Adeguamento sismico ed efficientamento energetico

L’intervento ha riguardato il restauro e risanamento conservativo di un edificio ex colonico sottoposto a vincolo per la sua importanza come testimonianza storica dell’architettura rurale, con il recupero abitativo del fienile e della stalla esistenti. Il corpo di fabbrica era caratterizzato dalla parte produttiva (stalla, sovrastante fienile e porticati) e dalla parte abitativa, separati al piano terra da un androne definito «porta morta».

L’edificio, disabitato da tempo, si presentava in cattivo stato di conservazione, con la presenza di lesioni in corrispondenza delle aperture del piano terra e dei piani superiori imputabili a contenuti cedimenti differenziali delle fondazioni poco profonde e quindi sensibili ai cicli stagionali e alla cattiva regimentazione delle acque piovane.

Il recupero abitativo dell’intera superficie con adeguamento sismico

Il progetto di restauro ha previsto il recupero abitativo dell’intera superficie del corpo di fabbrica, aggiungendo all’interno del volume del fienile un solaio al fine di aggiungere ulteriore superficie abitativa a servizio di uno degli alloggi. Quella che un tempo era la porta morta ospita ora gli accessi alle abitazioni, ubicando al suo interno, la scala di servizio ai due appartamenti del piano primo. Sul lato nord-ovest, sotto il porticato, si è realizzata una struttura in acciaio e legno per consentire alle abitazioni del piano primo di avere uno spazio esterno da fruire. Sono state eliminate alcune superfetazioni nelle bucature esistenti e ricreate di nuove riprendendo la scansione regolare delle finestre esistenti tipica dell’architettura rurale emiliana.

Dall’indagine geologico–sismica del dott. geologo Paolo Macchidani si evinceva che morfologicamente l’area in studio, a un’altezza slm di circa 82 m, si trova in prossimità dello sbocco nell’alta pianura del torrente Rovacchia, il cui corso dista alcune centinaia di metri. L’analisi litostratigrafica evidenziava un primo orizzonte di limo argilloso fino a una profondità di 6,30 m circa lasciando il passo a un orizzonte ghiaioso in matrice argillosa. Globalmente, l’intervento svolto, è stato di adeguamento sismico essendo rivolto all’esecuzione di interventi strutturali che hanno portato a una trasformazione della costruzione attraverso un insieme sistematico di opere che fanno si che la struttura progettata avesse un comportamento diverso dal precedente.

Opere strutturali

Il progetto architettonico e quindi strutturale ha previsto che all’interno del volume del fienile e sotto uno dei portici adiacenti, come detto sopra, venisse realizzato un solaio rigido, alla stessa quota di quello attiguo del secondo piano, tale operazione ha legato e uniformato il comportamento strutturale delle varie parti dell’edificio creando una unica unità strutturale.

Le fondazioni sono state consolidate realizzando delle sottomurazioni lungo tutto lo sviluppo delle fondazioni esistenti realizzando inoltre dei nuovi collegamenti tra di esse. Le murature portanti prevalentemente in laterizio sono state consolidate, in corrispondenza di lesioni o canne fumarie non più utilizzate, mediante la tecnica dello scuci-cuci, con mattoni di recupero e utilizzando un legante a base di calce idraulica naturale Nhl 5 adatto al tipo di muratura e con adeguate caratteristiche di resistenza.

Le colonne della stalla, visto il loro pessimo stato di conservazione, sono state rifatte in c.a. e infine sono stati introdotti nuovi elementi metallici con funzione di controvento, di collegamento e portante.

I solai del fabbricato, tranne quello della stalla che era a volte, realizzati con struttura in legno e tavelloni in laterizio, sono stati demoliti e realizzati nuovamente con struttura il legno lamellare e pianelle in cotto con sistema di ancoraggio costituito da connessione fra legno – calcestruzzo e ancoraggi alla muratura con ferri longitudinali ogni travetto ø 10. Sopra l’armatura è stato fatto un massetto in calcestruzzo strutturale leggero Leca Cls 1600.

