Potenzialità applicative di pannelli in acciaio sagomato a freddo con macro-fori per la riqualificazione integrata degli edifici esistenti

Gran parte degli edifici esistenti in Italia presenta carenze dal punto di vista energetico, strutturale ed architettonico. Recentemente, l’Unione Europea ha promosso numerose iniziative volte a mitigare gli impatti del settore delle costruzioni.

Ciò implica la necessità di adottare specifiche strategie per incrementare le prestazioni delle strutture esistenti, come la progettazione di interventi di retrofit integrati energetico-strutturali, in conformità ai principi di Life Cycle Thinking.

Tali interventi consentono non solo di superare le barriere alla riqualificazione, ma anche di agire contestualmente su diversi ambiti: dalla sicurezza strutturale al comfort abitativo, dagli aspetti architettonici all’efficienza energetica e alla sostenibilità ambientale.

In questo contesto, il presente lavoro ha l’obiettivo di fornire valutazioni preliminari sulla possibile applicazione di pannelli in acciaio formato a freddo con macro-fori passanti per il recupero olistico di edifici esistenti in calcestruzzo armato tramite interventi condotti dall’esterno.

Soluzioni "Life Cycle Thinking" per la riqualificazione strutturale ed energetica degli edifici

Il settore delle costruzioni è uno dei più impattanti su scala globale. In particolare, in Europa, è responsabile del 40% del consumo di energia, del 30% della produzione di rifiuti e del 50% del consumo di materie prime [1].

È evidente la necessità di adottare nuove soluzioni volte a potenziare la sostenibilità nel settore delle costruzioni, tenendo in considerazione gli aspetti sociali, economici e ambientali, noti come i ‘tre pilastri’ della sostenibilità [2].

Gli edifici residenziali europei sono in larga parte costituiti da strutture in calcestruzzo armato, le cui problematiche legate all’obsolescenza coinvolgono sia gli elementi strutturali che quelli non strutturali. In Italia, circa il 70% degli edifici residenziali esistenti fu costruito prima del 1974 [3]; tali edifici hanno quindi esaurito la vita nominale di 50 anni e sono stati progettati senza considerare le moderne misure per resistere alle azioni sismiche.

In aggiunta, spesso la performance energetica di tali edifici è insufficiente, richiedendo un’ingente quantità di energia per assicurare adeguati livelli di comfort termico agli abitanti. Risulta quindi chiara l’urgente necessità di rinnovare il patrimonio edilizio esistente.

Si osserva come gli interventi di demolizione e ricostruzione non siano adottabili su larga scala a causa del notevole impatto ambientale legato al consumo di materie prime e alla produzione di rifiuti. Inoltre, l’attuale tasso di riqualificazione degli edifici esistenti si attesta a circa l’1% [4], principalmente a causa di ostacoli legati alla necessità di rilocare temporaneamente gli abitanti, e riguarda spesso interventi di solo efficientamento energetico.

L’incremento delle performance strutturali viene considerato generalmente in situazioni emergenziali.
Un approccio integrato per la riqualificazione degli edifici esistenti (figura 1) consente di incrementare efficacemente con un unico intervento le performance strutturali ed energetiche e di riconfigurarne l’aspetto architettonico [5].

Inoltre, l’adozione di soluzioni applicabili principalmente dall’esterno, come gli esoscheletri in acciaio trattati nel presente studio, consente di ridurre il disturbo arrecato agli abitanti, evitando la rilocazione e riducendo l’invasività del cantiere.

Un’ulteriore strategia interessante è rappresentata dalla riabilitazione incrementale, che consente di programmare gli interventi di riqualificazione integrata negli anni, distribuendoli nel tempo, riducendo i costi e gli impatti iniziali delle lavorazioni [6]. Infine, l’applicazione del concetto di Life Cycle Thinking (LCT) sugli interventi integrati (figura 2) consente di massimizzarne le performance e di minimizzarne gli impatti ambientali, economici e sociali durante tutto il ciclo di vita degli edifici stessi.

In particolare, seguendo tali principi, l’attenzione si focalizza sulla selezione di materiali e tecnologie a basso impatto, prefabbricate, al fine di ridurre la durata dei lavori, sull’implementazione di soluzioni che assicurino la riparabilità o sostituzione in caso di evento sismico, e sull’attenzione alla smontabilità, riciclo o riutilizzo dei componenti al termine del ciclo di vita [7].

In quest’ottica, l’applicazione di pannelli in acciaio formato a freddo con macro-fori passanti nella lamiera è una valida soluzione perché consente non solo di condurre interventi integrati, costituendo il layer strutturale, ma anche di limitare gli effetti ambientali a partire dalla fase produttiva fino allo smontaggio. È possibile, infatti, progettare e realizzare pannelli standardizzati che, una volta raggiunta la fase di fine vita dell’edificio, possano essere smontati e riutilizzati in altre strutture da riqualificare oppure ad esempio in edifici di nuova costruzione con struttura in acciaio. Tale approccio consentirebbe di incrementare notevolmente gli indici di sostenibilità.

Pannelli in acciaio formato a freddo con macro-fori

I pannelli in acciaio formato a freddo (CFS) vengono ad oggi impiegati in paesi come il Nord America e il Giappone, dove le strutture da normativa possono essere realizzate con telai in acciaio accoppiati a pannellature con funzione di “Lateral Force Resisting Systems” (LFRS) resistenti alle sollecitazioni orizzontali da vento e da sisma.

La norma AISI S400 [8], adottata negli Stati Uniti, in Canada e in Messico, prevede specifiche tecniche riguardo la
progettazione sismica di questi elementi. In Europa, la versione attuale degli Eurocodici [9] non contempla l’utilizzo della soluzione sopraesposta come rinforzo sismico, pertanto per la sua applicazione sono necessari test sperimentali. Tuttavia, nella prossima generazione dell’Eurocodice 8 è prevista una sezione specifica dedicata al dimensionamento e alle verifiche di pannelli a taglio CFS per applicazioni sismiche. Tipicamente i pannelli CFS vengono adottati per la costruzione di nuovi edifici. Tuttavia, data la peculiarità del patrimonio edilizio europeo ed italiano, un approccio innovativo consiste nell’adattamento di tali sistemi per il recupero delle strutture esistenti.

In Giappone, presso l’università Nagoya Institute of Technology, è stato proposto un modello di pannello in acciaio formato a freddo con macro-fori passanti per l’applicazione su edifici medio-bassi di nuova realizzazione [10], [11]. Esempi di applicazione sono riportati in figura 3.

La configurazione standard del pannello è costituita da lamiere (altezza di 2,73 m, larghezza di 0,455 m e spessore che varia tra 1 e 1,2 mm) contenenti fori sporgenti da un lato con diametro di 200 mm. Ulteriori dettagli sulle caratteristiche geometriche sono riportati in figura 4.

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Il presente articolo fa parte della rivista COSTRUZIONI METALLICHE gen-feb 2024.

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