Elementi strutturali o non strutturali…questo è il problema!

Sintesi del passato prossimo

I numerosi eventi sismici avvenuti negli ultimi decenni hanno messo in evidenza la grande vulnerabilità del patrimonio edilizio italiano e mondiale causando migliaia di vittime ed enormi perdite economiche.

Secondo i dati riportati dall'Ufficio delle Nazioni Unite per la Riduzione del Rischio da Catastrofi (United Nations Office for Disaster Risk Reduction), relativi all’impatto dei disastri globali dal 2002 al 2020 in termini economici e di vite umane (Figura 1), risulta evidente la necessità di mettere le strategie di gestione delle emergenze sotto il microscopio! Ma questo è un altro problema…..”più grosso”…. come direbbe il comandante “Viper” in Top Gun.

Tornando al focus dell’articolo, all’inizio del XX secolo il prof. Modesto Panetti affermava che gli effetti dei terremoti sulle strutture fossero dei problemi di natura dinamica troppo complessi da poter essere analizzati.

Fortunatamente, i numerosi sforzi compiuti dai ricercatori hanno consentito di migliorare le conoscenze nel campo dell’ingegneria sismica e di redigere dei validi documenti (alcune volte anche normativi) orientati allo studio della risposta sismica strutturale nell’ottica della salvaguardia della vita umana.

Tuttavia, al fine di raggiungere un determinato livello prestazionale per gli ambienti di vita non è sufficiente garantire un adeguato comportamento strutturale, ma si deve anche tenere in conto degli elementi non-strutturali studiando, quindi, l’intero “sistema edificio”.

Forse pochi sanno, oppure tanti dicono e molti dimenticano, che più dell’80 % dei costi, relativi ad una nuova costruzione (soprattutto in ambito strategico come ospedali, scuole, etc.), sono legati alla realizzazione ed installazione di elementi “non” strutturali (Figura 2).

L’avverbio di negazione “non” può trarre spesso in inganno. Anche nella traduzione inglese del termine ci si riferisce a “non-structural elements” oppure “ancillary elements”, quindi elementi accessori.

Ma anche in questo caso la parola “accessorio” risulta essere probabilmente erronea, cosa sarebbe un ospedale senza le “pipeline” dell’ossigeno o i quadri elettrici? Cosa sarebbe una scuola senza lavagne e video-schermi?

Forse tali termini andrebbero ripensati introducendo delle definizioni che non ne sminuiscano l’importanza nell’ottica in un approccio di progettazione prestazionale.

Si potrebbe ad esempio coniare il termine “auxiliary elements”, cioè elementi ausiliari e quindi con “funzione di completamento per il sistema edificio”. Infatti, con il loro 80 % del costo complessivo dell’immobile, tali elementi hanno la funzione di completare l’edificio e permettere che esso possa assolvere alle funzioni per il quale è stato progettato (un ospedale, una scuola, una questura, etc).

Elementi di presente ed imperfetto

Qui c’è molta imperfezione del presente oppure nel presente! Gli eventi estremi avvenuti negli ultimi decenni hanno messo in evidenza la grande vulnerabilità del patrimonio edilizio italiano e mondiale.

A seguito del terremoto di Messina, avvenuto nel 1908, un notevole numero di documenti furono pubblicati e consentirono di stabilire le basi dell’ingegneria sismica in Italia. A più di un secolo di distanza dal terremoto di Messina possiamo affermare che gli effetti di un terremoto su una struttura sono un problema di natura dinamica che può essere adeguatamente valutato utilizzando sofisticati modelli agli elementi finiti.

Nonostante le attuali conoscenze consentano di progettare strutture sicure, i più recenti terremoti continuano a provocare vittime ed ingenti perdite economiche. Il terremoto avvenuto in Emilia Romagna nel 2012 ha provocato 27 vittime e ben 13 miliardi di euro di perdite economiche (Ercolino et al. 2012).

Le ingenti perdite economiche ci mettono di fronte ad una nuova problematica trascurata fino ad oggi.

L’ingegneria sismica si è tradizionalmente interessata alla risposta dei sistemi strutturali ed alla mitigazione dei danni strutturali da eventi sismici, tuttavia, come osservato durante i più recenti terremoti, questo non è sufficiente per garantire adeguate performance e la riduzione delle perdite.

Il raggiungimento di un definito livello prestazionale è possibile solo se l’intero “sistema edificio” è in grado di rispondere adeguatamente all’azione sismica.

