2° Premio ex-aequo 2 2013

Premio ARCo 2013

Recupero di edifici in terra cruda in zone sismiche: il caso di Cusco (Perù). Proposta di adeguamento antisismico ed energetico nella casona coloniale di Calle San Agustin

Autore: arch. Tiziano Palopoli
Relatore: prof. Michele Zampilli
Università degli Studi Roma Tre
Dipartimento di Architettura
A.A. 2012/2013

 

Giudizio della commissione

La tesi affronta un tema di grande attualità che investe molti centri storici dell’America Latina e non solo: la conservazione e la riduzione del rischio sismico di edifici di epoca coloniale costruiti in terra cruda. In un territorio molto piovoso, colpito da frequenti terremoti e da un’azione antropica altrettanto distruttiva, le strutture costruite di fango rischiano di scomparire rapidamente se non si provvede ad una tempestiva manutenzione o al loro restauro. È quanto si propone questa tesi che ha l’obiettivo di riconoscere le qualità di quella tecnica costruttiva, individuare i suoi difetti intrinseci, in modo da approntare le modalità più compatibili per migliorarne l’efficienza e la durabilità futura.

 

Relazione del concorrente

Il recupero e la riqualificazione di edifici storici in Sud America è un tema particolarmente complesso vista la vastità dell’argomento, la scarsità di fondi, la situazione di forte degrado ed abbandono in cui versa la maggior parte degli edifici ed il diffuso fenomeno della tugurizzazione. Nella città di Cusco il fenomeno consiste nell’occupazione e la costruzione di numerose superfetazioni all’interno delle casone coloniali da parte di abitanti della città che lavorano all’interno del Centro Storico in attività connesse soprattutto al turismo. Il fenomeno è in forte aumento ed è causa di notevole degrado e perdita di patrimonio storico e monumentale, ma soprattutto di ingenti crolli in caso di sisma.

Questo lavoro ha per tema il recupero di un edificio coloniale in terra cruda di circa 2000 m2, situato nel Centro storico della città.

Il restauro e la rifunzionalizzazione dell’edificio vengono affrontati tenendo conto della globalità degli aspetti: il restauro del manufatto in terra cruda, di impianto coloniale situato nel centro storico della vecchia capitale, la sismicità del sito, la sua riqualificazione energetica ispirata a criteri di sostenibilità. Una parte importante del lavoro è stata svolta direttamente a Cusco, dove sono stati ricercati i documenti originali alla base della tesi e sono stati effettuati i rilievi della struttura.

La tesi ha prodotto lo studio dei luoghi con l’analisi e gli approfondimenti del Piano Kubler, il rilievo, la documentazione e la digitalizzazione dell’edificio, lo studio dei materiali e delle forme, il progetto architettonico, e infine tre approfondimenti riguardanti le misure antisismiche, particolarmente rilevanti in Perù, le misure energetiche in una prospettiva di sostenibilità, un abaco degli elementi e degli stili architettonici caratteristici del Perù.

Cusco è l’antica capitale incaica. Si trova su un altopiano a 3400m in zona tropicale. È ricca di eredità culturali e architettoniche lasciate prima dagli Incas e poi dalla colonizzazione spagnola. Il suo centro storico si presenta ancora architettonicamente piuttosto omogeneo, nonostante l’estesa tugurizzazione e numerose superfetazioni. In tutto il Perù esiste il problema della tugurizzazione degli edifici.

Nella zona del centro storico di Cusco il 40% delle casone coloniali sono tugurizzate, un altro 40% trasformate in hotel ed il restante 20 % sono in stato di decadimento per mancata manutenzione.

La costruzione “casona” e gli edifici monumentali spagnoli costituiscono i tipi architettonici caratteristici.

L’analisi del contesto urbano

Della città non esistono rappresentazioni grafiche utili se non a partire dal XVIII sec., nello specifico si tratta di porzioni della città o interpretazioni “storiche” di come Cusco appariva ai colonizzatori spagnoli.

Per caratterizzare il contesto urbanistico, storico e culturale in cui si inserisce l’edificio oggetto di studio sono state raccolte le principali rappresentazioni della città utilizzate per ricostruire l’evoluzione del tessuto storico, sottolineando la sovrapposizione della città coloniale su quella incaica ed il progressivo congiungimento del centro nobile e di culto Inca con i vari centri satellite che vi ruotavano intorno.

