C.C.A.). Andiamo a capire da dove viene la somma di queste tre parole.

I conglomerati

Nell’ambito dell’edilizia il conglomerato è definito un materiale composito che viene dalla miscelazione di diverse sostanze. Quindi il conglomerato non esiste in natura, lo crea l’uomo artificialmente, così come l’acciaio. Conglomerato non esiste in natura, è un prodotto umano che viene dalla lavorazione di rocce, che sono la base di partenza.

Quindi il conglomerato è questa miscela di diverse sostanze in cui si attuano delle reazioni chimiche durante le fasi di lavorazione, che permettono al mio conglomerato di passare da uno stato fluido con una consistenza densa a uno stato solido, che al termine di questo processo lo rende la cosiddetta pietra artificiale.

Nell’ambito dei materiali che utilizziamo per le costruzioni i conglomerati sono di due tipi diversi:

1. Malte;
2. Calcestruzzi.

La differenza sta nella miscela, negli elementi di partenza che io compongo l’uno con l’altro per ottenere una malta o un calcestruzzo.

In realtà la più semplice miscela che io posso creare, che però noi non utilizziamo in edilizia perché è un materiale che non ha resistenza, è la cosiddetta pasta. Ha una consistenza liquida ed è costituita da una miscela di un legante e acqua. Il legante all’interno dei conglomerati è quel componente che permette la reazione chimica con l’acqua, ci sono tanti tipi di leganti. Non la usiamo perché non ha nessuna resistenza, può essere usata per sigillare piccoli fori. Si fessura molto facilmente.

Quelli che invece usiamo per fini diversi sono le malte e i calcestruzzi.

La malta

La malta è sempre una miscela di acqua e legante e si aggiunge la sabbia con aggregati, che abbiano un diametro minore di 4/5 mm. Consistenza più densa della pasta. Questi aggregati danno un po’ di resistenza.

Usiamo queste malte per due finalità in edilizia:

• Intonaci, per il ricoprimento di superfici verticali o solai, nell’intradosso.
• Giunti. Ad es. mattone e linea grigia, la linea grigia è malta. Lo usiamo per legare insieme elementi che altrimenti sarebbero separati, mattoni, blocchi di laterizio o calcestruzzo.

Il calcestruzzo

Se a questa miscela aggiungo anche un altro aggregato che abbia dimensioni superiori rispetto ai 4/5 mm della sabbia, in questo caso parliamo di ghiaia, ottengo il calcestruzzo. Ha una grana più grossa.

I calcestruzzi li usiamo per due finalità in edilizia, a seconda della dimensione e del tipo di aggregato grosso:

• Se è un aggregato grosso leggero lo usiamo per fare i massetti, che sono degli strati di livellamento, generalmente su superfici orizzontali quindi solai.
• Se usiamo proprio ghiaia, piccoli elementi di pietra, lo usiamo per fini strutturali, costituiscono la base del nostro scheletro strutturale. Fornisce la resistenza, riesce a tenere dei pesi.

C’è scritto “+ additivi” perché vedremo che in realtà questi conglomerati possono essere personalizzati a seconda delle esigenze.

I conglomerati nella storia

Questi conglomerati non sono materiali nuovi e recenti, li usavano già i Romani. Materiale molto antico, noi lo abbiamo attualizzato, apportato delle modifiche per creare un materiale che fosse più rispondente alle esigenze moderne, più resistente, abbiamo cambiato alcune componenti, ma l’idea della composizione è antichissima.

La base con cui i Romani realizzavano i muri è l’opus caementicium: calce, pozzolana, sabbia vulcanica, sabbia e frammenti di pietra o ciottoli, che erano quelli che i Romani chiamavano caementa, e acqua che teneva insieme il composto. Questo composto non era usato per creare strutture intelaiate come quelle che noi abbiamo oggi, perché invece il conglomerato cementizio armato nasce nel ‘900. Usavano il loro calcestruzzo per creare strutture in murature. Elementi di laterizio che creavano la facciata esternamente e dentro c’era il calcestruzzo; lo usavano per le volte, per la copertura del Pantheon, con grammature di caementa diverse, più leggera man mano che si saliva, per ridurre il peso della costruzione.