UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PALERMO FACOLTÀ DI INGEGNERIA Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Costruzioni Edilizie Insegnamento: Impianti elettrici per l’edilizia Docente: Mariano G. Ippolito Allievo Ingegnere: Antonino Galati
PROGETTO DELL'IMPIANTO ELETTRICO DI UNO STUDIO TECNICO Comprensivo di relazione tecnica, schema dell’impianto e allegati grafici.
RELAZIONE TECNICA Introduzione La presente relazione tecnica ha per oggetto la progettazione di un impianto elettrico di uno studio tecnico composto da vani adibiti ad uffici sito nel comune di Misilmeri (PA), in contrada Passo di Rigano n. 13; esso è costituito da una segreteria, da una sala d'attesa, dagli uffici dei gruppi di progettazione, dall'ufficio della direzione o sala riunioni, nonchÊ dagli archivi e dai vani servizi. Il complesso nella sua estensione per una superficie complessiva di circa 266,4 mq. La consegna dell'energia elettrica da parte dell'Ente distributore avviene in bassa tensione a 400/230 V mediante sistema T T.
1
Richiami normativi DM 37/2008 per le procedure per gli impianti elettrici di messa a terra e i dispositivi di protezione contro le scariche atmosferiche. Procedure per gli impianti elettrici nei luoghi con pericolo di esplosione; D.lgs. 9 aprile 2008 n.81 testo unico in materia della tutela della salute e della sicurezza nei luoghi di lavoro; DM 10 marzo 1998 sui criteri generali di sicurezza antincendio e gestione emergenza nei luoghi di lavoro; D.P.R. 22 ottobre 2001 n. 462 regolamento di semplificazione del procedimento per la denuncia di installazioni e dispositivi di protezione contro le scariche atmosferiche, di dispositivi di messa a terra di impianti elettrici e di impianti elettrici pericolosi; Legge 1 marzo 1968 n.186 sulle disposizioni concernenti la produzione di materiali, apparecchiature, macchine, installazioni e impianti elettrici e elettronici; Inoltre la progettazione è conforme alle norme CEI secondo le direttive della 186/68 come condizione sufficiente per i circuiti definiti a regola d'arte : 17-13 per le apparecchiature di protezione e di manovra per impianti a bassa tensione 20-40 guida all’so dei cavi a bassa tensione 23-51 prescrizioni per la realizzazione, le verifiche e le prove dei quadri di distribuzione per installazioni fisse per uso domestico e similare 64-8 impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 V in c.a. e 1500 in c.c.. 64-12 guida all’esecuzione di un impianto di terra negli edifici per uso residenziale e terziario 64-50 guida per l’integrazione nell’edificio degli impianti elettrici utilizzatori ausiliari e telefonici. Generalità La progettazione dell’impianto deve garantire la protezione dai contatti sia diretti che indiretti secondo quanto stabilito dalla norma CEI attraverso il coordinamento tra l’impianto di terra e gli interruttori differenziali ad alta sensibilità posti a protezione dei montanti. Tutti i materiali dovranno essere muniti del marchio di qualità IMQ e della marcatura CE; al termine dei lavori è d’obbligo il rilascio da parte dell’impresa esecutrice dell’installazione dell’impianto la “Dichiarazione di conformità dell’impianto alla regola d’arte” secondo l’art. 9 della Legge 46/ 90. La presente relazione tecnica comprende: • • • • •
I calcoli illuminotecnici ai fini della scelta degli apparecchi d’illuminazione; l’analisi dei carichi per ogni vano; lo schema di distribuzione della rete; il dimensionamento dei circuiti; il dimensionamento delle apparecchiature di manovra e protezione. 2
Calcoli illuminotecnici Riportiamo la pianta dello studio tecnico con i requisiti per ogni vano secondo le tabelle UNI EN 12464-1 che forniscono i valori di illuminamento di progetto previsti a seconda la destinazione d’uso.
