Esoscheletri e collegamenti acciaio–calcestruzzo: verso modelli più affidabili per il rinforzo sismico

Nel panorama dell’ingegneria sismica, l’impiego di esoscheletri metallici per il rinforzo degli edifici esistenti in cemento armato sta assumendo un ruolo sempre più rilevante. Al centro dell’efficacia di questi sistemi vi è il comportamento dei collegamenti acciaio–calcestruzzo, spesso trascurati rispetto alle analisi globali. Il contributo di Gaetano Della Corte, presentato a ANIDIS 2025, approfondisce proprio questo aspetto, proponendo un modello innovativo per le connessioni con piastre irrigidite. L’obiettivo è migliorare l’affidabilità delle previsioni e rendere più efficiente la progettazione degli interventi. Lo studio combina approcci teorici, normativi e simulazioni numeriche avanzate. Ne emerge un quadro utile per affrontare una delle criticità più complesse nel retrofit strutturale.

Il nodo critico degli esoscheletri: il collegamento

L’intervento presentato da Gaetano Della Corte in occasione di ANIDIS 2025 affronta un tema destinato a diventare centrale nel panorama dell’ingegneria sismica: il ruolo degli esoscheletri metallici nel miglioramento delle prestazioni delle strutture esistenti e, soprattutto, la modellazione dei collegamenti tra nuovo e vecchio sistema strutturale. Se negli ultimi anni la ricerca si è concentrata prevalentemente sulla configurazione globale dei controventi, molto meno sviluppata risulta la comprensione del comportamento locale dei nodi di connessione, che rappresentano invece l’anello più delicato della catena resistente.

L’impiego di esoscheletri metallici per il rinforzo di edifici in cemento armato esistente si sta progressivamente diffondendo, anche grazie alla loro capacità di ridurre l’invasività degli interventi e di limitare l’interferenza con l’uso dell’edificio. Tuttavia, la reale efficacia di questi sistemi dipende in larga misura dalla capacità di trasferire le azioni tra la nuova struttura in acciaio e quella esistente.

Gli studi presenti in letteratura, inclusi numerosi contributi giapponesi, hanno storicamente privilegiato soluzioni con telai di interfaccia diffusi e sistemi di ancoraggio distribuiti. Tali approcci, pur garantendo buone prestazioni, comportano difficoltà esecutive significative: interferenze con le armature esistenti, necessità di taglio delle barre e complessità operative che incidono su tempi e costi di cantiere.

Il contributo di Della Corte, sviluppato insieme a Gaetano Cantisani, si inserisce proprio in questo contesto, proponendo una riflessione su collegamenti più “concentrati”, capaci di ridurre il numero di ancoraggi senza compromettere la sicurezza. In particolare, l’attenzione si focalizza su connessioni mediante piastre ancorate, soluzione apparentemente semplice ma in realtà caratterizzata da un comportamento meccanico complesso, soprattutto quando si introducono irrigidimenti locali.

Limiti normativi e necessità di nuovi modelli

Dal punto di vista normativo, il progetto dei collegamenti acciaio–calcestruzzo si colloca all’intersezione tra Eurocodice 2 Parte 4 e Eurocodice 3 Parte 1-8. Tuttavia, questi documenti adottano approcci profondamente diversi.

L’Eurocodice 2 si basa sull’ipotesi classica di conservazione delle sezioni piane, che conduce a una distribuzione lineare delle deformazioni e quindi delle tensioni. Tale impostazione risulta adeguata per molti casi, ma mostra limiti evidenti quando applicata a nodi caratterizzati da forti concentrazioni di sforzo, come quelli degli esoscheletri.

Al contrario, l’Eurocodice 3 propone un modello più realistico, nel quale le compressioni si localizzano in corrispondenza delle flange compresse e degli eventuali irrigidimenti. Questa differenza non è puramente teorica: essa modifica in modo sostanziale i bracci interni delle forze e, di conseguenza, la risposta globale del collegamento.

