Design di sistemi di arredo intelligenti con funzione salva-vita durante eventi sismici: il progetto S.A.F.E.
Il progetto di ricerca industriale S.A.F.E., co-finanziato dal PON-Ricerca e Innovazione 2014/2020 del MUR nell’Area di Specializzazione “Design, Creatività e Made in Italy”, ha come obiettivo finale la progettazione, prototipazione e realizzazione di sistemi di arredo per scuole e uffici capaci di trasformarsi in sistemi intelligenti di protezione passiva e “salva-vita” delle persone durante un terremoto, attraverso un approccio interdisciplinare e intersettoriale all’innovazione.
Il comportamento degli arredi e degli elementi non strutturali durante un sisma: l’idea guida del progetto S.A.F.E.
Il progetto S.A.F.E., iniziato nel giugno del 2018 e terminato alla fine di dicembre 2021, ha coinvolto un partenariato pubblico-privato, di cui l’Università di Camerino (Unicam) è stata capofila, costituito da tre Università (Unicam, Univaq, Unibas) e otto aziende, sei del settore Legno-Arredo (Vastarredo Industrie, Camillo Sirianni, Styloffice, Icam, AZUfficio, Cosmob) e due del settore ICT e IoT (Filippetti e Santer Reply).
Il progetto S.A.F.E. nasce in risposta alla crescente domanda sociale di sicurezza, emersa dai territori terremotati dopo gli eventi sismici del Centro Italia del 2016, ma che riguarda gran parte del territorio italiano, e non solo, ad alto rischio sismico.
L’idea guida del progetto è il risultato dell’osservazione di un fenomeno ricorrente: durante un terremoto, gli arredi e le attrezzature mobili diventano ostacoli che aggravano le condizioni di pericolo o, al contrario, rappresentano una protezione casuale della vita in caso di crolli.
Questo differente e contrapposto comportamento degli arredi dipende da come sono concepiti, progettati e realizzati. Pertanto, partendo da questa constatazione, la sfida del progetto S.A.F.E. è stata quella di innovare il design dei tradizionali arredi per scuole ed uffici da una prospettiva strutturale, trasformandoli in sistemi intelligenti di protezione della vita, che facilitino, con l’integrazione di specifici sensori e di una piattaforma informatica, la localizzazione e il soccorso dei superstiti sotto le macerie durante un sisma.
Gli eventi sismici che hanno colpito le regioni del Centro Italia nel 2016 hanno, inoltre, riacceso il dibattito sulla sicurezza degli edifici pubblici e privati, con grande attenzione per quelli dei centri storici e sulla mancanza di un’adeguata strategia di prevenzione anti-sismica su tutto il territorio nazionale. Le più recenti e disastrose vicende sismiche hanno messo in evidenza la precarietà e l’inadeguatezza delle strutture che costituiscono il cuore delle nostre città e dei nostri paesi, soprattutto di edifici di vitale importanza per le comunità quali gli istituti scolastici e gli uffici delle amministrazioni pubbliche.
Allo stesso tempo, il bilancio dei morti e dei danni alle persone degli ultimi terremoti ha nuovamente mostrato la sostanziale inadeguatezza e l’inefficacia delle consuete prassi domestiche per la sopravvivenza in caso di sisma, come ad esempio il ripararsi sotto gli architravi delle porte, il cui scopo è di dare maggiori possibilità di sopravvivenza in caso di cedimenti e di crolli, così come ormai ampiamente descritto dalle teorie del “triangolo della vita”, anche note con il termine “drop, cover and hold on” (Linn, 2013).
Inoltre, oggi siamo più che mai consapevoli di come nel nostro paese, ad alto rischio sismico e con un patrimonio architettonico ed edilizio prevalentemente storico, il processo di messa in sicurezza ed adeguamento alle normative anti-sismiche degli edifici sarà lungo, lento e complesso. Questa consapevolezza sta facendo crescere in modo esponenziale la domanda sociale di sicurezza nelle comunità e nei territori colpiti in Italia e non solo. Sono, infatti, molti i paesi nel mondo che presentano una conformazione geologica, urbanistica e architettonica simile all’Italia e che quindi esprimono la medesima esigenza.
L'importanza degli elementi strutturali negli eventi sismici
Storicamente, l’ingegneria sismica si è focalizzata in via prioritaria sulla risposta strutturale degli edifici soggetti al sisma e su come mitigarne i danni indotti ai corpi edilizi. Negli ultimi dieci anni la visione progettuale del concetto di sicurezza di una struttura architettonica si è fortemente allargata, riconoscendo anche agli elementi non strutturali, compresi gli arredi, un ruolo strategico in chiave antisismica, ovvero considerando che questi ultimi possano contribuire a proteggere la vita delle persone e collaborare a mitigare gli effetti del sisma sull’edificio.
In molti eventi sismici si è osservato, infatti, come, gli elementi non strutturali di numerose strutture architettoniche nel crollo possono generare maggiori danni alle persone rispetto alle parti strutturali dell’edificio, e questo, oltre a rappresentare un grave danno economico, diventa un ulteriore pericolo per la sopravvivenza di chi vi abita.
In particolare, gli arredi e le attrezzature mobili che allestiscono gli ambienti di un edificio, durante un terremoto, possono diventare per gli abitanti un’ulteriore minaccia alla sopravvivenza o, al contrario, possono in modo casuale rappresentare una possibilità di protezione e di salvezza. Ad esempio, nel disastroso terremoto di Kobe del 1995, in un solo edificio morirono 33 persone a causa dello schiacciamento provocato dal ribaltamento dei mobili e degli arredi; mentre, viceversa, nel terremoto di Ischia del 2017, un neonato si è salvato grazie al ribaltamento della culla nella quale dormiva, che ne ha impedito lo schiacciamento sotto il crollo del solaio.