All’interno del Centro Storico si può notare l’espansione del tessuto anche dal gran numero di elementi architettonici di stili ed epoche differenti che purtroppo non erano stati ancora catalogati in maniera ordinata. Si è prodotto quindi un abaco dei principali elementi architettonici suddividendoli per stile architettonico e cronologia. Gli elementi catalogati sono: I portali in pietra, gli ajimenez, i balconi e le corti; di questi sono stati scelti alcuni esempi rilevanti dei quali è stato effettuato il rilievo. Tra questi è stato rilevato per la prima volta il primo esempio di ajimenez del Sud America.

Il problema sismico

Il territorio Peruviano è situato nel punto d’incontro di due placche tettoniche attive: quella del Sud America e quella di Nazca che formano l‘Anello Tettonico del Pacifico dove si concentra il 20% dell‘attività sismica del pianeta. È ai confini delle placche che i sismi sono più frequenti. La città di Cusco è stata colpita da numerosi terremoti registrati a partire dal 1650.

L’analisi del Plano Kubler, il primo piano di recupero del Centro Storico redatto dopo il catastrofico sisma del 1950, insieme alla raccolta delle foto del sisma paragonate alla situazione attuale ha sottolineato le profonde variazioni del tessuto, di alcuni edifici storici definendo con maggior forza la necessità di recuperare gli edifici storici ed evitando in questo modo la perdita di patrimonio.

Gli edifici storici della città sono costituiti da murature incaiche in pietra spesse fino a 1,5m alla base, che sostengono murature in adobes (argilla, paglia, inerti). Trattandosi di zona fortemente sismica è stato necessario indagare sulle tecniche di prevenzione sismica tradizionali e sperimentali per fare successivamente la scelta più adeguata al caso di studio producendo un abaco delle principali tecniche antisismiche delle quali non esisteva una ricerca unitaria che mostrasse allo stesso tempo disegni e fotografie di cantiere con relativo inserimento nelle murature storiche. Sono inserite nello studio anche le tecniche sperimentali di prevenzione, alcune applicabili all’edilizia storica, altre esclusivamente alle nuove edificazioni.

In particolare le tecniche tradizionali analizzate sono:

  • Contrafforti in pietra
  • Capochiavi in legno
  • Rinforzi angolari in legno
  • Cordoli in legno

Le tecniche sperimentali analizzate sono:

  • Adobe confinado
  • Geomalla
  • Madera de confinamento
  • Stringhe

Il rilievo e l’analisi

Dopo aver studiato il contesto urbano, è stato analizzato l’edificio coloniale, scelto per la sovrapposizione di numerosi elementi architettonici incaici, coloniali e repubblicani e la posizione nell’antico tessuto nobiliare incaico. Per definire una linea d’intervento volta al recupero dell’antica volumetria del manufatto, lo studio si è inizialmente concentrato sull’evoluzione del contesto e la definizione degli schemi matrice che hanno definito l’attuale conformazione dell’isolato.

Il rilievo diretto dell’edificio è stato poi sviluppato in modo da definire anche le caratteristiche costruttive del manufatto suddividendo gli elementi in 5 sottogruppi:

  • Elementi in pietra squadrata
  • Murature
  • Coperture
  • Infissi e balconi
  • Elementi di finitura

Il degrado, le murature e l’evoluzione del manufatto

L’edificio aveva subito numerosi terremoti ed era stato interessato dal crescente fenomeno della tugurizzazione, ovvero l’occupazione degli ambienti dell’edificio e la costruzione di superfetazioni incongrue che spesso distruggono elementi di pregio e debilitano la struttura, fenomeno che in questo caso era stato la causa del crollo dell’intero blocco repubblicano ed il distacco di parti di colonne che caratterizzavano il prospetto principale. Oltre a ciò l’analisi del degrado ha evidenziato un forte stato di deterioramento dovuto all’abbandono e a fenomeni di corrosione e dilavamento da parte degli agenti atmosferici. Le strutture lignee della copertura, dei solai e delle balaustre risultavano compromesse dall’umidità e dall’infestazione di insetti xilofagi. La copertura a tegole risultava, dove presente, molto dissestata e spesso sostituita da lamiera.