La volta della stalla è stata consolidata con il placcaggio all’estradosso della volta con rete in fibra di vetro alcali-resistente e aramide tipo Arv 100 fissata e malta polimero-modificata ad alta duttilità, tixotropica Kerabuild Eco Fix della Kerakoll, oltre all’esecuzione di getto di riempimento alleggerito con relative armature e massetto in calcestruzzo strutturale leggero Leca Cls 1600 armato. Anche la parete in mattoni pieni lesionata del fienile è stata consolidata sia internamente sia esternamente con lo stesso sistema utilizzato per le volte della stalla.

In copertura isolamento in fibra di legno

Il tetto di copertura è stato realizzato, previa demolizione di quello esistente, in legno lamellare secondo la disposizione originale, con elementi rompitratta, al fine di mantenere la stessa orditura di quella esistente. Come isolamento è stata utilizzata della fibra di legno dello spessore di 24 cm, posato su un assito incrociato fissato adeguatamente ai travetti allo scopo di ottenere un piano quanto più possibile rigido. La struttura portante realizzata in progetto è da considerarsi mista in quanto, pur essendo costituita prevalentemente di muratura in mattoni pieni, sono stati eseguiti anche pilastri in c.a., controventamenti e bielle in acciaio con l’intento di raggiungere i livelli di sicurezza prescritti dalla normativa per un intervento di adeguamento.

Sicurezza strutturale

Il progetto strutturale ha individuato l’edificio come unità strutturale isolata e lo ha configurato come una struttura mista prevalentemente in muratura e reagente alle sollecitazioni sismiche con setti in muratura in mattoni pieni, pilastri in c.a. e controventi in acciaio per cui l’analisi condotta è stata quella statica non lineare e, conseguentemente, il fattore di struttura è stato assunto pari a q=1.

La struttura è stata verificata ai seguenti stati limite: Slu e Slv mentre le verifiche agli stati limite di esercizio Sld non sono state condotte come previsto dal paragrafo 8.3 del dm 2008 che afferma che «La valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi sulle costruzioni esistenti potranno essere eseguiti con riferimento ai soli Slu». Gli elementi non strutturali erano costituiti da tamponamenti interni di spessore inferiore a 10 cm che, come indicato nel paragrafo 7.2.3 potevano non essere verificati.

Il consolidamento fondale con cordoli rigidi in c.a., ben ancorati alle fondazioni esistenti, ha consentito il collegamento di tutte le murature presenti a livello di fondazione e il conseguimento di una maggiore omogeneità nella distribuzione delle sollecitazioni al terreno, oltre che un globale irrigidimento del livello di fondazione limitando così i cedimenti differenziali.
Lo schema statico è quello di una muratura i cui setti sono vincolati sia alle fondazioni in c.a. sia ai solai nuovi; mentre i vincoli degli elementi lignei della copertura inseriti nel cordolo in muratura armata sommitale sono stati modellati come delle cerniere.

Le colonne in acciaio e i pilastri in c.a. presenti nella zona ex stalla e fienile sono vincolati agli estremi con cerniere e i controventi metallici sono dei tiranti. Per le verifiche sismiche è stata condotta un’analisi statica non lineare (pushover) e in particolare è stata assegnata come distribuzione di carico principale la prima distribuzione del Gruppo 1 e come distribuzione secondaria la prima del Gruppo 2. Per quanto riguarda gli Slu sono state condotte con l’analisi statica lineare le verifiche non sismiche di pressoflessione e taglio nel piano, mentre relativamente agli Slv sono state condotte le verifiche sismiche di pressoflessione fuori dal piano per azioni sismiche come permesso dal dm 2008 al paragrafo C7.8.1.5.4; infine sono state condotte le verifiche dei meccanismi locali di collasso.

Dall’analisi dei diagrammi delle sollecitazioni dei maschi murari verticali, degli elementi trave in legno, degli elementi trave acciaio e dei controventi in acciaio si osserva che tutti rispettano le capacità portanti dei materiali.
Per quanto riguarda il giudizio motivato di accettabilità dei risultati, i diagrammi restituiscono una situazione di sollecitazione attesa in quanto le sollecitazioni di compressioni aumentano spostandosi verso la base della muratura, coerentemente con quanto accade nella realtà; inoltre relativamente agli sforzi flessionali si nota che le massime sollecitazioni si evidenziano in corrispondenza della mezzeria delle campate delle travi essendo lo schema statico di appoggio-appoggio. Fa ovviamente eccezione la capriata in legno dove il massimo valore dello sforzo flessionale si trova in corrispondenza dell’aggancio della catena in legno.

