25 ottobre 2012

Sostenere le facciate

Negli interventi di ristrutturazione edile spesso bisogna compiere delle scelte importanti su ciò che è considerabile patrimonio storico da conservare assolutamente e ciò che, viceversa, può essere visto solo come un componente edile vetusto (da potere, quindi, sostituire). Su tale concetto di recupero vi sono da sempre dibattiti con pareri contrastanti e pertanto non è sicuramente corretto cercare di fornire qui delle conclusioni; non è questa la sede e né lo scrivente possiede l’autorevolezza per farlo.In quest’occasione si vogliono, viceversa, fornire delle indicazioni pratiche di cantiere in quei casi, sempre più frequenti, di opere edili in cui si ritiene importante tramandare ai posteri esclusivamente le facciate storiche, lasciando che la modernità prenda il sopravvento su tutto ciò che vi è all’interno. La parola d’ordine, in questo caso, è “svuotare completamente l’edificio” per porre in opera nuovi telai portanti strutturali (fondazioni, solai, pilastri, divisori, vani scale) secondo una nuova configurazione interna. Da un punto di vista pratico tale logica operativa comporta la contemporanea demolizione di tutti gli elementi orizzontali di controvento della scatola edile, lasciando per appunto in piedi solo l’involucro storico di perimetro. Il tutto, quindi, per tempi operativi a volte lunghi anche diversi mesi. E’ chiaro quindi che eventi accidentali come forti raffiche di vento, scavi maldestri a fianco delle pareti verticali rimanenti, fuori piombo esagerati delle medesime ed infine vibrazioni durante i lavori, rischiano di compromettere il delicato equilibrio di muri prevalentemente in muratura a volte alti anche quasi 20 m. Un accorto studio delle diverse fasi di cantiere diviene fondamentale strumento di progetto e garanzia di sicurezza contro crolli considerevoli. I rischi di cantiere da prevenire L’operazione di svuotamento degli edifici dai solai interni lasciando solo in piedi una singola facciata è un’operazione concettualmente rapida, ma che si traduce in termini pratici in numerose fasi operative di cantiere a volte anche complicate. I setti murari, liberi da ogni vincolo e contrasto laterale, essendo soggetti al solo peso proprio, sono elementi stabili, ma di fatto il rischio di un loro crollo improvviso è elevato se non si prendono opportune preventive precauzioni strutturali. All’attenzione del lettore si pongono infatti i seguenti rischi: • Instabilità del setto: una facciata che passa da una configurazione di un’altezza di libera inflessione di 3 m (l’interpiano) a valori di 10-15 m di fatto aumenta la propria snellezza. E’ sì vero che contemporaneamente l’eliminazione dei solai comporta un’ingente diminuzione dei carichi verticali, ma una verifica preventiva a tavolino contro tale fenomeno è sempre consigliabile. Ciò soprattutto se lo svuotamento dell’edificio avviene partendo partendo dai piani intermedi verso l’alto e non dalla copertura verso il basso (operazione più logica). • Presenza di fuori piombo anche elevati: negli interventi di svuotamento bisogna sempre ricordarsi che si sta trattando con costruzioni vetuste dove, nel corso degli anni di vita, un naturale degrado degli elementi può aver portato ad un’apertura più o meno modesta della scatola complessiva dell’edificio. Ciò equivale ad affermare che la maggior parte degli edifici storici hanno numerose facciate non più propriamente verticali,ma si presentano spesso con fuori piombo di pochi centimetri e, nei casi peggiori, anche di 10-15 cm. L’eliminazione dei solai che anche un minimo ammorsamento consentono di far permanere la struttura in equilibrio comporta l’inevitabile rischio di naturale ribaltamento. E’ l’effetto “torre di Pisa” dove va evitato che il baricentro della parete rimanente cada fuori dalla base o anche semplicemente fuori dal teorico “nocciolo di inerzia” tipico delle murature (condizione necessaria per non avere stati di trazione con fessure indotte su un fianco). • Ribaltamento da azioni del vento: tale condizione è sicuramente la più preoccupante. La parete lasciata libera nello spazio diviene una vela che può andare in crisi in presenza di forte raffiche di vento (soprattutto se per esigenze di cantiere si chiudono le aperture delle porte-finestre con opere provvisorie). La parete raramente è in grado di assorbire sforzi di trazione eccessivi, oltrechè non ha quasi mai un incastro serio a terra. Un’operazione altamente sconsigliata. Lo svuotamento dell’edificio dai solai interni deve avvenire dopo la messa in opera di una struttura provvisoria atta a conferire adeguata stabilità all’involucro edile di perimetro. A fine lavori la struttura provvisoria deve essere poi agilmente smontata. Concettualmente la via risolutiva più immediata è quella che prevede una struttura di rinforzo aggiuntiva in acciaio sulle facciate. Ciò può avvenire mediante impiego alternativo di: • putrelle verticali in acciaio adeguatamente ancorati ad un basamento in cls armato; • ampia struttura reticolare verticale composta da tubi giunti; • ponteggio metallico integrato con diagonali in tubi giunti atti a formare una analoga trave reticolare. Le tre tipologie sono riportate in ordine di costo, ma è evidente che la scelta di un sistema o del successivo è funzione dell’altezza della parete da sostenere e dello spazio a disposizione per la struttura provvisoria di sostegno. Al fine di non interferire con le successive operazioni di cantiere interne all’edificio (messa in opera dei solai) è sconsigliabile la formazione di una struttura di sostegno della parete che sia contemporaneamente metà dentro l’edificio e metà fuori dall’edificio (formando cioè “un sandwich” di sostegno provvisorio); ciò anche virtualmente appare come la soluzione più intuitiva e stabile. L’esperienza insegna infatti che avere una struttura di sostegno collocata dentro l’edificio significa poi portarsi in seguito problemi logistici di posa di elementi di solai prefabbricati, di casseri di travi e di rinforzo delle fondazioni. Non conviene mai. Pur con un apparente aumento dei costi le facciate vanno “imbrigliate” attraverso una struttura metallica esterna: le successive operazioni di cantiere sono poi notevolmente più semplici e lo spazio all’interno della costruzione oggetto di intervento è totalmente a disposizione delle variabili tipiche dei progetti edili. Gli elementi che compongono la struttura provvisoria di sostegno Come già precedentemente introdotto, le facciate senza collegamenti agli impalcati sono prevalentemente soggette a rischi di ribaltamento. In tale direzione la struttura di sostegno, per equilibrio, è prevalentemente soggetta ad azioni orizzontali. Data l’elevata l’elevata altezza essa deve funzionare bene a “flessione” come una mensola verticale incastrata in basso, deformandosi altresì poco; il tutto con costi di intervento possibilmente contenuti. • Struttura verticale reticolare: le strutture reticolari, composte cioè da aste verticali, aste orizzontali, ma soprattutto aste diagonali a formare triangoli continui, assolvono molto bene a detta esigenza di resistenza e bassa deformabilità. L’inerzia dell’opera di sostegno aumenta notevolmente tanto più si allarga la medesima, ma se non si è proprio a ridosso di strade trafficate tale richiesta di cantiere è sempre possibile. Ciò spiega perché una struttura di tubi giunti larga 2-3 m (pur essendo i tubi singolarmente degli elementi sottili e snelli) riesce tranquillamente a mettere in sicurezza una facciata alta anche 20 m libera di oscillare teoricamente nello spazio. • “Mani” metalliche e tubi passanti sul lato interno: il collegamento facciata-opera provvisoria di sostegno è semplice, ma non banale. Vanno fornite al lettore alcune avvertenze. L’impiego di tasselli chimici di