Attraverso l’analisi delle murature e dei tipi murari e delle principali strutture trasversali, finalizzata al riconoscimento delle trasformazioni del manufatto, è stato possibile definire i tipi murari incaici presenti, riconoscendo così il profilo della Cancha, definire la prima fase di sovrapposizione coloniale e ricostruire poi l’evoluzione dell’edificio fino alla fase repubblicana.

Dalle analisi precedentemente descritte si è potuto definire più chiaramente le demolizioni necessarie e le ricostruzioni che avrebbero riportato l’immagine dell’edificio così come sarebbe stato nell’ultima fase costruttiva.

Proposta progettuale

La proposta progettuale ha avuto come obiettivo principale quello di restaurare il blocco coloniale e riproporre una volumetria che si avvicinasse maggiormente a quella dell’ultima fase evolutiva, quella repubblicana.

Si è scelto di riqualificare l’edificio proponendo un polo commerciale nella prima corte ed un polo abitativo nella seconda, rispettivamente con 15 locali commerciali da circa 20 m2 l’uno e 12 abitazioni da circa 75 m2 l’una composte da ingresso, bagno salone-cucina e 2 camere da letto una da 15 m2 e l’altra da 12 m2 pensate per un nucleo familiare di 4 persone.

La pavimentazione della prima corte viene riproposta con lo stesso disegno floreale di quella originale rilevata. La corte al centro è caratterizzata da una fontana simile alle molte presenti nelle corti interne delle casone della città.

Nel secondo polo, quello abitativo la pavimentazione a semplice ammattonato identifica meglio gli spazi serventi. Le corti secondarie erano in principio utilizzate come spazio agricolo quindi la seconda corte è caratterizzata da un giardino attrezzato. Il giardino in questo modo diviene un punto di incontro e di condivisione.

Il restauro del blocco coloniale prevede l’inserimento di un tubo drenante nelle fondazioni per evitare la risalita capillare, la sostituzione dei conci in pietra e degli adobes rovinati con altri conci o adobes della stessa forma e materiale di quelli antichi attraverso il metodo cuci-scuci, l’inserimento di rinforzi angolari in legno all’interno delle murature in adobes ogni 1,5 m, la sostituzione degli architravi lignei, il restauro della porta principale e degli infissi di pregio, la sostituzione della balaustra in legno, la sostituzione della struttura di copertura, del manto in coppi e l’inserimento di un cordolo in legno.

Le murature in adobes ricostruite ex novo saranno rinforzate attraverso l’uso della geomalla di polimero ovvero una maglia biassiale posizionate su entrambe le facce ed unita attraverso fili di rafia posizionati ogni 30 cm ponendo particolare attenzione al posizionamento della maglia in corrispondenza degli spigoli interni ed esterni, infine si ricopre il tutto con intonaco di gesso.

Progetto energetico

Il restauro della casona è un’opportunità per progettare anche condizioni di vivibilità migliori rispetto alle attuali, diffuse in Perù[1], dunque di improntare il disegno delle misure di climatizzazione con criteri di basso impatto ambientale e sostenibilità energetica a costi di gestione limitati.

Immaginiamo la casona come un sistema entro il quale devono essere stabiliti valori di temperatura adeguati, che sono il risultato di un equilibrio energetico tra l’energia fornita dall’esterno (in maniera spontanea – il sole, la terra – oppure in maniera artificiale da un sistema di riscaldamento) e l’energia dispersa dall’edificio attraverso il suo involucro esterno: le pareti, le aperture, le coperture, gli infissi, il basamento.

Obiettivi

Il progetto energetico ha riguardato la fattibilità ed il primo dimensionamento quantitativo delle:

  • misure attive atte a garantire l’apporto esterno di energia per il riscaldamento
  • misure passive atte a mantenere entro limiti minimi accettabili e comunque controllati, le perdite di calore verso l’esterno.

Entrambi i disegni sono ispirati dal rispetto dell’ambiente circostante, evitando il ricorso al riscaldamento con combustibili fossili e verificando l’idoneità delle scelte architettoniche e di materiali impostate nel progetto architettonico.

