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Estratto dagli atti del 15° Congresso C.T.E. Bari, 4-5-6 novembre 2004



UN EDIFICIO-PONTE AD ELEMENTI PREFABBRICATI PER RESIDENZA
Parte 1: l'architettura, la costruzione ed il montaggio.


CALOGERO DENTAMARO
VINCENZO DIPAOLA
CARLO MOCCIA


Politecnico di Bari



SUMMARY

     
In residential building development the new design shapes are oriented to maximize, in industrial terms, the work of joint venture companies.
      In this paper the structural design developments of a precast reinforced concrete advanced system for residential bridge-building are related.
      The design is generally realized by three elements: house space, terziary work space, vegetation and nature free space.
      The residences are built as bridge and tower over the basement level. This peculiarity allows to keep the view of natural vegetation. The constitutive clearness that characterizes the wallbeam Vierendeel connotes the relation between the house and the surrounding space.
      Each longitudinal façade of the construction exibits in whole of its height a structural system characterized by a closed set of beams and uprights in realizing an highly resistant grid as Vierendeel wall-beam. The 24 m span and twostorey height frame is made up of prefabricated reinforced concrete element, solidarized in construction site. The two structural longitudinal façades are connected by 12 m span precast beams and floor slabs.
      This solution allowed the construction with large open-space, as floor areas entirely free. The "big box" is braced in both sides by reinforced concrete cores which contain the stairwells and utilities.


1. INTRODUZIONE

      Nell'ambito del sempre crescente sviluppo dell’edilizia residenziale, la ricerca di nuove forme progettuali va attingendo motivi importanti nella determinazione di elementi che se per un verso perseguono soluzioni ambientalmente compatibili
in senso lato, stabiliscono, per un altro, la risposta all’esigenza di rendere "il prodotto" il più possibile industrializzato.
      Nel settore dell’edilizia civile multipiano, le tipologie definite "a ponte" rappresentano le principali soluzioni costruttive atte a soddisfare richieste prestazionali eccezionali che possono essere di ordine architettonico, funzionale e statico.
      Tale soluzione, infatti, consente di pervenire a risultati progettuali significativi, quali ad esempio un'originale architettura associata a ridottissimi ingombri delle strutture verticali, con un'organizzazione statica meno problematica ed un montaggio meno oneroso perché assai più naturale.
      La Memoria ha lo scopo di illustrare le linee progettuali di un edificio-ponte per residenze ad elementi prefabbricati, completamente realizzato
con sistemi di prefabbricazione avanzata.
      In questa sede ci si prefigge di presentare i caratteri architettonici, distributivi, tecnologici ed ambientali degli edifici destinati alle residenze, rimandando ad una Nota successiva [1] la descrizione del "corpo strutturale" dell’opera.
      La concezione progettuale dell'edificio in oggetto è finalizzata alla realizzazione di un concreto insediamento edilizio abitativo, in un preciso contesto geografico ed urbanistico.
      Si tratta di un'idea-progetto che si colloca nel quadro di specifiche ricerche di tipo applicativo, in corso presso la Facoltà di Architettura del Politecnico di Bari, sulle moderne tendenze della progettualità edilizia contemporanea in tema di caratteri compositivi di grande impatto architettonico, compatibili con particolari esigenze funzionali e ambientali [2] [3].


2. IL PRINCIPIO INSEDIATIVO

     
L'area in cui va ad inserirsi l'opera si presenta con i caratteri consueti della 'città diffusa': uno spazio libero circondato dall’edificazione disconti nua e frammentata, affacciato su di una strada costruita dalla successione di "isole edilizie" destinate alla residenza e alle attività terziarie. Ciò che caratterizza l'area è l'orografia, con il declivio che si accentua nella parte a nord.
      Il progetto affronta i temi della residenza e degli spazi terziari, ricercando relazioni tra le parti che esaltino, al contempo, i caratteri naturali dell’area.
      Per questo si può dire che gli elementi che costruiscono il progetto sono tre: gli spazi della residenza, gli spazi del lavoro terziario e lo spazio libero della vegetazione e della natura (Fig. 1).
      Ad ognuno corrisponde una forma che ne stabilisce l'identità.


Figura 1.