ancoraggio con ganci e cavi in trazione (come cioè spesso avviene per gli ordinari agganci dei ponteggi alle strutture in c.a.) è altamente sconsigliabile in quanto si ha spesso a che fare con muratura mista mattoni- sassi e malta dalle incerte caratteristiche meccaniche di tenuta: è un po’ arduo affidare la sicurezza dell’opera al caso! Altresì, si ricorda alle imprese di costruzioni che la facciata può oscillare sotto il vento sia verso l’interno che verso l’esterno: la presenza di soli tiranti posti all’esterno non risolve il problema se il vento spinge nella direzione opposta. L’opera di “trattenuta” della facciata deve funzionare in primo luogo in maniera bidirezionale. La soluzione tecnologica converge pertanto, quasi sempre, verso la realizzazione di una sorta di “mani metalliche” che passando dall’esterno all’interno attraverso i vani delle finestre bloccano a “forchetta” la facciata con puntoni/tiranti. L’impiego di tubi-giunto permette agevolmente di assolvere a detta esigenza grazie alla variabilità praticamente infinita di lunghezza e fissaggio. Qualora la facciata fosse completamente cieca occorre eseguire dei fori passanti per il passaggio dei tubi, il tutto evidentemente dietro approvazione della soprintendenza di opere protette di interesse storico). • Contrappesi inferiori: la struttura metallica, per quanto rigida possa essere, è sempre notevolmente più leggera rispetto al peso della facciata che deve sostenere. Di fatto essa non serve per impedire il ribaltamento, ma per trasmettere (senza far deformare la facciata) l’azione di ribaltamento ad un nucleo pesante di contrappeso posto alla base della struttura di sostegno. La determinazione del peso effettivo da porre in opera non è sempre agevole, perché nei calcoli bisogna tenere in considerazione anche la presenza di eventuali fuori-piombo della facciata. Il progetto di un ingegnere strutturista è praticamente obbligatorio. Vi sono essenzialmente tre vie risolutive: • messa in opera di blocchi di cemento sul piano inferiore dell’opera provvisionale; • formazione preventiva di fondazioni in c.a. con funzioni di zavorre al cui interno annegare la parte inferiore dei tubi giunto della struttura provvisoria; • aggancio continuo della struttura metallica a pali di sottofondazione preventivamente posti in opera (utili soprattutto, ma non solo, se si deve scavare uno o due piani interrati accanto all’involucro edile da sostenere). Nella prima soluzione vi è un lungo lavoro di manovalanza, ma tutti i componenti sono recuperabili al termine dei lavori; nelle altre due ipotesi vi è una perdita definitiva di materiale, che però ha un costo irrisorio rispetto a quello dell’intervento globale. • Assi e tubi orizzontali di distribuzione delle sollecitazioni: la facciata da sostenere è sempre un elemento fragile, non è mai una bella soluzione affidarsi a resistenze locali di singoli mattoni, pietre o spigoli di muri. I sistemi di aggancio, pur essendo ripetuti a passo costante su tutto il fronte da sostenere, di fatto agiscono con delle fastidiose azioni di “punzonamento” sui materiali; la probabilità di rotture locali non è bassa. E’ quindi buona norma, ovunque e sempre, distribuire su una porzione ampia di muratura ciascuna singola sollecitazione aggiuntiva imposta dagli agganci della struttura provvisoria metallica di sostegno. A tale scopo in cantiere si fa più volte impiego di assi di legno da ponteggio e qualora il passo tra i sostegni sia elevato, anche di retrostanti tubi giunto aggiuntivi. • Reti di trattenuta per sostegno unitario: pur con tutta la buona volontà di eseguire un lavoro perfettamente rispettoso delle regole dell’arte secondo i massimi criteri di sicurezza, non vi è chi non vede che qualsivoglia sistema provvisorio di sostegno agisce sulla facciata con una maglia di sostegno dalle dimensioni di 1-2 m di lato. Ciò, se assolve perfettamente (nella