Innovazione: riqualificazione sismica ed energetica di edifici in c.a. mediante pannelli XLAM

Il contributo presenta un’innovativa tecnologia di riqualificazione sismica ed energetica, a basso costo e a bassa invasività, applicabile agli edifici intelaiati in cemento armato (c.a.). Il sistema consiste nel rivestire l’involucro esterno dell’edificio mediante pannelli prefabbricati in legno con funzioni strutturali e termoisolanti.

La tecnologia è attualmente in fase di sviluppo nell’ambito del Progetto Horizon 2020 e-SAFE, coordinato dall’Università degli Studi di Catania.                 


L’importanza della riqualificazione sismica ed energetica 

Nei Paesi Europei a pericolosità sismica medio-alta, gran parte del patrimonio edilizio è altamente vulnerabile ai terremoti e notevolmente energivoro, in quanto realizzato in periodi antecedenti all’entrata in vigore delle più recenti e restrittive normative in campo sismico ed energetico.

In Italia, ad esempio, circa 2/3 dell’edilizia residenziale è stato costruito prima dell’emanazione della legge quadro per gli edifici antisismici (L. 64/1974) [1], non tenendo, dunque, in considerazione l’azione sismica in fase di progetto. Oltre l’80% del patrimonio edilizio, invece, è stato realizzato antecedentemente all’entrata in vigore della legge 10/1991, che costituisce la prima norma restrittiva sul contenimento dei consumi energetici degli edifici in Italia. L’elevato fabbisogno energetico di tali edifici è dovuto, pertanto, sia alle scarse prestazioni termiche degli involucri edilizi sia alla scarsa efficienza degli impianti termici adoperati per il raffrescamento estivo e il riscaldamento invernale. 

Sulla base di tale premessa, nei Paesi a rischio sismico risulta indispensabile combinare in maniera sinergica interventi di protezione antisismica e di efficientamento energetico. I terremoti, infatti, impongono alla società pesanti tributi in termini di perdita di vite umane, perdite economiche e danni ambientali. Soltanto negli ultimi 50 anni gli eventi sismici verificatisi in Europa hanno causato più di 35000 morti e perdite economiche per oltre 300 miliardi di euro [2]. 

L’adozione di strategie di riqualificazione combinata è attualmente ostacolata, tuttavia, dai costi eccessivi e dall’elevato livello di invasività dei più comuni interventi di protezione antisismica (ad es. rinforzo degli elementi strutturali, inserimento di pareti in c.a. o controventi in acciaio, ecc.), che spesso comportano notevoli tempi di esecuzione e l’interruzione dell’operatività dell’edificio, con conseguente trasferimento degli abitanti. 

Per mitigare tali barriere di natura tecnica ed economica, nell’ambito del progetto e-SAFE (energy and Seismic AFfordable rEnovation solutions) è attualmente in fase di sviluppo una soluzione tecnologica di riqualificazione integrata – sismica ed energetica – finalizzata a rispondere alle attuali esigenze di economicità, rapidità di posa in opera, bassa invasività e sostenibilità ambientale.

Il progetto e-SAFE è stato finanziato dal Programma Europeo Horizon 2020 ed è coordinato dall’Università degli Studi di Catania in collaborazione con 11 partners europei. 

 

La tecnologia di involucro e-SAFE 

I componenti prefabbricati in legno 

La tecnologia di retrofit proposta da e-SAFE è applicabile agli edifici con struttura portante intelaiata in c.a. e consiste nel rivestire l’involucro esterno dell’edificio mediante pannelli prefabbricati a base legno finalizzati a ridurne la vulnerabilità sismica ed incrementarne le prestazioni di isolamento termo-acustico (Figura 1a).

Nello specifico, la funzione di protezione antisismica è assolta da pannelli di legno lamellare a strati incrociati X-Lam (denominati e-CLT), fissati al telaio strutturale dell’edificio (travi in c.a.) mediante innovativi dissipatori sismici ad attrito.

Le notevoli proprietà meccaniche del legno lamellare, unitamente alla sorgente di dissipazione energetica suppletiva, consentono di incrementare la capacità sismica e dissipativa della struttura, riducendone gli spostamenti di piano e contenendone il danneggiamento in caso di terremoti.

