Progettare e costruire edifici green sismoresistenti con sistemi ICF - SAAD in EPS

Nel panorama delle tecnologie costruttive si assiste allo sviluppo tecnologico di sistemi sempre più evoluti che permettono di raggiungere risultati ambiziosi in termini strutturali, prestazionali ed economici.

Negli ultimi anni, sono stati messi a punto diversi sistemi che utilizzano moduli in EPS (Polistirene Espanso Sinterizzato) per la realizzazione di elementi che permettono di costruire, con notevoli vantaggi, strutture portanti ad armatura diffusa “pre-coibentate”, definiti sistemi SAAD (sistemi ad armatura diffusa).

La chiave di questo rinnovato interesse è individuabile nello sviluppo da “casseri a perdere” a “casseri a rimanere” in materiale coibente per la realizzazione di elementi strutturali che coniugano le prestazioni meccaniche del setto in calcestruzzo alla leggerezza e all’alto potere isolante del materiale EPS con cui è realizzata la cassaforma.

Cosa sono i sistemi costruttivi ad armatura diffusa SAAD?

I sistemi costruttivi ad armatura diffusa SAAD (definiti anche ICF Insulation Concrete Form) sono da tempo impiegati, nel mondo e in Italia, per la realizzazione di edifici con qualsiasi destinazione d’uso da edifici ad uso abitativo, uffici o commerciali.

I Sistemi Ad Armatura Diffusa (SAAD) rappresentano i sistemi costruttivi più evoluti nel processo dell’industrializzazione del comparto edile del mercato mondiale, ebbero origine in Europa alla fine degli anni Sessanta per poi trovare diffusione negli Stati Uniti negli anni a seguire.

Grazie alla flessibilità e versatilità della tecnologia, è infatti possibile realizzare molteplici tipologie edilizie, dalle geometrie più semplici alle architetture più complesse in quanto i sistemi SAAD si adattano perfettamente ad ogni esigenza progettuale e non pongono alcun vincolo architettonico.

Sempre più numerose sono le costruzioni realizzate nei diversi ambiti, dall’edilizia residenziale (edilizia economica e popolare, edifici mono/bifamiliari, edifici multipiano), all’edilizia commerciale e industriale (edifici turistici – hotel, centri commerciali ed edifici per il terziario e per fabbricati industriali e produttivi), nonché per l’edilizia pubblica (residenze socioassistenziali, centri sportivi, tribunali, scuole e università).

Il sistema è costituito da due tipologie di elementi, verticali e orizzontali. I primi sono utilizzati per la realizzazione di pareti portanti, tamponamenti esterni e tramezzi interni; i secondi per creare i primi solai, i solai intermedi e quelli di copertura. In entrambi i casi l’EPS è presente e partecipa alle prestazioni finali esprimendo in modo differente le proprie prestazioni.

Gli elementi verticali possono essere di piccole o grandi dimensioni. I primi sono costituiti da elementi in EPS della dimensione di un grande blocco, e sono realizzati da due elementi utilizzando inserti di materiale plastico o metallico che congiungono la faccia interna con quella esterna del blocco e prevedono piccoli elementi superiori e cavità inferiori per realizzare l’incastro fra di loro. I secondi, della dimensione di un interpiano o più piani, sono realizzati con doppia lastra in EPS con rete tridimensionale, che li distanzia in modo da garantire una parte centrale libera per il getto in calcestruzzo.

L’aspetto dimensionale determina diverse metodologie progettuali e costruttive legate non solo alla maneggevolezza degli elementi ma anche alle diverse modalità di posa dei ferri di armatura: nei blocchi di piccole dimensioni sia i ferri orizzontali che quelli verticali vengono posizionati in cantiere, mentre nei pannelli di grandi dimensioni l’armatura viene pre-posizionata in fabbrica ed eventualmente integrata in cantiere.

Le aperture per porte e serramenti sono realizzate in modo semplice ed efficace, predisponendo il foro dove previsto dal progetto architettonico e strutturale prima del getto di completamento.

Sul piano progettuale e strutturale il sistema ad armatura diffusa si distingue dalla tradizionale tecnica a telaio costituita da travi e pilastri in cemento armato e permette di realizzare edifici “scatolari” caratterizzati da grande resistenza alle sollecitazioni verticali e orizzontali (movimenti sismici, spinta del vento).

La struttura del sistema ICF-SAAD

L’innovazione apportata dai sistemi SAAD consiste nella possibilità di realizzare un setto in cemento armato in cui i ferri di armatura orizzontale e verticale possono essere correttamente posizionati per il soddisfacimento dei requisiti strutturali all’interno di una struttura solidale, che permettono di raggiungere elevata inerzia termica ed acustica senza ricorrere all’aumento di spessore del setto.