maggioranza dei casi) allo scopo di trattenuta globale della facciata, non garantisce sul fatto che singoli mattoni o porzioni di intonaco/rivestimento di facciata si stacchino in presenza di non volute vibrazioni da cantiere. Tale aspetto è del tutto irrisorio se a fine lavori è previsto il globale rifacimento di tutto il rivestimento della parete, ma appare importante se viceversa si ha a che fare con una costruzione dall’alto valore storico. Anche il mantenimento in perfetta posizione del singolo mattone è importante; altresì può capitare di imbattersi in involucri di facciata composti da pietrame misto a mattoni con poca malta di legame, ovvero nel caso di una parete prevalentemente incoerente. In detti casi diviene ulteriore importante fattore di sicurezza la messa in opera, su tutta la superficie muraria, di una rete metallica o plastica con funzione di trattenimento di tutti gli elementi fragili. Di fatto la parete si ritrova dapprima ingabbiata in una doppia rete interna ed esterna e soltanto poi ammorsata alla struttura metallica provvisoria esterna. La connessione dell’involucro storico di perimetro al nuovo edificio interno La logica di svuotamento della costruzione esistente da tutto ciò che di vetusto e inadeguato vi è all’interno comporta il problema, tutt’altro che banale, di dover collegare ciò che di perimetro rimane in piedi con i nuovi impalcati strutturali. Al di là della tecnologia che si può adottare per raggiungere detto scopo (code di rondini in solai in c.a., tiranti passanti, cuciture armate, etc..) è importante porre l’attenzione del lettore su quelli che sono gli obiettivi principali da perseguire e ritrovare eseguiti in opera a fine intervento. Gli obiettivi principali da perseguire sono: • connessione distribuita il più possibile; in analogo modo a quello che si è detto con la struttura di sostegno provvisorio, la fragilità delle murature storiche va controbilanciata da sistemi definitivi di tenuta che non siano puntuali, ma distribuiti su tutto l’asse del nuovo impalcato. In tal senso può essere che code di rondine puntuali, pur a passo costante, vengano integrate da ancoraggi chimici a passo molto più ristretto (3 al metro), oppure da profili metallici continui dotati di numerosi ancoraggi sia al nuovo che al vecchio. • Antisimicità dell’opera finita; il fatto che l’involucro di facciata permanga in equilibrio grazie all’attrito generato da tutti i vari nuovi solai (attrito integrato da pochi fissaggi meccanici) non significa generare un sistema edile che sia tutto a posto. Non va infatti dimenticato il problema sismico, dove d’improvviso (in caso di scossa tellurica) si generano sollecitazioni orizzontali che tendono a far espellere (con ribaltamento verso l’esterno) le facciate. Il recente terremoto dell’Abruzzo ha chiaramente evidenziato questa criticità in molti edifici storici. Il nuovo intervento di connessione deve essere valutato alla luce di sollecitazioni meccaniche allo stato limite ultimo e, se si fa impiego di connessioni metalliche industriali, quest’ultime devono essere certificate per l’uso in zona sismica. • Rinforzo in caso di aumento considerevole di carico; i progettisti devono valutare se le facciate storiche debbano far parte della nuova struttura, assolvendo pertanto alla funzione perimetrale di sostegno dei nuovi carichi verticali (nel qual caso occorre una valutazione a compressione di tutti gli elementi), oppure ipotizzare che l’involucro esistente rimanga come una “pelle “ aderente ad uno scheletro interno (pilastri a ridosso delle facciate storiche). E’ una diversa impostazione progettuale che modifica notevolmente le scelte effettive esecutive. Alla luce della rapida panoramica di obiettivi e problemi di cantiere si intuisce facilmente come, agendo in maniera corretta, la tecnica di svuotamento degli edifici si configuri come una realtà attuabile in moltissimi casi edili.