I pannelli strutturali e-CLT vengono combinati a pannelli intelaiati in legno (denominati e-PANEL) da applicare in corrispondenza delle pareti finestrate e con integrati infissi ad alta efficienza energetica in sostituzione dei serramenti esistenti. 

Entrambi i pannelli integrano uno strato di materiali isolanti naturali (quali canapa, sughero, fibra di legno, fibra di cellulosa, lana di pecora, vetro cellulare, ecc.), di spessore opportuno per raggiungere valori di trasmittanza in linea con le normative nazionali, una membrana impermeabile all’acqua ma permeabile al vapore, ed infine lo strato di finitura esterna. Quest’ultimo può essere scelto in fase progettuale sulla base delle richieste degli utenti, contribuendo anche al rinnovamento dell’immagine architettonica dell’edificio.  

Il risultato è una nuova pelle sismo-resistente ed energeticamente efficiente per l’edificio, che viene messa in opera esclusivamente dall’esterno.

In particolare, la posa in opera del sistema prevede l’installazione dei pannelli e-CLT ed e-PANEL mediante soli mezzi di sollevamento mobili (gru, piattaforme elevatrici, ecc.), procedendo per pannelli attigui dal piano terra all’ultimo piano dell’edificio (Figura 1b) ed evitando, di conseguenza, l’allestimento di ponteggi tradizionali, che aumenterebbero i costi.

 

Il sistema di involucro e-SAFE

 

Figura 1 – Il sistema di involucro e-SAFE: (a) componenti e (b) posa in opera 

 

Il dissipatore sismico

Il dissipatore sismico ad attrito si compone di due profili in acciaio ed è collegato ai pannelli X-Lam adiacenti alle tamponature di impalcati consecutivi dell’edificio ed alla trave in c.a. di piano (Figura 2).

In particolare, uno dei profili è fissato alle travi in c.a. mediante comuni tasselli di ancoraggio mentre l’altro è dotato di fori asolati ed è collegato al primo per mezzo di bulloni a serraggio controllato. Mediante tale configurazione geometrica la dissipazione di energia sismica avviene sfruttando lo scorrimento reciproco dei profili in acciaio che si attiva quando, durante l’evento sismico, la forza trasmessa attraverso la superficie di contatto attinge il valore della forza di attrito mobilitata mediante i bulloni di precarico. Tale modalità di dissipazione permette di ridurre il danneggiamento del dispositivo stesso, garantendone il mantenimento dell’efficienza strutturale anche dopo l’evento sismico ed evitandone, di conseguenza, la sostituzione. 

 

Riqualificazione sismica ed energetica di edifici in c.a. mediante pannelli prefabbricati in legno

Figura 2 – Dissipatore ad attrito e funzionamento dello stesso in caso di evento sismico (i pannelli X-Lam sono riportati senza strato isolante e di rivestimento)

 

In fase di installazione, il pre-assemblaggio in stabilimento dei profili in acciaio ai pannelli prefabbricati in X-Lam garantisce il rapido fissaggio di questi ultimi al telaio strutturale dell’edificio. I profili in acciaio saranno quindi rivestiti in cantiere tramite elementi termoisolanti con funzione di protezione dagli agenti atmosferici e di interruzione dei ponti termici (Figura 3). Al contempo, la possibilità di rimuovere facilmente il sistema di rivestimento garantisce anche un’agevole ispezione ed eventuale manutenzione dei dissipatori, ad esempio qualora sia necessario il ripristino del precarico dei bulloni dopo l’evento sismico.  

 

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Figura 3 – Rivestimento in sito dei dissipatori sismici mediante fissaggio del materiale isolante e di finitura sulla sottostruttura del pannello e-CLT, appositamente lasciata a vista in fase di prefabbricazione.

 

I Vantaggi del sistema  

La tecnologia di involucro e-SAFE consente di superare i principali limiti delle più comuni tecniche di retrofit sismico, nell’ottica di un approccio più sostenibile ed ecocompatibile alla riqualificazione edilizia. 

I vantaggi della tecnologia E-safe

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