MOD.HO. UN PROGETTO DI RICERCA SULLA PREFABBRICAZIONE DI MODULI RESIDENZIALI IN CEMENTO PER L’ARCHITETTURA DI MASSA
MOD.HO.
UN PROGETTO DI RICERCA SULLA PREFABBRICAZIONE DI MODULI RESIDENZIALI IN CEMENTO PER L’ARCHITETTURA DI MASSA
www.mod.ho.it
Il progetto di Ricerca Mod.Ho (Convezione PREFARCH – EME Ursella S.p.A., azienda friulana presente nel mercato dell’industrializzazione edilizia fin dagli anni ’50), muove dalla convinzione, in un’epoca segnata dai forti squilibri in termini socio-economici, che attraverso la costruzione per componenti e l’industrializzazione edilizia, si possano raggiungere elevati standards abitativi a costi accessibili, per un’architettura di massa orientata alla qualità del costruito in termini iconici e insediativi.
E’ un progetto BIM based che delinea l’innovazione della filiera dell’industria delle costruzioni, attraverso la ri-connessione progetto-produzione edilizia, applicando sistemi integrati di prefigurazione e controllo progettuale, costruttivo e gestionale dei manufatti.
Tema di ricerca è l’architettura di massa: studio di un sistema costruttivo industrializzato (componenti seriali, cantiere come assemblaggio) in grado di connettere la qualità tipologico-formale, l’efficienza energetico-ambientale e l’ottimizzazione dei costi di produzione.
Contenuti e obiettivi
La Ricerca prevede la progettazione e realizzazione di prototipi per unità residenziali, basata sul sistema prefabbricato tridimensionale in cemento armato denominato ‘block-volume’ (EME Ursella S.p.A.), al fine di immettere nel mercato delle costruzioni, un prototipo ‘innovativo’ per immagine architettonica e ‘competitivo’ per costi di produzione/assemblaggio, rispetto alla produzione edilizia concorrente (case in legno, bioedilizia, edilizia tradizionale, ecc.).
Gli obiettivi consistono nell’adottare un ‘sistema costruttivo’ basato sull’industrializzazione dell’attività edilizia secondo termini di controllo qualitativo/efficienza economica: produzione seriale di componenti industrializzati, con particolare riferimento a componenti tridimensionali in calcestruzzo; riduzione dei tempi di esecuzione (cantiere come assemblaggio di componenti o macrocomponenti); alta flessibilità congruente alla domanda sociale e di mercato, ridotti costi di manutenzione.
Inoltre: finalizzare l’innovazione produttiva a nuove qualità del prodotto-casa: qualità dell’alloggio in termini di comfort termico, acustico, luminoso, etc.; qualità dei manufatti in termini di sostenibilità ambientale e risparmio energetico (prodotti/processi) e qualità dei manufatti come opere di architettura.
Risultati attesi
I risultati della Ricerca consisteranno nella elaborazione di un progetto dimostrativo delle possibilità combinatorie e tecnologiche (prestazionali) adottando il sistema modulare Block-volume tri-bi-dimensionale anzidetto, a fronte di una ‘qualità architettonica’ definita quale termine ‘misurabile’ di efficienza dei manufatti: formale (tipi e modalità insediative), energetico-ambientale, di ottimizzazione costi-benefici.
Dunque la qualità architettonica è da intendersi come portato del sistema stesso: si è perciò inteso superare la tradizionale progettazione di dettaglio, evitando oneri per i tempi di esecuzione e mano d’opera specializzata, nonché maggiori difficoltà manutentive, contraddicendo una strategia di economicità del derivante dall’impego del calcestruzzo armato prefabbricato.
La prefigurazione di un sistema di componenti invarianti (moduli strutturali) e di un numero limitato di componenti variabili in funzione di una relativa personalizzazione del prodotto (mass costumization) appare scelta (obbligata) congruente al concetto costitutivo del prodotto industrializzato: al fine di determinare un prodotto personalizzabile a partire da una soluzione base ed una serie di componenti addizionabili.
IL SISTEMA BLOCK-VOLUME
La struttura portante
ll tipo di struttura adottata deriva dall’impostazione di costruzione a elementi industrializzati sviluppata dopo il terremoto del Friuli del 1976 per la ricostruzione e pertanto impostato in chiara funzione antisismica. L’idea di base è la possibilità di costruzione della casa in stabilimento in modo ripetitivo ed in forma analoga ad altre produzioni di tipo industriale utilizzando un modulo tridimensionale denominato Block-Volume che permette di realizzare ogni costruzione quasi completamente in sede. Il suo utilizzo accelera i tempi di montaggio riducendo al minimo il lavoro di finitura da fare sul posto.