Il consolidamento delle fondazioni

Le fondazioni sono state così consolidate realizzando delle sottomurazioni lungo tutto lo sviluppo delle fondazioni esistenti e realizzando dei nuovi collegamenti tra di esse. Il consolidamento fondale con cordoli rigidi in c.a. di spessore 45 cm, ben ancorati alle fondazioni esistenti, consente il collegamento di tutte le murature presenti a livello di fondazione e il conseguimento di una maggiore omogeneità nella distribuzione delle sollecitazioni al terreno, oltre che un globale irrigidimento del livello di fondazione limitando così i cedimenti differenziali.

La profondità d’imposta delle fondazioni, suggerita nella relazione specialistica «Indagine Geologico-Sismica» per un terreno non sovraconsolidato tenendo conto che si opera invece su terreno sovraconsolidato dalla struttura esistente, viene raggiunta interponendo tra il cordolo rigido in c.a. e il terreno un adeguato strato di magrone. La quota d’imposta è mantenuta uguale per tutte le fondazioni. Le verifiche eseguite sono quelle di capacità portante del terreno; in particolare si è rilevata una pressione massima di 1.04 daN/cmq minore del valore della pressione limite calcolato e riportato nella relazione geologica allegata e pari a 2.40 daN/cmq.

La struttura prima e dopo l’intervento

Confrontando la struttura prima e dopo l’intervento si può osservare che il livello di sicurezza è aumentato fino a raggiungere gli standard previsti dall’attuale normativa essendo un intervento di adeguamento. In particolare le fondazioni esistenti sono state consolidate e ben collegate, incrementando la loro portata e la loro rigidezza, sono stati introdotti elementi metallici di controvento per limitare le deformazioni delle murature soggette alle azioni orizzontali sismiche, le volte sono state consolidate eliminando eventuali spinte a vuoto, i solai esistenti sono stati sostituiti con solai ben ammorsati e in grado di svolgere funzione di piano rigido dando alla struttura un comportamento scatolare che aumenta la sicurezza della struttura specialmente in condizioni sismiche. La copertura in legno con assito incrociato è leggera, e contrariamente allo stato di fatto, ben ammorsata nelle strutture verticali perimetrali che grazie al cordolo in muratura armata sommitale sono legate fra di loro evitando in questo modo meccanismi locali di collasso come il ribaltamento verso l’esterno.

Il risanamento degli ambienti interni

Sono stati utilizzati per gli interni intonaci a base di calce idraulica naturale Nhl 3 Biocalce della Kerakoll, utilizzando per le finiture pitture a calce sempre della stessa azienda. A livello di risparmio energetico è stato realizzato un isolamento in intercapedine al piano primo e secondo oltre a un intonaco termico all’esterno dello spessore di 8 cm del tipo Biocalce Termointonaco della Kerakoll, finito con tinteggiatura ai silicati. Le murature del piano terra sono state risanate con un ciclo che ha visto la loro sabbiatura, l’applicazione di un rinzaffo antisale e di intonaco macroporoso sempre della stessa azienda.

L’approfondimento | Climatizzazione e tecnologia geotermica

L’impianto di climatizzazione per i tre alloggi è stato concepito a bassa temperatura con pavimento radiante per riscaldamento e raffrescamento con deumidificazione con utilizzo di terminali del tipo ventilconvettori alimentato da tre pompe di calore ad assorbimento elettrico posizionate in una centrale termica posta in fabbricato di pertinenza. Le pompe di calore utilizzano una tecnologia geotermica innovativa denominata Dex (Direct Expansione) attraverso il sistema Caliane di Sofath che alimenta l’impianto e produce acqua calda sanitaria.

