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Progettazione

Esoscheletri in acciaio ortogonali per il retrofit sismico di costruzioni esistenti in c.a. e c.a.p.

Criteri di progetto ed applicazioni degli esoscheletri in acciaio per il miglioramento sismico delle strutture esistenti. Articolo a cura degli ingegneri G. Di Lorenzo, A. Massimilla, A. Formisano, R. Landolfo e degli architetti A. Di Filippo e E. Colacurcio.

27 Ottobre 2020
esoscheletri
Gianmaria Di Lorenzo
Professore aggregato di Tecnica delle costruzioni presso il Dipartimento di Strutture per l'Ingegneria e l'Architettura, Università di Napoli "Federico II".

L’uso  di strutture additive esterne rappresenta sin dagli anni ’80 una delle tecniche più adeguate per il miglioramento o l’adeguamento sismico di edifici esistenti in calcestruzzo armato caratterizzati da una ridotta capacità dissipativa.

Questa tecnica di intervento, che prevede l’installazione di sistemi definiti esoscheletri, fu introdotta dai primi codici giapponesi e americani che si occupavano del tema della riabilitazione strutturale e caratterizzò molte applicazioni degli anni successivi, specialmente nelle aree ad alto rischio sismico.

Oggigiorno, la sua diffusione è dovuta non solo alla possibilità di essere realizzata in modo sicuro senza interrompere l’operatività dell’edificio, ma anche all’opportunità che offre di essere impiegata per il retrofit integrato (formale, energetico e funzionale) del sistema edilizio, nei casi in cui sia consentita un’estensione laterale di volumi della struttura, grazie alle potenzialità che i sistemi intelaiati offrono.

Nel presente lavoro, dopo un accurato stato dell’arte sulle principali ricerche e applicazioni degli esoscheletri in acciaio, si è proceduto ad una loro classificazione tipologica e alla definizione dei parametri chiave di progetto, indispensabili sia per concepire che per progettare correttamente tali sistemi. Infine, è stata mostrata l’applicazione di tale tecnica a due casi studio: la scuola secondaria di primo grado “G. Parrozzani” nell’Isola del Gran Sasso (TE) e un edificio industriale situato a Mirabello (FE).

L’utilizzo degli esoscheletri in acciaio

Il miglioramento e l’adeguamento sismico di costruzioni esistenti in calcestruzzo armato, spesso caratterizzati da una elevata vulnerabilità sismica dovuta a diversi fattori, quali l’assenza di dettami sismici e/o problematiche connesse alla durabilità dei materiali costituenti, sono possibili attraverso l’uso di una vasta gamma di strategie e tecniche che il settore edilizio attualmente dispone.

Infatti, accanto all’impiego di sistemi tradizionali, l’azione combinata dei progressi nell’ambito della scienza dei materiali e dell’ingegneria strutturale ha consentito il diffondersi di sistemi innovativi nelle principali norme e linee guida che si occupano di riabilitazione strutturale sia in ambito nazionale che internazionale (JBDPA, 2001; CEB-FIB, 2003; Dolce and Manfredi, 2011). Inoltre, l’avvento del BIM e dell’Industria 4.0 hanno favorito lo sviluppo di nuove metodologie progettuali orientate verso una pianificazione più intelligente dell’intervento stesso, che considera una analisi globale del ciclo di vita della struttura (Formisano et al, 2017; Vitiello et al, 2019).

Sebbene siano diverse le tecniche disponibili per tali interventi, solo poche di queste contemplano la realizzazione di sistemi che non interrompono l’operatività dell’edificio sul quale si agisce (FEMA, 2006). Appartengono a questa categoria tutti gli interventi realizzati all’esterno della costruzione attraverso strutture additive, dotate di fondazione indipendente, che si collegano lateralmente a quelle esistenti. Qualora l’intervento sia esteso ad una porzione significativa della costruzione, tali strutture vengono denominate esoscheletri, rievocando il richiamo della biomimesi al caso dei gusci protettivi di alcune specie animali (Benyus, 2002): applicati dall’esterno, sono capaci di proteggere la costruzione esistente, incrementandone la resistenza e la rigidezza nei riguardi delle azioni laterali (Foraboschi and Giani, 2017).

Come rilevato da molteplici workshop (Marini et al, 2015) e progetti di ricerca (PRIN 2009; ReLUIS, 2019-21), l’utilizzo di tale strategia si sta diffondendo velocemente soprattutto per le numerose potenzialità che offre se utilizzata per il retrofit globale dell’edificio, che interessa non solo gli aspetti strutturali, ma anche quelli energetici ed architettonici. Infatti, l’esoscheletro oltre ad incrementare i livelli di sicurezza strutturale della costruzione esistente nei confronti dei principali stati limite (Foraboschi and Giani, 2018), può divenire il supporto per una seconda pelle capace di migliorare le prestazioni energetiche della costruzione e, con una attenta scelta dei materiali, produrre una ristrutturazione formale dell’edificio (Caverzan, 2016).

L’edificio e l’esoscheletro stesso beneficeranno dell’installazione del doppio involucro poiché questo, proteggendo le zone maggiormente esposte alle intemperie, modifica la classe di esposizione o di corrosività della costruzione con il conseguente incremento della sua vita utile. Questi sistemi sono pensati non solo per essere installati in maniera diffusa lungo il perimetro dell’edificio, ma anche per avvolgerlo integralmente, migliorando anche le prestazioni energetiche e strutturali del sistema di copertura (Terracciano et al., 2014). […]

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