Pannelli in acciaio formato a freddo per la riqualificazione sismica di edifici in c.a.

Il pannello in acciaio è applicabile sia alle pareti interne sia a quelle esterne

Al CTA 2024, Michelle Gualdi, dottoranda dell’Università degli Studi di Bergamo, ha illustrato un lavoro di ricerca che unisce innovazione tecnica e applicabilità pratica. Il tema riguarda l’impiego di pannelli in acciaio formato a freddo come soluzione di retrofit integrato energetico-strutturale, in linea con i principi di Life Cycle Thinking. Questo approccio punta a migliorare contemporaneamente la risposta strutturale degli edifici in calcestruzzo armato e le loro prestazioni energetiche, secondo una logica integrata ormai centrale nel dibattito tecnico europeo.

Gualdi ha innanzitutto chiarito il quadro, tutt’altro che rassicurante, del costruito europeo: il settore delle costruzioni è responsabile del 40% dei consumi energetici e di oltre un terzo delle emissioni di CO₂, mentre circa il 77% del patrimonio esistente è stato realizzato prima del 1990, dunque prima dell’adozione di normative antisismiche e di criteri avanzati di efficienza energetica. Ne deriva un duplice problema, strutturale ed energetico, che richiede interventi capaci di affrontare entrambe le criticità in maniera unitaria.

In questo contesto si inserisce lo studio presentato al CTA. L’attenzione è rivolta a un particolare pannello in acciaio formato a freddo, sviluppato originariamente presso il Nagoya Institute of Technology in Giappone e già impiegato diffusamente nelle nuove costruzioni in acciaio. Il pannello, costituito da una lamiera macroforata irrigidita da montanti e traversi, nasce come elemento resistente ai carichi da sisma e da vento e viene instalalto sia all’interno sia lungo il perimetro dell’edificio. L’obiettivo della ricercatrice è stato verificare se un sistema già valido per nuove costruzioni possa diventare un efficace layer strutturale per interventi di retrofit integrati nel patrimonio in calcestruzzo armato tipico italiano, combinandolo con cappotto energetico e rivestimento architettonico.

Per analizzarne il comportamento, il team di ricerca ha sviluppato due modelli numerici a elementi finiti. Il primo è un modello avanzato, in cui la lamiera viene rappresentata fedelmente tramite elementi plastici, mentre i montanti sono modellari con elementi beam elastici. Questa configurazione ha riprodotto in modo accurato le prove sperimentali condotte in Giappone, restituendo in particolare la caratteristica localizzazione degli sforzi tra i macrofori della lamiera.

Il secondo è invece un modello semplificato, pensato per un utilizzo più immediato anche da parte dei professionisti. In questo caso la lamiera è sostituita da montanti interni disposti a croce, calibrati in modo da restituire correttamente rigidezza e resistenza in campo elastico, mentre le non linearità sono concentrate in cerniere plastiche. Pur essendo meno oneroso dal punto di vista computazionale, questo modello ha fornito risultati pienamente soddisfacenti, rivelandosi un valido strumento per la pratica progettuale.

Accanto alla modellazione, la ricercatrice ha proposto una procedura di progettazione per il dimensionamento del sistema di retrofit. Il percorso parte dall’analisi dello spettro di risposta e porta alla determinazione del numero di pannelli necessari per ogni piano, fino all’impiego dello Springer Panel Model, un approccio mutuato dall’ingegneria aeronautica che consente di separare il comportamento degli elementi piani soggetti a flussi di taglio da quello dei montanti caricati assialmente. Questo passaggio ha permesso di eseguire valutazioni più precise delle sollecitazioni interne e di guidare un predimensionamento più consapevole.

Il metodo è stato poi applicato a un edificio reale in calcestruzzo armato, analizzato in tre diversi siti, Dalmine, Toscolano Maderno e L’Aquila, e in tre configurazioni di altezza, da tre a sette piani. L’analisi ha mostrato che, all’aumentare della sismicità e del numero di livelli, è necessario incrementare lo spessore della lamiera o ricorrere a pannelli in configurazione doppia, con lamiera su entrambi i lati. In alcuni casi è emersa la necessità di adottare spessori maggiori rispetto a quello standard di 1,2 mm, individuando ad esempio nei pannelli da 1,7 mm la soluzione più idonea per edifici di sette piani localizzati in aree ad alta pericolosità sismica.

L’edificio campione è stato infine sottoposto a un’analisi pushover: il confronto tra la condizione originaria e quella post-retrofit ha messo in luce un netto miglioramento della risposta strutturale. Una struttura che inizialmente non risultava verificata in una delle due direzioni principali ha superato agevolmente le verifiche sismiche dopo l’inserimento del sistema di pannelli, evidenziando incrementi significativi di resistenza, rigidezza e duttilità.

Nelle conclusioni, viene sottolineato come il lavoro svolto non solo abbia validato il potenziale del pannello in acciaio formato a freddo come sistema di retrofit per edifici esistenti, ma abbia anche permesso di definire strumenti e procedure operativamente spendibili nel mondo professionale. La combinazione tra modellazione avanzata, modello semplificato e iter progettuale offre infatti una base solida per l’adozione di questa tecnologia, che integra sostenibilità, efficienza energetica e miglioramento sismico in un approccio moderno e coerente.

GUARDA DI SEGUITO LA VIDEO REGISTRAZIONE DELL'INTERVENTO DI MICHELLE GUALDI