A Prototype Construction System on Housing in the Mediterranean Region

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1 A Prototype Construction System on Housing in the Mediterranean Region Calogero Montalbano 1 1 Politecnico di Bari, Department of Civil Engineering and Architecture, Bari, Italy calogero.montalbano@poliba.it Abstract. The essay discusses on the topic of sustainable housing in Mediterranean region through the testing of an architectural design process based on raw materials optimization, technical-constructive components standardization, and simplification of procedures for assembly and the yard control. The aim is to pursue an idea of housing with high environmental, social and economic compatibility. Hence the birth of a housing prototype that by adopting a standard structural behavior and standardized blocks is able to obtain a high housing flexibility and solve a wide spectrum of environmental conditions, from those of building of isolated spaces to those of urban clogging or edification of residential blocks. These are some aspects of the international patent (PCT/IB2013/000830) of the Polytechnic of Bari on the new building construction system "Nexus: Earthquakeproof Self-supporting "dry" construction system composed by environmentally sustainable, stratified and self-clinching blocks". Keywords: Dry modular construction system; housing types flexibility; urban space construction 1 Premessa: la Sostenibilità in Architettura Nell ultimo decennio, in molti Paesi europei, si è assistito, nell ambito residenziale, al susseguirsi di numerose esperienze progettuali rivolte alla scala urbana e microurbana, che hanno tentato di suffragare un principio di sostenibilità spesso rivolto in molte direzioni (energetica, ambientale, economica, sociale, ) ma incapace di trovare una sintesi formale. Molte realtà, in particolare, hanno fatto dei cicli d uso delle materie prime e dei processi di controllo della produzione architettonica una vera e propria politica di governo e di gestione del territorio, arrivando ad incoraggianti risultati in termini di sviluppo delle filiere locali (produzione, riciclo delle materie prime, ), di incremento della compatibilità ambientale (dei materiali e dei cicli produttivi), del benessere sociale (compatibilità d uso, qualità abitativa, ) e, non ultimo, di innalzamento della qualità, architettonica e funzionale, dei luoghi urbani.

2 2 Il Quadro Logico da cui Deriva il Brevetto Partendo da tali questioni e da implicazioni teoriche che vanno ben oltre il semplice campo disciplinare dell architettura, la presente ricerca tenta di affrontare il problema della sostenibilità abitativa nell ambito della macro-regione climatica calda e caldoumida mediterranea, mirando alla sperimentazione di un elemento e di un sistema costruttivo capaci di condurre ad una ottimizzazione dell uso delle materie prime e dei cicli di produzione locali, nonché alla semplificazione di alcune procedure costruttive. Gli obiettivi specifici della ricerca sono, in particolare, pertanto connessi alla definizione di un prototipo che garantisca un elevata flessibilità abitativa ed una rilevante semplificazione delle procedure di messa in opera, nonché una sensibile estensione del ciclo-vita dei materiali e della durabilità degli organismi architettonici da essi derivati. Tali obiettivi sono resi possibili attraverso azioni specifiche i cui output possono essere così sintetizzati: tipologia di materiali: impiego di materie prime seconde o di materiali comunque reindirizzabili verso nuovi processi di riciclo; caratterizzazione geografica: adozione di stratigrafie del blocco variabili in rapporto al contesto meteo-climatico ciclo di produzione dei materiali: adozione di un ciclo industriale ad elevata specializzazione finalizzato al montaggio ed alla certificazione delle componenti dei blocchi; semplificazione dei processi di cantierizzazione: adozione di una tecnica di prefabbricazione ad elementi modulari ridotti e con possibilità di realizzazione in autocostruzione; diversificazione degli elementi modulari, per forma e per colore, in base alla posizione assunta nel corpo di fabbrica e ai sistemi costruttivi da essi composti; velocità di messa in opera: impiego di una tecnica costruttiva a conci auto-bloccanti che garantisca rapidità di montaggio e corretta esecuzione d opera; sicurezza realizzativa: impiego di una tecnologia a conci auto-portanti che leghi tra loro gli elementi costruttivi evitando ogni rischio di crollo in corso d opera; livelli di certificazione dei prodotti e dell organismo architettonico realizzato: controllo e certificazione delle performances energetiche e tecnico strutturali delle componenti costruttive e certificazione della classe energetica e della classe sismica dell edificio. Partendo da tali presupposti, il brevetto Nexus può essere distinto in un sistema costruttivo, che individua modalità e tecnica di realizzazione del corpus architettonico, ed in uno specifico elemento costruttivo (blocco) che ne consente la realizzazione. 3 Il Sistema Costruttivo Nexus Il Sistema Costruttivo Nexus si basa sul criterio della prefabbricazione modulare ad elementi ridotti (blocchi standardizzati). Tale principio è in grado di garantire una flessibilità e

