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NUOVI ORIZZONTI PER UN'ARCHITETTURA ANTISISMICA - Alberto Parducci

Si esaminano alcuni problemi riguardanti il coinvolgimento dell'Architettura per quanto riguarda il contributo compositivo nel progetto delle opere da realizzare nelle zone ad elevato rischio sismico. L'argomento è riferito alla capacità di risposta delle strutture nei confronti dei terremoti di grande violenza, quando l'intensità delle scosse raggiunge livelli tali da superare i normali limiti di resistenza dei materiali. In tal caso, la sola ricerca di un'adeguata ''resistenza'', intesa in senso tradizionale, non è più un obiettivo sufficiente. In aggiunta alle tecniche del Capacity Design [49,50] basate sul controllo dell'energia dissipata nei danneggiamenti, gli obiettivi diventano: individuare sistemi alternativi adeguati; ottimizzarne l'impiego per minimizzare i danni alle strutture ed alle parti non strutturali, ridurre, o possibilmente eliminare, le perdite dei valori contenuti; ridurre i costi per la riparazione delle costruzioni danneggiate.

 

1.    PREMESSA RIGUARDANTE LA SITUAZIONE ATTUALE

 

 

Marco Polo descrive un ponte, pietra su pietra.- Ma qual'è la pietra che sostiene il ponte? - chiede Kublai Kan.- Il ponte non è sostenuto da questa o quella pietra, - risponde Marco, - ma dalla linea dell'arco che esse formano. Kublai Kan rimane silenzioso, riflettendo. Poi soggiunge: - Perché mi parli delle pietre? E' solo dell'arco che m'importa. Polo risponde: - Senza pietre non c'è arco.

Italo Calvino  "Le città invisibili"

 

 

 

1.1. Vecchi e nuovi obiettivi

 

Si esaminano alcuni problemi riguardanti il coinvolgimento dell'Architettura per quanto riguarda il contributo compositivo nel progetto delle opere da realizzare nelle zone ad elevato rischio sismico. L'argomento è riferito alla capacità di risposta delle strutture nei confronti dei terremoti di grande violenza, quando l'intensità delle scosse raggiunge livelli tali da superare i normali limiti di resistenza dei materiali. In tal caso, la sola ricerca di un'adeguata "resistenza", intesa in senso tradizionale, non è più un obiettivo sufficiente. In aggiunta alle tecniche del Capacity Design [49,50] basate sul controllo dell'energia dissipata nei danneggiamenti, gli obiettivi diventano:

individuare sistemi alternativi adeguati; ottimizzarne l'impiego per minimizzare i danni alle strutture ed alle parti non strutturali, ridurre, o possibilmente eliminare, le perdite dei valori contenuti;

 ridurre i costi per la riparazione delle costruzioni danneggiate.

I criteri guida per il progetto delle costruzioni diventano allora i seguenti: controllare l'energia immessa nella costruzione mediante sistemi diretti di riduzione alla base o mediante l'aumento della capacità dissipativa globale; controllare le deformazioni del fabbricato; controllare le accelerazioni trasmesse alle strutture.

Il riferimento qui assunto è lo schema "edificio", con il quale sono comunemente realizzate le costruzioni civili multipiano destinate ad abitazioni, uffici, usi commerciali, ecc. Il problema è introdotto esaminando aspetti generali comuni a tutti i fabbricati, visti alla luce del modo in cui si svolge il processo progettuale. Gli stessi aspetti sono poi riferiti agli edifici dotati dei nuovi sistemi di protezione sismica passiva: Isolamento alla Base e della Dissipazione di Energia.

La tesi è la seguente: la capacità che una struttura possiede per opporsi in maniera soddisfacente ai terremoti molto violenti dipende in modo determinante dalla scelta di un'appropriata morfologia architettonica e dall' efficienza della conseguente configurazione del sistema resistente [1-26,49]. Questa dipendenza costituisce il principale fattore progettuale, indispensabile per assicurare prestazioni antisismiche efficaci a largo spettro di efficacia. L'affermazione appare inconfutabile a chi esamina sul campo le cause dei danni prodotti dai terremoti più violenti   ed ogni volta il giudizio è confermato drammaticamente dai rapporti di studio riguardanti i danni subiti dalle costruzioni [27-38]. Pertanto, quando in Italia si sarà giunti alla definitiva applicazione di nuove norme sismiche in linea con le indicazioni dell'Eurocodice 8 [41,44], quando cioè sarà stato eliminato quello stato di provvisorietà che le successive proroghe concesse in occasione dell'emanazione delle ultime norme hanno determinato, il passo più significativo da fare per ottenere un vero ulteriore miglioramento della sicurezza sismica dovrà consistere nell'indirizzare decisamente il progetto delle costruzioni verso la scelta delle più adatte forme architettoniche. A ciò si dovrà giungere sviluppando idonee ricerche compositive ed organizzando una più razionale gestione del processo progettuale. Questi obiettivi potranno essere raggiunti se si riuscirà a favorire una fattiva e competente collaborazione fra le varie competenze coinvolte.

