Il sistema di isolamento termico a cappotto resiste a un sisma

Il settore edilizio è responsabile del 40% della domanda di energia nell’Unione Europea e del 32% a livello mondiale, contribuendo in maniera significativa alle emissioni di inquinanti. Per questo motivo la UE e il Governo promuovono politiche di rigenerazione del patrimonio edilizio esistente orientate al miglioramento delle prestazioni energetiche e sismiche del costruito. Interventi radicali di demolizione e ricostruzione non sono attuabili su larga scala per via dei costi elevati, del grado di disturbo arrecato e per l’elevato impatto ambientale correlato. La riqualificazione/ristrutturazione energetica degli edifici esistenti rappresenta pertanto una strategia chiave nel percorso verso uno sviluppo sostenibile. La progettazione e la realizzazione degli interventi di efficientamento energetico, tuttavia, in un territorio ad elevata sismicità come quello italiano, non dovrebbero prescindere dalla valutazione delle prestazioni sismiche del sistema strutturale e delle componenti non-strutturali né da coerenti azioni volte al miglioramento delle stesse.

La campagna di prova ha analizzato il comportamento di un telaio multipiano in calcestruzzo armato, tamponato con fodera in blocchi forati in laterizio e rappresentativo di un edificio tipico del patrimonio edilizio italiano. Su di esso è stato applicato il sistema di isolamento termico a cappotto prodotto e distribuito da Mapei SpA. L’intervento è stato eseguito dal solo lato esterno per simulare il caso di intervento più comune e meno invasivo. L'obiettivo era quantificare la tenuta del sistema a cappotto all’aumentare dell’intensità dell’azione sismica, nonché  valutare i danni al cappotto, alla tamponatura, e al sistema strutturale nel suo complesso.

Le attività sono state condotte nell’ambito del consolidato rapporto tra Mapei S.p.A. e DiSt - Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura dell’Università degli Studi di Napoli-Federico II volto alla ricerca, allo sviluppo e alla validazione di soluzioni sostenibili con materiali innovativi nel settore dell’edilizia.

Le attività di prova hanno riguardato due telai multipiano in c.a. tamponati. Il sistema strutturale è caratterizzato da un calcestruzzo con ridotte proprietà meccaniche (fcm = 19-24 MPa) e da dettagli d’armatura tipici degli edifici esistenti progettati alla fine degli anni ’70. Il telaio in scala reale è stato ottenuto come riproduzione di un telaio di un edificio reale danneggiato dal sisma di L’Aquila del 2009, presentante una tamponatura a doppio paramento dello spessore complessivo di 20 cm e telaio di dimensioni 6,3 m di altezza totale e 4,1 m di luce. Sono state riprodotte anche le proprietà meccaniche dei materiali e i dettagli costruttivi.

La campagna di prove sperimentali ha riguardato due telai testati uno nella configurazione originaria, as-built, l’altro con un sistema di isolamento termico a cappotto, applicato dal solo lato esterno. Le prove sono state eseguite mediante l’utilizzo di due attuatori di capacità pari a 1.200 kN collegati a una parete di contrasto. Il telaio è stato collegato a un piastrone di contrasto orizzontale attraverso dei sistemi di connessione a taglio annegati nel getto e 16 barre di precompressione. Lo sforzo normale in testa ai pilastri (N= 300 kN) è stato applicato a mezzo di martinetti che contrastano su una traversa di acciaio rigida ancorata in fondazione attraverso delle barre di acciaio la cui rotazione è consentita nel piano del telaio.

Il protocollo di carico in termini di spostamenti imposti dagli attuatori ai due piani viene definito e aggiornato in real-time in funzione della variazione di rigidezza del telaio stesso attraverso un framework di prova pseudo-dinamico. Nello specifico è stato assegnato un input accelerometrico (terremoto di L’Aquila 2009, stazione accelerometrica AQG, PGA = 0,45g) scalato a intensità variabile e crescente, a partire da un valore di picco pari al 10% di PGA fino al 150% di PGA.

Le prove pseudo-dinamiche a intensità crescente sul telaio con cappotto termico hanno mostrato che il sistema a cappotto applicato è stato in grado di resistere a terremoti di media/alta intensità senza riportare danni significativi. Le fasi di prova hanno evidenziato che la prima fessurazione della tamponatura (distacco della tamponatura all’attacco con la trave) è avvenuta al 50% dell’intensità simica di riferimento (terremoto di L’Aquila 2009, PGA = 0,45g) analogamente a quanto accaduto nel caso as-built.

Nelle successive fasi di prova, al crescere dell’intensità sismica, il provino con cappotto termico ha mostrato un danneggiamento meno marcato rispetto al provino as-built; ciò a causa dell’effetto benefico delle malte e della rete in fibra di vetro impiegate per l’incollaggio e per la rasatura del cappotto. A elevata intensità sismica, a partire dal 125% del terremoto di L’Aquila, si è osservata la perdita di aderenza tra cappotto e tamponatura. Le successive fasi di prova, al 150% e 175% dell’intensità sismica del terremoto di L’Aquila, hanno mostrato un primo danneggiamento del cappotto all’attacco trave-tamponatura del primo piano (Fig. 1 a, b) e significativo danneggiamento della tamponatura (Fig. 1c), con evidente fessurazione diagonale e schiacciamento dei filari di mattoni a contatto con la trave di entrambi i livelli. Si è inoltre verificata una prima fessurazione a taglio del pilastro del piano terra per interazione con la tamponatura (Fig. 1d).

La presenza di tale fessurazione a taglio sul pilastro rimarca l’opportunità, al fine di garantire buone prestazioni sismiche, di combinare l’adozione del cappotto termico con un sistema di rinforzo in composito nella zona terminale del pilastro e nei nodi trave-pilastro ed in una logica di interventi integrati.

Il confronto delle curve di inviluppo delle isteresi cicliche (Fig. 2) mostra come il cappotto termico, pur non incidendo molto sulla rigidezza iniziale (il distacco della tamponatura dal telaio è avvenuto alla stessa intensità del provino as-built), abbia contribuito, grazie all’effetto prodotto dalle malte a alte prestazioni utilizzate per il suo incollaggio, a incrementare la resistenza e la rigidezza post-fessurata della tamponatura e, di conseguenza, della capacità sismica del telaio. Soltanto a seguito della prova eseguita simulando un terremoto al 175% dell’intensità sismica di L’Aquila 2009 si è osservato un significativo degrado di resistenza nella direzione negativa di carico. La marcata fessurazione della tamponatura, infatti, porta in tale fase alla perdita del contributo del cappotto e, pertanto, la capacità resistente tende a quella del sistema as-built.