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Per i calcoli si adotta il metodo del flusso totale semplificato, ricavando la potenza delle lampade mediante la formula:
P = 0,1 Ki S E dove i termini sono: • Ki un coefficiente rappresentante la potenza unitaria espressa in watt, cioè che deve avere una lampada di una data efficienza luminosa per ottenere un illuminamento medio di 10 lux su una superficie di 1 mq; • S è la superficie da illuminare in mq; • E è l’illuminamento medio espresso in lux; • P è la potenza richiesta dalla stanza per quel coefficiente Ki, dalla quale si ricavano il numero di apparecchi necessari a garantire un’illuminazione adeguata. Nella tabella seguente verranno indicati i valori di potenza nonché il numero di apparecchi scelto con la potenza totale da inserire nell’analisi dei carichi.
locali
superfici (mq)
Archivio 19,32 1 Archivio 19,32 2
illum. tipo di (lux) lampada
200 200
Wc 1
5,61
200
Wc 2
5,61
200
Ufficio 1 36,45
500
Ufficio 2 36,45
500
Sala d'attesa WC Attesa WC Servizio
66,7
200
7,98
200
4,58
200
Segreteria
15,8
500
Direzione
48,6
500
Sicurezza
66,7
5
fluoresc. lineari fluoresc. lineari fluoresc. compatte fluoresc. compatte fluoresc. lineari fluoresc. lineari fluoresc. lineari
Potenza (W)
∆P in W lampada
P in W necessaria
n. di apparecchi
n. scelto di apparecchi
∆P in W complessiva
P in W complessiva
2 x 18 0,28
9
108,192
3,01
3
54
162
2 x 18 0,28
9
108,192
3,01
3
54
162
1 x 26
0,4
2
44,88
1,73
2
8
60
1 x 26
0,4
2
44,88
1,73
2
8
60
2 x 36 0,28
9
510,3
7,09
7
126
630
2 x 36 0,28
9
510,3
7,09
7
126
630
1 x 36 0,28
9
373,52
10,38
10
180
540
0,4
2
63,84
2,46
3
12
90
0,4
2
36,64
1,41
2
8
60
2 x 36 0,28
9
221,2
3,07
3
54
270
2 x 58 0,28
12
680,4
5,87
6
144
840
1 x 8
2
50,025
6,25
6
24
72
fluoresc. 1 x 26 compatte fluoresc. compatte fluoresc. lineari fluoresc. lineari idonee da 8W
1 x 26
Ki
1,5
4
Sulla base dei valori riportati nella tabella attribuiamo i punti luce ad ogni stanza secondo una distribuzione uniforme degli apparecchi, come riportato nella seguente figura:
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Analisi dei carichi Per quanto riguarda i carichi di illuminazione si procede ad una classificazione dei corpi illuminanti: TIPO A - plafoniera per lampada fluorescente lineari 2x18 W TIPO B - plafoniera per lampada fluorescente compatte 1x26 W TIPO C - plafoniera per lampada fluorescente lineari 2x36 W TIPO D - plafoniera per lampada fluorescente lineari 1x36 W TIPO E - plafoniera per lampada fluorescente lineari 2x58 W TIPO F - lampada punto luce a parete 1x18 W ( luci di sicurezza ) Le potenze sono già espresse dalla tabella di calcolo illuminotecnico. Per quanto concerne gli utilizzatori fissi: • quadretto di postazione computer composto da 3 prese bipasso 10/16 A; • impianto di condizionamento centralizzato con alimentazione trifase; • fotocopiatrici; • scaldacqua; • asciugamani elettrico; Schema di distribuzione Il gruppo di misura dell’Ente distributore è collocato in un apposito vano al vialetto d’accesso allo studio mentre la colonna montante ha una lunghezza di 2 m ed è composta da 4 cavi unipolari con guaina posati entro un tubo in pvc flessibile per posa ad incasso, che verrà dimensionata per assumere una caduta d tensione non superiore all’1%. All’ingresso della segreteria è posto un quadro di consegna energia contenente il dispositivo di protezione contro il sovraccarico del montante. I quadri secondari sono presenti: 1. all’interno della Direzione in prossimità dell’ingresso e realizzato in carpenteria metallica, dalla quale si diparte la distribuzione alla Direzione e alla Segreteria; 2. all’interno della Sala d’attesa in prossimità dell’uscita di sicurezza e realizzato in carpenteria metallica, dalla quale si diparte la distribuzione alla sala e ai servizi; 3. all’interno dell’Ufficio 1 in prossimità dell’ingresso e realizzato in carpenteria metallica, dalla quale si diparte la distribuzione all’Ufficio ed all’Archivio; 4. all’interno dell’Ufficio 2 in prossimità dell’ingresso e realizzato in carpenteria metallica, dalla quale si diparte la distribuzione all’Ufficio ed all’Archivio. 6