Dall’osservazione di questo duplice e differente comportamento degli arredi e degli elementi mobili e non strutturali durante un sisma, si è sviluppata l’ipotesi e l’dea guida, alla base del progetto S.A.F.E., che si possano concepire e sviluppare sistemi di arredo e attrezzature mobili che abbiano una funzione “salva-vita” e di protezione passiva durante un sisma.
Nella letteratura tecnico-scientifica, gli studi e le ricerche sulla risposta sismica degli elementi non strutturali e degli arredi sono ancora limitati e solo negli ultimi anni l’interesse per questo tema è andato crescendo, soprattutto a seguito del grande terremoto di Kobe del 1995 (ENEA, 2006; Masatsuki et al., 2008; Meguro et al., 2008). La sempre maggior attenzione al tema è dimostrata anche dall’incremento delle domande di brevetto e dai brevetti concessi dal 1995 ad oggi a livello internazionale relativi a nuove soluzioni di arredo per la sicurezza e la protezione in caso di sisma in ambito domestico.
Infatti, negli ultimi anni anche a livello nazionale, si sono sviluppate alcune soluzioni di prodotti di arredo “salva-vita” in caso di sisma, con i relativi brevetti, che, in gran parte, si configurano come prodotti tradizionali per l’ambiente domestico (tavoli, letti, scrivanie, ecc.) con migliori prestazioni di resistenza meccanica ai carichi, oppure come capsule anti-sismiche appositamente studiate con materiali ad alta resilienza, da tenere in casa e nelle quali trovare rifugio in caso di terremoto, o infine come soluzioni di arredi (letti, culle, armadi, ecc.) che all’occorrenza diventano shelter o bunker di protezione personale (Chen et al., 2015).
Un approccio sistemico alla progettazione di arredi intelligenti con funzione salva-vita delle persone in caso di sisma
Da questi presupposti prende avvio il progetto “S.A.F.E. - Design sostenibile di sistemi di arredo intelligenti con funzione salva-vita durante eventi sismici”, con l’obiettivo di studiare, sviluppare e realizzare arredi innovativi per scuole e uffici, capaci di trasformarsi in sistemi intelligenti di protezione passiva e “salva-vita” delle persone durante un terremoto, attraverso un approccio interdisciplinare e intersettoriale all’innovazione, necessario per integrare differenti e complementari conoscenze tecnico-scientifiche, per sviluppare nuove soluzioni progettuali e tecnologiche e per tradurle in applicazioni industriali utilizzabili sul mercato.
Il nuovo sistema di arredo “antisismico” è caratterizzato da un design sviluppato da una prospettiva strutturale e da nuovi requisiti tecnico-prestazionali, che potenziano le caratteristiche specifiche degli arredi scolastici e per ufficio con nuove prestazioni in termini di funzionamento, utilizzo, resistenza, sicurezza, salubrità e sostenibilità ambientale.
L’integrazione di metodologie progettuali tipiche dell’ingegneria strutturale al design degli arredi è il primo risultato del progetto.
Gli arredi e le attrezzature mobili di scuole e uffici sono solitamente dei “sistemi di prodotti”, coordinati e diffusi all’interno dell’edificio. Tale caratteristica può tradursi in un fattore fondamentale nello sviluppo di azioni efficaci e innovative di prevenzione e riduzione di danni e vittime in caso di crolli parziali o totali della costruzione. Tavoli, pareti attrezzate, pareti divisorie e tutti gli arredi insieme possono costituire un sistema diffuso di protezione durante un sisma, se la loro morfologia e struttura sono state sviluppate per rispondere a questa particolare esigenza.
Il sistema di arredi diffuso per la protezione in caso di sisma sviluppato nell’ambito del progetto S.A.F.E. (Università di Camerino).
L’innovativa rete di sensori per il rilevamento delle persone sotto le macerie generata dagli arredi S.A.F.E. concepiti come smart objects (Università di Camerino).
L’approccio sistemico alla progettazione degli arredi consente la scalabilità delle soluzioni a diversi livelli: da singole unità d’arredo con funzione “salva-vita”, che possono fornire protezione locale ed immediata, ad un sistema integrato di soluzioni interconnesse capaci di fornire una riduzione del rischio più efficace ed essere maggiormente inclusive anche per un’utenza specifica, come studenti in carrozzina.
Gli arredi così concepiti, strettamente interconnessi funzionalmente, possono trasformarsi, inoltre, in “smart objects” attraverso l’integrazione di soluzioni ICT e IoT, capaci di rilevare ed elaborare dati e tradurli in informazioni e segnali utili durante e dopo il sisma.
Tramite specifici sensori per il monitoraggio della presenza di persone, degli spostamenti subiti dagli arredi dopo il sisma e della qualità ambientale dell’edificio e per mezzo di una rete di comunicazione, operativa anche in caso di black out, il sistema diffuso è in grado di divenire un efficace dispositivo per la conoscenza puntuale e globale delle condizioni di rischio a seguito del crollo e rappresentare un innovativo strumento di indagine a disposizione dei soccorritori, poiché permette di facilitare le operazioni di salvataggio rendendole più rapide e sicure.
Attraverso lo sviluppo e l’applicazione sperimentale di materiali e finiture superficiali con capacità antibatterica, riciclabili e sostenibili, infine, sono state migliorate le performance di salubrità e sicurezza dei nuovi prodotti. Inoltre i risultati del progetto S.A.F.E. sono trasferibili in altre tipologie di arredi per altri contesti d’uso, come ad esempio l’ambiente domestico, le strutture alberghiere, etc.
Il miglioramento delle performance di salubrità e sicurezza delle superfici operato attraverso l’applicazione sperimentale di un coating antibatterico brevettato (Università di Camerino).
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