Adeguamento sismico di prefabbricati in c.a. con Double Damp®: caso studio nel Nord Italia

Le strutture prefabbricate in c.a. esistenti mostrano elevate vulnerabilità sismiche. Questo studio presenta un innovativo retrofit effettuato con dispositivi Double Damp® (DD) su un edificio a Forlì. Double Damp® è un dissipatore ad attrito rotazionale bidirezionale (BRFD - Bidirectional Rotational Friction Damper). La tecnologia BRFD, agendo in due direzioni, evita rinforzi in fondazione, offrendo una soluzione economica, sostenibile e a ridotta invasività per il patrimonio esistente. Tramite analisi dinamiche non lineari, si dimostra l'efficacia di questa tecnologia nel limitare spostamenti e danni.

Vulnerabilità sismica: le strutture prefabbricate in c.a. mostrano alcuni dei livelli più alti

I paesi del Bacino del Mediterraneo, e l'Italia in particolare, sono caratterizzati da un significativo rischio sismico. In questa regione, terremoti ad alta frequenza e alta intensità rappresentano una grave minaccia per un ambiente densamente popolato che comprende edifici esistenti altamente vulnerabili. Per mitigare il tributo in vite umane e il peso economico della ricostruzione, le iniziative nazionali finanziate dal 2017 hanno introdotto sostanziali incentivi fiscali per promuovere l'adeguamento sismico delle strutture (Pusch, C., Vincelette, G., et al. 2021). Un'impresa così estesa richiede l'adozione di tecniche di retrofit innovative che siano economicamente vantaggiose, non invasive e in grado di essere implementate con tempi di inattività minimi per gli occupanti.

Tra le varie tipologie strutturali, le strutture prefabbricate in cemento armato (c.a.) mostrano alcuni dei livelli più alti di vulnerabilità sismica. Attualmente, queste strutture sono utilizzate prevalentemente per scopi industriali e commerciali, nonché in strutture educative e sportive, grazie alla loro capacità di coprire grandi luci con costi ridotti e tempi di costruzione rapidi. Dagli anni '60, l'adozione di sistemi prefabbricati in c.a. è cresciuta costantemente, in particolare nelle zone industrializzate. Tuttavia, a causa della storica assenza di normative sismiche adeguate e di valutazioni accurate della pericolosità nazionale, un vasto numero di edifici prefabbricati in c.a. sismicamente carenti è ora diffuso in tutta l'Europa meridionale (Batalha et al., 2019; Casotto et al., 2015; Sousa et al., 2021). I terremoti dell'Emilia del 2012, che hanno colpito una regione altamente industrializzata, hanno fornito una tragica evidenza: durante l'evento, migliaia di strutture prefabbricate hanno subito danni critici, portando spesso al collasso totale, che ha provocato numerose vittime, feriti e sfollati (Ercolino et al., 2016).

La principale debolezza degli edifici prefabbricati in c.a. è tipicamente localizzata nelle connessioni tra gli elementi strutturali, specificamente nei nodi trave-pilastro, trave di copertura-trave principale e pannello di tamponamento-pilastro (Batalha et al., 2022). Inoltre, si osservano frequentemente problemi di resistenza e duttilità insufficienti nei pilastri in c.a.

Mentre le strategie di retrofit tradizionali si concentrano generalmente sul rinforzo delle connessioni e sul miglioramento della duttilità dei pilastri, spesso non riescono a proteggere la struttura da danni significativi e interruzioni operative a seguito di un evento sismico. Di conseguenza, l'integrazione di dissipatori sismici rappresenta la strategia più efficiente e competitiva in termini di costi per minimizzare le perdite economiche sia dirette che indirette (Zerbin & Aprile, 2015; Grossi et al., 2020; Zerbin et al., 2023). In definitiva, l'impiego di un approccio a dissipazione di energia è il metodo più efficace per accelerare il recupero post-sisma e, per estensione, migliorare la resilienza della comunità.

Questo articolo presenta la progettazione e l'implementazione dell'adeguamento sismico di un capannone industriale situato a Forlì, Italia, che ospita tini alti 14 metri. L'intervento impiega la tecnologia BRFD per aumentare significativamente la capacità di smorzamento della struttura esistente. Nello specifico, lo studio utilizza il dispositivo Double Damp^® (DD) prodotto da WISEcivil S.r.l., una start-up innovativa e spin-off del Dipartimento di Ingegneria dell'Università di Ferrara, brevettato in Italia (n. 102020000013738) e marcato CE in conformità alla norma EN 15129 (2009). Lo studio descrive nel dettaglio la progettazione e l'installazione dello specifico sistema di controventamento necessario per alloggiare i DD. L'efficacia dell'intervento di retrofit nell'adeguamento della struttura prefabbricata in c.a. è stata indagata mediante Analisi Dinamica Non Lineare (NLTHA) eseguita con il software Midas/Gen (2023). La soluzione proposta garantisce un miglioramento globale della prestazione sismica, raggiungendo un livello di sicurezza superiore ai requisiti per i nuovi edifici secondo l'Eurocodice 8 (EN 1998-1 2004), mantenendo al contempo costi sostenibili.