 

1.2. La situazione attuale

 

Allo stato attuale la definizione di paradigmi compositivi adatti ad affrontare gli attacchi sismici molto severi appare più importante dell'affinamento dei metodi di calcolo e di ulteriori ricerche sperimentali. L'argomento assume poi connotati di maggior rilievo grazie alle possibilità che ora si presentano con l'introduzione dei sistemi di protezione sismica innovativi. Le norme sismiche, anche se non hanno ancora raggiunto un assetto definitivo, hanno comunque liberalizzato questi sistemi che, oltre a consentire un notevole innalzamento del livello di protezione sismica, aprono nuovi orizzonti alla ricerca architettonica. Le particolari prestazioni ed i criteri di ottimizzazione, consentono di concepire nuove forme degli edifici utilizzando anche configurazioni strutturali altrimenti improprie. Rimane pertanto da esplorare un vasto campo di potenzialità compositive.

Il problema si inserisce in un settore di attività molto complesso ed interviene nei rapporti fra differenti categorie professionali che spesso si svolgono seguendo percorsi ed abitudini consolidate, ma non per questo appropriate. Occorre invece un impegno di ricerca comune che coinvolga ambienti culturali e professionali che non sempre si sono mostrati preparati e disponibili. L'Ingegneria però, ancora non ha saputo esprimersi con un linguaggio appropriato, diverso da quello dei risultati dei calcoli numerici tradizionali. Le ricerche riguardanti nuove morfologie edilizie e nuove configurazioni dei sistemi resistenti devono essere condotte sviluppando studi certamente finalizzati, ma dai quali i risultati di sintesi dovranno emergere con la spontaneità dei prodotti naturali.

Al momento, l'impegno dell'Architettura per il progetto antisismico è modesto; spesso perfino assente, almeno per quanto riguarda l'edilizia corrente. Inoltre, nei confronti delle nuove tecniche di protezione sismica l'Architettura non ha ancora acquisito una conoscenza tale da consentirle di proporre specifiche ricerche. L'argomento dovrebbe essere considerato invece con attenzione. Al contrario, forse anche a causa del complesso ambito degli aspetti, non solo scientifici, nei quali il processo progettuale è coinvolto, finora gli è stata dedicata un'attenzione insufficiente, anche da parte di quel settore della ricerca che dovrebbe essere orientato verso lo sviluppo delle conoscenze applicative di base e verso la definizione dei concetti che dovrebbero indirizzare la realtà operativa. Per favorire tali conoscenze di base, a questo argomento è stato recentemente dedicato un numero speciale di EdA (Esempi di Architettura) coordinato dall'autore di queste note.

Come esempi sono stati qui scelti alcuni edifici significativi ubicati in zone di sismicità molto elevata, per tenere conto delle valutazioni fatte da progettisti esperti. L'obiettivo consiste nel tentare di trasferire l'insegnamento che da tali (limitati) esempi si può trarre alla pratica progettuale riguardante anche le costruzioni di non grande impegno, soprattutto quando ad esse si applicano i nuovi sistemi di protezione sismica. L'ambito delle costruzioni ordinarie possiede una grande rilevanza ai fini della sicurezza sismica, perché è in esso che, in occasione dei terremoti più violenti, si riscontrano gli insuccessi più numerosi e più gravi, con le conseguenze più tragiche.

Molte delle conseguenze derivanti dalla maggiore o minore adeguatezza delle configurazioni strutturali possono apparire anche quando, applicando i procedimenti del PBSD (Performance Based Seismic Design) secondo i metodi indicati dalle ATC-40 o dalle FEMA-237, si usa il linguaggio generale della "performance" [40,42,44-47]. A parte i problemi delle approssimazioni in base ai quali i procedimenti sono impostati, questo linguaggio è chiaramente correlato all'efficacia antisismica delle configurazioni strutturali prescelte. Il PBSD non è però di uso corrente nella progettazione edilizia.

Il passo da intraprendere è ricco di prospettive, perché consente di coprire spazi poco esplorati e pieni di potenziali risorse. Deve essere stimolato, perché il controllo della sicurezza sismica di una costruzione non può essere demandato alla sola esecuzione di verifiche numeriche standardizzate, senza neppure tenere conto del carattere necessariamente convenzionale che queste posseggono. L'impegno non comporta una limitazione della libertà compositiva, ma al contrario, specialmente quando si usano nuove tecniche di protezione, consente di ricercare nuove configurazioni che, se ben concepite e ben congegnate, possono rendere poco importante il ricorso a laboriosi affinamenti dei calcoli. Allo stesso modo in cui un essere umano (un edificio), dotato per natura di robusta costituzione (idonea configurazione strutturale), può mantenersi in ottima forma (capacità di opporsi agli attacchi sismici) grazie ad una semplice e corretta alimentazione (verifiche numeriche anche semplici) per poter affrontare situazioni impegnative ed impreviste (attacchi violenti ed inattesi), senza aver bisogno di particolari cure mediche, potendo reagire molto meglio di una persona di salute incerta  (configurazione strutturale impropria) che non può pensare arrivare alle stesse prestazioni, neppure se si fa curare con interventi medici consistenti e sofisticati (calcolazioni complesse e laboriose).