La progettazione strutturale si sviluppa in modo del tutto analogo agli edifici costruiti con tecniche tradizionali, nel rispetto delle norme vigenti e tenendo conto del rischio sismico della zona in cui si intende costruire.
La presenza delle armature, oltre a consentire l’autoportanza dei pannelli in fase di getto, soddisfa i requisiti previsti dall’Eurocodice 2 (conglomerato cementizio), dall’Eurocodice 8 (costruzioni in zona sismica) e dalle Norme Tecniche per le costruzioni 2018 (DM del 17 gennaio 2018).

Per le zone a bassa sismicità il quantitativo di armatura già previsto nel sistema costruttivo può risultare sufficiente a garantire le necessarie resistenze strutturali.

I “tralicci” verticali, oltre a favorire il contenimento del getto nelle casserature in EPS, agevolano il posizionamento delle armature orizzontali, se necessarie nella progettazione in conformità alle normative sismiche.
Le pareti interne ed esterne, sia di piccole che di grandi dimensioni, vengono finite con intonaci o rivestimenti adeguati alle esigenze dell’utilizzo finale dell’edificio.

Le origini: il design strutturale “a tubo” di Fazlur Khan

Fazlur Rahman Khan è stato un ingegnere strutturale di fama mondiale, noto per le sue innovazioni nella progettazione dei grattacieli e per il suo impatto significativo nell’architettura moderna. Nato a Dhaka nel 1929 e morto in Arabia Saudita il 27 marzo 1982.

Dopo aver completato i suoi studi, iniziati in Pakistan e perfezionati negli Stati Uniti, Fazlur Khan ha iniziato la sua carriera professionale come ingegnere strutturale presso l’azienda Skidmore, Owings & Merrill (SOM) a Chicago e deve la sua fama al progetto, insieme all’architetto Bruce Graham, la Sears Tower di Chicago, ultimata nel 1973.
Negli anni 60 mise a punto lo sviluppo, del design strutturale “a tubo” per la realizzazione di grattaceli in alternativa al sistema a telaio in acciaio e cemento in uso all’epoca per stabilizzare i grattacieli.

Questa tipologia strutturale si basa sul considerare l’edificio come una scatola vuota in modo che le pareti collegate tra loro possano sfruttare appieno il loro apporto su tutto il perimetro per resistere alle sollecitazioni in ogni direzione
L’analisi strutturale ha dimostrato che anche aggiungendo in seguito le aperture finestrate questo modello strutturale offre molto in termini di resistenza laterale

Questa tecnica è stata utilizzata per la prima volta per la realizzazione del John Hancock Centre, a Chicago nel 1965.

Gli edifici realizzati con Sistemi Ad Armatura Diffusa (SAAD o ICF in altri paesi) applicano il modello strutturale appena rappresentato consentendo di costruire contemporaneamente edifici strutturalmente sicuri e termicamente performanti.

I sistemi sono connotati da elementi in Polistirene Espanso Sinterizzato (EPS) che creano un cassero isolante a rimanere in opera in cui viene gettato calcestruzzo con relativa armatura.
La faccia esterna e interna del cassero è realizzata in EPS così da realizzare un doppio isolamento in cui viene a trovarsi l’elemento portante e resistente dell’edificio.

I benefici del sistema SAAD

Nel panorama delle tecnologie costruttive si assiste allo sviluppo tecnologico di sistemi sempre più evoluti che permettono di raggiungere risultati ambiziosi in termini strutturali, prestazionali ed economici.

Negli ultimi anni, sono stati messi a punto diversi sistemi che utilizzano moduli in EPS (Polistirene Espanso Sinterizzato) per la realizzazione di elementi che permettono di costruire, con notevoli vantaggi, strutture portanti ad armatura diffusa “pre-coibentate”, definiti sistemi SAAD (sistemi ad armatura diffusa).

La chiave di questo rinnovato interesse è individuabile nello sviluppo da “casseri a perdere” a “casseri a rimanere” in materiale coibente per la realizzazione di elementi strutturali che coniugano le prestazioni meccaniche del setto in calcestruzzo alla leggerezza e all’alto potere isolante del materiale EPS con cui è realizzata la cassaforma.

La tecnica delle strutture a pareti portanti prende dunque avvio dalla razionalizzazione del concetto di “cassero” che diviene elemento multifunzionale. Si realizzano in questo modo strutture caratterizzate da isolamento termico, inerzia termica, isolamento acustico, protezione al fuoco e resistenza meccanica e quindi in grado di assicurare confort abitativo, risparmio energetico, economia nei costi di costruzione e nei costi di gestione del cantiere.

La semplicità delle operazioni di montaggio, la leggerezza dei materiali e l’annullamento dei tempi morti delle fasi di maturazione del calcestruzzo contenuto nei casseri portano all’ottimizzazione della manodopera e di conseguenza alla riduzione di costi e tempistiche rispetto alle costruzioni di tipo tradizionale.