3 varietà costruttiva simile a quella di una tradizionale costruzione ad elementi finiti (bocchi, brick, laterizi, ), tanto da far pensare, solo apparentemente, ad una tradizionale tecnica di costruzione in muratura portante. Di contro, l introduzione di concetti come l ingegnerizzazione delle componenti costruttive, la standardizzazione dei processi produttivi e, in fine, il montaggio a secco, rendono tale sistema costruttivo particolarmente intuitivo e semplice da usare sebbene ad elevato contenuto tecnologico. [1] La logica, dunque, è quella di poter assemblare un intero edificio partendo da un processo di autocostruzione che consenta l intervento anche di due soli operatori e l assenza di sofisticate attrezzature di cantiere (se non di semplici ponteggi per procedere alla banchinatura dei livelli più alti della costruzione). La gestione del cantiere è agevolata, allo stresso tempo, durante le fasi di montaggio, dal fatto che, quando le singole sezioni strutturali dell edificio (muri liberi, archi, volte, ) sono ancora aperte, tale sistema consente all apparecchiatura muraria di lavorare in autoportanza, senza richiedere centine o strutture di contenimento temporanee. 4 L Elemento Costruttivo Nexus Su un diverso piano logico il blocco Nexus, che caratterizza il sistema costruttivo precedentemente descritto, è un elemento che varia le proprie caratteristiche fisiche e dimensionali in base alla posizione assunta nel corpus dell edificio e/o alla parte di edificio che è destinato a comporre (basamento, attacco a terra, elevato, coronamento, volte, chiusure, ). Nonostante la sua variabilità di peso e dimensione le caratteristiche del blocco restano tali da garantire una facile gestibilità da parte di un singolo operatore. Si tratta, pertanto, di un blocco sottoposto ad un elaborato ciclo di produzione e controllo industriale, capace di garantire elevate performance tecnico-strutturali e rispondere in modo appropriato ai moderni parametri normativi che riguardano i materiali e le parti meccaniche che lo compongono, gli elementi costruttivi (nodi tecnico-strutturali) che con esso si possono realizzare e le strutture architettoniche (l edificio) che ne derivano. Il blocco, in sintesi, è progettato secondo una logica fuzzy (estensione della logica booleana) e varia le proprie dimensioni (dell elemento e degli strati che lo compongono) in rapporto ad una serie di vincoli predeterminati quali: il peso: il blocco deve conservare un peso variabile tra gli 8 e i 16 kg per poter essere lavorato da un singolo operatore senza l uso di supporti meccanici; la collocazione nel corpo di fabbrica: la localizzazione del concio nell ambito della costruzione (attacco a terra, elevato, copertura,...) determina i diversi gradi di difficoltà da superare per il posizionamento del blocco; la risposta tecnica del blocco: la diversa attrezzabilità impiantistica, la variabilità della resistenza termica, meccanica e strutturale assunta dalle diverse parti della costruzione, incidono sul dimensionamento e sul peso sia del blocco, sia dei suoi strati costitutivi;

