Proposte preliminari per sistemi di arredo con funzione salva vita in zona sismica

Gli eventi sismici degli ultimi anni hanno evidenziato come l’Italia possegga un patrimonio costruito molto fragile e inadatto ad affrontare le sollecitazioni indotte dai terremoti.

In questo contesto di vera e propria emergenza, luoghi come scuole ed uffici, naturalmente soggetti ad affollamenti non tipici di ambienti domestici, vedono un aggravarsi di condizioni sfavorevoli. Elementi come banchi o scrivanie, librerie, pareti attrezzate o divisorie risultano essere, la maggior parte delle volte, motivo di ostacolo, sia per l’esodo sicuro verso le vie di fuga da parte degli occupanti che di intralcio ai soccorsi post-evento, sia di pericolo, soprattutto per quanto riguarda gli elementi a sviluppo verticale, come librerie o pareti divisorie, che potrebbero ribaltare e conseguentemente travolgere le persone che si trovano nelle immediate vicinanze.

Il progetto di ricerca industriale S.A.F.E. si prefigge di utilizzare questi elementi d’arredo come elementi di salvaguardia della vita, in veste di elementi di protezione diretta delle persone od elementi di sussidio alla struttura in cui vengono ad essere inseriti, e guida per i soccorritori con l’ausilio di strumentazioni tecnologicamente avanzate. In questo articolo sono presentate le idee preliminari, in corso di sviluppo all’interno del progetto S.A.F.E, per quanto riguarda l’aspetto strutturale.

Sono analizzate le proprietà e le caratteristiche di edifici tipo utilizzati come base progettuale per l’inserimento degli elementi d’arredo; vengono valutate le caratteristiche strutturali da richiedere ai diversi elementi, costituenti il singolo mobile, in termini di capacità portante e dissipazione di energia a seguito di azioni inerziali od impatti; si analizzano sia l’interazione tra le persone e l’oggetto studiato, sia l’interazione tra il mobile e l’edificio, al fine di ottenere oggetti in grado da un lato di fungere da elementi salvavita, dall’altra di aumentare le prestazioni della struttura in cui vengono ad essere collocati, arrivando a concepire l’insieme degli elementi d’arredo come un sistema coordinato di protezione.

L'obiettivo del progetto "S.A.F.E", arredi "salva vita" in caso di sisma

Gli ultimi eventi sismici del nostro paese, in particolare quelli del 2016, che hanno colpito di nuovo gravemente il Centro Italia, e quelli del 2017 ad Ischia, hanno riacceso il dibattito sulla sicurezza degli edifici pubblici e ad uso civile, con grande attenzione per quelli dei centri storici, e sulla mancanza di un’adeguata strategia di prevenzione anti-sismica su tutto il territorio italiano. Dopo l’esperienza di ricostruzione post- sisma dell’Aquila e in seguito ai gravi danni e alle tante vittime dei recenti terremoti del Centro Italia, oggi siamo più che mai consapevoli di come nel nostro paese, ad alto rischio sismico e con un patrimonio architettonico ed edilizio prevalentemente storico, il processo di messa in sicurezza ed adeguamento alle normative anti- sismiche degli edifici, pubblici e privati, sarà lungo, lento e complesso.

Questa consapevolezza sta facendo crescere in modo esponenziale la domanda sociale di sicurezza nelle comunità e nei territori colpiti, ma anche nel resto dell’Italia. In riferimento a questo scenario, il progetto S.A.F.E. (Design Sostenibile di Sistemi di Arredo con Funzione Salvavita durante Eventi Sismici, www.safeproject.it/) ha la finalità di trovare soluzioni progettuali e tecnologiche innovative, ma al contempo concrete e fattibili, per rispondere al problema della sicurezza personale e collettiva nelle attività della vita quotidiana delle popolazioni che vivono in zone sismiche.