Si assiste quindi alla realizzazione di strutture monolitiche, portanti e protettive al tempo stesso, rispetto alla struttura a telaio in cui gli elementi portanti (travi e pilastri) si distinguono, per materiali e fasi esecutive, dalle chiusure e dai tamponamenti.

Le strutture a telaio sono state fino ad ora predilette, soprattutto nel settore residenziale, prevalentemente per la flessibilità offerta, ma il sempre maggiore interesse alle tematiche relative all’efficienza energetica, alle prestazioni meccaniche, all’economia della gestione del cantiere e del manufatto finale fanno crescere interesse per sistemi più efficienti in tutti i settori dell’edilizia, residenziale, industriale e commerciale.

L’utilizzo di questi sistemi ad armatura diffusa in EPS per realizzare edifici comporta una serie di vantaggi che rendono vincente la scelta di questo sistema costruttivo, soprattutto rispetto alle tradizionali metodologie costruttive, che si traducono in un complessivo risparmio sia in fase di produzione degli elementi, sia in fase di costruzione sia in fase di gestione della vita del fabbricato.

Dal punto di vista del progettista, i sistemi ICF-SAAD coniugano semplicità e rapidità di utilizzo con la più rigorosa attenzione ai temi della sicurezza, dell’estetica, del risparmio e dell’ambiente.

Ogni sistema per la realizzazione di strutture ad armatura diffusa si adatta molto bene e semplicemente alle esigenze del progettista. I sistemi offrono elementi modulari con caratteristiche e specifiche tecniche complete e univoche in relazione alla tipologia degli elementi prescelti in materia di isolamento termico, acustico e di resistenza al fuoco, semplificando le operazioni di progetto e calcolo per il raggiungimento dei requisiti previsti per legge.

L’offerta di una gamma completa di elementi agevola la progettazione, il calcolo e la realizzazione dell’intero organismo edilizio, dalle fondazioni alla copertura semplicemente attraverso l’impiego di elementi studiati e prodotti per essere assemblati tra loro.

È possibile ottenere con facilità qualsiasi tipo di forma geometrica piana o curva, eseguendo in cantiere semplici tagli e aggiustamenti degli elementi. Il sistema è modulare e flessibile allo stesso tempo; si presta quindi ad offrire una griglia di progettazione libera da vincoli di soluzione tecnologica dei nodi strutturali che sono pressoché tutti risolvibili con realizzazioni ad hoc o con adattamenti in cantiere. Con gli opportuni calcoli, infatti, si possono ottenere elementi per realizzare pareti, travi, divisori adatti ad ogni soluzione tecnica e formale e che consentono di realizzare anche porzioni di fabbricato a sbalzo.

In cantiere, la struttura e la modalità costruttiva del sistema fa sì che il suo utilizzo riduca sia i tempi di realizzazione degli edifici (non è necessario attendere i tempi di maturazione del calcestruzzo per rimuovere le opere previsionali di contenimento) che i costi connessi, grazie alla facilità di mobilitazione e stoccaggio dei componenti, la semplicità di posa, la riduzione dei macchinari e del personale necessari in cantiere. Aspetto non trascurabile, l'impiego di questa soluzione garantisce una maggiore sicurezza sul cantiere, a vantaggio degli operatori.

Uno dei temi più interessanti dell’ingegneria sismica è sviluppare tecnologie in grado di offrire garanzia d’affidabilità strutturale in condizione limite di resistenza alle sollecitazioni improvvise e imprevedibili come quelle sismiche. In questo senso i sistemi ad armatura diffusa permettono di realizzare strutture monolitiche altamente performanti grazie alla sinergia tra la resistenza a compressione del calcestruzzo e quella a trazione dell’acciaio.

I sistemi costruttivi ad armatura diffusa sono una valida proposta per costruire edifici sostenibili, e l’EPS, che con le sue caratteristiche prestazionali, permette di realizzare i sistemi costruttivi SAAD.
La progettazione di un edificio, tuttavia, deve valutare tutti gli aspetti prestazionali del sistema di cui in questa sede è stato trattato un focus tematico relativo alla sicurezza strutturale.

Trattando di sistema che fa della propria unicità la sinergia tra componente strutturale e isolamento termico si riportano alcune verifiche relative all’inerzia termica, legata alla sua capacità di accumulo (massa), ma anche allo stesso isolamento termico con ripercussioni sul sistema edificio-impianto:

• la riduzione dei valori di temperatura all’interno permette il dimensionamento d’impianti con potenza ridotta e quindi minore consumo;
• con valori ottimali di sfasamento il calore entrerà nelle ore notturne durante le quali può essere smaltito con ricambi di aria, quando la temperatura è meno severa con conseguente sfruttamento della ventilazione notturna e delle correnti d’aria per la rimozione del calore accumulato dalle superfici.

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