Il lavoro presentato introduce un’estensione del cosiddetto “metodo delle componenti”, con l’obiettivo di rappresentare in modo più accurato la risposta dei collegamenti con piastre irrigidite. Il modello si basa su una schematizzazione a molle equivalenti, in grado di cogliere sia la deformabilità dei piatti sia il comportamento non lineare del sistema.

Particolarmente interessante è l’introduzione delle cosiddette “forze parassite”, legate al contatto acciaio–calcestruzzo nella zona tesa. Queste vengono modellate tramite una molla fittizia a rigidezza negativa, un artificio concettuale che consente di riprodurre effetti difficilmente inquadrabili con gli strumenti tradizionali. Rimane tuttavia aperta la questione della loro quantificazione, oggi affidata a parametri empirici.

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Validazione numerica e prospettive di ricerca

Il modello proposto è stato verificato attraverso simulazioni agli elementi finiti sviluppate con ANSYS, su due configurazioni di collegamento rappresentative. I risultati mostrano un buon accordo complessivo tra modello analitico e simulazione numerica, soprattutto nelle fasi elastiche e plastiche della risposta.

Le principali discrepanze emergono nella fase di transizione elasto-plastica, dove la necessità di utilizzare leggi semplificate impedisce una riproduzione perfettamente aderente del comportamento reale. Nonostante ciò, il modello appare sufficientemente robusto per applicazioni progettuali, offrendo un equilibrio convincente tra accuratezza e semplicità.

Un risultato di particolare rilievo riguarda l’effetto degli irrigidimenti: la loro presenza determina un incremento significativo della rigidezza e della resistenza del collegamento. Questo conferma come la progettazione dei dettagli costruttivi possa influenzare in modo determinante la risposta globale degli esoscheletri.

Il lavoro apre inoltre alla possibilità di considerare esplicitamente meccanismi di crisi lato calcestruzzo, come l’estrazione del cono o lo sfilamento degli ancoranti, integrando così nel modello anche scenari di rottura prematura. Si tratta di un aspetto cruciale per la valutazione della sicurezza in edifici esistenti, spesso caratterizzati da materiali di qualità non elevata.

Le prospettive future indicate dall’autore puntano a un’estensione delle analisi numeriche e, soprattutto, a una validazione sperimentale. Solo attraverso il confronto con dati di prova sarà possibile consolidare il modello e proporne un eventuale recepimento in ambito normativo.

In un contesto in cui gli esoscheletri rappresentano una delle soluzioni più promettenti per l’adeguamento sismico del patrimonio edilizio esistente, studi come questo contribuiscono a colmare un vuoto conoscitivo importante. La sfida non è più soltanto progettare sistemi efficaci su scala globale, ma comprendere e controllare i dettagli locali che ne determinano il reale funzionamento.

DI SEGUITO L'INTERVENTO INTEGRALE DI GAETANO DELLA CORTE.

Il testo è stato elaborato mediante la registrazione dell'intervento, con l'aiuto dell'IA (ChatGpt).

IN SINTESI
-Il contributo di Gaetano Della Corte presentato a ANIDIS 2025 analizza il ruolo cruciale dei collegamenti tra esoscheletri in acciaio e strutture esistenti in cemento armato.
-Viene evidenziato il limite degli approcci tradizionali, che trascurano le concentrazioni di sforzo e la reale distribuzione delle tensioni nelle piastre di connessione.
-È proposta un’estensione del metodo delle componenti per modellare collegamenti con piastre irrigidite, includendo deformabilità e forze parassite.
-Le simulazioni numeriche con ANSYS mostrano un buon accordo con il modello teorico, soprattutto nelle fasi elastica e plastica.
-I risultati confermano l’importanza degli irrigidimenti e aprono a sviluppi futuri, inclusa la validazione sperimentale e possibili applicazioni progettuali.