Il progetto nasce dall’osservazione di ciò che accade frequentemente all’interno degli edifici pubblici e privati durante un terremoto e un conseguente crollo, ovvero il comportamento degli arredi, delle attrezzature mobili e degli elementi non strutturali. Questi, in molti casi, diventano un ulteriore elemento di pericolo e causa di mortalità; in altri, si trasformano, spesso casualmente, in sistemi di protezione della vita umana. Il differente modo di comportarsi dei sistemi mobili e degli arredi, in caso di terremoto e di crollo, dipende da come sono stati concepiti, progettati e realizzati. Pertanto, il progetto

S.A.F.E. intende focalizzarsi, in primo luogo, sulla ricerca e la definizione di nuovi requisiti tecnico-prestazionali dei sistemi di arredo utilizzati in contesti pubblici, quali scuole e uffici, che consentano, attraverso un approccio al design da una prospettiva strutturale, di trasformarli in veri e propri sistemi di protezione passiva “salva- vita” in caso di sisma, generando in questo modo un significativo valore aggiunto in un sistema di prodotti, destinati per lo più alle Pubbliche Amministrazioni, che ha attualmente scarsi margini di innovazione. L’implementazione di un approccio strutturale al design degli arredi, che necessita di verifiche, test e prove in laboratori attrezzati con strumentazioni specifiche e innovative (come, ad esempio, la piattaforma vibrante), disponibili nelle sedi di alcuni dei partner, è solo una delle finalità del progetto.

Infatti, gli arredi e le attrezzature mobili di scuole e uffici sono solitamente dei “sistemi di prodotti”, coordinati e diffusi all’interno dell’edificio e tale caratteristica può tradursi in un fattore fondamentale nello sviluppo di azioni efficaci e innovative di prevenzione e riduzione di danni e vittime in caso di crolli della costruzione e altre conseguenti minacce, come fughe di gas, incendi, rilascio di sostanze tossiche.

Questo approccio sistemico alla progettazione degli arredi consente la scalabilità delle soluzioni a diversi livelli: a partire dallo sviluppo di singole unità d’arredo con funzione “salva-vita”, che quindi forniscono protezione locale ed immediata, per arrivare ad un sistema integrato di soluzioni più complesse ed interconnesse capaci di interagire sinergicamente e di fornire una riduzione del rischio molto più efficace, diventando quasi un sistema di riqualificazione in termini di sicurezza dell’edificio. A tal fine, il progetto di ricerca industriale S.A.F.E. intende sviluppare e integrare, nel design dei nuovi sistemi di arredo “salva-vita”, una sensoristica appositamente realizzata e una piattaforma informatica di gestione dei dati, che consenta di renderli sistemi intelligenti, capaci di pre-allertare in caso di terremoto, di rilevare e localizzare la presenza di vita dopo un crollo, di monitorare le condizioni ambientali sotto le macerie e di elaborare e trasmettere informazioni utili a chi deve portare soccorso (ad esempio, la Protezione Civile).

Concepiti in questo modo, i nuovi sistemi di arredo per le scuole e per gli uffici innovano le loro tradizionali funzioni, trasformandosi in dispositivi di sicurezza utili prima (funzione di alert), durante (funzione di protection) e dopo l’evento sismico (funzione di support). Considerando, infine, il mercato di riferimento (prevalentemente forniture pubbliche) e gli specifici contesti d’uso (scuola e ufficio) di questi nuovi sistemi di prodotti, il progetto intende rispondere anche alla crescente domanda di sostenibilità ambientale e salubrità, sviluppando materiali e finiture innovativi che migliorino le loro caratteristiche tecnico-funzionali, attraverso l’implementazione di nuove prestazioni ambientali e anti-batteriche.

Il progetto ha, inoltre, la finalità di creare valore aggiunto, innovazione tecnologica e progettuale in uno dei settori più tradizionali e distintivi del Made in Italy, quello del comparto manifatturiero Legno-Arredo-Mobile, attraverso un processo di cross-fertilization di differenti competenze scientifiche e tecnologiche, come quelle di Design Industriale, di Ingegneria Strutturale, di Informatica e di Chimica dei materiali, e del know-how tecnico e di ricerca industriale delle differenti imprese coinvolte (aziende del settore manifatturiero tradizionale e imprese tecnologiche). Infatti, il progetto prevede azioni interdisciplinari ed intersettoriali mirate a valorizzare i risultati di ricerca scientifica e tecnologica attraverso la loro applicazione industriale.

S.A.F.E. è un progetto di ricerca industriale e sviluppo sperimentale, che, in linea con le priorità fissate dai documenti programmatici europei, quali Horizon 2020 - Programma Quadro Europeo per la Ricerca e l’Innovazione 2014- 2020, intende contribuire allo sviluppo economico delle PMI del sistema manifatturiero italiano, trasferendo i risultati innovativi della ricerca scientifica e tecnologica in applicazioni industriali utilizzabili.

L’obiettivo finale del progetto di ricerca industriale S.A.F.E. è realizzare sistemi di arredo innovativi per scuole e uffici, capaci di trasformarsi in sistemi intelligenti di protezione passiva e “salva-vita” delle persone durante un terremoto e in caso di conseguente crollo dell’edificio.