     
      Gli spazi del terziario sono ospitati nella parte basamentale, costituita da corpi che si succedono disponendosi ortogonalmente alla strada.
      Le residenze sono costruite a "ponte" e si elevano dalla quota dei basamenti; si dispongono parallele alla strada, rivolgendosi verso mezzogiorno.
      Il suolo naturale "scorre" tra i corpi dei basamenti e sotto i ponti delle case. Il suolo è conservato nella forma originaria del declivio, sistemato a prato e piantumato.
      La relazione insediativa adottata rende massima l'estensione di suolo occupato dalla vegetazione e dalla natura permettendo di conseguire, per il quartiere, un’area destinata a parco attrezzato di grande estensione.


3. CARATTERI DEGLI EDIFICI

      
Le residenze sono costruite come case-ponte.
      L'adozione di questo tipologia edilizia consente di conservare la veduta della vegetazione naturale per tutta l'estensione del
lotto, pur orientando le abitazioni con il fronte esposto a mezzogiorno.
      La trasparenza costitutiva che caratterizza la trave-parete (che sostiene e contiene gli alloggi) connota il rapporto che la casa stabilisce con l'intorno, configurando il luogo della residenza come il punto d’ammirazione della natura circostante (Fig. 2).
      La trave-parete, estesa per 26.40 metri, sostiene gli orizzontamenti delle residenze liberando la distribuzione da vincoli strutturali. Ciò permette di adottare differenti soluzioni distributive (esemplificate nel progetto in alloggi simplex e duplex) mantenendo costante la forma generale e le caratteristiche costruttive.
      Gli alloggi progettati hanno una "superficie libera di piano" (SLP) di 99 mq ciascuno e sono caratterizzati dalla presenza di una loggia esposta a mezzogiorno e aperta alla veduta della vegetazione.
      Le restanti parti destinate alle attività terziarie si presentano con caratteristiche costruttive e distributive omogenee a quelle descritte e, considerando le superfici interrate destinate a depositi, sviluppano una SLP di 994 mq (Fig. 3).


Figura 2.


Figura 3.



4. LA COMPATIBILITA' AMBIENTALE


      Il progetto nasce dalla ricerca di soluzioni ambientalmente compatibili, attraverso un approccio alla progettazione consapevole dei caratteri locali e ambientali preesistenti (sia in termini di vita, che di morfologia fisica del terreno e dell’atmosfera).
      Una corretta progettazione consente la riduzione dei consumi energetici nel momento in cui tiene conto dell'ubicazione e degli ambiti morfologici, e contestualmente delle prestazioni tecnologiche dei materiali e dei componenti più idonei alla realizzazione dell'opera.
      Per tale motivo, i sistemi tecnologici previsti nel progetto sono stati selezionati in virtù del loro comportamento fisico rispetto a determinati fenomeni, garantendo un miglioramento delle prestazioni globali dell'organismo edilizio attraverso la conoscenza delle proprietà dei materiali costituenti ciascun sistema tecnologico (sia per quanto riguarda le singole caratteristiche fisiche e prestazionali, sia per quanto attiene le reciproche interrelazioni nel rispetto delle potenzialità strutturali e tecniche di ogni materiale).
      Materiali e sistemi tecnologicamente avanzati sono stati utilizzati per ottenere il massimo isolamento termico e migliorare così le caratteristiche di comfort interno affinché attraverso un consumo minimo di energia, rispondano anche alle richieste di risparmio economico, oltre che a requisiti di facilità di montaggio e di manutenibilità nel tempo.
      La trasparenza dell'edificio, l'integrazione con il verde, la scelta di superfici permeabili, l'inerzia termica, l'isolamento termico e acustico, sono stati alcuni dei cardini progettuali finalizzati a garantire il massimo comfort agli spazi interni, la valorizzazione degli spazi esterni. Essi caratterizzano la struttura stessa dell'edificio, contribuendo a identificarne la forma e la tecnologia costruttiva.