Lo schema completo di distribuzione viene descritto dal seguente grafico: Quadro Generale QG (ingresso segreteria)
Quadro 1 Q1 (Direzione, Segreteria)
Quadro 2 Q2 (Sala d’attesa)
Quadro 3 Q3 (Ufficio 1 – Archivio 1)
Quadro 4 Q4 (Ufficio 2 – Archivio 2)
Dorsale illuminazione 1: Direzione, Segreteria, Servizio
Dorsale illuminazione 2: Sala d’attesa, Servizio,
Dorsale illuminazione 3: Ufficio 1 , Archivio 1, Servizio
Dorsale illuminazione 4: Ufficio 2 , Archivio 2, Servizio
Dorsale prese 1: Direzione, Segreteria, Servizio
Dorsale illuminazione sicurezza
Dorsale prese 3: Ufficio 1 , Archivio 1, Servizio
Dorsale prese 4: Ufficio 2 , Archivio 2, Servizio
Dorsale carichi 1: Direzione, Segreteria, Servizio
Dorsale Condizionamento
Dorsale carichi 3: Ufficio 1 , Archivio 1, Servizio
Dorsale carichi 4: Ufficio 2 , Archivio 2, Servizio
Essendo la fornitura di energia elettrica trifase, i circuiti verranno distribuiti sulle tre fasi al fine di ottenere un sistema al più possibile equilibrato. La distribuzione sarà realizzata con cavi unipolari con conduttore flessibile posati entro tubazioni in pvc sotto pavimento rialzato per le prese, in controsoffitto per i circuiti di illuminazione. Tutti i circuiti saranno dimensionati per contenere una caduta di tensione pari al 3%, in modo da non superare i 4% complessivi considerando quella prevista sul montante. Dimensionamento dei circuiti Si procede al dimensionamento delle dorsali di alimentazione alle utenze in base al criterio termico con la garanzia di una massima caduta di tensione che non superi il 4%. Per le derivazioni delle dorsali dei circuiti di illuminazione dovranno essere utilizzati sezioni di cavo non inferiori a 1,5 mm2, mentre per le dorsali dei circuiti prese non devono essere inferiori a 2,5 mm2. Per la determinare della portata dei cavi si utilizza l’apposita tabella della norma CEI-UNEL 35024/1. Per quanto concerne l’identificazione dei cavi si rispettano le indicazioni delle CEI 64-8 art. 514.3.2 per cui: • per indicare conduttori di fase: NERO/MARRONE/GRIGIO (secondo la CEI-UNEL 00722); • per indicare conduttore di neutro: BLU CHIARO; • per indicare conduttore di protezione e di terra: GIALLO – VERDE. 7
I conduttori usati saranno del tipo N07V-K posti in opera senza saldature; in caso di necessità le giunzioni e le derivazioni fra i conduttori saranno effettuate con morsetti a mantello o a cappuccio. I cavi saranno posti entro tubazione di protezione in PVC autoestinguente e non sarà ammessa nella stessa canalizzazione la coesistenza di cavi di alimentazione di utenze appartenenti a sistemi di tensioni diverse; le canalizzazioni saranno poste sottotraccia. Tutte le linee elettriche di alimentazione delle varie utenze e tutte le linee derivate dalle dorsali saranno corredate di conduttore di protezione. Per sezione minima dei conduttori di protezione si farà riferimento alla norma CEI 64-8 art. 543.1.2.
Quadro 1 - Dorsale illuminazione Caratteristiche linea: Fase + Neutro Sezione: 2,5 mm2 locali alimentati P inst. in W Direzione 840 Ib = P tot / Vn * cosφ Vn = 230 V Segreteria 270 Servizio 60 P tot. in W cosφ Ib (utilizzo) in A 1170 0,95 5,4 Quadro 1 - Dorsale prese Caratteristiche linea: Fase + Neutro Sezione: 4 mm2 P inst. in locali alimentati Utenza W 3680 Direzione prese 10/16 A 3680 Segreteria prese 10/16 A
Fu
N.
