Pannelli XLAM per il miglioramento sismico e energetico di edifici in CA esistenti

Approcci integrati per la riduzione delle vulnerabilità sismiche ed energetiche

Circa il 30% degli edifici residenziali presenti sul territorio Nazionale è composto da strutture in cemento armato (ISTAT 2011). Siccome la realizzazione di oltre il 50% di queste strutture è antecedente al 1980, le caratteristiche progettuali di un ampio numero di edifici risultano essere sensibilmente differenti da quelle previste dai più recenti codici costruttivi. Negli edifici esistenti non è infatti insolito osservare la presenza di piani deboli o di irregolarità strutturali che possono portare all’attivazione di meccanismi torsionali.

In presenza di azioni sismiche, la mancanza di una “gerarchia delle resistenze” ed una progettazione basata unicamente sulle azioni verticali portano queste strutture a manifestare danneggiamenti imprevisti o a sviluppare meccanismi di collasso fragile. Inoltre, sebbene il ruolo dei tamponamenti murari sia stato comunemente trascurato nelle fasi di progettazione, è ormai noto come essi influenzino in modo non trascurabile la risposta strutturale. Le azioni addizionali trasferite dal contatto tra tamponamento ed elementi strutturali possono implicare rotture a taglio di questi ultimi in presenza di azioni sismiche (Figura 1). Tale fenomeno è favorito dalla comune concezione strutturale a “trave forte-pilastro debole”.

Dal punto di vista energetico, un’estesa porzione degli edifici residenziali esistenti è caratterizzata una coibentazione limitata o assente e dalla presenza di ponti termici diffusi. Come riportato nelle linee guida dell'Organizzazione Mondiale della Sanità del 2009, tali inefficienze influiscono anche sul comfort e sul benessere degli occupanti.
In questo scenario, l’utilizzo di interventi integrati volti sia al miglioramento dell'efficienza energetica che della sicurezza sismica può ridurre eventuali conflitti nei processi di implementazione, riducendo tempistiche e costi di realizzazione.

A tal proposito, varie strategie di intervento integrate sono oggetto di studio da parte di diversi gruppi di ricerca. La soluzione presentata in questo articolo è stata sviluppata dal gruppo di ricerca dell’Università di Trento all’interno dei progetti promossi dal consorzio ReLUIS (Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica e Strutturale) e dal Dipartimento della Protezione Civile a partire dal 2017, anche con il supporto di FederlegnoArredo. Recentemente è stata inoltre avviata una proficua collaborazione con il gruppo di ricerca del Centro Comune di Ricerca (European Commission, Joint Research Centre - JRC) di Ispra.

Descrizione dell’intervento

Ne sono state sviluppate due soluzioni alternative caratterizzate da una differente invasività. In entrambe le soluzioni, un pannello XLAM viene collegato agli elementi in calcestruzzo attraverso connettori metallici. La scelta di utilizzare connessioni a secco o resinate dipende dalle caratteristiche dei materiali esistenti e dalla domanda di sollecitazione. Un’accorta progettazione del sistema di connessione (in termini di resistenza, posizione e reciproca distanza dei connettori) può portare a massimizzare l’efficacia dell’intervento. Ad esempio, in presenza di configurazioni a “trave forte – pilastro debole”, privilegiare la connessione “lato trave” può ridurre lo stato di sollecitazione sui pilastri.

Adeguamento sismico di edifici esistenti in muratura con pannelli XLAM: un caso studio
L’articolo presenta il caso-studio di un intervento di adeguamento sismico di un edificio in muratura rinforzato attraverso l’utilizzo di pannelli lignei a strati incrociati di tavole (XLAM), la cui applicazione permette un notevole miglioramento della risposta sismica dell’edificio, ben oltre il livello minimo di sicurezza richiesto dalla normativa vigente.
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RC-TP (Reinforced Concrete-Timber Panels)

La soluzione RC-TP (Figura 2), prevede la sostituzione di uno o più paramenti murari con un pannello XLAM. Il pannello viene collegato al telaio in CA mediante un controtelaio ligneo. La connessione tra telaio in CA e controtelaio è progettata in modo da rimanere in capo elastico in caso di azioni sismiche di progetto e può venire realizzata con connettori a secco o barre resinate. La connessione tra pannello XLAM e controtelaio ha invece una funzione dissipativa e viene realizzata con viti da legno a filetto parziale.

È inoltre previsto che vi sia una spaziatura (gap) tra il bordo esterno del pannello ed il telaio in CA. Grazie alla presenza di tale spaziatura, il trasferimento delle sollecitazioni è governato delle connessioni metalliche anziché dal contatto tra gli elementi. Siccome il pannello XLAM viene inserito all’interno della maglia strutturale, può dare un contributo alla resistenza alle azioni verticali in caso di danneggiamento degli elementi strutturali esistenti. Gli studi condotti hanno inoltre messo in luce come l’intervento possa ridurre la vulnerabilità dei nodi trave-pilastro. Infine, la soluzione proposta porta ad una riduzione della massa simica complessiva (≥10%) e dello spessore delle pareti.

RC-TPext (Reinforced Concrete-external Timber Panels)

La soluzione RC-TPext (Figura 3), prevede il taglio laterale dei tamponamenti murari e la successiva applicazione di un pannello XLAM sulla faccia esterna dell’edificio. Il pannello viene collegato direttamente al telaio in CA mediante barre resinate o connettori a secco con funzione dissipativa. Il taglio degli elementi di riempimento impedisce che si sviluppi un comportamento a “puntone diagonale compresso” che trasferisca azioni taglianti addizionali sui pilastri (Figura 1). Qualora uno o più paramenti non risultassero in grado di danneggiare gli elementi strutturali, non è necessario eseguirne il taglio.

A titolo d’esempio, in presenza di un doppio paramento composto da mattoni pieni sul fronte esterno e da tavelle da tramezzatura sul fronte interno (significativamente meno resistente degli elementi in CA), può essere sufficiente eseguire il taglio del solo paramento in mattoni pieni. In tale eventualità, è possibile eseguire l’intervento proposto agendo dall’esterno, senza arrecare disturbo per gli occupanti. Al fine di evitare il ribaltamento dei paramenti murari, si prevede di collegarli trasversalmente al pannello XLAM utilizzando connettori metallici diffusi (Figura 3). Infine, tale soluzione prevede che tra pannelli adiacenti venga lasciata una spaziatura (gap) in modo che le sollecitazioni vengano trasmesse unicamente attraverso i connettori.

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Nel proseguo si parlerà di modellazione numerica, prove sperimentali, dei risultati delle analisi e verranno enunciate le conclusioni della trattazione.