      Entrando nel dettaglio gli aspetti salienti del progetto riguardano i seguenti punti.
 
a)    Il recupero e il riutilizzo delle acque meteori che
      La scelta progettuale è stata improntata alla massimizzazione delle superfici permeabili. La realizzazione di coperture drenanti per la parte basamentale consente l’accumulo delle acque meteoriche per il loro successivo riutilizzo a servizio degli impianti igienici e delle esigenze di irrigazione del parco circostante. La stratigrafia ideata per le coperture dei basamenti riduce il valore della trasmittanza termica offrendo, allo stesso tempo, migliori condizioni estive interne
attraverso i processi evaporativi della vegetazione presente.

b)   L'isolamento termico e l'utilizzo passivo dell'energia solare
      La scelta opportuna dei materiali e della loro stratigrafia, consente, per le aree uffici e commerciali, di ottenere valori di trasmittanza termica inferiori a 0,6 W/m2K. Gli andamenti ciclici legati alla variazione delle grandezze climatiche (radiazione solare, temperatura esterna, temperatura interna) sono inoltre bilanciati e mitigati dall'inerzia termica fornita dalle murature che consentono un andamento dei valori di temperatura interna più regolari e costanti a beneficio delle condizioni interne di benessere e della riduzione dei consumi energetici.
      Particolarmente interessante è la scelta operata per le strutture abitative a ponte. La trave Vierendeel consente di isolare completamente il corpo abitativo che si presenta come una "scatola" sospesa dal sistema di travi, con assenza di ponti termici a vantaggio di un maggiore isolamento termico e acustico degli ambienti interni. Inoltre la struttura della trave sulla facciata sud consente la protezione delle abitazioni dall'irraggiamento diretto durante la stagione estiva e la massimizzazione della radiazione invernale quando il sole basso all'orizzonte riesce a irradiare le superfici captanti del pavimento interno contribuendo all'innalzamento della temperatura superficiale dello stesso a beneficio di una minore richiesta di energia da parte dell'impianto di riscaldamento.
      Il rivestimento riflettente utilizzato sulle facce superiori della trave sul lato sud consente inoltre la creazione di mensole di luce attraverso le quali la radiazione solare diretta è riflessa sul soffitto delle abitazioni, a beneficio del benessere illuminotecnico e la riduzione dei tempi di funzionamento dell'illuminazione artificiale.
      Sempre grazie alla soluzione strutturale prevista per il blocco abitazioni, si realizza un'intercapedine tra il solaio del pavimento e la soletta esterna dove, attraverso un collettore solare ad aria agganciato sulla parete sud, è possibile ottenere d'inverno aria calda gratuita in modo tale da innalzare la temperatura dell'aria nell'intercapedine e ridurre le dispersioni termiche della superficie del pavimento. I pannelli funzionano anche nelle giornate nuvolose, quando la luce solare diffusa può contribuire ad un aumento della temperatura che va da 3 a 12 °C.
      D'estate un sistema meccanico sul lato nord, comandato da un sensore di temperatura posto nell’intercapedine, consente l'apertura di un serramento e l'espulsione dell’aria calda (Fig. 4).


Figura 4.



Infine l'orientamento del corpo di fabbrica permette di realizzare il raffrescamento passivo
dell’edificio per ventilazione naturale. Questo accorgimento, unito ai processi evaporativi della vegetazione esterna, contribuiscono a realizzare un microclima locale favorevole a vantaggio di migliori condizioni di qualità dell'aria e di benessere interno.
      Sotto l'aspetto impiantistico è importante la scelta effettuata a livello progettuale di relazionare gli impianti tecnologici con la struttura dell'edificio.
Questi sono considerati come una parte integrante del "sistema edificio". Infatti, la
soluzione strutturale consente la creazione dei luoghi orizzontali e verticali per gli impianti, offrendo soluzioni che garantiscono un facile accesso agli impianti per tutti gli interventi di manutenzione.


5. CARATTERI COSTRUTTIVI

      L'edificio a ponte rappresenta una tipica soluzione che coniuga le usuali necessità
funzionali per le civili abitazioni con la possibilità di avere comunque il primo livello completamente aperto. Le implicazioni strutturali sono naturalmente importanti, principalmente in ragione del fatto che viene richiesta una sufficiente rigidezza da parte dell'intero edificio per superare le luci (naturalmente ben maggiori rispetto a quelle dei classici sistemi di pilastri) della zona sottostante all'edificio stesso.
      La prima specificità strutturale, derivante dall’aumento delle luci libere, necessita di un sistema resistente capace di guidare i carichi attraverso la struttura in maniera assolutamente diversa da quello "classico" degli edifici a pilastri.
      Le possibili soluzioni per questo sistema strutturale generalmente sono basate su di uno schema ad orizzontamenti appoggiati su delle strutture rigide disposte in facciata ottenendo una pianta libera e concentrando il trasporto dei carichi verticali sino agli appoggi nella facciata, che deve pertanto essere concepita come struttura
integralmente connessa per avere nel suo complesso una sufficiente rigidezza.
      In sostanza non si può più trattare di singole travi poste a piani diversi che scaricano piccole luci sui singoli pilastri.
      Nella soluzione proposta si perviene ad uno schema di funzionamento in cui l'intera facciata funziona come un unico elemento strutturale tramite l'adozione di un sistema fitto di travi e pilastri che formano una griglia di passo molto ravvicinato [4]. Lo schema base è chiaramente quello di una serie di quadrilateri con elementi di rigidezze molto simili assemblati ripetitivamente per ottenere un graticcio realizzato collegando tra loro in opera elementi prefabbricati, "confezionati" in stabilimento. I solai sono orditi nella direzione del lato più lungo degli edifici e realizzati in lastre prefabbricate poggianti su travi in c.a. connesse alle loro estremità ai montanti del sistema Vierendeel della facciata (Fig. 5).