0,05 0,05
5 3 F co 0,4
P conv. in W 920 552 P tot. in W 588,8
Ib = P tot / Vn * cosφ Vn = 230 V cosφ 0,9
Ib (utilizzo) in A 2,8
Quadro 1 - Dorsale carichi Caratteristiche linea: Fase + Neutro Sezione: 4 mm2 locali alimentati Direzione Servizio
Utenza fotocopiatrice scaldacqua
P inst. in W 1800 1200
Fu 1 1
N. 1 1 F co 0,4
P conv. in W 1800 1200 P tot. in W 1200
Ib = P tot / Vn * cosφ Vn = 230 V cosφ
Ib (utilizzo) in A
0,9
5,8
8
Quadro 2 - Dorsale illuminazione Caratteristiche linea: Fase + Neutro Sezione: 2,5 mm2 locali alimentati
P inst. in W
Sala d'attesa
540
WC attesa
90 P tot. in W 630
Ib = P tot / Vn * cosφ Vn = 230 V
cosφ 0,95
Ib (utilizzo) in A 2,9
Quadro 2 - Dorsale illuminazione sicurezza Caratteristiche linea: Fase + Neutro Sezione: 1,5 mm2 locali alimentati P inst. in W Ib = P tot / Vn * cosφ Vn = 230 V Sicurezza 72 P tot. in W 72
cosφ Ib (utilizzo) in A 0,95 0,3
Quadro 2 - Dorsale carichi Caratteristiche linea: Fase + Neutro Sezione: 4 mm2 locali alimentati
Utenza
P inst. in W
WC attesa
asciugamani
1700
scaldacqua
1200
Fu
N.
P conv. in W
1
1700
3 F co 0,4
180 P tot. in W 752
1 0,05
Ib = P tot / Vn * cosφ Vn = 230 V
cosφ 0,9
Ib (utilizzo) in A 3,6
Quadro 2 - Dorsale condizionamento Caratteristiche linea: Trifase + Neutro Sezione: 2,5 mm2 P inst. in locali alimentati Utenza W impianto di condizionamento
3600
Fu 1
N.
P conv. in W
1
3600
F co 1
P tot. in W 3600
Ib = P tot / √3 * Vn * cosφ Vn = 400 V cosφ 0,85
Ib (utilizzo) in A 6,1 9
Quadro 3 - Dorsale illuminazione Caratteristiche linea: Fase + Neutro Sezione: 2,5 mm2 locali alimentati
P inst. in W
Ufficio 1 Archivio 1 WC 1
630 162 60 P tot. in W 852
Ib = P tot / Vn * cosφ Vn = 230 V
cosφ 0,95
Ib (utilizzo) in A 3,9
Quadro 3 - Dorsale prese Caratteristiche linea: Fase + Neutro Sezione: 4 mm2 P inst. in locali alimentati Utenza W Ufficio 1 Archivio 1
prese 10/16 A prese 10/16 A
3680 3680
Fu 0,05 0,05
N.
P conv. in W
9 1 F co 0,4
1656 184 P tot. in W 736
Ib = P tot / Vn * cosφ Vn = 230 V cosφ 0,9
Ib (utilizzo) in A 3,6
Quadro 3 - Dorsale carichi Caratteristiche linea: Fase + Neutro Sezione: 4 mm2 locali alimentati
Utenza
P inst. in W
Fu
N.
P conv. in W
Ufficio 1 WC 1
fotocopiatrice scaldacqua
1800 1200
1 1
1 1 F co 0,4
1800 1200 P tot. in W 1200
Ib = P tot / Vn * cosφ Vn = 230 V cosφ 0,9
Ib (utilizzo) in A 5,8
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Quadro 4 - Dorsale illuminazione Caratteristiche linea: Fase + Neutro Sezione: 2,5 mm2 locali alimentati
P inst. in W
Ufficio 2 Archivio 2 WC 1
630 162 60 P tot. in W 852
Ib = P tot / Vn * cosφ Vn = 230 V
cosφ 0,95
Ib (utilizzo) in A 3,9
Quadro 4 - Dorsale prese Caratteristiche linea: Fase + Neutro Sezione: 4 mm2 P inst. in locali alimentati Utenza W Ufficio 2 Archivio 2
prese 10/16 A prese 10/16 A
3680 3680
Quadro 4 - Dorsale carichi Caratteristiche linea: Fase + Neutro Sezione: 4 mm2 P inst. locali alimentati Utenza in W Ufficio 2 WC 2
fotocopiatrice scaldacqua
1800 1200
Fu
N.