Il DD e la sua installazione

Il dispositivo DD sfrutta l’attrito rotazionale introducendo un sistema a piastre mobili per consentire la dissipazione di energia in due direzioni; una vista assonometrica del dispositivo è mostrata in Figura 1a. Come mostrato in Figura 1b, il DD opera lungo due assi ortogonali: longitudinale (x locale) e trasversale (y locale). Il dispositivo è costituito da piastre in acciaio serrate da quattro bulloni precaricati assemblati con molle a tazza (rondelle Belleville), e lo scorrimento per attrito tra queste piastre dissipa l'energia sismica. Il DD è facile da installare, economico, riutilizzabile dopo eventi maggiori e progettato per prevenire le rotture fragili (Aprile, Grossi e Zerbin, 2023; Grossi, Zerbin, et al., 2024).

Prove sperimentali condotte presso l'Università di Ferrara (Grossi, Aprile, et al., 2024) e l'Università di Bristol (Grossi et al., 2025) hanno confermato la sua elevata capacità di smorzamento. A differenza dei dissipatori convenzionali, il DD agisce in due direzioni, producendo un comportamento isteretico che richiede test specializzati sotto carico biassiale. Inizialmente, è stata condotta una campagna di prove tribologiche presso il Laboratorio di Metallurgia dell'Università di Ferrara, con l'obiettivo di identificare accoppiamenti di superfici in grado di garantire un coefficiente di attrito stabile e affidabile, attraverso il confronto di diversi materiali, finiture superficiali e trattamenti (Grossi, Aprile e Zerbin, 2023; Grossi, Baroni, et al., 2023). Un esempio dei cicli di isteresi sperimentali del DD nelle direzioni longitudinale e trasversale è riportato in Figura 2.

Il DD viene installato in corrispondenza del nodo trave-pilastro, tipicamente inclinato a circa 45° rispetto all'asse della trave, come illustrato in Figura 3a. I collegamenti alla struttura consentono la deformazione lungo l'asse X globale (Figura 3b) e impediscono al contempo la rotazione attorno all'asse Z globale, permettendo così la deformazione trasversale lungo l'asse Y globale (Figura 3c). Questa configurazione introduce uno smorzamento bidirezionale nel telaio, riducendo gli spostamenti di interpiano (drift), gli effetti torsionali, e migliorando significativamente la prestazione sismica di strutture originariamente prive di struttura tridimensionale e dissipazione energetica significativa (Grossi, Zerbin, et al., 2024).

Caso Studio

Il capannone industriale adibito a cantina vinicola si trova a Forlì e ospita tini alti 14 metri. È stato costruito nel 1974, quando i dettagli costruttivi antisismici non erano obbligatori, e la struttura è stata quindi progettata per i soli carichi gravitazionali. I collegamenti trave-pilastro e solaio di copertura-trave erano totalmente assenti, e le connessioni dei pannelli di tamponamento ai pilastri risultavano insufficienti per gli scopi sismici. Una vista aerea dell'edificio è riportata in Figura 4a.

La struttura oggetto di questo studio ha dimensioni in pianta di circa 55 × 85 m² e un'altezza di circa 15 m. Essa appartiene a un complesso edilizio più ampio caratterizzato da quote inferiori ed è collegata al capannone su due lati, dove le travi sono supportate da pilastri condivisi, come illustrato in Figura 4b. Nel seguito, l'analisi si concentra esclusivamente sulla cantina, che rappresenta l'oggetto dell'intervento di retrofit, mentre l'intero sistema strutturale è considerato solo per verificare che l'interazione dinamica tra corpi di fabbrica adiacenti possa essere ragionevolmente trascurata.

La struttura è di tipo prefabbricato con pilastri in c.a. e travi in c.a.p. La copertura è costituita da solai tipo SAP alti 18 cm, privi di soletta collaborante e inclinati di circa 7° rispetto all'orizzontale. Le travi principali precompresse hanno una sezione a Ω e sono disposte in direzione longitudinale, supportate da due allineamenti di pilastri centrali. In direzione trasversale, sono disposte travi secondarie con sezione a I ad altezza variabile, supportate dalle travi longitudinali a Ω. Ove mancanti, sul bordo della struttura verranno introdotte travi metalliche come parte del progetto di adeguamento sismico proposto.

I pilastri presentano sezioni quadrate/rettangolari di diverse dimensioni: 60x60 cm, 50x50 cm, 40x40 cm, 40x60 cm. Su parte del perimetro esterno dell'area cantina sono presenti pannelli di tamponamento prefabbricati, considerati non interagenti con la struttura in quanto posizionati esternamente ai pilastri. La resistenza media a compressione del calcestruzzo dei pilastri è pari a 33 MPa, il modulo elastico medio a 31,5 GPa e la tensione media di snervamento dell'acciaio di armatura a 514 MPa. I carichi gravitazionali di piano nella combinazione sismica as-built sono pari a 3,2 kN/m² per la copertura.

Rispetto ai carichi statici, la struttura è conforme ai requisiti normativi per i nuovi edifici. Tuttavia, sotto azioni sismiche, i pilastri mostrano vulnerabilità in termini di rapporto Domanda/Capacità (D/C), raggiungendo valori di circa 1,4 dovuti allo snervamento flessionale alla base. Vale la pena notare che lo snervamento dei pilastri, in questo caso, è considerata inaccettabile, poiché l'obiettivo della proprietà è evitare danni sia strutturali che non strutturali in caso di terremoto.

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Nei prossimi paragrafi si parlerà di:

• Progetto di retrofit;
• Installazione in sito;
• Analisi numerica e risultati;
• Conclusioni della trattazione.