4 il diverso grado di difficoltà dei nodi tettonici: i nodi tettonici determinano una notevole complessità degli agganci e della forma del blocco e gestiscono, rispetto alle restanti parti murarie, una maggior concentrazione di carichi che si manifesta in un potenziale incremento della sezione resistente del blocco. Questo definisce i termini di una progettazione specifica di tali conci che, comunque, deve rispettare i vincoli di progettazione precedentemente individuati. Tali vincoli hanno condotto all elaborazione di una sezione strutturale standard a campata fissa. Tale sezione è stata successivamente sottoposta ad un sezionamento che, dal basso verso l alto, permettesse di ottenere blocchi sempre più piccoli e leggeri, capaci di agevolare le fasi di cantierizzazione e il lavoro di messa in opera dei blocchi stessi, senza ricorrere al contributo di centine ed apparecchiature di movimentazione. Il medesimo procedimento è stato successivamente applicato ad alcune unità ambientali di base (unità ambientale doppia, unità ambientale singola, unità a corte, unità servizio igienico, unità cucina, unità scala, unità corridoio) giungendo alla definizione di un abaco di elementi utili alla caratterizzazione tecnica di tali unità. Le unità ambientali così definite, opportunamente combinate tra loro per numero, disposizione e livello di aggregazione (su uno o due piani), hanno condotto, a loro volta, alla definizione di molteplici modelli abitativi monofamiliari, ascrivibili alla tipologia a schiera e aggregabili tra loro in linea o a blocco (aperto o chiuso). In tal modo, partendo da un ben definito abaco di blocchi e componendoli tra loro secondo la logica di un Lego, si perviene, in prima istanza, alla realizzazione di specifici elementi costruttivi e unità ambientali e, successivamente, alla composizione di innumerevoli soluzioni abitative, più o meno standardizzate. 5 La Gestione delle Fasi di Montaggio La complessità di un processo di questa natura richiede un particolare livello di attenzione alle fasi ed alle modalità di montaggio. Per risolvere questo aspetto e rendere il processo costruttivo comunque accessibile anche ad una manodopera non specializzata, è prevista la realizzazione di un manuale d uso che, con una logica del tutto simile a quella dei prodotti IKEA, fornisca, in base alla soluzione architettonica prescelta, apposite istruzioni per l assemblaggio. Allo stesso tempo, ogni singolo blocco presenterà, sulla faccia di contatto superiore, una pellicola con un codice e un colore diverso per ogni tipologia di blocco. Questo accorgimento, oltre a garantire la presenza di un giunto orizzontale, utile all isolamento verticale dei piani murari, permetterebbe il riconoscimento immediato del blocco che si intende usare.

5 6 Conclusioni: Vantaggi Rispetto alle Tecnologie Attuali Il blocco e il sistema costruttivo sin qui descritti presentano, in definitiva, elevate caratteristiche tecniche che possiamo così sintetizzare: minimo impatto ambientale dei materiali (che in fase avanzata di prototipazione mirano ad essere costituiti per circa il 60% di materiale riciclato o riutilizzato); facilità di smontaggio delle singole componenti materiche del blocco e di attivazione, per quanto possibile, di nuove filiere di recupero; possibilità di connessione automatica e a secco tra i singoli blocchi; elevata leggerezza e maneggevolezza (peso massimo stimato intorno a 8-16 kg) che consente al blocco di essere facilmente movimentato in fase di costruzione senza impiego di sistemi di supporto e sollevamento; totale assenza di strutture, parti o elementi gettati in opera; semplice assemblabilità con utensili di uso ordinario e con manodopera non specializzata; possibilità di autosostegno (auto-portanza) dei blocchi in fase costruttiva, soprattutto per quanto concerne archi e volte che possono essere montati in totale assenza di banchinature; alloggiamento facilitato, nel blocco, di elementi di servizio (impianti idrico-fognari, tubazioni, cavi, sensori, ecc) ad elevata ispezionabilità; elevate caratteristiche fisico-tecniche dei blocchi, atte a far rientrare le unità abitative così realizzate nelle classi energetiche più elevate [2]; elevata resistenza strutturale (anche in zone sismiche) degli organismi edilizi; elevata flessibilità di aggregazione dei blocchi e delle unità ambientali (utile per ottenere sistemi abitativi altamente diversificati); facilità di impiego nella realizzazione di unità abitative in auto-costruzione (previa disposizione di opportune istruzioni di montaggio (cfr. modello IKEA); facilità d impiego nell ambito dell edilizia sociale a basso costo e/o dell edilizia d emergenza (come nei casi di interventi in aree colpite dal manifestarsi di calamità naturali); possibilità di smontaggio e rimontaggio dell intero edificio (o di sue parti) con il reimpiego totale dei blocchi iniziali o modificabilità parziale dell edificio (flessibilità distributiva delle unità abitative e possibilità di incremento delle volumetrie iniziali). La sommatoria di tali caratteristiche rende, pertanto, sia il blocco, sia il sistema costruttivo Nexus assolutamente innovativi nel panorama contemporaneo della costruzione per quanto concerne l aggiornamento dei processi e delle tecniche costruttive consolidate. References [1] Cfr. In questo Volume: C. Chiarantoni, Technical Innovation in the Materials for Contemporary Housing. [2] Cfr. In questo Volume: F. Piccininni, Thermal and structural enhanced block.