P conv. in W
0,05 0,05
9 1 F co 0,4
1656 184 P tot. in W 736
Fu
N.
P conv. in W
1 1
1 1 F co 0,4
1800 1200 P tot. in W 1200
Ib = P tot / Vn * cosφ Vn = 230 V cosφ 0,9
Ib (utilizzo) in A 3,6
Ib = P tot / Vn * cosφ Vn = 230 V cosφ 0,9
Ib (utilizzo) in A 5,8
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Dimensionamento della linea montante al quadro e determinazione della potenza contrattuale Considerando un fattore di contemporaneità di tutte le utenze pari a 0,75 mentre la corrente d’impiego complessiva è pari a circa 16,60 A e tenendo conto di una caduta di tensione in essa pari a 1% per la lunghezza della linea pari a 2 m deve essere realizzata con cavi unipolari della sezione di 6 mm2. Dimensionamento dell’apparecchiatura di manovra e protezione Le protezioni delle linee costituiscono la parte essenziale di un impianto elettrico sia per garantirne il regolare funzionamento sia per evitare danni alle persone ed alle cose. Le Norme CEI 64-8 impongono la realizzazione delle seguenti protezioni: - contro i sovraccarichi; - contro i cortocircuiti La norma CEI 64-8/3 prescrive che i circuiti di un impianto (salvo eccezioni) debbano essere provvisti di dispositivi di protezione adatti ad interrompere correnti di sovraccarico prima che esse possano provocare un riscaldamento eccessivo ed il conseguente danneggiamento dell’isolante del cavo del circuito. Per garantire tale protezione é quindi necessario che vengano rispettate le seguenti regole: 1. IB < In < IZ 2. If < 1,45 IZ dove: IB = Corrente di impiego del circuito In = Corrente nominale dell’interruttore IZ = Portata a regime permanente del cavo If = Corrente di sicuro funzionamento dell’interruttore automatico La regola 2, impiegando per la protezione dal sovraccarico un interruttore automatico, é sempre verificata, poiché la corrente di sicuro funzionamento I non è mai superiore a 1,45 In (1,3 In secondo CEI EN 60947-2; 1,45 In secondo CEI EN 60898) Analizzando la regola 1 risulta evidente che si possono realizzare due condizioni di protezione distinte: una condizione di massima protezione, realizzabile scegliendo un interruttore con una corrente nominale prossima o uguale alla corrente di impiego IB, ed una condizione di minima protezione scegliendolo con una corrente nominale prossima o uguale alla massima portata del cavo. E’ chiaro che scegliendo la condizione di massima protezione si potrebbero verificare delle situazioni tali da pregiudicare la continuità di servizio, perché sarebbe garantito l’intervento dell’interruttore anche in caso di anomalie sopportabili.
