Riqualificazione sismica ed energetica di edifici intelaiati in c.a. mediante pannelli di tavole incrociate in legno dotati di innovativi dissipatori ad attrito

In the European seismic countries, most of the building stock is highly energy-intensive and earthquake-prone since it was built before the enforcement of effective energy and seismic codes. In these countries, renovation actions that synergically integrate both energy-efficient and anti-seismic interventions are strongly needed, looking at the resilience of buildings against earthquakes as one of the main values of a sustainable city. However, the implementation of such interventions is currently limited by barriers that are mostly related to the excessive costs and the high invasiveness of traditional seismic retrofit actions. To overcome these barriers, a new holistic design approach to the building renovation is required, which should result in innovative and integrated retrofit interventions able to specifically meet the needs of cost-effectiveness, quick installation, reduced users’ disturbance, and low environmental impact. In this framework, this Ph.D. thesis aims at analysing the potential of a novel integrated retrofit technology for RC framed buildings. The proposed retrofit system consists in cladding the existing building envelope with a new prefabricated timber-based external shell that acts as seismic-resistant and energy-efficient skin, contributing also to renovate the architectural image of the building. The new skin combines structural Cross-Laminated Timber (CLT) panels – connected to the existing RC frame through innovative friction dampers – with non-structural panels that integrate high-performing windows. The potential of the proposed technology is analysed in terms of seismic and energy performance, and technical feasibility. Pushover analyses on a case study RC frame preliminarily demonstrate the high potential impact of the proposed seismic retrofit system (CLT panels equipped with novel friction dampers) on the response of existing buildings to be upgraded. Hence, different prototypes of the friction damper are tested under cyclic loading, identifying the most promising in terms of structural efficiency. Dynamic thermal simulations on multi-story buildings, at pre- and post-intervention state, show the relevant energy efficiency of the system, especially in the winter. Moreover, proper technical solutions are investigated to ensure the technical feasibility and versatility of the proposed retrofit technology.

Nei Paesi sismici Europei, gran parte del patrimonio edilizio è notevolmente energivoro e altamente vulnerabile ai terremoti, in quanto realizzato in periodi antecedenti all’entrata in vigore delle più recenti e restrittive normative in campo energetico e sismico. In tali Paesi risulta, dunque, indispensabile combinare in maniera sinergica interventi di protezione antisismica e di efficientamento energetico. Tuttavia, l’adozione di strategie di riqualificazione combinata è attualmente ostacolata da molteplici barriere legate soprattutto ai costi eccessivi e all’elevato livello di invasività dei più comuni interventi di protezione antisismica. Per superare tali barriere risulta indispensabile un nuovo approccio di tipo olistico alla riqualificazione edilizia, che si traduca in innovative tecnologie di retrofit integrato in grado di rispondere alle attuali esigenze di economicità, rapidità di posa in opera, bassa invasività e basso impatto ambientale. In tale contesto di ricerca, la presente tesi di dottorato è finalizzata ad indagare le potenzialità di una nuova tecnologia di retrofit integrato applicabile agli edifici con struttura portante intelaiata in c.a. Il sistema di retrofit proposto consiste nel rivestire l'involucro esterno dell’edificio mediante pannelli prefabbricati a base legno finalizzati a ridurne la vulnerabilità sismica ed incrementarne le prestazioni di isolamento termico, contribuendo al contempo a rinnovarne l’immagine architettonica. Il nuovo involucro prefabbricato combina pannelli strutturali di legno lamellare a strati incrociati (X-Lam) - collegati al telaio in c.a. esistente mediante innovativi dissipatori ad attrito - con pannelli non strutturali che integrano infissi ad alta efficienza energetica. Le potenzialità della tecnologia proposta vengono indagate in termini di prestazioni sismiche, prestazioni energetiche e fattibilità tecnica. Analisi numeriche eseguite preliminarmente su un telaio in c.a di studio mostrano il potenziale elevato impatto del sistema di retrofit sismico (pannelli X-Lam dotati di nuovi dissipatori ad attrito) sulla risposta sismica di strutture intelaiate in c.a. Diversi prototipi del dissipatore vengono, quindi, testati sotto carico ciclico, individuando il più promettente in termini di efficienza strutturale. Simulazioni termiche in regime dinamico eseguite su edifici multipiano, allo stato pre e post-intervento, mostrano, invece, la notevole efficienza energetica del sistema, soprattutto nel periodo invernale. Infine, vengono analizzate apposite soluzioni tecnologiche finalizzate a garantire la fattibilità tecnica e la versatilità della tecnologia di retrofit proposta.