 

 

2.    LIMITI DEL PROCESSO PROGETTUALE TRADIZIONALE

 

 

2.1. Riferimenti normativi e percorsi formativi

 

Mancando un adeguato numero di riferimenti di valore consolidato, non essendo possibile definire teorie compositive certe, le norme per il progetto antisismico (in Europa, l'Eurocodice 8 [44]) trattano il problema della forma degli edifici in modo tangenziale, enunciando alcuni requisiti generali di "regolarità" (concetto importante, ma non assoluto) riferiti alla forma globale della costruzione (asimmetrie, sporgenze, rientranze, ecc.), ai rapporti fra le masse e fra le rigidezze, al dettaglio locale degli elementi componenti ed alle loro intersezioni (disassamenti, rastremazioni, ecc.) senza entrare nel merito degli aspetti compositivi. Del resto, non può essere lo strumento normativo a regolare aspetti diversi da quelli suddetti, senza condizionare limitandola l'espressività e la capacità di ideare nuove efficaci soluzioni.

La Composizione Architettonica insegnata nelle università non propone una cultura indirizzata ai temi sismici, ma sembra mantenersi estranea al problema; tanto che in genere, nella pratica corrente, i progettisti militanti ritengono di non esserne coinvolti e pensano di poter demandare la sicurezza sismica delle costruzioni, comunque progettate, al semplice filtraggio di un calcolo numerico ritenuto valido in quanto rispettoso delle norme. Il tutto è aggravato dal fatto che il filtraggio è ormai eseguito applicando procedimenti automatizzati di analisi e di rappresentazione grafica. L'Ingegneria Strutturale, da parte sua, insegna prevalentemente a calcolare, meno a progettare, insistendo sulla potenzialità dei procedimenti di calcolo, certamente precisi per i numeri, meno per la rispondenza alla realtà.

 

 

2.2. La suddivisione delle competenze

 

La suddivisione delle competenze ed il clima di affari nel quale si opera favoriscono un anomalo processo. D'abitudine, il compito di definire gli aspetti morfologici di un edificio è assegnato ad un "architetto", il quale per tradizione opera cercando di risolvere aspetti distributivi e di stile inserendoli nei canoni della scuola di appartenenza. Quando la configurazione strutturale dell'edificio è sostanzialmente definita, il risultato è assegnato ad un "ingegnere" il quale al più, se ne è capace, può apportare arrangiamenti marginali. Questo secondo protagonista, depositario di magici poteri matematici, filtra il tutto attraverso calcolazioni più o meno complesse, utilizzando in genere procedimenti automatici che si presentano in modo da far pensare di poter essere applicati anche a modelli molto articolati. Entrambi i professionisti concordano comunque nel ritenere che operando così si possa far diventare realmente antisismica qualunque costruzione, in qualsiasi modo sia stata configurata. Per ultimo, si interviene sulla struttura nuda, quale è stata concepita nella fase di progetto, inserendo liberamente finiture ed elementi non strutturali, anche quando questi (per esempio le tamponature) modificano, anche sostanzialmente, la validità del modello di calcolo adottato.

L'anomalia del processo è favorita dalla separazione culturale dei percorsi formativi delle due categorie professionali. Benché il nostro Paese sia notevolmente esposto al rischio sismico, in molte facoltà universitarie i corsi di Ingegneria Sismica sono presenti solo negli indirizzi strutturali specialistici, spesso sono facoltativi, talvolta inesistenti; in genere, riguardano i metodi di calcolo, difficilmente curano gli aspetti compositivi.

E' talmente invalso il ricorso a questo modo di operare da non lasciare spazio a riflessioni riguardanti il valore convenzionale sul quale i metodi di calcolo di fatto si basano, ritenendo sufficiente il fatto che sono sanciti da norme ufficiali. Gli automatismi introdotti negli ultimi anni hanno sollevato gli ingegneri dalle antiche fatiche dei calcoli manuali e delle elaborazioni grafiche; hanno ampliato le possibilità di analisi, ma con la loro precisione formale hanno allontanato i progettisti dalla necessità di sviluppare valutazioni critiche che tendono a scomparire dai contenuti progettuali. D'altra parte, i metodi di calcolo sarebbero maggiormente efficaci se fossero applicati a configurazioni semplici e ben articolate, se non altro perché queste configurazioni sono le stesse che hanno costituito i riferimenti con i quali gli stessi metodi sono stati definiti e regolamentati. Di conseguenza, non è del tutto certo se ed in qual misura la loro efficacia possa ridursi quando gli stessi metodi si applicano per progettare strutture complesse e disarticolate, tali da richiedere sostanziali accomodamenti dei modelli numerici. In simili casi un ingegnere che sappia farlo non può fare altro che metterci un "cerotto", affermano Christofer Arnold e Robert Reitherman riportando il parere di Henry Degenkolb.

 

Continua la lettura scaricando il contributo suddiviso in tre parti in formato pdf.

 

 

Ultimo aggiornamento: 19/04/2009 04:28

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2FileNUOVI ORIZZONTI prima parte.pdf1726 kB
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