Il principio del riscaldamento geotermico è oggi ben conosciuto. La terra costituisce una formidabile riserva di calore, incessantemente rinnovata da sole, pioggia e dagli effetti del vento. Il principio della geotermia consiste nel recuperare le calorie presenti nel suolo per trasferirle nell’edificio. Questo calore è presente in tutti i terreni a poche decine di cm di profondità. Grazie alla geotermia, è possibile godere di un sistema di riscaldamento basato su tecnologie d’avanguardia che garantisce alte prestazioni e comfort. Il calore si diffonde in modo naturale e omogeneo in tutto l’edificio ed è possibile modulare a volontà la temperatura di ogni locale. All’esterno, l’impianto a serpentine interrato, non pregiudica la fruibilità dello stesso che può essere piantumato anche con cespugli. Le pompe di calore Caliane utilizzano per captare il calore del terreno la tecnologia geotermica Sofath Single Dex (Direct Expansion): in pratica un fluido frigorifero inserito nella captazione orizzontale sotto il giardino che funge da evaporatore delle pompe di calore e un circuito idraulico interno alla casa per la diffusione del calore a bassa o media temperatura. Il calore viene dunque prelevato dal suolo per mezzo di una rete di sensori in rame di qualità frigorifera, rivestiti in polietilene, a forma di serpentina, interrati nel giardino a una profondità di circa 60/120 cm, su una superficie di dimensione sostanzialmente identica rispetto alla superficie da riscaldare (circa il 120%).

Nel progetto la superficie interessata dall’impianto a serpentine è di circa 1000 mq. Tale sistema geotermico consente, a prescindere dalle condizioni climatiche esterne, di avere una temperatura di scambio dell’evaporatore delle pompe di calore sempre al di sopra  dei 5/6°C, per cui l’efficienza energetica del sistema produttivo dei fluidi caldi e/o freddi è sempre garantito con un assorbimento elettrico contenuto e costante per tutto l’anno e in grado di fornire al sistema idraulico adottato nel fabbricato sia di tipo a bassa temperatura (impianto a pavimento nell’alloggio del piano terra) o media temperatura (radiatori-fan coil max T 45° negli alloggi del piano primo) e la contestuale produzione acs. Le pompe di calore vengono alimentate elettricamente da un sistema di produzione di energia elettrica prodotta da pannelli solari fotovoltaici (sono stati istallati 20 Kw) con relativo contatore dedicato con tariffa agevolata D1.

La scelta del sistema delle pompe di calore Caliane di Sofath è stato dettato dai numerosi vantaggi rispetto ai sistemi geotermici tradizionali:

• nessuna perforazione,
• riduzione del 50% della superficie di captazione orizzontale,
• adozione di un fluido frigorifero ecologico R410/a a elevate caratteristiche termodinamiche, rispettoso dell’ambiente riducendo le emissioni di Co2,
• compressore Scroll di ultima generazione, più performante e più silenzioso
• produzione di acqua tecnica fino a 65° con priorità sull’acqua calda sanitaria in modo termodinamico tutto l’anno senza essere condizionata, a livello di efficienza energetica, dalle condizioni climatiche esterne.

Azione sismica

Vita nominale VN: 50
Classe d’uso: II
Periodo di riferimento VR: 50
Categoria sottosuolo: C
Categoria topografica: T1
Amplificazione topografica: 1
Zona sismica del sito: 3
Coordinate geografiche del sito: lat. 44,8489°, long. 10,0582

I materiali

Copertura in legno lamellare
Solai in legno lamellare e tavelle San Marco
Calcestruzzo solai in legno – cemento Leca Cls 1600
Intonaci e pitture a calce naturale Kerakoll
Materiali per consolidamenti Kerakoll

Chi ha fatto Cosa

Progetto e direzione lavori: arch. Roberto Ciati, Fidenza (Pr), www.studiociati.it
Progetto strutture: ing. Franco Ciati, Fidenza (Pr)
Progettazione interni: arch. Roberta Stocchetti, Fiorenzuola D’Arda (Pc)
Progetto impianti: p.i. Romano Dattaro, Fidenza (Pr)
Impresa esecutrice: Venti Luciano, Noceto (Pr)

Rivenditori

Materiali edili: Marusi srl, Fidenza (Pr) – Sani F.lli, Fidenza (Pr)
Copertura legno: Quartaroli srl, Madregolo (Pr)
Pavimenti: Pavicasa, Soragna (Pr)
Opere in ferro: F.lli Busani, Salsomaggiore Terme (Pr) – Corrò, Fidenza (Pr)
Serramenti: Asti e Bazzini, Fidenza (Pr)
Impianto elettrico: Baroni Romano, Fidenza
Impianto idrotermico: Baroni Sergio, Fidenza
Impianto di geotermia: Vitanova srl, Fiorano (Mo)