Comportamento strutturale
La struttura è intelaiata in acciaio con controventi a croce di Sant’Andrea. Il completamento è con pareti di tamponamento in cemento armato. Questo tipo di soluzione si presenta compatta ed è quindi resistente anche nei confronti dell’intrusione dall’esterno.
Le strutture intelaiate in acciaio sono notoriamente molto adatte per costruire in zone sismiche data la loro grande capacità di smorzare le oscillazioni ad alta frequenza indotte dal terreno, specialmente su terreni compatti e rocciosi. Inoltre la scelta di sezioni relativamente modeste e la distribuzione della capacità portante su un numero elevato di travi e pilastri, determina una struttura più snella con un periodo più elevato. Tale struttura sarà quindi soggetta a forze sismiche di minore intensità. L’abbinamento delle pareti irrigidenti con la struttura intelaiata di tipo snello corregge, limita la deformabilità in particolare in fase transitoria di montaggio. Questo permette il loro utilizzo anche su terreni di mediocre consistenza come argilla, sabbie e ghiaie. La presenza di pareti divisorie e di tamponamento semirigide migliora ulteriormente il comportamento della struttura. L’alzato e le piante dell’edificio in progetto risultano semplici e quasi perfettamente simmetriche rispetto ad assi tra loro ortogonali e baricentrici paralleli alle murature perimetrali.
Materiali impiegati
La intelaiatura viene realizzata in profili commerciali di acciaio normale saldabile S235 – S275 (ex Fe360 e 430). La struttura in acciaio è saldata, sia per la parte eseguita in stabilimento sia per l’assemblaggio in opera.
Le solette di calcestruzzo sono armate con rete elettro-saldata in acciaio B450A. La rete viene saldata elettricamente in stabilimento alla intelaiatura. Gli elettrodi sono adeguati per ottenere una saldatura garantita. I getti collaboranti vengono realizzati con calcestruzzo confezionato in stabilimento del tipo normale con ghiaia e sabbia, C25/30, mentre altri getti, non collaboranti sono realizzati in calcestruzzo leggero con inerti di argilla espansa, a densità C12/15. Le caratteristiche sono certificate da prove di laboratorio.
Assemblaggio
Strutturalmente i Block-Volume sono elementi tubolari formati da due solai e da due muri laterali di unione. Il solaio inferiore funge da pavimento del piano abitazione mentre quello superiore diventa il suo soffitto, nonchè il pavimento dell’eventuale sottotetto. L’utilizzo del Block-Volume permette la realizzazione di costruzioni sia a piano unico che multi-piano. Con la composizione di più elementi si ottiene la dimensione voluta. All’interno dei Block-Volume sono montate le pareti interne divisorie, del tipo prefabbricato e realizzate con impasto di Leca e cemento ed armate con profilati di acciaio e rete elettro-saldata.
La struttura scatolare prefabbricata di base (cassero corrente) si sviluppa su multipli di m 2,50 e 3,00. Le altre misure standard sono m 3,24 di altezza con interpiano finito di m 2,60 oppure 2,70 ed una lunghezza di m 8,05 e 10,00.
I singoli elementi prefabbricati che compongono la struttura del Block-Volume (i due solai ed i muri delle testate minori) sono costituiti da una intelaiatura in acciaio a due strati distanziati da calastrelli ed immersi in solette di calcestruzzo armato con rete elettrosaldata aventi funzione protettiva e di irrigidimento in particolar modo in condizioni di montaggio.
Il blocco strutturale è quindi formato da un piano praticabile delimitato da quattro pilastri agli anoli e il cui perimetro è più o meno chiuso con tamponamenti. I solai sono formati da due travi tralicciate longitudinali collegate da travi trasversali secondarie pure tralicciate in acciaio. Il tutto è coperto sui due lati da solettine di calcestruzzo armato con rete elettrosaldata. Le travi sono del tipo scatolare formate da due semitravi di due blocchi adiacenti mentre i blocchi esterni sono a trave scatolare intera. Gli angolari sporgono sui bordi in modo da rendere possibile una saldatura in opera tra acciaio. Per le facce verticali il sistema è analogo, con le varianti suggerite delle forature per le porte e le finestre. Alle testate contenenti i controventi verticali a croce in acciaio, vengono saldati muri realizzati in modo analogo.
La combinazione della struttura tralicciata controventata in acciaio e del betoncino posizionato nelle superfici esterne, determina la leggerezza e, ne riduce la deformabilità.
Le facciate interne dei soffitti e dei muri perimetrali sono realizzati con impasti di Leca e cemento o con pannelli rigidi in osb così da ottenere delle superfici finite, isolate e chiodabili.
Lo spazio interno dei muri e dei solai tra le due solette di calcestruzzo viene riempito con polistirene espanso ad alta densità per ottenere l’isolamento termico dell’abitazione; lo stesso viene anche utilizzato per la predisposizione del percorso delle condutture e degli impianti.