Figura 5.

 


Se dal punto di vista strutturale tale approccio metodologico risulta chiaro, l'assemblaggio in sito dei singoli elementi prefabbricati in c.a. e in c.a.p. a costituire l'intero organismo strutturale pone alcuni punti di approfondimento, con particolare riferimento alla realizzazione delle unioni.
      La loro progettazione infatti deve mirare al soddisfacimento dei seguenti requisiti:
- semplicità di esecuzione;
- affidabilità del loro comportamento statico;
- immediata piena funzionalità, fondamentali affinché il sistema risulti competitivo rispetto a quelli tradizionali.
      E' evidente che il punto critico di questa soluzione in elementi "sciolti" prefabbricati di dimensioni ridotte è rappresentato dal numero eccessivo dei collegamenti da realizzare in opera.
Peraltro le dimensioni necessariamente contenute dei nodi strutturali non consentono un agevole ripristino della continuità delle armature e l’inserimento di ulteriori barre di cucitura.
      Inoltre le prescrizioni in termini di copriferro per garantire la durabilità richiesta alla struttura riduce ulteriormente la sezione utile degli elementi strutturali.
      La soluzione proposta è quella della prefabbricazione di macroelementi costituenti campi di facciata, realizzati in stabilimento con casseforme metalliche e calcestruzzi speciali e poi assemblati in opera con un numero notevolmente ridotto di nodi strutturali.

      In questa maniera si provvede ad una accurata disposizione delle armature ed una efficace vibrazione della miscela di calcestruzzo per permetterne la penetrazione anche nei punti con alta densità di armatura. Per il conseguimento di tale finalità, i calcestruzzi dovranno essere addizionati con riduttori di acqua per conferire loro una elevata fluidità (classe di lavorabilità S4) con un rapporto a/c più basso (circa 0.45). La compattezza della miscela, migliorata anche con un elevato dosaggio di elementi fini (almeno 320 kg di cemento al mc), permette di avere un effetto estetico del faccia a vista notevole, permettendo l'utilizzo di cementi colorati senza l'uso di intonaci o strati protettivi e quindi rendendo nulli gli interventi di manutenzione ordinaria tipici delle strutture in c.a..
      In conclusione l'edificio "a ponte" si caratterizza con tre livelli di piano in elevazione su pianta rettangolare allungata, doppiamente simmetrica, delimitata sui lati corti dai corpi scale, due nuclei rigidi in c.a. che costituiscono gli elementi controventanti di tutto l’organismo strutturale ed ai quali sono quindi affidate tutte le azioni orizzontali. Le azioni verticali, invece, dopo aver impegnato gli orizzontamenti e le due facciate reticolari, rifluiscono al terreno attraverso quattro robusti basamenti in c.a., disposti ai vertici della pianta, ottenendo così una superficie "openspace" proprio in virtù della particolare organizzazione strutturale dell’intero organismo costruttivo (Fig. 6).


Figura 6.



BIBLIOGRAFIA


[1] C. DENTAMARO, V. DI BERNARDO, V. DIPAOLA: "PRECAST REINFORCED CONCRETE SYSTEM FOR BRIDGEBUILDING. Part 2nd: the structural organization and performance", 15° Congresso CTE, Bari, novembre 2004.

[2] A. LIBERA: "Opera completa", Electa Mondadori, Milano, 2001.

[3] K. Frampton: "Steven Holl Architetto", Electa Mondadori, Milano, 2002.

[4] B.C. GERWICK: "Construction of prestressed concrete structures", John Wiley, 1993.



 

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