Considerata la posizione della casa, con il perimetro incastonato nel tessuto urbano di Cusco, con orientamento ed elevazione stabilite, non si è invece operato su variabili geometriche di posizione e orientamento globale dell’involucro.

La prima considerazione da fare per procedere nel progetto energetico riguarda la caratterizzazione climatica della casona, per meglio comprendere le sue condizioni di funzionamento e per indirizzarsi verso misure appropriate, che sfruttino al meglio, rispettandolo, l’ambiente circostante.

Nel nostro caso ciò si è tradotto nello sfruttamento del notevole valore di irraggiamento solare del Perù e di Cusco in particolare, dovuto alla sua posizione geografica, e pari, mediamente, a 4,5kWh/mq*g, circa 3 volte i valori medi europei.

Per poter procedere al dimensionamento, ancorché di massima, occorre caratterizzare il consumo calorico dell’edificio. Una casa a basso consumo impatta meno sull’ambiente. In assenza di norme locali e di analisi dettagliate si è adottato il metodo dei gradi-giorno per la determinazione del consumo calorico tipico, classificando l’edificio secondo la nostra normativa.

Il sistema di riscaldamento scelto è basato su una tecnologia mista che combina energia solare e calore generato da pompe di calore ad aria. L’energia solare è disponibile in Perù in grande quantità grazie all’elevato valore di irraggiamento ed è in grado di contribuire per una parte cospicua del fabbisogno energetico della casa.

Si è scelto, per il riscaldamento e per la fornitura di acqua calda sanitari, il sistema SOLAERA della società tedesca Consolar, in grado di riscaldare gli ambienti grazie ad accumulo di energia solare, quando disponibile, durante il giorno e grazie al calore sottratto all’aria da speciali pompe di calore, quando il sole non c’è.

Il sistema eroga calore a bassa temperatura agli ambienti. Occorre quindi dotare l’immobile di serpentine a pavimento, riscaldate da acqua a temperatura variabile tra i 25 e i 35°C.

I componenti del sistema Solaera sono:

  • i collettori solari che integrano al loro interno anche gli elementi alla base della derivazione di calore dall’aria, oltre a quelli in grado di accumulare calore solare;
  • un accumulo di acqua calda, in grado di erogare il calore per il riscaldamento e (in misura molto minore) l’acqua calda per uso sanitario (ACS);
  • un centro energia al cui interno si trova una pompa di calore ad aria, uno speciale serbatoio di ghiaccio ed un centro di controllo dell’intero sistema.

In definitiva, per il funzionamento dell’impianto sono stati calcolati i seguenti valori:

-n° 48 collettori che occupano 131 mq delle falde non facilmente visibili, più interne del manufatto nuovo comunque bene esposte

-n° 4 serbatoi di accumulo di acqua calda da 1500 litri ciascuno per un valore complessivo di 6000 litri d’acqua

-n°4 centri energia ciascuno con:

  • 1 pompa di calore
  • 1 serbatoio di ghiaccio da 320 litri
  • 1 centro di controllo

Lo stesso sistema è in grado di soddisfare il fabbisogno di acqua calda sanitaria della casona.

Dopo aver dimensionato il sistema di collettori solari termici resta da verificare l’entità delle dispersioni termiche che sono strettamente dipendenti dal coefficiente di conduttività termica ʎ a sua volta legato a ciascun materiale.

Le principali dispersioni nell’involucro edilizio avvengono nei punti di contatto dell’edificio con l’esterno quindi il calcolo è stato fatto per il solaio controterra, per la muratura, per il manto di copertura, per il controsoffitto e per gli infissi.

Per questi elementi sono state calcolate le trasmittanze e i valori ricavati sono stati confrontati, per verifica con quelli forniti dalla normativa di riferimento italiana.

La scelta di materiali isolanti che aumentassero le caratteristiche di isolamento termico, acustico e di traspirabilità della terra cruda è stata fatta dopo una approfondita ricerca sui materiali isolanti presenti sul mercato e soprattutto reperibili in Perù.

[1] Ho potuto personalmente verificare, durante il mio soggiorno in Perù per i rilievi architettonici della casona, la precarietà delle condizioni di climatizzazione delle case, praticamente non riscaldate sufficientemente durante le ore fredde della giornata oppure riscaldate con sistemi rudimentali.

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