Scenario sismico di riferimento

Il progetto S.A.F.E. è orientato, come già detto, al concepimento di arredi che, in caso di sisma, fungano da salva-vita (protezione diretta delle persone), aiutino in parte la struttura a contenere i danni ed il pericolo da essi derivato (crolli, ribaltamenti) e che non costituiscano essi stessi pericolo per gli occupanti sia in termini di danno diretto che di ostacolo per l’esodo o le attività di soccorso.

Posti questi come obbiettivi, è chiaro come lo scenario di riferimento non possa ricercarsi in edifici che subiscano grossi danni in caso di terremoto: l’aiuto dato alla struttura ed alle persone, in questo caso, sarebbe inutile se la struttura dovesse crollare o subire seri danneggiamenti in alcune delle sue parti.

Più ragionevole è pensare ad edifici che subiscano lievi alterazioni, nelle proprie parti strutturali, e nei quali si possano generare al massimo crolli di parti non strutturali.

A questo proposito, è stato ritenuto opportuno prendere a modello degli edifici che rientrassero nelle categorie summenzionate e che potessero al contempo avere caratteristiche condivise da centinaia, se non migliaia, di edifici ad uso scolastico ed amministrativo. Le tipologie considerate sono state quindi un edificio storico in muratura ed un edificio in calcestruzzo armato costruito intorno agli anni 60-70 del secolo scorso rappresentativo del costruito non soggetto a vincoli conservativi.

Palazzo Margherita (L'Aquila)

Come edificio a struttura portante in muratura si è scelto di considerare il Palazzo Margherita (Figura 1), situato nel centro storico dell’Aquila.

La struttura è a setti di muratura portante, realizzata con pietrame disordinato e inserti di laterizio, mentre le colonne del porticato sono in blocchi di pietra con nucleo centrale a sacco.

L’edificio è stato modellato (Figura 2) attraverso il software commerciale MIDAS FEA (CSPFEA, 2019). La scelta è ricaduta su tale software in quanto esso consente di descrivere gli elementi strutturali attraverso solidi tridimensionali. Infatti, per via della forte variazione delle sezioni geometriche delle murature (tipica degli edifici storici in muratura con pietrame disordinato), una modellazione tridimensionale dell’edificio consente di evitare le semplificazioni che generalmente si assumono in una modellazione bidimensionale, dovendo in essa specificare uno spessore equivalente per ciascun elemento murario.

Lo studio è partito, come di consueto, dallo studio delle forme modali e dalla raffinazione del modello stesso, per poi passare alla definizione di accelerogrammi spettro-compatibili usati per lo studio della risposta della struttura e quindi della definizione degli spettri di piano, utili per il computo delle azioni da prendere in conto durante la progettazione degli arredi.

IMMAGINE 1: Sede comunale “Palazzo Margherita”, edificio fortemente danneggiato dal sisma de L’Aquila 2009.

Modello FEM dell’edificio “Palazzo Margherita”.

Ospedale Minervini (Cosenza)

L'edificio assunto come caso studio in c.a. è uno dei corpi adibiti ad uffici (Corpo B) del complesso ospedaliero "Minervini" di Mormanno (CS). Il Complesso ospedaliero è costituito da quattro corpi strutturali in calcestruzzo armato, realizzati in adiacenza, delimitati da giunto tecnico e comunicanti tra di loro, come mostrato nello schema di Figura 3. La superficie complessiva in pianta dell’intero complesso è pari a circa 2100 m². Il corpo B (evidenziato da un rettangolo rosso in Figura 3), con forma in pianta rettangolare e regolare e in altezza, si sviluppa invece su 6 piani.

La correttezza dei dati progettuali e la rispondenza dei progetti con il costruito, è stata verificata, nell'ambito di precedenti lavori, mediante effettuazione misure pacometriche e di saggi diretti e rilievi a campione. Al fine di acquisire informazioni di dettaglio sui materiali e sulle strutture si è proceduto con la realizzazione di indagini sperimentali in situ, di tipo non distruttivo e poco distruttivo, quali:

• Prove ultrasoniche e sclerometriche;
• Prelievi di campioni di calcestruzzo mediante la tecnica del carotaggio;
• Misurazioni delle vibrazioni ambientali ai fini dell’identificazione dinamica Corpo B.

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Articolo tratto dagli atti del XVIII Convegno ANIDIS - Ascoli Piceno 2019