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Per contro la scelta di un interruttore con una corrente regolata uguale alla portata del cavo porterebbe alla massima continuità di servizio a discapito del massimo sfruttamento del rame installato. Per il corto circuito si dovrà verificare che ogni linea sia protetta da un interruttore magnetotermico avente potere di interruzione superiore alla corrente di corto circuito simmetrico presunta nel punto; inoltre detta S la sezione della linea si deve avere: I2t < K2S2 dove: I2t rappresenta la potenza specifica passante per l’interruttore a protezione della linea; K costante e pari a 115 per i cavi in rame ed isolamento in PVC, pari a 146 per cavi in rame ed isolamento in EPR. Impianto di terra e protezione contro i contatti indiretti La protezione contro i contatti indiretti consiste nel prendere le misure intese a proteggere le persone contro i pericoli risultanti dal contatto con parti conduttrici che possono andare in tensione in caso di cedimento dell'isolamento principale. I metodi di protezione contro i contatti indiretti sono classificati come segue: a) protezione mediante interruzione automatica dell'alimentazione; b) protezione senza interruzione automatica del circuito (doppio isolamento, separazione elettrica, locali isolati, locali equipotenziali); c) alimentazione a bassissima tensione; La protezione mediante l’interruzione automatica dell’alimentazione è quella che noi trattiamo ed è richiesta quando a causa di un guasto, si possono verificare sulle masse tensioni di contatto di durata e valore tali da rendersi pericolose per le persone. Le prescrizioni da ottemperare per conseguire la protezione contro i contatti indiretti sono stabilite dalle norme CEI 64-8 per gli impianti elettrici utilizzatori a tensione non superiore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V in corrente continua. Il sistema TT ha un punto collegato direttamente a terra e le masse dell'impianto collegate ad un impianto di terra elettricamente indipendente da quello del collegamento a terra del sistema di alimentazione. In caso di guasto a terra, il circuito percorso dalla corrente si richiude attraverso il terreno, in quanto il neutro del sistema e la massa interessata dal guasto fanno a capo a dispersori separati; il valore della corrente di guasto può essere molto contenuto. La norma 64-8 nel caso di sistemi TT prevede che per attuare la protezione dai contatti indiretti deve essere soddisfatta la condizione: RE Id max < 50 V 13
Dove: RE è la somma delle resistenze di terra dei conduttori e dei dispersori; Id max è la corrente che provoca il funzionamento automatico del dispositivo di protezione; 50 volt è la tensione limite convenzionale per ambienti ordinari. Nel caso in esame l’impianto elettrico presenta più derivazioni protette ognuna da un proprio interruttore differenziale, e ciò consente una gestione selettiva dello stesso impianto. Il valore della massima corrente differenziale di intervento nei dispositivi è pari a un Id max di 0,03 A quindi il limite superiore della resistenza totale di terra è di 1667 Ω. Per la progettazione dell’impianto di terra occorre considerare: - i limiti di estensione del dispersore; - la resistività del terreno; - le esigenze tecniche, economiche, ambientali che conducono alla scelta della configurazione del tipo di dispersore. Dall’esame del tipo di terreno, nel nostro caso calcareo, si ipotizza una resistività di 200 Ω. Per il calcolo della resistenza di terra di un disperdente intenzionale realizzato tramite un picchetto in profilato di acciaio zincato a caldo con sezione a X di spessore non inferiore a 5 mm, di dimensione trasversale non inferiore a 50 mm e lunghezza non inferiore a 2 m, è possibile utilizzare la formula: RT = ρ/L = 200 Ω m / 2 m = 100 Ω dato dal apporto tra la resistività media del terreno e la lunghezza dell’elemento a contatto libero con il terreno. In tal modo il calcolo in fase di progetto soddisferebbe il valore limite di 167 Ω, ma si dovrà comunque procedere all’effettuazione della misura della resistenza di terra dell’impianto disperdente con il metodo volt-amperometrico secondo quanto previsto dalla norma CEI 64-8. L’impianto disperdente sarà collegato ad un nodo equipotenziale posto all’ingresso dello studio, mediante un conduttore in cavo isolato di colore giallo-verde della sezione d 16 mm2; dal nodo si dipartirà un conduttore di protezione PE realizzato in cavo giallo-verde della sezione di 10 mm2 che si attesterà ad ogni quadro da cui dipartiranno in cavo di colore giallo-verde di sezione non inferiore a quelle previste dalla norma CEI 64-8. Dal collettore principale di terra inoltre si dipartirà un conduttore equipotenziale principale realizzato in cavo dello stesso colore e di sezione di 10 mm2. Al fine di migliorare le condizioni di sicurezza si realizzeranno anche i collegamenti equipotenziali supplementari; con riferimento al servizio igienico tali collegamenti, per le tubazioni metalliche dell’impianto idrico-sanitario, potranno essere effettuati nei punti d’ingresso di tali locali con conduttori di sezione pari a 2,5 mm2, se protetti da tubo, o pari a 4 mm2 se installati direttamente sotto intonaco o pavimento. 14