IL PROGETTO MOD.HO. (MODULAR HOUSE)
Il sistema costruttivo caratterizzante il progetto di Ricerca, è costituito dai seguenti componenti:
Componenti modulari in calcestruzzo
– Modulo base tridimensionale (con elementi integrativi piani bidimensionali e moduli complementari): costituisce l’unità strutturale da assemblare in cantiere per la formazione di cellule-alloggio (o macrocomponenti) a loro volta componibili in volumetrie edilizie.
– Blocco bagno (modulare) completamente allestito-finito in officina e combinabile in verticale: le dimensioni del modulo sono compatibili con le norme di trasporto sul cantiere per assemblaggio-messa in opera.
– Blocco scala-ascensore (modulare) disponibile a funzioni di controvento rispetto alle sollecitazioni orizzontali, con dimensioni compatibili con le norme di trasporto sul cantiere per assemblaggio-messa in opera.
– Colonna (modulare) per impianti (idrico-sanitario, etc.)
Involucro interno
I sistemi costruttivi a secco dell’involucro interno prevedono componenti ad elevato contenuto tecnologico e di semplice realizzazione, consentendo una grande variabilità e versatilità in fase di progettazione e montaggio sulla base delle caratteristiche tecnologiche, delle modalità di messa in opera, delle prestazioni ed alle potenzialità di riciclo dei materiali impiegati e del comportamento sotto l’azione di carichi statici e dinamici.
L’involucro interno è ascrivibile a rivestimenti costituiti da lastre in gesso rivestito e struttura metallica portante, mentre i pavimenti sono di essere di tipo continuo in funzione delle necessità di produzione e montaggio.
Involucro esterno
L’involucro esterno è un sistema stratificato ‘a secco’ prodotto industrialmente (da montare attraverso sistemi di fissaggio meccanico), composto da più strati in mutua relazione al fine di rispondere a requisiti di comfort ambientale degli occupanti e a requisiti di finitura-qualità architettonica (superfici verticali e orizzontali).
In particolare:
a) costituisce diaframma tra lo spazio interno dell’edificio e l’ambiente esterno, attraverso cui si svolgono gli scambi termici sia in regime invernale che estivo, costituito da strati di materiali, opportunamente scelti in base alle specifiche tecniche e prestazionali di isolamento termico, sia invernale che estivo (garantendo in quest’ultimo un opportuno sfasamento termico), di permeabilità all’aria e all’acqua, di protezione al fuoco; assolve inoltre all’isolamento acustico tra ambiente esterno ed esterno, altrettanto importante ai fini del comfort ambientale degli abitanti.
Lo strato esterno sommitale prevede l’installazione di pannelli solari fotovoltaici al fine di produrre energia elettrica e solare termico, per la produzione di ACS e riscaldamento.
L’involucro esterno è ascrivibile alla tipologia ‘parete ventilata’, prevedendo una camera d’aria tra strati coibenti e strato di finitura, utile ai fini coibenti anzidetti ed in particolare in regime estivo per dissipare il calore verso l’esterno attraverso la camera di ventilazione.
b) definisce il ‘rivestimento-finitura architettonica’, declinabile secondo standard qualitativi diversi in base alle risorse economiche disponibili, nonchè in funzione delle caratteristiche geografiche contestuali (esposizione), interessando in tal senso i serramenti e i sistemi di protezione solare (brise-soleil).
Impianti
Obiettivo della ricerca è il raggiungimento di buoni livelli di comfort e di elevate prestazioni energetico-ambientali, ovvero un edificio a basso consumo energetico, riscaldato e raffrescato con una fornitura limitata di energia del sitema impiantistico, privilegiando l’adozione di piccole unità impiantistiche a pompa di calore autonome o a servizio di più unità nel caso di sistemi insediativi aggregati/complessi alimentate da sistemi passivi di produzione energetica.
In questa logica il sistema impiantistico è modulare-integrabile-flessibile:
– moduli bagni autonomi e integrabili;
– moduli scarico reflue studiati in modo da essere facilmente integrabili
– moduli produzione elettrica da fotovoltaico
– moduli produzione acqua calda/refrigerata per regime invernale/estivo e ventilazione meccanica controllata
– moduli produzione acqua calda sanitaria da solare termico
Si prevedere un accumulo inerziale per ACS di 200litri da alloggiare all’interno dello spazio riscaldato. In base all’attuale Normativa nazionale, è obbligatoria l’installazione di pannelli solari fotovoltaici in misura pari a 1kW ogni 65m² di abitazione; per l’esempio di abitazione con 80m² sono necessari 1,25kW (n° 5 pannelli = ~10m² ). Tuttavia è consigliabile l’installazione di 3kW per il fabbisogno residenziale (n° 12 pannelli = ~20m²).