Il collasso di elementi architettonici, meccanici o impiantistici, così come quello dei contenuti, può ridurre significativamente la prestazione sismica dell’intero edificio rendendolo inagibile e non garantendo una adeguata sicurezza dell’ambiente di vita quotidiano.

L’importanza degli elementi non strutturali appare evidente in tutti gli ambienti di vita, dalla civile abitazione fino alle strutture di importanza strategica come gli ospedali. Sia in Italia che all’estero, si è spesso riscontrata la completa perdita di funzionalità degli edifici ospedalieri a causa del collasso degli elementi non strutturali (Figura 3).

Nonostante questa problematica sia ormai nota, la progettazione e l’adeguamento degli edifici esistenti sono tipicamente condotti trascurando, oppure semplicemente sottovalutando, l’esistenza degli elementi non strutturali (impiegando in alcuni casi specifici elementi non strutturali solo perché sulla scheda tecnica si trovi scritto “testato sismicamente”, senza però informazioni in merito a chi, come, e con quel protocollo lo abbia testato!).

Questa problematica risiede nel fatto che l’attuale stato delle conoscenze non consente una adeguata progettazione sismica delle componenti non strutturali.

La celebre frase del prof. Modesto Panetti può essere quindi oggi rivisitata nei confronti degli elementi non strutturali: “… gli effetti di un terremoto sugli elementi non strutturali sono di fatto un problema di natura dinamica, che al momento è troppo complesso per essere valutato…”.

Il futuro sarà semplice, composto o non ci sarà futuro

Eugenio Montale nella poesia “Gloria del disteso mezzogiorno” conclude dicendo “ma in attendere è gioia più compita”.

Vero ed idilliaco, ma non dobbiamo attendere troppo e invece siamo obbligati a fare da subito di più (ad maiora).

Proprio in tale ottica proattiva e a tratti rivoluzionaria, su suggerimento del Prof. Gian Michele Calvi e continuo supporto del Prof. André Filiatrault, si inquadrano tutte le attività di ricerca svolte presso l’Eucentre di Pavia, lo IUSS sempre di Pavia e l’Università del Salento in ambito di elementi non strutturali.

Da una collaborazione estesa a tutto il territorio nazionale (Figura 4) nell’ambito di una finanziamento PON (Progetto finanziato dal MIUR Pon ARS01_00920) si colloca un progetto dal carattere altamente innovativo che si concluderà con una spettacolare e altrettanto significativa prova su tavola vibrante presso la Fondazione Eucentre di Pavia.

L’acronimo del progetto è CADS – Creazione di un Ambiente Domestico Sicuro

Il progetto CADS

L’attività di ricerca di questo progetto triennale ha come finalità di sviluppare degli ambienti di vita sicuri, intelligenti e resilienti, in cui tutti gli elementi siano in grado di interagire fra loro e con la struttura stessa, e di rispondere adeguatamente a situazioni estreme grazie all’ integrazione di sistemi che utilizzano la domotica applicata al “building automation”.

A tal fine è prevista nel progetto, ed auspicabile per il futuro, l’ottimizzazione e la realizzazione di nuovi prodotti e sistemi non strutturali tecnologicamente innovativi, intelligenti, ecosostenibili ed integrati in ambiente domotico atti a ridurre il rischio globale negli edifici.

Le performance di tali elementi sono state valutate mediante la definizione di un processo di classificazione e certificazione che consentirà, anche qui speriamo in una prossima versione di un codice normativo che richiede su questi temi maggiore attenzione, ai progettisti di valutare e selezionare i prodotti in base alle prestazioni attese e alle esigenze strutturali e funzionali.

Il progetto, alla sua conclusione nel dicembre 2023, comporterà una radicale rivoluzione nel processo decisionale di pianificazione ed ottimizzazione delle risorse investite per il miglioramento degli ambienti di vita.

Se fino ad oggi la scelta di particolari elementi non strutturali, come infissi, arredi e partizioni, era prevalentemente connessa a problematiche di natura architettonica ed energetica, l’introduzione nel mercato di nuovi prodotti per cui sia anche fornita una certificazione sismica e che allo stesso tempo siano perfettamente implementati nel building automation, garantendo una loro pronta risposta in situazioni di emergenza, rappresenterà una svolta epocale nel miglioramento degli ambienti di vita e del benessere degli occupanti.

...CONTINUA LA LETTURA NEL PDF