L’obbligo di installazione per il solare termico dipende dal Comune. Come pre-dimensionamento per un’unità abitativa con 3 persone si prevede l’installazione di n°1 pannello da ~2,4m² di superficie captante.
Il progetto di Ricerca compie due fondamentali operazioni:
– la definizione di moduli architettonici mediante aggregazione di ‘Block-Volume’ per la definizione di elementi raffiguranti il ‘sistema costruttivo’ invece che tendenti a rincorrere le forme dell’edilizia cosiddetta ‘tradizionale’;
– l’eliminazione di tutti i componenti costruttivi che necessitano di lavorazioni ‘bagnate’ in favore di componenti da porre in opera ‘a secco’, mediante assemblaggio, minimizzando le lavorazioni da effettuare in cantiere in favore di una maggiore industrializzazione degli alloggi.
Specifiche tecniche e prestazionali dei componenti
Il progetto adotta in questa fase i seguenti componenti:
1. modulo strutturale tridimensionale
2. modulo strutturale bidimensionale
indirizzandosi verso la riprogettazione dei seguenti componenti/parti:
3. involucro interno
4. involucro esterno,
ovvero della parete esterna e del solaio di copertura,
Per quanto riguarda:
5.6. impianti
si individuano fin d’ora i percorsi impiantistici nelle intercapedini esterne e interne, mentre per la climatizzazione si prevede un sistema a pompa di calore con pannelli solari/fotovoltaici in copertura.
La riprogettazione dei componenti investe allo stesso tempo:
– specifiche tecniche e prestazionali
– produzione e assemblaggio
– identità architettonica dei manufatti.
In particolare la Ricerca si è indirizzata verso la sostituzione delle lavorazioni in cantiere privilegiando quelle in officina, ovvero riducendo le lavorazioni in cantiere al semplice montaggio/assemblaggio di componenti secondo il principio della costruzione e del cantiere ‘a secco’.
Le stratigrafie sono riportate negli schemi che seguono.
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MODULI ABITATIVI E MODALITA’ AGGREGATIVE
La strategia architettonica consiste nella definizione di un modulo architettonico, costruito aggregando quattro moduli strutturali ‘Block-Volume’, replicabile per giustapposizione sul piano e/o in altezza, fino a tre piani complessivi.
Nel caso di aggregazioni su uno o due piani i moduli saranno disposti su idoneo basamento/fondazione fuori terra prefabbricata.
Nel caso di aggregazioni su tre piani, si prevede inoltre un sistema distributivo comune esterno verticale e orizzontale prefabbricato in quota (scale e/o ballatoi) a seconda della dimensione e dell’articolazione insediativa dell’intervento.
Sul modulo architettonico sono stati distribuite due tipologie di alloggio:
– tipo 1: su un unico livello, dimensionato per 3 persone;
– tipo 2: su due livelli (con scala interna), dimensionato per 3-5 persone.
Il modulo architettonico anzidetto, può essere declinato con dimesioni ridotte:
– tipo 3: su un unico livello, dimensionato per 1 persona (monoalloggio).
Le modalità aggregative/insediative potranno essere molteplici, generate in relazione alla specifiche esigenze scalari: alloggio singolo, abbinata, schiera, linea, patio, ecc.
L’applicazione intende sperimentare il sistema mirando a configurazioni dei manufatti edilizi più significative (figurativamente e tipologicamente) rispetto ad una meccanica sommatoria di moduli o cellule-alloggio: la ricerca prevede l’elaborazione di schemi progettuali riferiti ad una variata casistica d’intervento (dimensione e localizzazione), per cui:
– i moduli-base tridimensionali sono composti a costituire un repertorio di cellule-alloggio di diverse per metratura e tipologia;
– i macrocomponenti costituiti da più cellule-alloggio (e ‘finiti’ attraverso la messa in opera dell’involucro esterno) sono composti-assemblati con i blocchi-bagno, i blocchi ‘scala-ascensore’, le colonne impiantistiche: l’assemblaggio fa riferimento a tipologie usuali (casa pluripiano-due alloggi a piano, casa a schiera su due piani, casa monopiano in linea o isolata, etc.) ma soprattutto a disposizioni planivolumetriche innovative rispetto a localizzazione-contesto-ambiente e/o a nuovi modi d’uso-organizzazione dei manufatti abitativi.
I singoli moduli architettonici potranno essere integrati da elementi complementari studiati ad hoc secondo specifiche esigenze contestuali e orografiche (portici, ballatoi, corpi scala esterni, volume ascensore, ecc.).
Diego De Nardi architetto tutti i diritti riservati (estratto dalla Relazione tecnica del progetto di ricerca)
